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Optimiser les implants vertébraux par modélisation - Par : Yann Facchinello, Martin Brummund, Jean-Marc Mac-Thiong, Yvan Petit, Vladimir Brailovski,

Optimiser les implants vertébraux par modélisation


Yann Facchinello
Yann Facchinello Profil de l'auteur(e)
Yann Facchinello est titulaire d'un doctorat de l’ÉTS depuis 2015. Sa thèse porte principalement sur la fabrication des implants et l’évaluation de leurs capacités de stabilisation sur spécimens porcins.

Martin Brummund
Martin Brummund Profil de l'auteur(e)
Martin Brummund est stagiaire postdoctoral à l’ÉTS. Son travail porte sur l’implantation et la validation du modèle numérique de la colonne instrumentée et la mise en œuvre d’études de sensibilité pour l’optimisation de l’implant vertébral.

Jean-Marc Mac-Thiong
Jean-Marc Mac-Thiong Profil de l'auteur(e)
Le docteur Jean-Marc Mac-Thiong est chirurgien orthopédiste à l’hôpital du Sacré-Cœur de Montréal et professeur adjoint de clinique en faculté de médecine à l’Université de Montréal.

Yvan Petit
Yvan Petit est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses intérêts de recherche portent sur la conception assistée par ordinateur, la biomécanique, les dispositifs médicaux et de protection et la fabrication additive.
Programme : Génie mécanique 

Vladimir Brailovski
Vladimir Brailovski Profil de l'auteur(e)
Vladimir Brailovski est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Il est spécialiste en conception et en fabrication de dispositifs en alliages à mémoire de forme et de l'ingénierie des procédés pour la fabrication additive.
Programme : Génie mécanique 

RÉSUMÉ:

Les opérations de fusion vertébrales sont couramment utilisées pour traiter des scolioses, des fractures, ou encore soulager des blessures à la moelle épinière. La dégénérescence des segments adjacents concerne jusqu’à 40 % des patients opérés à l’aide d’instrumentations vertébrales postérieures. Ces problèmes sont principalement causés par la grande rigidité des implants qui entraîne de fortes concentrations de contrainte aux extrémités de l’instrumentation. Ce projet propose l’utilisation de tiges aux propriétés variables pour diminuer les contraintes aux segments adjacents tout en gardant une grande stabilité là où nécessaire. Les traitements thermiques localisés, appliqués sur des tiges en alliages à mémoire de forme biocompatibles Ti-Ni permettent une forte variation locale de la rigidité. Les tests biomécaniques ont montré que les tiges aux propriétés variables associées à des crochets transverses en fin d’instrumentation permettent de soulager les segments adjacents tout en minimisant les efforts appliqués sur les ancrages.

Introduction

En raison de l’augmentation de l’espérance de vie, le nombre de problèmes liés au dos tend à croître de façon importante. Les pathologies fréquemment observées sont les scolioses, les problèmes lombaires, les blessures neurologiques, ou bien encore des douleurs subsistantes malgré un traitement approprié. Pour pallier ces problèmes, certains patients doivent subir une intervention chirurgicale (Deyo , Nachemson , and Mirza 2004). Une technique courante permettant le traitement de ces symptômes est la fusion osseuse ou arthrodèse qui consiste en l’immobilisation d’un segment de colonne afin de faire fusionner plusieurs vertèbres (Bederman et al. 2009).

Au prix d’une légère perte de mobilité, le patient peut voir son inconfort diminuer de façon importante. Afin de provoquer la fusion, le chirurgien orthopédique immobilise un segment de colonne en utilisant des tiges métalliques rigides faites de titane, de cobalt-chrome ou encore d’acier. Ces tiges sont fixées aux vertèbres au moyen de vis pédiculaires. L’efficacité de la procédure a été prouvée et le taux de réussite de la fusion est élevé (Fathy et al. 2010).

Cependant, la grande rigidité de ces implants vertébraux pose des problèmes aux vertèbres adjacentes à l’instrumentation. Ces zones sont en effet fortement contraintes, ce qui provoque la dégénérescence des disques adjacents ou encore des fractures (DeWald and Stanley 2006; Park et al. 2004).