Pour les patients pédiatriques scoliotiques présentant un potentiel de croissance, des dispositifs chirurgicaux sans fusion peuvent être utilisés dans le but de contrôler la progression de la déformation scoliotique tout en permettant la croissance de la colonne vertébrale. La revue des connaissances a permis de dégager certaines problématiques reliées aux traitements sans fusion, chacun de ces dispositifs présentant des limitations importantes. Les approches par distraction et par croissance guidée sont le plus souvent utilisées pour traiter de jeunes patients diagnostiqués avec des scolioses congénitales ou neuromusculaires. Ces approches nécessitent la fusion de segments de la colonne vertébrale, impliquent de multiples interventions chirurgicales et présente un taux important de complications. En ce qui concerne l’approche par compression, les agrafes vertébrales sont décrites comme étant plus adaptées pour traiter les courbes modérées et présentent des complications comme le décrochement des implants et la progression de la courbe. L’approche par compression Tether est une approche innovante puisque la procédure ne nécessite pas de fusion vertébrale ni de multiples interventions chirurgicales. De plus, cette approche peut être utilisée pour traiter des courbes plus sévères et les implants vertébraux sont solidement fixés aux corps vertébraux. Toutefois, c’est une approche relativement nouvelle et la planification chirurgicale demeure empirique pour sélectionner les niveaux à instrumenter, les points de fixation des implants et la tension appliquée dans le câble. Les limitations associées à l’utilisation du Tether sont une sur-correction (inversion du côté) ou une progression de la courbure, un manque de contrôle sur la correction 3D et une possible dégénérescence du disque intervertébral si les charges compressives appliquées sont trop élevées.
Les outils numériques offrent l'opportunité de représenter le comportement biomécanique de la colonne vertébrale et d’évaluer biomécaniquement l’efficacité à court et moyen termes des dispositifs sans fusion. Les modèles par éléments finis présentés dans la revue de littérature ont permis de démontrer numériquement la progression d’une courbure scoliotique en intégrant un algorithme de modulation de croissance vertébrale et en étudiant divers paramètres de progression. D’autres modèles ont aussi permis de simuler l’effet biomécanique de différents dispositifs sans fusion utilisant l’approche par compression et de simuler leur effet de modulation de croissance. Toutefois, les modèles précédemment développés n’ont pas permis de simuler l’installation du
dispositif sans fusion Tether et d’étudier l’effet de l’ajustement des différents paramètres chirurgicaux et d’instrumentation sur la correction 3D de la scoliose. De plus, ces modèles ont été utilisés de façon rétrospective lorsque les données de simulation ont été comparées à des données cliniques.
L’objectif général de ce projet était de compléter le développement puis de vérifier, valider et exploiter un modèle par éléments finis de scoliose pédiatrique intégrant la croissance comme plateforme pour la planification chirurgicale et la maximisation de la correction 3D à court et moyen termes du dispositif sans fusion Tether.
Ce projet visait à répondre à trois hypothèses :
Hypothèse 1 : Le modèle par éléments finis de scoliose pédiatrique intégrant la croissance et la modulation de croissance représente le comportement biomécanique de la colonne vertébrale pédiatrique et l’effet de modulation de croissance du dispositif sans fusion (± 5°: angles de Cobb, cyphose, lordose et rotation vertébrale, et ± 10% : longueur du rachis).
Hypothèse 2 : La simulation du positionnement du patient en décubitus latéral affecte de façon significative la correction intra- et postopératoire (p-value < 0.05, différence ≥ 5°).
Hypothèse 3 : Le positionnement des implants vertébraux et la tension dans le câble du dispositif sans fusion affecte de façon significative les forces correctives appliquées aux plaques de croissance épiphysaires, et donc affecte de façon significative la correction 3D à court et long- terme des courbures scoliotiques (p-value < 0.05, différence ≥ 5°).L’expression court terme est associée au résultat postopératoire immédiat et l’expression moyen terme est associé au résultat avec la croissance, dont la durée varie en fonction de l’âge et du stade de maturité osseuse du patient au moment de la chirurgie.
Le projet se décline en trois objectifs spécifiques : Objectif 1
Compléter le développement du modèle, vérifier et valider le modèle :
i. Représenter le comportement biomécanique du rachis scoliotique pédiatrique, incluant la croissance et la progression de la courbure scoliotique
ii. Simuler la correction immédiate et après 2 ans du dispositif sans fusion Tether
Objectif 2
Développer et évaluer un outil numérique de planification chirurgicale pour le dispositif sans fusion
Tether afin de maximiser la correction 3D à court et long-terme de la scoliose pédiatrique.
Objectif 3
Évaluer l’effet de différents paramètres chirurgicaux sur la correction 3D et la distribution des forces appliquées aux plaques de croissance épiphysaires et aux disques intervertébraux.
Ces objectifs ont été complétés par la réalisation de trois études principales et de deux études complémentaires. Les deux premiers objectifs ont été complétés dans le cadre de la première étude décrite dans l’article 1 au chapitre 5 (hypothèse 1). Le troisième objectif a été réalisé en partie dans l’article 2 présenté au chapitre 6 (hypothèse 2) et complété dans l’article 3 présenté au chapitre 7 (hypothèse 3). Une étude complémentaire a été réalisée et présentée au chapitre 8 dans le but de compléter l’objectif 1. Cette étude permet de décrire les résultats obtenus pour la simulation de la croissance et de la progression naturelle. Une deuxième étude complémentaire est présentée au chapitre 9 et permet d’exposer la validation plus extensive du modèle numérique ainsi que la réalisation de diverses études de sensibilité. Pour finir, une discussion générale ainsi qu’une brève conclusion sont présentées aux chapitres 10 et 11.