Archive — Dossier paru dans 3D ADEPT Mag en avril 2018, puis publié en ligne en mai 2019. Les fonctions, offres et témoignages se rapportent à cette période. Les résultats rapportés par les intervenants ne constituent pas une preuve de bénéfice clinique pour tous les patients.
La fabrication additive ouvre plusieurs voies dans le secteur médical : implants, prothèses externes, modèles anatomiques et travaux de recherche sur les tissus. Ces applications n’ont pas le même niveau de maturité. La bio-impression de tissus ne doit notamment pas être confondue avec la fabrication d’un implant métallique ou polymère.
Les domaines abordés ici sont la dentisterie, l’orthopédie, la formation et la recherche médicales, la préparation d’interventions chirurgicales, le prototypage d’outils et d’équipements, ainsi que la conception de dispositifs personnalisés.
Ce dossier vise à analyser l’apport de la technologie de fabrication additive dans le secteur médical. Il s’agira d’observer l’intégration de cette technologie dans divers domaines d’application de ce secteur, ses avantages, mais aussi ses limites ou points à améliorer.
Il est important de noter qu’afin de répondre à cette question, quelques professionnels du secteur ont partagé leur point de vue sur le sujet, ainsi que leur expérience dans l’utilisation de cette technologie : Il s’agit notamment du Dr. Simon Weidert, spécialiste en traumatologie orthopédique, Daniel Crawford CEO d’axial3D et Alexandre Baelde, responsable du programme 3D Print chez Medicrea.
Soins personnalisés et prothèses sur mesure
L’impression 3D peut contribuer à fabriquer des prothèses et des implants adaptés à une anatomie particulière. Le choix du matériau, la conception et le procédé doivent être validés pour l’usage envisagé : le caractère personnalisé ne garantit pas, à lui seul, l’adéquation clinique.
Selon l’application, les données proviennent de l’imagerie médicale, notamment du scanner tomodensitométrique, ou d’une numérisation de surface. Elles servent à construire un modèle numérique puis à concevoir le dispositif. La précision dépend de toute cette chaîne, de l’acquisition des données à la fabrication et aux contrôles.
Les effets sur les coûts et les délais dépendent du travail de conception, de la fabrication et de la validation nécessaires.
Le point de vue d’Alexandre Baelde, Responsable du programme 3D Print chez Medicrea
Medicrea est une société française spécialisée dans la conception et la production de dispositifs médicaux pour la chirurgie du rachis (la colonne vertébrale). C’est en fin de 2014 que la société a intégré la technologie d’impression 3D avec pour objectif de produire des implants sur mesure. Avec la fabrication additive, la société produit des implants sur mesure et des implants standards.
Dans cet entretien, Alexandre Baelde présente des implants destinés à la fusion entre les vertèbres. Il évoque le travail sur leurs propriétés de surface et leurs propriétés mécaniques. Medicrea utilise de la poudre de titane dans des machines SLM : il s’agit de fusion laser sur lit de poudre, à distinguer du dépôt de matière sous énergie concentrée.
Parlant des deux types d’implants fabriqués avec l’impression 3D, Alexandre Baelde explique : « Pour les implants sur mesure, la technologie permet de faire des implants très adaptés. Ce sont les implants les plus complexes, le fait d’avoir quelque chose de sur-mesure facilite « le geste opératoire ». Les implants s’adaptent mieux aux structures car ils apportent une solution qui n’existe pas et produisent un résultat post-opératoire idéal.
Au niveau des gammes plus standards, il faut d’abord comprendre que l’offre de produit est basée sur la customisation et la planification. On a des médecins qui travaillent sur les algorithmes pour la customisation. Pour la planification par contre, le chirurgien a le choix de l’adapter en son besoin, à la pathologie qu’il souhaite traiter. »
Les appréciations sur le résultat opératoire restent celles de l’intervenant ; elles ne remplacent pas l’évaluation clinique du dispositif.
Le point de vue du Dr. Simon Weidert sur le coût de la prothèse et le temps de production
Dr. Simon Weidert est spécialiste en traumatologie orthopédique et travaille à l’Université de Munich. Il a aussi créé trois sociétés qui ont des activités différentes dans l’industrie médicale. L’impression 3D dans le secteur médical constitue un des thèmes principaux de sa recherche.
