Créer des prothèses et des orthèses optimales avec Artec Eva et Spider

Résumé : Un prothésiste-orthésiste cherchait la meilleure solution de scan 3D pour créer des orthèses et des prothèses de précision plus rapidement tout en réduisant les coûts de production. 

L’objectif : Utiliser un scanner 3D couleur portable professionnel pour numériser les bras, jambes ou autres parties du corps des patients en 2 à 5 minutes, puis modifier les scans, les transformer en modèles 3D, et fraiser/imprimer en 3D les orthèses et prothèses sur mesure.

Outils utilisés : Artec Eva, Artec Space Spider

Un prothésiste-orthésiste cherchait la meilleure solution de scan 3D pour créer des orthèses et des prothèses de précision plus rapidement tout en réduisant les coûts de production. 

Le marché mondial des orthèses et des prothèses était estimé à 8,15 milliards de dollars en 2017. Ce chiffre augmente chaque année en raison de la population vieillissante, d’une hausse du nombre de blessures sportives et d’amputations liées au diabète ainsi que de l’incidence du cancer des os. D’ici 2050, le nombre de personnes âgées de 60 ans et plus devrait doubler, grimpant de 962 millions en 2017 à 2,1 milliards en 2050. 

Face à la demande croissante en orthèses et en prothèses, le gouvernement et les compagnies d’assurances examinent plus attentivement que jamais les dossiers et ne se contentent plus de simplement mettre la main au portefeuille. D’où des marges plus serrées pour les prothésistes-orthésistes, qui doivent offrir des solutions à la fois très demandées et non disponibles en vente libre.   

Situé à Willmar, dans le Minnesota, Hagen Orthotics & Prosthetics est un cabinet d’orthèses et de prothèses. Son propriétaire, Warren Hagen, ancien combattant et podo-orthésiste certifié, a fait de la conception des meilleures orthèses et prothèses sa spécialité et sa passion. Il est convaincu que la technologie joue un rôle crucial car ce qui fonctionne depuis de nombreuses années n’est pas toujours ce qui fonctionne le mieux. Jour après jour, il s’implique directement dans chaque aspect de l’activité de son entreprise et cherche des façons d’améliorer les produits et services de celle-ci.

C’est là que le scan 3D entre en scène. Ce qui, il y a quelques années encore, n’aurait été que le rêve d’un fan de science-fiction, est aujourd’hui devenu réalité. Les patients s’assoient, se détendent et se font scanner leurs jambes, leurs pieds, leurs bras ou d’autres parties du corps à l’aide d’un scanner 3D portable. Le scan dure en général entre 2 et 5 minutes seulement. Puis, les scans sont transformés en modèles 3D envoyés soit à une imprimante 3D, soit à une fraiseuse spéciale qui « grave » les orthèses dans de la mousse EVA et d’autres matériaux. Tout cela est réalisé immédiatement dans le cabinet médical. Le niveau de précision, les économies de coûts, et la qualité des produits sont remarquables.

« Du scan à l’utilisation de la fraiseuse, le gain de temps est d’au moins 30 %, commente Warren Hagen. Sur le long terme, les économies de coûts dépassent largement les 30 %. »

Mais il n’en a pas toujours été ainsi. Au fil des années, l’équipe a eu recours à divers scanners 3D, tels qu’Amfit. Toutefois, après des recherches minutieuses, elle a finalement arrêté son choix sur Artec Eva et Spider, deux scanners 3D couleur professionnels connus pour leurs applications médicales, scientifiques et autres. Les deux scanners utilisent une lumière structurée tout à fait inoffensive, ce qui les rend idéaux en médecine, à la fois pour le personnel et les patients. L’équipe a acheté Eva chez le revendeur agréé Or Laser Design, et Spider chez le revendeur agréé Rapidscan 3D.

« Chacun de nos scanners Artec nous permet de produire des modèles incroyables avec lesquels travailler, commente Warren Hagen. Eva est le meilleur pour scanner des parties du corps plus grandes, tandis que Space Spider est parfait pour les modèles de moules ainsi que des projets plus petits et détaillés. »

Avant l’introduction du scan 3D, la conception d’orthèses et de prothèses nécessitait de réaliser des moules en plâtre et en fibre de verre pour les patients. Bien que ces technologies constituent toujours une option possible, elles sont salissantes et chronophages. Le moulage prend en général 2 à 5 fois plus de temps qu’un scan 3D numérique précis (de 2 à 5 minutes pour le scan, contre 11 minutes pour le moulage). La réduction des coûts est également impressionnante, les matériaux utilisés pour créer un moule coûtant en moyenne plus de 50 dollars, sans compter le coût de la main-d’œuvre. À titre de comparaison, un scan 3D ne coûte que quelques dollars.

