Conception et caractérisation d'un substitut physique de moelle épinière instrumenté

Résumé

Les mécanismes de blessures médullaires impliquent une interaction complexe entre la colonne vertébrale et la moelle épinière. L’étude de cette interaction passe souvent par la reproduction de fractures in vitro, le principal enjeu étant de relier les déformations de la moelle épinière aux efforts subis par la colonne vertébrale. Cependant, la mesure directe des déformations de la moelle épinière est complexe et souvent négligée. En effet, les techniques de mesure de l’occlusion du canal ne donnent qu’une mesure indirecte des déformations. De plus, elles ne prennent pas en compte le comportement biomécanique de la moelle épinière. L’objectif principal de ce projet est de concevoir et caractériser un substitut de moelle épinière instrumenté biofidèle qui permet de mesurer la compression qu’il subit en temps réel. Une analyse de la revue de la littérature a permis d’identifier certaines lacunes des substituts de moelle épinière existants. Un cahier des charges a été établi pour tenter d’apporter une réponse à cette problématique. Un processus de conception a été mené dans le but de trouver un matériau respectant certaines propriétés mécaniques de la moelle épinière, ainsi qu’unetechnique de mesure adaptable à ce matériau. Une caractérisation mécanique du substitut de moelle épinière a été effectuée afin de comparer ses propriétés à celles de moelles porcines fraiches. Le substitut a également été soumis à des compressions transverses importantes (jusqu’à 90%), à de grandes vitesses (jusqu’à 500 mm/s), afin de simuler la compression associée aux fractures vertébrales comminutives. Le but était d’étudier et de determiner certaines caractéristiques métrologiques de cet outil de mesure. La moelle épinière synthétique développée est constituée d’une mousse de silicone integrant un filament de polymère piézorésistif. Lorsque la moelle est comprimée, le filament s’étire et sa résistance électrique interne varie en lien avec la sévérité de la compression. Les résultats montrent que le substitut de moelle épinière développé possède des proprieties viscoélastiques (dépendance au taux de chargement) similaires à la moelle épinière porcine (ICC > 0,95). La résistance interne du filament de polymère augmente de 37% entre 0 et 75% de compression, pour une sensibilité moyenne de 9,4kΩ/%. L’évolution de la résistance du filament durant la compression varie au maximum de 4,7% entre le 1er et le 10ème étalonnage. Le substitut permet la mesure du taux de compression avec une erreur maximale inférieure à 4%. Le temps de réponse du filament est inférieur à 5ms. Globalement, le prototype construit a respecté 74% des cibles fixées dans le cahier des charges. En conclusion, ce substitut prend en compte le comportement biomécanique de la moelle épinière biologique et permet une mesure in situ fiable, répétable et en temps réel du taux de compression de la moelle épinière. Il s’agit d’un moyen novateur d’étudier le lien entre les lésions osseuses et la compression médullaire pour les fractures associées aux lesions médullaires.

Date	9 août 2017
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Éric Wagnac (Directeur(-trice)) & Yvan Petit (Codirecteur(-trice))