The purpose of this experimental study was to compare posterior fixation systems using hooks and screws implanted in the thoracic spine. This study was completed by a digital analysis using the finished element method.

For the experimental study, we used 7 human thoracic spines. Forty-nine groups of 2 vertebrae were individualized. Traction was applied to maximum breaking force measured on an Instron. We used two types of instrumentations, alternating 4 pedicle screws and 2 pedicle-lamina hooks. For the digital study, we used a vertebral model composed of nearly 63 000 nodes and 14 000 elements. Elastic field calculations were carried out with a finished element abacus.

The base of the pedicles broke when traction was applied to a pedicle-lamina hook assembly. The medial part of the pedicle broke when traction was applied to a pedicle screw assembly. Maximul break strength for hooks was 1 108 ± 510 N. It was 820 ± 418 N for 4 mm diameter screws and 1 395 ± 435 for 5 mm screws. The most fragile vertebrae were T5-T6 and T7-T8. the screw-instrumented model showed that stress concentrated on the medial aspect of the pedicle, inside the medullary canal. Using a long screw did not reduce the stress force significantly. The hook-instrumented model showed that stress was greatest on the lower part of the pedicle.

From a mechanical point of view, screw instrumentation is the more appropriate type of fixation. Screw fixation did not however demonstrate its superiority during the traction tests. For 4 mm screws, resistance was 23 % weaker than with a hook assembly and for 5 mm screws, it was only 12 % stronger. Pullout may be attributed to two principal causes, either fracture of the bony anchoring of the screw system or breakage of the pedicle. Bone thread pullout occurs when the screw threads do not penetrate sufficiently deep into the cortical bone due to the small diameter of the screw shaft. Using a larger diameter screw raises however the problem of damaging the pedicle. Pedicle breakage is seen with stronger stress forces and constitutes the upper limit of maximum break force. This leads us to formulate the hypothesis that in most cases, screw pullout occurs by breakage of the bony threading. Screws are less effective if they are not properly anchored in the pedicles, probably the reason for their relative weakness. Screw diameter should be adapted to the size of each pedicle. This would allow better transmission of stress from the screw to the pedicle. Hooks apply further stress to the vertebrae. The digital study showed that using a long screw crossing through the vertebra does not reduce the stress applied to the pedicles enough to justify its use.

Le but de cette étude expérimentale était de comparer les moyens de fixation que sont les crochets et les vis mis par voie thoracique postérieure. Elle a été complétée par une étude numérique fondée sur la méthode des éléments finis.

Pour notre étude expérimentale, nous avons utilisé sept rachis thoraciques humains. Quarante-neuf groupes de 2 vertèbres ont été individualisés. Une traction était effectuée jusqu'à la force maximale de rupture, lue sur une machine Instron. Nous avons alterné des montages avec 4 vis pédiculaires et 2 pinces pédiculo-lamaires. Pour notre étude numérique, le modèle de vertèbre comportait près de 63 000 noeuds et 14 000 éléments. Les calculs ont été effectués dans le domaine élastique à l'aide du mode de calcul par éléments finis Abaqus.

A chaque fois que nous avons exercé une traction par pince pédiculo-lamaire, c'est la base des pédicules qui s'est cassée. En cas de montage avec des vis, nous avons eu, une fissure médiale de la base du pédicule. Pour les crochets, la force maximale de rupture était de 1 150 ± 388 newtons. Pour les vissages, la force maximale de rupture était de 1 108 ± 510 newtons. Elle était de 820 ± 418 newtons pour les vis de diamètre 4 mm et de 1 395 ± 435 newtons pour les vis de 5 mm. Nous avons retrouvé les vertèbres les plus fragiles en T5-T6, T7-T8. Le modèle instrumenté par vis a montré une concentration de contraintes à la partie médiale du pédicule, à l'intérieur du canal médullaire. L'utilisation d'une vis longue n'entraînait pas de diminution notable des contraintes. Le modèle instrumenté par crochet a montré que les contraintes étaient maximales à la partie inférieure des pédicules.