Étude des fractures vertébrales traumatiques sur un modèle porcin

Boisclair, Dominic (2012). Étude des fractures vertébrales traumatiques sur un modèle porcin. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La fracture vertébrale de type burst est un traumatisme grave aux répercussions importantes pour le patient et son entourage. La définition du traitement optimal est complexe et sujette à de multiples débats au sein de la communauté médicale. Les modèles expérimentaux se sont multipliés récemment pour mieux comprendre cette fracture. Or, les modèles actuels sont limités puisqu’ils ne permettent pas d’étudier en parallèle les deux aspects fondamentaux de la fracture vertébrale : la biomécanique et les fonctions neurologiques.

Ce projet vise à poser les pierres d’assises pour la création d’un modèle expérimental vivant avec une fracture vertébrale instable de type burst accompagné d’atteintes neurologiques. L’objectif de cette thèse est d’étudier la fracture vertébrale et de développer une méthode pour produire une fracture vertébrale instable in situ sur un miniporc mature complet. Trois sous-objectifs ont été définis, soit : d’étudier les mécanismes lésionnels menant à la fracture voulue, d’étudier la biomécanique des vertèbres fracturées et de concevoir l’appareil pour produire la fracture in situ.

La réalisation du premier objectif a permis d’identifier les paramètres de chargement favorisant l’apparition d’une fracture vertébrale comminutive instable avec une obstruction significative du canal vertébral. Un article a été publié au mois de septembre 2011 dans le Journal of Biomechanical Egineering pour présenter les résultats obtenus (Chapitre 3). Nous avons démontré que le chargement dynamique d’un segment de colonne sans flexion favorise l’apparition de la fracture désirée. Ces caractéristiques ont été récupérées pour la conception de la méthode applicable in situ.

Le second objectif visait à évaluer comment l’application d’une charge physiologique à un spécimen fracturé influence l’obstruction du canal vertébral. Les résultats obtenus ont été publiés dans le Journal of Spinal Disorders and Techniques au mois de février 2012 (Chapitre 4). Nous avons observé que l’application de charges physiologiques peut augmenter l’obstruction du canal vertébral. Cette information est importante puisque les charges intervertébrales chez les quadrupèdes sont supérieures aux charges humaines. Il faut donc considérer que l’obstruction mesurée sur les spécimens vivants sera potentiellement supérieure à ce que l’on mesure sur les spécimens cadavériques.

La conception du montage permettant de produire une fracture vertébrale in situ sur un miniporc complet a ensuite été entreprise à partir des résultats obtenus au cours des étapes précédentes. L’appareil a été fabriqué et les premières fractures obtenues sont décrites dans un article soumis a The Spine Journal au mois de mai 2012 (Chapitre 5). Des fractures comminutives instables avec une obstruction significative du canal vertébral ont été produites in situ sur des spécimens complets. La méthode développée n’a pas causé de fractures additionnelles aux structures adjacentes.

La méthode et l’appareil développés dans le cadre de cette thèse sont sans précédent. Cette méthode produit des fractures d’intérêts pour la communauté scientifique et localise le traumatisme au rachis. Avec quelques modifications à l’équipement, un modèle expérimental vivant avec une fracture instable de type burst et des atteintes neurologiques potentielles pourra être réalisé. Ce modèle pourra être utilisé dans le cadre de plusieurs études exploratoires et précliniques.

Titre traduit

Traumatic vertebral fracture study on porcin model

Résumé traduit

Vertebral burst fracture is a severe trauma with major consequences for the patient and their relatives. The optimal intervention is often complex to define and subject to many debates in the medical community. The number of experimental models has multiplied recently in order to better understand this fracture. Alas, current models are limited as the evaluation of two fundamentals aspects of this fracture cannot be studied together: the biomechanics and neurological functions.

This project is the cornerstone toward the creation of a living experimental model with an unstable vertebral fracture with associated to neurologic deficits. The objective of this thesis is to study the vertebral fracture and to develop a method to create in situ unstable vertebral fractures on whole mature minipigs. Three sub-objectives have been established in order to: study the vertebral fracture mechanisms leading to the desired fracture, study the biomechanics of the fractured spine segment and conceive the apparatus capable of creating a vertebral fracture in situ.

The loading parameters leading to the creation of vertebral unstable burst fracture with a significant canal encroachment have been identified with the completion of the first objective. A scientific paper has been published in the September 2011 issue of the Journal of Biomechanical Engineering to expose the results obtained (Chapter 3). We have demonstrated that the dynamic loading of a spinal segment without flexion are conditions easing the creation of the desired fracture. These loading characteristics have been used in the conception of the in situ method.

The second objective aimed to assess the influence of physiological loadings on the spinal canal encroachment of fractured specimens. The conclusion of this study has resulted in the publication of a paper in the Journal of Spinal Disorders and Techniques (Chapter 4) in February 2012. We have noted that the application of physiological loads may increase the spinal canal encroachment. This knowledge is important especially since the intervertebral loads are higher in the quadruped’s spine than the human’s spine. We may expect the spinal canal encroachment measured on live specimens to be greater than the encroachment measured on cadaveric specimens.

The conception of an apparatus capable of creating vertebral fractures in situ on whole minipigs has been instigated based on the knowledge acquired in the previous steps. The developed apparatus and the first results have been exposed in a paper submitted to The Spine Journal (Chapter 5) in April 2012. Comminuted unstable fractures with significant canal encroachment have been produced in situ on whole specimens. The method conceived did not cause any additional fracture to the adjacent structures.

The method and apparatus developed is without precedent. This method produces vertebral fractures of great interest for the scientific community and localises the trauma to the spine alone. With some modifications, a living experimental model with an unstable vertebral burst fracture and potential neurologic deficits could be created. This model could be used in the context of exploratory and preclinical studies.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [107]-115.
Mots-clés libres:	Colonne vertébrale. Fractures. Modèles animaux. Modèles animaux dans la recherche. Porcs. Traitement.
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Petit, Yvan
Codirecteur:	Codirecteur Parent, Stefan
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	27 août 2012 20:41
Dernière modification:	02 mars 2017 22:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1046

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