Biomécanique du rachis cervical et de l’occiput

La biomécanique représente l’étude des forces et des mouvements appliquée au corps humain. Le rachis cervical est caractérisé par sa grande amplitude de mouvement qui permet à la tête d’être très mobile, assurant du même coup une bonne vision et le maintien de l’équilibre. Avant de décrire les mouvements du rachis cervical, il importe de présenter les plans de référence du corps humain.

Il existe trois mouvements fondamentaux qui peuvent être effectués par le rachis cervical : la flexion-extension, l’inclinaison latérale et la rotation axiale .

La flexion et l’extension se produisent dans le plan sagittal, la flexion lorsque la tête va vers l’avant, l’extension lorsqu’elle va vers l’arrière. La rotation axiale se produit dans le plan transverse, soit à gauche ou à droite. L’inclinaison latérale a lieu dans le plan frontal, soit à gauche soit à droite. Chaque jonction intervertébrale permet chacun de ces mouvements selon une certaine amplitude et même la combinaison de deux ou trois mouvements.

Plusieurs auteurs ont tenté de quantifier l’amplitude des mouvements du rachis cervical au fil des ans. La majorité des études ont été réalisées in vivo. Comme la mobilité du rachis cervical varie beaucoup d’une personne à l’autre et qu’elle évolue dans le temps pour chaque personne, les résultats publiés dans les nombreux articles montrent de grandes différences. De plus, il n’existe pas de consensus quant à la méthode à utiliser pour effectuer les mesures, ce qui engendre également une importante variabilité dans les résultats. Parmi les méthodes choisies pour mesurer l’amplitude de mouvement du rachis, il y a notamment l’utilisation de marqueurs et de caméras (Ferrario et al., 2002), d’un inclinomètre (Swinkels et SwinkelsMeewisse, 2014) (Youdas, Carey et Garrett, 1991), d’un analyseur de mouvement (Feipel et al., 1999) et de l’imagerie à résonnance magnétique (Ishii et al., 2004).

La zone neutre

Il est important de préciser que les mouvements effectués par le rachis cervical ne requièrent pas un effort proportionnel à l’amplitude du mouvement. En effet, il existe une zone neutre, c’est-à-dire une zone où peu ou pas d’efforts ne sont nécessaires pour assurer le mouvement. Il est possible d’observer cette zone pour chacun des mouvements, et ce à tous les niveaux vertébraux, mais elle varie beaucoup selon ces critères .

Rotation axiale C1-C2

En ce qui concerne plus spécifiquement le mouvement de rotation axiale au niveau C1-C2, une étude réalisée in vivo par Ishii et al. (2004) à l’aide d’imagerie à résonnance magnétique a permis de démontrer l’importance de cette articulation dans la rotation axiale de la tête.

En effet, le couplage ne commence à apparaître que lorsque la tête a effectué une rotation axiale d’environ 30 degrés. De plus, la rotation axiale de C1-C2 a un comportement linéaire au début du mouvement puis il devient non-linéaire par la suite. Cela signifie que la rotation de C1-C2 a un impact plus grand au début de la rotation de la tête et que plus celle-ci tourne, moins le mouvement est dû à la rotation de C1-C2. Il est alors attribuable au couplage ou à la rotation axiale se produisant à d’autres niveaux intervertébraux.

Une autre étude s’est attardée à trouver un axe de rotation plutôt que simplement le centre de rotation (Dugailly et al., 2010). Ceci a l’avantage de considérer la rotation de l’atlas sur l’axis en trois dimensions. Les résultats qu’ils ont obtenus sont que l’axe de rotation est relativement constant lors de la rotation et qu’il correspond souvent à la direction du processus odontoïde. Toutefois, l’axe de rotation évolue tout de même légèrement durant la rotation et sa position varie d’un spécimen à l’autre.

Biomécanique des dispositifs d’ostéosynthèse

Plusieurs études biomécaniques ont été réalisées dans les dernières années afin de comparer les dispositifs d’ostéosynthèse entre eux ou simplement d’évaluer leur performance. Cette section ne cherche toutefois qu’à quantifier les efforts auxquels ils sont soumis. La plupart des études soumettent les dispositifs à des moments de 1.5 Nm dans toutes les directions, soit en flexion-extension, en inclinaison latérale et en rotation axiale (Melcher et al., 2002; Oda et al., 1999). Une étude appliquait un moment équivalent en flexion-extension et en inclinaison latérale, mais n’appliquait qu’un moment de 0.5 Nm en rotation axiale (Richter et al., 2002).

