Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Cette thèse s'intéresse aux déplacements vertébraux induits par des chirurgies de la scoliose de type Cotrel-Dubousset, durant lesquelles une manoeuvre de dérotation d'un implant rachidien est réalisée. La quantification de ces déplacements est complexe, les segments instrumentés étant composés de plusieurs unités indépendantes, les vertèbres, pouvant se déplacer dans les 3 plans anatomiques. Une méthode permettant le suivi per-opératoire des vertèbres instrumentées a été développée, qui intègre des mesures per-opératoires à des modèles 3D des vertèbres réalisés à l'aide d'une technique de reconstruction stéréoradiographique. Pour cela, les méthodes de localisation d'objets utilisées en robotique sont jumelées aux outils de reconstruction et de visualisation déjà développés au laboratoire informatique sur la scoliose 3D de l'hôpital Ste-Justine. Les mesures per-opératoires ont été réalisées à l'aide d'un numériseur 3D à champs magnétiques. Cinq à six points, situés sur des surfaces pré-définies de la partie postérieure des vertèbres, ont été numérisés. Un programme de recalage points-surfaces, basé sur un processus itératif ainsi que sur les connaissances a priori de la localisation de ces points, permet d'ajuster les données per-opératoires au modèle 3D pré-opératoire de chaque vertèbre. Un modèle 3D per-opératoire est ainsi obtenu. Le système développé a été validé d'abord en simulant la numérisation per-opératoire, puis en réalisant des mesures sur une colonne sèche. Les positions estimées des points numérisés et des repères anatomiques (servant à réaliser le modèle 3D) ont ensuite été comparées aux positions connues sur un modèle de référence. Les résultats de cette validation ont permis de recommander d'utiliser un modèle 3D reconstruit à partir de 6 repères anatomiques par vertèbre, de corriger ces repères par un logiciel lissant leurs positions et minimisant les incohérences géométriques des modèles 3D vertébraux, de représenter les surfaces par des grilles et d'utiliser l'algorithme de recalage ICP (Iterative Closest Point). Un choix optimal de localisation et de nombre de points numérisés a aussi pu être offert. La première hypothèse clinique à vérifier était que la manoeuvre de dérotation induit peu de dérotation axiale des vertèbres, mais plutôt une dérotation en bloc de segments de la colonne et la deuxième qu'il existe un patron des déplacements vertébraux (translations et rotations) associé à la chirurgie C-D. Les mesures per-opératoires pré/post-instrumentation réalisées sur vingt-deux patients ont permis de vérifier qu'il y avait correction de la scoliose dans le plan frontal, de la cyphose et de la lordose dans le plan sagittal; que la dérotation axiale et les rotations intervertébrales n'étaient pas significatives. Les différences de translations et de rotations entre les vertèbres apicales et limites ont démontré que les vertèbres instrumentées subissaient pourtant des mouvements individuels. La première hypothèse est donc vérifiée puisque le principal mouvement des courbes instrumentées est une translation auquel se superposent des déplacements vertébraux individuels moins importants. La deuxième hypothèse a aussi été vérifiée. En effet, dans les plans frontal et sagittal, un patron des déplacements vertébraux a pu être déduit pour les courbes thoraciques droites et thoraciques droites-lombaires gauches. Les rotations axiales n'ont semblé obéir à aucune tendance reliée au type de courbe.

L'objectif principal de tout dispositif médical implantable est d'améliorer l'état de santé du patient en lui assurant un risque minimum. Dans ce but, l'étude de l'implant rachidien B Dyn comporte plusieurs volets : - la réalisation d'un suivi clinique, - l’analyse et la proposition de solutions techniques (actions correctives), - la création d'un outil numérique pour des évolutions ultérieures (actions préventives).L’étude bibliographique initiale permet d'appréhender l'anatomie fonctionnelle du rachis lombaire, de comprendre les états pathologiques et leurs conséquences et enfin de faire un inventaire des techniques chirurgicales associées (résection osseuse, implantation de dispositifs...).Le suivi clinique d'une population de trente patients souligne ensuite les apports (somatiques et fonctionnels) du B Dyn dans sa conception première. Pour quelques cas, l'analyse des clichés radiographiques en position de flexion montre une détérioration naissante de l'anneau liée, probablement, à une surcharge accidentelle de l'implant. Ce constat impose une évolution de la conception de l'implant.Une analyse de la conception initiale et la caractérisation mécanique en traction, permettent de cibler les actions correctives à appliquer dans le cadre de cette évolution. La démarche mise en place s'appuie sur l'évaluation expérimentale pour sélectionner des solutions techniques satisfaisant aux critères fonctionnels ; elle conduit à une évolution du choix de matériau de l'anneau.Pour la réalisation d'évolutions ultérieures, un modèle éléments finis est créé. L’approche numérique se substitue ainsi à l’approche expérimentale contraignante et coûteuse. La caractérisation préalable des élastomères est nécessaire à l'obtention de données matériaux pour élaborer ce modèle. Les résultats des premières simulations d'un essai de traction sont comparés aux données expérimentales dans la perspective de la validation du modèle.A ce stade, l'étude du B Dyn propose une première solution d'évolution de l'implant et un outil numérique pour l'analyse future de solutions techniques. / The main focus of any implantable medical device is to improve the health of the patient by providing minimum risk. For this purpose, the study of the B Dyn spinal implant comprises several constituents: - The carrying out of a clinical follow up, - The analysis and choice of technical solutions (corrective actions) - The creation of a digital tool for further development (preventive actions).The initial bibliographical study enables to comprehend the functional anatomy of the lumbar spine, to understand the pathological states and their consequences and finally to list the associated surgical techniques (osseous resection, implantation of devices…).The clinical follow-up of a population of thirty patients then underlines the contributions (somatic and functional) of the B Dyn in its first design. For a few cases, the analysis of radiographs in flexion shows an incipient deterioration in the ring probably related to an accidental overloading of the implant. This observation requires an evolution in the design of the implant.An analysis of the initial design and the mechanical characterization in traction, allow targeting the corrective actions to be applied in the context of this evolution. The developed approach is based on the experimental evaluation in order to select technical solutions that would satisfy the functional criteria; this leads to an evolution of the choice of the ring material.To conduct subsequent developments, a finite element model is created. Thus the digital approach replaces the restrictive and expensive experimental approach. The preliminary characterization of elastomers is necessary to obtain materials data to work out this model. The results of the first simulations of a tensile test are compared to experimental data in the perspective of the model validation.At this stage, the B Dyn study provides a first solution of implant evolution and a numerical tool for the future analysis of technical solutions.