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Étude biomécanique de la stabilité du rachis cervical post-traumatique

Hagen, Jérémy (2016). Étude biomécanique de la stabilité du rachis cervical post-traumatique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les traumatismes de la colonne vertébrale peuvent avoir de graves conséquencesneurologiques, surtout au niveau cervical. Leur prise en charge nécessite souvent le recours à des dispositifs d’immobilisation pour prévenir l’aggravation de la lésion primaire et limiter les risques d’une lésion secondaire. Pourtant, le dogme de l’immobilisation, et plus particulièrement la capacité des collets cervicaux à restreindre les mouvements d’un rachis cervical instable, a été mis en doute. Pour mettre en lumière l’effet de l’immobilisation, il est nécessaire de mieux comprendre la biomécanique d’un rachis cervical lésé suite à un trauma.

Dans ce contexte, l’objectif principal de ce projet de recherche était d’étudier l’effet d’une rupture du complexe ligamentaire postérieur, composé du ligament nuchal, du ligament interépineux et du ligament jaune, sur l’instabilité et l’intégrité mécanique du rachis cervical lors d’un mouvement de flexion post-traumatique.

Pour réaliser cet objectif, un modèle par éléments finis détaillé du rachis cervical (C2-T1) nommé SM2S (Spine Model for Safety and Surgery) a été raffiné, puis validé expérimentalement. Pour raffiner le modèle, une loi de comportement élastique non linéaire a été implémentée au niveau des ligaments, et les propriétés mécaniques ajustées à partir d’essais expérimentaux en flexion-extension tirés de la littérature. L’effet d’une rupture des ligaments du complexe postérieur du rachis cervical sur les amplitudes de flexion globale et intersegmentaire ainsi que sur les déformations des ligaments restants a ensuite été analysé et présenté dans un premier article. L’effet de la rupture ligamentaire et de la géométrie du corps vertébral sur l’intensité des contraintes et des déformations de la moelle épinière lors d’un mouvement de flexion a finalement été investigué et présenté dans un second article.

Les résultats ont montré qu’en l’absence du complexe ligamentaire postérieur, la réalisation d’un mouvement de flexion pouvait :
• engendrer la rupture des capsules ligamentaires et créer une instabilité mécanique du rachis cervical;
• augmenter les contraintes et déformations locales dans la moelle épinière, surtout en présence de proéminences osseuses de type ostéophyte. Cependant le lien entre contraintes mécaniques et atteinte neurologique doit être défini pour approfondir l’analyse de ces résultats.

Cette étude montre que même dans le cas d’une rupture des ligaments du complexe postérieur du rachis cervical, l’immobilisation a un rôle important à jouer pour prévenir le développement d’une lésion secondaire. Le protocole doit cependant être répété pour les autres types de mouvement afin d’avoir un aperçu plus complet de l’instabilité créé Cette recherche s’intègre dans un cadre plus large visant à augmenter la connaissance de l’instabilité post-traumatique pour améliorer les protocoles de prise en charge.

Titre traduit

Biomechanical study of the post-traumatic instability of the cervical spine

Résumé traduit

Spinal traumas can have devastating neurological consequences, especially when affecting the cervical segment. Emergency care procedure generally imposes the use of immobilization devices to prevent further damages. However immobilization and more precisely the ability of cervical collars to efficiently restrict unstable spine motions have recently been questioned.

The research question of this project was then to understand the post-trauma effect of an injury on spinal stability and on the spinal cord. The proposed objective was then to use a finite element model to study the effect of posterior ligamentous complex (NL, ISL and LF) disruption on the creation of cervical spine instability and on strains and stress intensity.

To address this objective, mechanical properties of the Spine Model for Safety and Surgery were first refined and calibrated under quasi-static flexion/extension. The impact of a PLC disruption on global and local flexion rotations as well as strains in remaining ligaments was then analyzed in a first article. Secondly, the effect of PLC disruption on strains and stress in the spinal cord was studied. A preliminary analysis of the effect of bone prominences in the vertebral canal was also proposed.

The results showed that when the entire PLC is removed, a physiological flexion movement could:
• potentially provoke capsular ligaments disruption and create a mechanical instability in the cervical spine. However to have a more complete overview, the instability should also be tested for lateral bending and axial rotation;
• increase local stresses and strains in the spinal cord specially when bone prominences are present without creating any permanent mechanical damage. The link between stresses and strains and neurological damage should however be described in order to further analyse these results.

This study shows that even when dealing with a purely ligamentous injury, immobilization is a key factor to prevent further damages. This research is part of a larger scope with the objective of increasing knowledge about post-traumatic instability in order to improve emergency care procedure.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 91-106.
Mots-clés libres: Vertèbres cervicales Propriétés mécaniques. Ligament longitudinal postérieur Lésions et blessures. Vertèbres cervicales Lésions et blessures Traitement. Vertèbres cervicales Modèles mathématiques. Méthode des éléments finis. rachis cervical, instabilité, traumatisme
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Petit, Yvan
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Wagnac, Éric
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 28 juin 2016 13:18
Dernière modification: 28 juin 2016 13:18
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1683

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