Création d’implants thoraciques sur mesure grâce aux scanners 3D Artec et au logiciel Geomagic Freeform

Résumé : Traditionnellement, le moulage en plâtre et la tomodensitométrie étaient utilisés pour créer des implants pour les patients souffrant de déformations thoraciques. Toutefois, ces deux méthodes étaient compliquées et imprécises. Tout a changé avec l’arrivée du scan 3D.

Objectif : Utiliser des scanners 3D portables pour créer des modèles numériques précis de l’anatomie des patients, puis se servir de ces modèles pour fabriquer des implants en silicone parfaitement adaptés qui amélioreront la vie des patients, en un minimum de temps et avec un minimum d’inconfort.

Outils utilisés : Artec Eva, Spider, Artec Studio, Geomagic Freeform

Les scanners de Artec aident à offrir des solutions médicales 3D personnalisées s’adaptant parfaitement à l’anatomie de chaque patient pour traiter de façon peu invasive des pathologies telles que les déformations congénitales de la paroi thoracique.

Les avancées technologiques rapides dans le domaine de la médecine sont cruciales pour le développement de solutions médicales personnalisées. Ce qui semblait impossible il y a encore deux ans est aujourd’hui devenu réalité. Les établissements de santé publics et privés utilisent des innovations telles que le scan 3D pour diagnostiquer et traiter leurs patients ainsi que pour créer des dispositifs médicaux sur mesure augmentant considérablement la qualité de vie de ces derniers. 

Anatomik Modeling est une entreprise spécialisée dans la conception et le développement d’implants 3D sur mesure. Sa mission est d’offrir des solutions médicales 3D personnalisées s’adaptant parfaitement à l’anatomie de chaque patient pour traiter de façon peu invasive des pathologies telles que les déformations congénitales de la paroi thoracique. Celles-ci incluent notamment le pectus excavatum, ou thorax en entonnoir, caractérisé par un enfoncement du sternum causé par une croissance excessive des cartilages reliant les côtes au sternum ; et le syndrome de Poland, qui se caractérise par l’absence d’une partie ou de la totalité du muscle grand pectoral sur un côté du corps.

Benjamin Moreno, directeur de la technologie et cofondateur d’Anatomik Modeling, est convaincu que des soins de santé personnalisés et des dispositifs médicaux sur mesure fournissent les traitements et solutions nécessaires aux patients auxquels les dispositifs médicaux traditionnels ne sont pas adaptés. Des dispositifs médicaux sur mesure peuvent être utilisés pour un certain nombre de cas complexes d’anatomie, produire de meilleurs résultats et réduire considérablement la durée de l’opération chirurgicale et de la convalescence.

Benjamin Moreno et son équipe de professionnels utilisent par exemple les solutions de scan 3D d’Artec et le logiciel Geomagic Freeform pour concevoir des implants sur mesure sans défaut et suivre les résultats. La méthode de travail actuelle est la suivante : avant l’opération, le patient prend part à plusieurs sessions de scan afin que les données nécessaires sur sa déformation soient recueillies. Des scanners 3D Artec sont utilisés pour capturer les données externes sur le thorax du patient tandis qu’une tomodensitométrie est réalisée pour examiner la structure interne de la cage thoracique. 

Travail sur la conception d’un implant 3D sur mesure pour traiter un thorax en entonnoir

Ensuite, afin de concevoir l’implant sur mesure, les données provenant de la tomodensitométrie du patient sont directement importées dans le logiciel Geomagic Freeform dans un format de fichier standard, tel que STL ou OBJ. Ce logiciel 3D de pointe est idéal pour dessiner et fabriquer des formes organiques, principalement parce qu’il peut être utilisé avec un dispositif haptique, outil qui donne à ses utilisateurs la sensation physique de sculpter dans un environnement virtuel.  

« Freeform sert à concevoir des dispositifs médicaux s’adaptant parfaitement à l’anatomie du patient. C’est le logiciel idéal pour cela car tous nos dispositifs médicaux ont des formes organiques. Nous utilisons bien entendu le dispositif haptique Phantom, qui nous permet de manipuler et de sculpter nos dispositifs médicaux dans l’esprit de Freeform ! Cela nous fait économiser beaucoup de temps. » Benjamin Moreno.