L’ostéosynthèse

L’ostéosynthèse est un « procédé de réparation ou de fixation des os consistant à maintenir ensemble des fragments osseux à l’aide de matériel synthétique posé à l’intérieur du corps, à même l’os visé, ou à l’extérieur du corps, des tiges métalliques passant alors au travers de la chair jusqu’à l’os » (Office québécois de la langue française, 2014). En ce qui concerne le rachis cervical et l’occiput, cette procédure vise à consolider la structure du rachis afin de prévenir des blessures qui pourraient s’avérer fatales, comme une atteinte de la moelle épinière. Une étude a estimé qu’environ 1 175 000 ostéosynthèses du rachis cervical ont été réalisées entre 2002 et 2009, aux États-Unis seulement (Oglesby et al., 2013). Une grande majorité d’entre elles sont faites par approche antérieure (90 %), mais les ostéosynthèses par approche postérieure ont connu une forte augmentation durant cette même période, ayant presque doublé. Il est à noter que les résultats de cette étude incluent toutes les techniques utilisées et pas seulement celles qui sont présentées dans cette section. Toujours selon cette même étude, le taux de mortalité postopératoire est de 1.38 % pour l’approche postérieure et de 0.29 % pour l’approche antérieure.

De nombreuses techniques d’ostéosynthèse ont été développées au fil du temps. Le choix de la technique variera selon la nature de l’instabilité, car celle-ci peut contraindre le chirurgien à utiliser une certaine approche, selon l’âge du patient ou selon les préférences du chirurgien. Celles qui seront abordées ici sont considérées comme étant des références dans le domaine.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DES CONNAISSANCES
1.1 Anatomie du rachis cervical et de l’occiput
1.2 Biomécanique du rachis cervical et de l’occiput
1.2.1 La zone neutre
1.2.2 Rotation axiale C1-C2
1.2.3 Biomécanique des dispositifs d’ostéosynthèse
1.3 L’ostéosynthèse
1.3.1 Approche antérieure
1.3.2 Approche postérieure
1.3.3 Dispositifs dynamiques existants
1.3.4 Dispositifs dynamiques proposés, mais non disponibles commercialement
1.4 Principales indications
1.4.1 Trauma
1.4.2 Dégénérescence
1.4.3 Malformation
1.4.4 Tumeur
1.5 Synthèse des connaissances
CHAPITRE 2 PROBLÉMATIQUE, HYPOTHÈSES ET OBJECTIFS
2.1 Problématique
2.2 Hypothèses
2.3 Objectifs
CHAPITRE 3 CONCEPTION
3.1 Analyse de risques
3.2 Marché visé
3.3 Besoins des clients
3.4 Caractéristiques techniques
3.5 Restrictions
3.6 Maison de la qualité
3.7 Analyse de la maison de la qualité
3.7.1 Analyse de la cohérence
3.7.2 Identification de compromis
3.7.3 Révision de la maison de la qualité
3.7.4 Le principe de Pareto
3.8 Le mode d’évaluation
3.9 Recherche de solutions
3.9.1 Concept pièces encastrées (A)
3.9.2 Concept profilé à angle (B)
3.9.3 Concept crochets (C)
3.10 Choix des solutions
3.11 Développement des solutions
3.11.1 Dispositif pièces encastrées (1)
3.11.2 Dispositif crochets (2)
3.12 Analyse de la rotation
3.13 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 4 ÉVALUATION DES DISPOSITIFS
4.1 Paramètres de l’analyse par éléments finis
4.2 Résultats de l’analyse par éléments finis
4.2.1 Dispositif pièces encastrées (1)
4.2.2 Dispositif crochets (2)
4.2.3 Brevet Roberto (2013)
CHAPITRE 5 DISCUSSION
5.1 Conception
5.1.1 Analyse de risques
5.1.2 Collecte des besoins
5.1.3 Caractéristiques techniques
5.1.4 Restrictions
5.1.5 Analyse de la maison de la qualité
5.1.6 Recherche de solutions
5.1.7 Choix des solutions
5.1.8 Développement des solutions
5.2 Évaluation des dispositifs
5.2.1 Paramètres de l’analyse par éléments finis
5.2.2 Résultats de l’analyse par éléments finis
5.3 Deuxième itération de la matrice de Pugh
CONCLUSION