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Theses Year : 2007

Cervical disc arthroplasty : evaluation methods and biomechanical analysis

Arthroplastie discale cervicale : moyens d'évaluation et analyse biomécanique

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Abstract

Cervical total disc replacement is a fast growing novel surgical procedure. The goal of our study was to evaluate the biomechanical behavior of various design of prosthesis after implantation within the c-spine, with a specific interest in the influence of the geometry of the implants. The 3D finite element modeling showed variations of the estimated kinematics, prosthesis stress and facets loads following changes in the center and radius of a ball-andsocket arthroplasty. In spite of a great interindividual variability in vivo, the 2D analysis of dynamic flexion / extension radiographs of two series of patients with two different types of ball-an-socket prostheses demonstrated a propensity of the geometric center to influence the actual mean center of rotation. The development of the 3D EOS® imaging system for the cervical spine yielded us first to validate the use of this system then to study a double bearing prosthesis in the 3D space in vivo in a patient series. Ours results demonstrate the influence of the geometry of the bearing surfaces in articulated total disc prostheses at the cervical spine. The interrelationships between the prosthesis and the facets suggest the importance of patient specific modeling for guiding the surgical planning.
Le remplacement du disque intervertébral par une prothèse est une procédure chirurgicale innovante au rachis cervical. Le but de notre travail était d'étudier fonctionnement biomécanique de prothèses discales cervicales, en tenant compte de l'effet des éléments anatomiques après implantation, avec un intérêt spécifique pour l'influence de la variation de la géométrie des implants. La modélisation en éléments finis en 3D nous a permis de constater que les déplacements et les contraintes dans la prothèse et dans les facettes articulaires varient en fonction des paramètres géométriques (rayon et centre) dans le cas de des prothèses à emboîtement sphérique. Malgré une grande variabilité interindividuelle in vivo, l'analyse cinématique des radiographies dynamiques de deux séries de patients porteurs de prothèses à emboîtement sphérique différentes nous a permis observer l'influence de la position du centre géométrique sur le centre moyen de rotation en flexion / extension. Le développement de la stéréoradiographie EOS® pour le rachis cervical nous a conduit d'abord à valider l'utilisation de ce système puis a permis d'étudier un type différent de prothèse (à plateau mobile) dans des déplacements 3D. Nos résultats montrent l'importance des paramètres géométriques des prothèses articulées cervicales. L'interaction cinématique de la prothèse implantée avec les autres éléments du segment mobile rachidien suggère l'intérêt de la modélisation personnalisée dans la prise en charge des patients.
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Dates and versions

pastel-00003381 , version 1 (07-02-2008)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00003381 , version 1

Cite

Marc-Antoine Rousseau. Arthroplastie discale cervicale : moyens d'évaluation et analyse biomécanique. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2007. Français. ⟨NNT : 2007ENAM0020⟩. ⟨pastel-00003381⟩
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