Créer des implants imprimés en 3D pour des enfants ayant des malformations de l'oreille

Le Dr. Ken Stewart, de l'Hôpital Royal pour Enfants Malades à Édimbourg, utilise un scanner 3D Artec Spider pour capturer avec précision la géométrie d'oreilles et pour créer des implants pour des patients atteints de microtie, une maladie congénitale de l'oreille.

Plus de 100 000 enfants entrent à l'Hôpital Royal pour Enfants Malades (aussi connu comme «les Enfants Malades») chaque année. Situé à Édimbourg, ses installations s'occupent d'enfants comme Ellie, qui souffre d'une malformation congénitale du cartilage élastique de l'oreille. Les docteurs appellent cela la «microtie», un terme médical qui est une traduction du latin «petitesse anormale de l'oreille». Pour certains des patients atteints de cette condition, la pinna (pavillon de l'oreille) peut être si petite qu'elle paraît ne pas être présente. Et à cause du sous-développement de l'oreille médiane et du canal externe, la microtie est souvent accompagnée par un certain niveau de handicap auditif. Avec 1 bébé sur 6000 né avec cette condition, au moins 10 jeunes patients Écossais peuvent avoir un problème similaire à celui de Ellie. Et c'est seulement pour l’Écosse en une année.

L'entrée de l'Hôpital Royal pour Enfants Malades.

L'infirmier clinique spécialiste Ken Clapperton utilisant l'Artec Spider pour scanner l'oreille d'Ellie dans Artec Studio.

Heureusement, c'est à Édimbourg qu'on peut trouver Ken Stewart, qui en plus de sa longue liste d'autres rendez-vous professionnels, dirige le Service de Reconstruction de l'Oreille local de l’Écosse. Il y a mis au point des manières d'effectuer une chirurgie reconstructive sur à la fois les enfants ou les adultes souffrant de malformations de l'oreille.

Clinicien en chef au NHS et Directeur du Service Écossais de Reconstruction de l'Oreille, Ken Stewart (gauche). Ken Stewart examinant un patient (droite).

Pendant des années, Ken a utilisé un certain nombre de techniques pour approximer les différentes formes sinueuses des oreilles de ses patients. La méthode la plus populaire était d'emprunter du cartilage des côtes de ses patients pour les sculpter en forme d'oreille. Parfois il s’entraîne ou enseigne en utilisant d'autres matériaux comme la cire, le silicone ou même des pommes. «J'adore faire des oreilles,» dit-il lors d'une interview avec The Scotsman. En 2014, il a commencé à s'intéresser les solutions d'imagerie en 3D dans le but d'optimiser la procédure pré-opératoire pour la reconstruction auriculaire. Ken admet: «Avec toutes les technologies autour de nous, nous dev(i)ons améliorer le processus de travail. L'équipe de reconstruction de l'oreille de l'Hôpital Royal pour Enfants Malades étaient motivée pour trouver de nouvelles technologies qui aident.» Bien que le Lothian NHS, où Ken est basé, utilisait déjà des systèmes d'imagerie pour concevoir des prothèses et faire des examens médicaux, ils voulaient améliorer la fidélité de leurs oreilles reconstituées.

C'est alors que Ken a décidé de se tourner vers Patrick Thorn & Co., le partenaire or d'Artec au Royaume-Uni. En se basant sur son expérience importante de la conception et re-conception de prothèse et d'implants auriculaires, Ken est resté sceptique sur le fait que les scanners de pointe d'Artec puissent efficacement rendre l'oreille humaine. Pour lui prouver le contraire, Patrick a décidé de produire une série d'échantillons de copies pour démontrer les capacités d'imagerie haute résolution d'Artec. Patrick s'est arrangé pour scanner les oreilles de ses voisins et de son petit-fils. Après quelques modifications d'imagerie avec l'aide du Logiciel de Scan Leios Elaborations d'EGS, il a commandé l'impression d'échantillons sur une Imprimante 3D Roland ARM-10. Ravis du résultat, Ken et son équipe savaient qu'ils devaient se procurer un Artec Spider – un scanner 3D de haute résolution qui est très adapté à la capture d'images de surfaces plus profondes à l'intérieur du canal de l'oreille de même qu'autour de la zone entre l'oreille et la tête.

Modifications faites en utilisant Leios.

Ajustement pré-impression dans Roland.

Avec les efforts de collecte de fonds réalisés par la Sick Kids Friends Foundation, l'Hôpital Royal pour Enfants Malades a acheté un Artec Spider. En un seul après-midi, il a été installé, et le jour suivant, une formation pratique a suivi. Ken remarque: «Commencer avec un scan 3D extérieur était nouveau pour nous et comme nous avons des emplois du temps chargés avec les patients quotidiens, cela a pris un peu de temps à perfectionner. Cependant, avec la formation et les notes supplémentaires que Patrick nous a fournies, nous pouvons maintenant utiliser la solution du scan à l'impression 3D avec une relative facilité. Le modèle est ensuite stérilisé et utilisé dans un théâtre anatomique pour améliorer la précision de la construction chirurgicale.»

