Bioperformance et modelisation par éléments finis des agrafes en Ni-Ti et beta-Ti pour la modulation de croissance des vertèbres scoliotiques

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La scoliose est une déformation de la colonne vertébrale touchant surtout les enfants et les adolescents. Pour y remédier, les corsets permettent de freiner la progression de la maladie sans toutefois réduire la courbure et les chirurgies impliquent une fusion des vertèbres et l'insertion de tiges. Ce type d'intervention est traumatisant pour le jeune patient car toute la correction se fait durant l'opération. Dans ce projet d'ingénierie biomédicale, nous nous proposons d'améliorer un système d'agrafes de correction de la scoliose qui ne requiert pas de fusion des vertèbres et qui soit minimalement invasif. Pour ce faire, nous allons utiliser des matériaux adaptatifs dits "intelligents" ayant des propriétés uniques: un effet mémoire de forme et une superélasticité. Contrairement à ce que l'on observe avec les matériaux traditionnels, les alliages à mémoire de forme (AMF) tels que le nickel-titane (NiTi) et le bêta-titane (bêta-Ti) ont la capacité d'appliquer une force constante dans le temps sur une large plage de déformation et par conséquent, de compenser pour la relaxation des tissus vertébraux. Ceci nous permettra de moduler localement la croissance des vertèbres en pré-programmant le niveau et la direction des forces correctives agissant sur le tissu osseux. Une technique de reconstruction 3D développée et validée par notre équipe nous permettra de quantifier la modification de la morphologie du rachis suite à l'instrumentation sur une cohorte de patients traités par un orthopédiste collaborateur avec des agrafes en NiTi. D'autre part, les forces correctives délivrées par ces agrafes seront déterminées par des mesures in vitro sur un modèle physique. Une étude in vivo sur un modèle animal sera conduite pour évaluer la biofonctionnalité des agrafes et corréler les forces appliquées à la croissance osseuse sur une durée d'implantation de 3 mois. En parallèle, nous allons modéliser les agrafes par éléments finis, intégrer le modèle d'agrafes dans un modèle biomécanique du rachis intégrant la croissance osseuse et effectuer des simulations de la correction afin d'optimiser le design de ce nouveau système correctif.