« Beaucoup de nos patients sont âgés et, pour eux, rester immobile pendant le moulage n’est pas confortable, commente Warren Hagen. C’est là qu’Eva et Space Spider ont un avantage inestimable… Une immobilité de seulement deux minutes améliore considérablement le confort des patients. »

Depuis quelques années, le niveau de satisfaction de ces derniers a augmenté, passant de « satisfait » à « fidèle ». « Nos patients se rendent rapidement compte qu’il ne s’agit pas de quelque chose qu’ils peuvent simplement acheter en pharmacie..., explique Warren Hagen. C’est un produit sur mesure conçu spécialement pour eux, qui s’adapte parfaitement à leur anatomie et à leur mode de vie, et qu’ils pourront utiliser longtemps. La mobilité est primordiale, surtout pour les personnes âgées. Nous la leur rendons, avec un véritable confort. Nos patients en parlent à leurs amis et à leur famille. »

La méthode de travail actuelle est la suivante : le patient vient se faire examiner (examens physique et verbal, antécédents, etc.). Puis, le bras, la jambe ou une autre partie du corps du patient est scanné à l’aide d’Eva ou de Space Spider. Les scans sont traités directement dans Artec Studio, où ils sont assemblés et transformés en modèle 3D. Le modèle est envoyé au format STL à Fitfoot360 (logiciel de conception d’orthèses sur mesure) s’il s’agit d’un scan de pied, ou à Meshmixer s’il s’agit d’une autre partie du corps (jambe, bras, etc.). Le modèle 3D est ensuite ouvert dans le logiciel Aspire, où il est préparé pour la gravure, puis envoyé à la fraiseuse Freedom.

Le modèle 3D final peut également être envoyé à Simplify, pour être imprimé en 3D. Dans le cas d’une orthèse, après la gravure, la couche supérieure est collée, et le produit fini est apporté au patient pour l’essayage. Le cabinet médical conçoit et imprime régulièrement en 3D des attelles pour jambes, poignets, pieds et mains.

« Le niveau de précision est inégalable, et le fait que nous puissions le garantir à chaque reprise, sans exception, est un atout de taille, se réjouit Warren Hagen. Scanner avec Eva et Artec Spider est simple comme bonjour. Vous pouvez voir le scan directement sur l’écran dans Artec Studio. Vous pouvez ainsi être sûr que votre scan enregistre toutes les données car vous le voyez en temps réel. »

L’équipe utilise également Eva et Space Spider pour un processus qu’elle a baptisé « Shell Offset » (« Décalage de la coque »). Celui-ci consiste à scanner une partie du corps – un bras ou une jambe – puis à ouvrir le modèle 3D dans un logiciel tel que Meshmixer. Par exemple, si un patient s’est cassé le bras droit, son bras gauche est scanné avec Eva (Space Spider est utilisé pour des parties du corps plus petites), car le bras gauche est le membre sain. Dans le logiciel, ce membre est ensuite « symétrisé » pour ressembler au bras droit du patient. On obtient ainsi le niveau de symétrie voulu avec les bras gauche et droit.

On modifie ensuite le modèle 3D du nouveau bras en supprimant les défauts ou en renforçant le bras dans les régions osseuses ou près des articulations. Cela permet d’ajouter des zones de confort à l’attelle après son impression. La « coque » est ensuite créée en réalisant une copie numérique du bras et en augmentant le décalage pour obtenir l’épaisseur voulue. La taille du membre 3D numérique est agrandie aux coordonnées x, y et z. Puis, le membre modifié et la coque sont sélectionnés dans le logiciel pour réaliser la coque creuse/couche supérieure de l’attelle à l’aide de la commande Différence booléenne dans Meshmixer.

« Voilà comment nous créons une coque, couche, protection, etc. parfaites, explique Warren Hagen. Nous renforçons également les zones clés de l’attelle pour éviter qu’elle ne se casse, et nous utilisons aussi le logiciel pour couper et tailler des zones autour de l’attelle, de façon à ce que le patient puisse plus facilement l’enlever. Ensuite, nous envoyons l’attelle à notre imprimante 3D. »

« Nos attelles sont conçues pour durer plusieurs mois, voire des années, en fonction de l’utilisation faite par le patient, du design de l’attelle, et des matériaux utilisés. » Hagen Orthotics and Prosthetics utilise des matériaux de la meilleure qualité, tels que l’EVA, le MDF, ainsi que divers plastiques comme le PETG, le PLA, les copolymères, le polypropylène, et le PCTPE. « Une grand-mère et un joueur de rugby de 145 kilos auront bien entendu besoin d’attelles différentes. Nous sommes ravis de pouvoir leur donner, ainsi qu’à tout un chacun, exactement ce dont ils ont besoin, et ce sans exception. »

Orthèse cheville-pied imprimée en 3D par Warren Hagen et Artec Spider