Evaluation biomécanique d'une prothèse discale cervicale : analyses in vitro et in vivo

Biomechanical evaluation of a cervical disc prosthesis : in vitro and in vivo investigations

• Auteur / Autrice : Cédric Barrey
• Direction : Wafa Skalli, Gilles Perrin, Sophie Campana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prothèses

Colonne vertébrale -- Propriétés mécaniques

Vertèbres cervicales

Résumé

Dans cette thèse, nous avons analysé le comportement biomécanique In Vitro et In Vivo d'une prothèse discale cervicale à articulation sphérique. Les expérimentations In Vitro nous ont permis d'étudier la cinématique segmentaire dans les trois plans de l'espace au niveau instrumenté et aux niveaux adjacents. La mesure de la pression intradiscale a apporté des informations sur les variations de contraintes après arthroplastie au niveau des disques adjacents. Différentes configurations ont ainsi été évaluées : arthroplastie et arthrodèse à 1 et 2 niveaux, montage hybride. L'influence de la précharge sur le comportement biomécanique du rachis cervical a fait l'objet d'un travail spécifique en se basant sur les essais In Vitro et sur la simulation numérique. Les analyses In Vivo 2D ont été effectuées sur des clichés dynamiques en flexion-extension et ont permis le calcul des amplitudes de mobilité et de la position des centres moyens de rotation dans une population de patients opérés (n=32). Celles-ci ont intéressé le niveau opéré mais également les niveaux adjacents à court et moyen terme. Grâce au système stéréo-radiographique EOSTM, nous avons pu compléter l'analyse cinématique In Vivo par la mesure des amplitudes de mobilité des segments instrumentés dans les trois plans de l'espace.

Through this thesis, we evaluated the In Vitro and In Vivo biomechanical behavior of a ball-and-socket cervical disc prosthesis. In Vitro tests on human cadaveric cervical spines permitted to assess segmental 3D kinematics at instrumented and adjacent levels. The measurement of the intradiscal pressure provided us data on changes of loads transmission at adjacent discs following arthroplasty. Different testing conditions were evaluated: 1 and 2-levels arthrodesis, 1 and 2-levels arthroplasty, hybrid constructs. In addition, using a finite element model of the cervical spine, we investigated the relevance of applying a follower preload during In vitro experiments. Through a prospective and multicentre study, including 32 patients operated with cervical total disc replacement, In Vivo assessment of spine kinematics allowed for measurement of ranges of motion and location of mean center of rotation at instrumented and adjacent levels. Finally, using the EOSTM bi-planar stereo-radiographic system, we could achieve In Vivo three-dimensional motion analysis of instrumented segments.