Rendu 3D d’un thorax en entonnoir prononcé à partir des données d’une tomodensitométrie dans Geomagic Freeform

Création d’implants sur mesure à l’aide du logiciel Geomagic Freeform et du dispositif haptique Phantom

Une fois le dessin terminé, un prototype est produit par usinage CNC. Le prototype est ensuite moulé dans du plâtre. Du silicone médical est versé dans le moule en plâtre pour créer l’implant. Le choix de cette méthode s’explique par l’absence, actuellement, de technologies d’impression 3D permettant d’imprimer des élastomères de silicone de qualité médicale. 

L’implant 3D sur mesure est ensuite chirurgicalement introduit profondément dans le thorax, entre la cage thoracique et les muscles pextoraux. Un scanner 3D Artec Eva est utilisé pour numériser la nouvelle forme du thorax. Les scans 3D détaillés pré- et post-opératoires réalisés lors des sessions de scan 3D sont alignés et des comparaisons par carte de distances sont réalisées directement dans le logiciel de scan et de traitement Artec Studio. Ce procédé offre une représentation claire de l’endroit et de la manière dont les tissus du corps sont projetés. Les modèles 3D permettent aux experts de mieux comprendre comment les tissus mous situés au-dessus des implants se repositionnent en fonction de la structure anatomique standard de la cage thoracique.

Résultat d’une carte de distances dans Artec Studio 12 comparant des données 3D pré- et post-opératoires afin d’évaluer le repositionnement des tissus mous dans le thorax du patient

Scans 3D du thorax d’un patient souffrant d’un thorax en entonnoir. À gauche : avant l’opération. À droite : après l’insertion d’un implant 3D sur mesure.

La méthode de travail actuelle est simple, rapide et sûre. Cela n’a toutefois pas toujours été le cas. Avant de recourir aux solutions de scan 3D d’Artec, Anatomik Modeling utilisait d’autres méthodes plus conventionnelles pour collecter les données requises, telles que le moulage en plâtre ou la tomodensitométrie. Le moulage en plâtre est très chronophage, et la tomodensitométrie exige que le patient soit en position couchée. Par conséquent, les tissus mous bougent, ce qui rend les données enregistrées inexactes.

Afin d’obtenir des données 3D rapidement, de façon précise et en toute sécurité, l’entreprise a d’abord fait l’acquisition d’un Artec MH 3D et d’un Artec Eva. MH et Eva se sont révélés être les solutions portables parfaites pour numériser des données sur des déformations du thorax. L’entreprise a ensuite également acheté un Artec Spider pour scanner le visage et la tête des patients en très haute résolution. Désormais, les patients en soins pré- et post-opératoires peuvent facilement être scannés debout, ce qui garantit à chaque fois des résultats précis. Par ailleurs, même si la tomodensitométrie reste nécessaire pour créer un implant sur mesure, l’exposition des patients aux rayons x est considérablement réduite.

« Artec Eva et Artec Spider font économiser beaucoup de temps et sont bien plus fiables que le moulage en plâtre classique, ce qui facilite également les choses pour le patient. En outre, avoir les modèles 3D de l’anatomie du patient permet de prendre des mesures impossibles à obtenir à l’aide de moules en plâtre. » Benjamin Moreno, directeur de la technologie et cofondateur d’Anatomik Modeling. 

Résultats d’une chirurgie correctrice d’un thorax en entonnoir à l’aide d’implants 3D Anatomik Modeling sur mesure. À gauche : avant l’opération. À droite : après l’opération.  

L’intégration de matériel et de logiciels 3D professionnels s’est révélée être un grand succès et améliore considérablement la vie de nombreuses personnes. Grâce à davantage de projets à venir et aux avancées constantes dans le domaine de la 3D, les technologies 3D de pointe ouvrent la voie vers des soins de santé personnalisés, à la fois pour les professionnels d’Anatomik Modeling et pour les experts de la santé à travers le monde.

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