Dr. Weidert compare le coût et le temps de la fabrication traditionnelle d’une orthèse avec la fabrication additive. Parlant de la fabrication additive, il met en avant l’importance d’avoir un bon logiciel et de savoir comment l’utiliser : « Si vous devez concevoir une orthèse pendant 30 heures, personne ne paiera pour cela. Mais avec une imprimante 3D, le modèle s’adapte parfaitement au corps, à votre douleur et la fabrication est rapide. Ainsi, seul le logiciel combiné avec l’imprimante 3D peut vous donner la liberté de concevoir des pièces et des analyses dans la structure du cadre, parfaitement adaptées à votre besoin »
Dr. Weidert mentionne son activité à Mecuris, société spécialisée dans les prothèses personnalisées comme exemple :
« Il y a des enfants qui naissent sans pied. Ils peuvent perdre un pied dans un accident. Ils ne savent pas comment courir parce que leur prothèse imprimée en 3D disponible sur le marché ne le permet pas. La qualité est mauvaise parce qu’aucune entreprise ne veut investir dans cela. »
« Chez Mecuris, nous avons créé une prothèse imprimée en 3D pour permettre à ces enfants de marcher et de continuer leurs activités. Cela peut changer la vie d’une personne et redonner confiance. Il s’agit de transformer un produit paramétrique en un produit unique. »
Industrie dentaire
Au moment de ce dossier, la dentisterie fait partie des applications industrielles établies de l’impression 3D. Le texte ne fournit toutefois pas de données permettant de quantifier son adoption dans l’ensemble des cabinets.
Les flux numériques peuvent servir à produire des modèles dentaires, des éléments de restauration et des prothèses. Pour les aligneurs, il faut distinguer l’impression d’un modèle destiné au thermoformage de l’impression directe du dispositif. Les matériaux et étapes de traitement doivent convenir à l’usage dentaire prévu.
EnvisionTEC, DWS, Formlabs et Shining 3D figurent parmi les fournisseurs cités dans le dossier pour ces applications. Le rapprochement de la fabrication du cabinet ne supprime pas les exigences de validation, de formation et de contrôle.
Prototypage d’outils et d’équipements médicaux
Que ce soit pour la fabrication des prototypes d’équipements médicaux, ou encore des moules pour une production de prothèses en masse, les méthodes de fabrication traditionnelles exigent généralement un outillage ayant un impact sur les délais et les coûts de production. Ces derniers augmentent avec la complexité de la conception (formes et dimensions).
En complément des méthodes traditionnelles, l’impression 3D peut accélérer certaines itérations de prototypes et d’outillages et réduire leurs coûts. Ces gains se vérifient au cas par cas. Un prototype n’est pas automatiquement un dispositif autorisé pour un usage clinique.
Pour ceux qui n’ont pas toujours les moyens de payer pour un tel service, des organisations à but non lucratif telles que Open BioMedical Initiative (OBM) permettent de remédier à cette situation. En effet, OBM a pour but de soutenir le domaine biomédical et « se concentre sur la conception, le développement et la distribution de supports de santé et d’accessibilité 3D en open source, à faible coût et imprimables en 3D. » L’idée n’est pas de remplacer les structures existantes sur le marché, simplement de travailler avec elles et améliorer l’industrie médicale en y intégrant l’impression 3D.
Modèles anatomiques pour préparer une intervention
Les modèles anatomiques imprimés à partir de l’imagerie médicale aident à visualiser les structures d’intérêt pour préparer une opération ou former une équipe. Ils doivent être distingués des guides chirurgicaux, conçus pour orienter un geste ou un instrument pendant une intervention.
Le point de vue de Daniel Crawford, CEO d’Axial3D, sur la planification
Axial3D est présentée dans ce dossier comme spécialiste des modèles anatomiques. Daniel Crawford décrit leur utilisation pour anticiper les besoins d’une intervention et préparer le matériel. Les effets cliniques qu’il évoque ci-dessous sont des retours d’expérience, sans comparaison contrôlée fournie dans cet article.
