Grant: Alliance Grants

The proposed biomechanical engineering partnership project is addressing technological and practical problems faced by the medical device industry and orthopedic surgeons for posterior instrumentation related to the treatment of complex spinal pathologies. Each year, more than 450,000 patients with spinal pathologies, trauma, or degenerative conditions undergo surgical instrumentation and osteosynthesis (fusion) procedures. Significant variability in approaches exists in actual practice (implant types, specifications, rod contours) and there is no clear consensus on either optimal instrumentation systems or the ideal postoperative profile (specifics of a patient's pathology, age, or morphology). Surgeons primarily rely on empirical rules, population-based results from clinical studies and their own experience. To achieve the best overall surgical outcome, construct configuration and instrumentation techniques must be optimized based on the patient-specific biomechanical characteristics. The main objective is to develop "SpineSim", an advanced engineering simulation platform intended to enhance surgeon's ability to plan the procedure and determine the most appropriate instrumentation and fusion strategy for each patient to maximize outcomes, appropriate spinal rebalancing and safety. It will integrate an original hybrid approach of patient-specific 3D imaging, artificial intelligence (AI), deterministic simulation and value-based optimization integrating correction, risk, and cost. A comprehensive verification and validation to confirm the reliability of the model for the context of use as a future preoperative planning platform will follow the recently published ASME V&V40:2018 standard.Combined with the industrial partner's advanced assistive technologies, such as navigation, robotics, and custom solutions, SpineSim will serve as a platform to effectively plan surgery, transferable to intraoperative assistive technologies, and minimize postoperative biomechanical complications, including adding-on deformities, degenerative changes, and mechanical failures. Le projet de R&D partenariale en ingénierie biomécanique aborde des problèmes technologiques et pratiques rencontrés fréquemment par l'industrie des dispositifs médicaux et les chirurgiens orthopédiques pour l'arthrodèse liée au traitement de pathologies spinales complexes. Chaque année, 450 000 patients requerront des procédures d'instrumentation chirurgicale. Les approches varient considérablement dans la pratique (types d'implants, profil des tiges) et il n'existe pas de consensus sur les systèmes d'instrumentation optimaux ou le profil postopératoire idéal. Les chirurgiens s'appuient principalement sur des règles empiriques, des résultats d'études cliniques populationnelles et leur propre expérience. Pour obtenir le meilleur résultat chirurgical global, la configuration de la construction et les techniques d'instrumentation doivent être optimisées en fonction des caractéristiques biomécaniques spécifiques du patient. L'objectif est de développer "SpineSim", une plateforme de simulation d'ingénierie avancée destinée à améliorer la capacité du chirurgien à planifier la procédure et à déterminer l'instrumentation la plus appropriée pour chaque patient afin de maximiser les résultats, le rééquilibrage spinal approprié et la sécurité. Elle intégrera une approche hybride originale d'imagerie 3D spécifique au patient, d'intelligence artificielle (IA), de simulation déterministe et d'optimisation basée sur la valeur intégrant la correction, le risque et le coût. Une vérification et une validation complètes visant à assurer la fiabilité du modèle dans le contexte de son utilisation comme future plateforme de planification préopératoire suivront la récente norme ASME V&V40.Combiné aux technologies d'assistance avancées du partenaire industriel (i.e. navigation, robotique et solutions personnalisées), SpineSim servira de plateforme pour planifier efficacement la chirurgie, transférable aux technologies d'assistance peropératoires, et minimiser les complications biomécaniques postopératoires, notamment les déformations concomitantes, les changements dégénératifs et les défaillances mécaniques.