Intégrer l'Artec Spider à la pratique de reconstruction de l'oreille de Ken a à la fois simplifié et systématisé le processus de construction de l'oreille. Une fois que la consultation initiale avec les patients se termine, ils retournent à l'hôpital pour que leur oreille non atteinte soit scannée.  Dans le cas d'Ellie, parce qu'elle a été diagnostiqué comme atteinte de microtie bilatérale ( ce qui signifie que les deux oreilles sont atteintes), l'oreille de sa sœur, qui ne souffre pas de microtie, a été scannée à la place. Parfois une image de l'oreille affectée est également prise pour référence. Pendant le scan, l'Artec Spider travaille sur la capture en détails de la structure complexe de l'oreille externe, et sonde ensuite profondément dans le canal auriculaire, collectant de précieuses données visuelles supplémentaires. Ensuite, les images sont téléchargées dans Artec Studio, où elles sont rapidement alignées et fusionnées pour construire un modèle numérique 3D de l'oreille impressionnant.

Durant l'étape de correction, Leios est utilisé pour vérifier la surface de l'oreille, enlever tout élément non nécessaire et permettre l'épaisseur de la peau en appliquant une compensation interne. Une fois que toutes les altérations structurelles et cosmétiques ont été finalisées, l'image résultante est mise en miroir. Ensuite, un fichier électronique contenant les images est délivré au laboratoire par un espace de stockage numérique partagé et chargé dans le Logiciel d'Impression Roland MiniFab, dans lequel les alignements sont effectués. Tout ce qu'il reste à faire est d'appuyer sur « Démarrer » pour commencer l'impression 3D.

Jeff Millar, Prothésiste Maxillofacial Consultant, se préparant à imprimer les oreilles sur le Roland MonoFab.

Le résultat imprimé.

Après environ trois heures, les oreilles reproduites sont préparées hors de l'imprimante en étant nettoyées dans de l'isopropanol. Et pour quelques minutes, elles sont laissées sous une lampe UV pour les durcir dans leur forme. Elles sont ensuite stérilisées, scellées et envoyées dans la salle d'opération pour servir comme gabarit 3D pour la reconstruction de l'oreille.

On peut dire que la reconstruction de l'oreille s'est développée lentement (mais constamment) au cours des 40 dernières années durant lesquelles les chirurgiens plastiques ont essayé de la perfectionner. Cela a commencé dans les années 70 avec des chirurgiens extrayant du cartilage des côtes pour être utilisé comme tissu de base pour la reconstruction de l'oreille. A l'époque, un tracé 2D sur papier de l'oreille normale aidait le chirurgien à modeler le cartilage extrait en ce qui allait ressembler à la future oreille du patient. Mais un tel modèle graphique ne servait que d'approximation. Les dimensions complexes de l'oreille, cependant, ne requièrent rien moins que de la précision. Avec l'aide des solutions d'imagerie avancées d'Artec, les chirurgiens tels que Ken peuvent être assurés qu'ils ne devront plus jamais approximer les modèles de prothèses et d'implants qu'ils créent, surtout quand leurs patients sont des enfants comme Ellie.

Pour aller de l'avant, l'équipe collabore avec le Centre pour la Médecine Régénérative de l'Université d'Edimbourg, où le Professeur Bruno Peault et le Dr Chris West ont isolé avec succès des cellules souches humaines à partir de gras. Ces cellules souches purifiées ont été testées avec une bibliothèque de 10 000 polymères approuvés par la FDA. Le Dr West en a identifié plusieurs sur lesquels les cellules souches vont s'attacher. Les cellules peuvent alors être conduites à produire du cartilage sur la surface du polymère. L'espoir est qu'en combinant la technologie de scan Artec 3D avec la technologie d'ingénierie des tissus et un peu de liposuccion, il sera possible de produire de vraies images miroir de l'oreille opposée qui peuvent être implantées et de cette manière éviter l'utilisation du cartilage des côtes.

L'oreille imprimée en 3D d'Ellie à partir d'un scan fait avec l'Artec Spider.

L'oreille de près.

Alors que la technologie et les capacités sont en constante progression dans le NHS Lothian, le personnel et les patients de l'Hôpital Royal pour Enfants Malades sont impatients de déménager dans leur nouveau domicile construit spécifiquement à Little France, Édimbourg, en automne 2017, où plus de travail lié à la 3D sera effectué.

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