Pour Daniel Crawford, l’amélioration des soins aux patients passe d’abord par l’amélioration du travail du médecin :
« – Tout d’abord, améliorer la pré-planification de la chirurgie du patient. Donc, pour les orthopédistes, disons que vous avez une blessure grave, le chirurgien peut effectivement prendre des plaques et des vis existantes sur les étagères et les préformer. Tout ce que nous préparons est à l’échelle 1: 1 (1 à 1).
- La préparation s’effectue sur l’anatomie exacte qu’il faut opérer, ce qui va réduire le temps d’opération du patient, et de fait la quantité de saignement ainsi que le risque d’infection du patient.
- Cela améliore également la façon dont beaucoup de chirurgiens peuvent être formés. Ainsi, les chirurgiens inscrits qui travaillent habituellement sur des patients ou qui développent leurs compétences ne peuvent faire ce genre d’opérations que dans la salle d’opération, mais si nous leur donnons la possibilité de faire fonctionner les procédures à sec avant d’entrer en salle d’opération, cela améliore les soins du patient. »
Un cas rapporté par Daniel Crawford
Daniel Crawford rapporte le cas d’un garçon de huit ans traité au Royal Victoria Hospital de Belfast, dont la mobilité du bras limitait les activités quotidiennes. Selon son récit, l’équipe envisageait initialement une intervention osseuse complexe de trois à quatre heures.
Toujours selon ce témoignage, l’analyse des images tomodensitométriques et du modèle imprimé aurait permis de mieux comprendre l’obstacle lié aux tissus mous et de choisir une intervention moins invasive, réalisée en trente minutes. Ce cas individuel ne permet pas de généraliser ce gain de temps.
« Il y avait beaucoup MOINS de saignements, beaucoup moins de chance d’infection et j’ai aussi entendu que le patient pouvait quitter l’hôpital le même jour ce qui n’aurait pas été possible sans l’utilisation du modèle imprimé en 3D », affirme Daniel Crawford.
Formation clinique
La formation clinique constitue une autre application. Des modèles adaptés à une pathologie peuvent compléter les mannequins de formation et les autres outils pédagogiques, dont la représentation de la diversité anatomique reste limitée.
L’impression multi-matériaux permet de varier l’aspect et certaines propriétés des modèles. Leur pertinence pédagogique, leur réalisme et leur coût doivent cependant être évalués pour l’exercice envisagé ; ils ne remplacent pas à eux seuls la formation clinique supervisée.
Certaines sociétés médicales sont spécialisées dans ces formations. Dr. Simon Weidert nous explique qu’à Medability, l’impression 3D et les technologies sont utilisées pour permettre aux chirurgiens de mieux se préparer avant d’entrer en salle d’opération. « Nous fournissons une formation de qualité partout et permettons une acquisition rapide des compétences. (Simulateur – entraînement – opération) », affirme le médecin.
Stratasys est également cité pour ses modèles de simulation, dont les propriétés visuelles et tactiles visent à représenter certains éléments anatomiques. Ces modèles ne reproduisent pas nécessairement toutes les propriétés du tissu vivant.
Avantages et Limites
Sur base de nos recherches et des avis des professionnels qui ont participé à ce dossier, on note ces avantages et ces limites quant à l’utilisation de l’impression 3D dans le secteur médical :
Bénéfices possibles
- Préparation de chirurgies complexes et anticipation de difficultés.
- Conception de formes adaptées et de petites séries de pièces.
- Itérations de prototypes pendant le développement.
- Supports de formation et préparation des équipes.
Points à maîtriser
- Accès aux équipements et maîtrise de la chaîne logicielle.
- Exigences réglementaires applicables à chaque dispositif.
- Choix et contrôle des matériaux, compétences de fabrication.
- Ressources nécessaires pour former les professionnels.
Conclusion
Ce dossier illustre plusieurs usages possibles de l’impression 3D en santé à travers des témoignages de professionnels. Leur intérêt dépend du besoin clinique, du dispositif, de la qualité de sa fabrication et des preuves disponibles.
L’adoption suppose aussi des compétences adaptées et le respect du cadre réglementaire. Les bénéfices évoqués ne doivent pas être considérés comme garantis pour chaque établissement ou patient.
Ce dossier a originellement été publié dans le numéro d’avril 2018 de 3D ADEPT Mag.
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