Les usages de l’impression 3D dans l’orthopédie

La fabrication additive, communément appelée impression 3D, est une technologie innovante définie par la norme NF ISO/ASTM 52900 comme « le procédé consistant à assembler des matériaux pour fabriquer des pièces à partir de données de modèle en 3D, en général couche après couche». [1]  Le terme impression 3D n’est qu’une vision restreinte de l’ensemble des technologies de la fabrication additive.

L’impression 3D a d’abord révolutionné le prototypage, puis s’est développée dans de nombreux domaines. En médecine, les technologies d’impression 3D ont des applications en orthopédie, chirurgie de la colonne vertébrale, chirurgie maxillo-faciale, neurochirurgie ou encore en chirurgie cardiaque.[2]

Applications de l'impression 3D en chirurgie orthopédique

Orthèse imprimée en 3D

Exemples d’applications de l’impression 3D en chirurgie orthopédique

Cette technique permet de fabriquer des pièces anatomiques non seulement individualisées et fidèles aux spécificités anatomiques du patient, mais aussi ayant des formes géométriques complexes qu’il serait difficile d’obtenir avec des techniques de fabrication soustractive. En outre, l’impression 3D peut produire des gabarits et des montages sur mesure pour les salles d’opération, et ainsi donner une représentation tangible du défaut à corriger sur la table d’opération aux praticiens. En imitant la situation réelle, elle augmente la précision du geste chirurgical et réduit le risque de défaillance de l’implant.

La fabrication additive intervient aussi pour améliorer les outils des praticiens. A titre d’exemple, les ancillaires chirurgicaux, des outils destinés à aider le chirurgien à mesurer les angles et distances pour la pose précise de l’implant, sont désormais parfois imprimés en 3D.

Cette technologie offre donc des opportunités à chaque étape dans le domaine de la chirurgie orthopédique. Les implants, les dispositifs et les outils chirurgicaux personnalisés peuvent avoir un impact positif sur le temps nécessaire à une opération. Des interventions moins longues, ce sont plus de patients pris en charge, mais aussi une durée d’anesthésie réduite, et donc un impact positif sur le temps de récupération du patient [2].

Comment utiliser l’impression 3D dans l’orthopédie

En orthopédie, le remplacement d’une articulation est progressivement devenu une opération courante. C’est aussi le point chaud des recherches actuelles.

Des prothèses et orthèses qui prennent en compte les spécificités de chaque patient

La 3D ouvre la porte à un design industriel moderne et à une véritable personnalisation de masse. Les défauts anatomiques peuvent nécessiter des prothèses personnalisées pour réparer les dommages aussi précisément que possible. En supprimant les contraintes de fabrication conventionnelle et en permettant la conception structurelle individualisée, la 3D permet une meilleure prise en charge des patients. La production multi-matériaux permet l’obtention de pièces à densités variables et ainsi une réduction du poids de l’appareillage, tandis que la création de designs en treillis permet une meilleure surveillance de la peau et donne accès à une rééducation ultrasons.[4]

Une productivité accrue pour les orthopédistes

Dans le domaine de l’impression 3D, « rapide » signifie qu’un produit peut être fabriqué en quelques heures, auxquelles il faut parfois ajouter quelques jours de finition. La technologie d’impression 3D est donc beaucoup plus rapide que les méthodes soustractives de fabrication de prothèses et d’implants, qui nécessitent un fraisage, un forgeage et un long délai de livraison. Avec l’usinage ce processus peut prendre des semaines pour des pièces complexes. L’impression 3D a permis de fabriquer des prothèses et des implants chirurgicaux standard et complexes personnalisés, parfois en 24 heures.

Outre la vitesse, d’autres qualités, telles que la résolution, la précision, la fiabilité et la répétabilité des technologies d’impression 3D, s’améliorent également. Il est possible de fabriquer des prothèses dans presque toutes les géométries imaginables en convertissant des scans radiographiques, IRM ou CT en fichiers numériques d’impression 3D.[3,4,5]

Cette possibilité de produire des implants et des prothèses sur mesure en un laps de temps réduit résout un problème clair et persistant en orthopédie : l’incapacité des implants standard à améliorer le quotidien de certains patients présentant des cas complexes par exemple les cas d’amputations et les troubles d’alignements ostéoarticulaires  . Auparavant, les processus de personnalisations étaient manuels. Les chirurgiens utilisaient des scalpels et des forets pour modifier les implants en rasant des morceaux de métal et de plastique afin d’obtenir la forme, la taille et l’ajustement souhaités. Aujourd’hui l’impression 3D permet l’obtention de pièces fidèles à l’anatomie du patient et prêtes à être déposées sans retouches.

Références

1 : GIANARDI D, VOLPI G, GARCIA J. Fabrication additive – Impression 3D dans le domaine de la santé.Techniques de l’ingénieur. 2020. [https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/livre-blanc/fabrication-additive-impression-3d-dans-le-domaine-de-la-sante-77416/] consulté le 18/04/2021

2 : Tack Ph, Victor J, Gemmel P, Annemans L. 3D printing techniques in a medical setting : a systematic literature review. Biomed Eng Online 2016 Oct 21;15(1):115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4.

3 : Tapia G. Encore un Bénéfice de l’Impression 3D pour le Domaine de la Santé 2018. [En ligne]https://www.atome3d.com/blogs/articles-populaires/encore-un-benefice-de-limpression-3d-dans-le-domaine-de-la-sante consulté le 21/04/2021

4 : Kenneth B. Trauner, MD. The emerging role of 3D printing in arthroplasty and orthopedics. 2018 ; 33 : 2352-2354

5 : Ventola CL. Medical Applications for 3D Printing: Current and Projected Uses. 2014 Oct; 39(10): 704–711.[En ligne] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4189697/ consulté le 18/04/2021

6 : Cunha C. Orthèses et impression 3D aujourd’hui et demain. Mémoire de diplôme interuniversitaire en rééducation et appareillage de la main.Université Grenoble-Alpes ; 2019, 49p