Moulages imprimés en 3D

Moulages imprimés en 3D

Les plâtres imprimés en 3D deviennent populaires dans le domaine médical. Ces plâtres peuvent être fabriqués plus rapidement et à moindre coût que les plâtres orthopédiques traditionnels. Lisez cet article pour en savoir plus sur les plâtres imprimés en 3D, les imprimantes utilisées pour les fabriquer et plus encore.

Les plâtres orthopédiques imprimés en 3D sont de plus en plus utilisés dans le traitement des fractures. Cependant, jusqu’à présent, cette technologie n’a pas été largement utilisée. Dans cet article, nous examinons les avantages et les inconvénients des plâtres imprimés en 3D par rapport aux plâtres traditionnels.

Nous allons également voir ce que l’avenir réserve à cette méthode de traitement conservatrice mais fiable et efficace.

Commençons.

Histoire de la technologie des moulages imprimés en 3D

Le plâtre orthopédique est utilisé pour faciliter le processus de guérison des os cassés. Le plâtre agit comme une broche et fixe les membres en place pour éviter une mauvaise cicatrisation des os.

Les pansements modernes sont généralement fabriqués en plâtre ou en fibre de verre. L’idée de créer un pansement de fixation (immobilisation) a été lancée par le chirurgien russe Nikolai Ivanovich Pirogov. En 1847, pendant les hostilités dans le Caucase, il a utilisé pour la première fois un “bandage moulé” de fixation.

Au début, Pirogov utilisait de l’amidon comme agent durcisseur. Plus tard, il l’a remplacé par de la gutta-percha et, enfin, par du gypse . Le plâtre moderne est un bandage hygroscopique saupoudré de plâtre. Le plâtre est produit industriellement dans des emballages scellés.

Lorsqu’il est trempé dans l’eau, le plâtre commence à durcir. L’application d’un plâtre peut prendre jusqu’à 45 minutes, et un plâtre complet peut prendre de 24 à 72 heures. Le retrait du plâtre est également une procédure complexe. Le plâtre durci ne peut être cassé en toute sécurité qu’avec une scie électrique spéciale.

Il existe de nombreuses possibilités d’améliorer cette technologie, et les pionniers de l’impression 3D ont vu le potentiel de la fabrication additive pour résoudre les problèmes émergents.

Les premiers ancrages imprimés en 3D ont été introduits en 2013. Dans le même temps, le schéma de production des orthèses est devenu clair. Il se compose de 3 étapes principales.

stages of the procedure

Étape 1 : Radiographie

Une radiographie standard du membre du patient est effectuée pour déterminer la position exacte de l’os cassé.

Étape 2 : Modélisation 3D

La main du patient est scannée à l’aide d’un scanner 3D pour créer un modèle 3D. Sur la base des mesures exactes de la main du patient, une empreinte parfaitement adaptée peut être réalisée.

Étape 3 : Impression 3D

L’orthèse est imprimée en 3D à partir de plastique léger et peut être adaptée au patient en quelques secondes.

Bien que la technologie existe depuis près de dix ans, les plâtres orthopédiques imprimés en 3D ne sont pas encore très bien acceptés. Cela est principalement dû au manque de données spécifiques sur leurs avantages pratiques.

Toutefois, la situation a commencé à changer.

Dans une étude réalisée en 2020, des scientifiques chinois ont comparé des plâtres orthopédiques imprimés en 3D pour le traitement des mains fracturées avec des plâtres traditionnels et des attelles fixes externes. Les résultats de l’étude ont montré que, par rapport au plâtre, les orthèses 3D offrent un niveau de confort plus élevé et réduisent la douleur. Cette technologie est de plus en plus utilisée.

L’hôpital pour enfants du Colorado a annoncé qu’il était le premier hôpital pédiatrique des États-Unis à proposer des orthèses imprimées en 3D pour les enfants. Cette nouvelle technologie améliore les résultats des traitements et supprime un certain nombre de limitations des méthodes de traitement traditionnelles.

Possibilités des plâtres orthopédiques imprimés en 3D

L’invention du plâtre est l’une des plus grandes découvertes médicales. Cependant, il présente un certain nombre d’inconvénients qui peuvent être surmontés grâce à l’impression 3D. Par exemple, l’application d’un plâtre peut être un processus long, laborieux, salissant et même douloureux. Des mesures précises doivent être entièrement prises en charge.

L’impression 3D résout tous ces problèmes. Le plâtre peut être fixé facilement en quelques secondes à l’aide d’une paire de pinces. Le retrait est également facile et ne nécessite pas l’utilisation de scies électriques dangereuses.

Un autre inconvénient du plâtre est qu’il n’est pas respirant. Le plâtre empêche le contact de l’air avec la peau. Cela peut entraîner l’obstruction des pores. En outre, certains patients peuvent développer de dangereuses infections cutanées dans leurs plaies. De plus, la chaleur, la sueur et la pression constantes peuvent provoquer des démangeaisons très désagréables.

Les plâtres ou orthèses imprimés en 3D sont fabriqués sous la forme d’un treillis, qui se compose de sections ouvertes avec des montants en plastique. Cela garantit la structure requise et une couverture incomplète de la main, ce qui entraîne un niveau de confort plus élevé.

En outre, le plâtre ne peut pas être mouillé car l’eau détruirait la structure. Par conséquent, un patient avec un plâtre traditionnel ne peut pas prendre de douche ou peut avoir peur d’être surpris par la pluie. À l’inverse, les orthèses imprimées en 3D sont fabriquées en plastique résistant à l’eau. Vous pouvez même nager avec elles.

Un autre inconvénient du plâtre classique est l’incapacité à répartir correctement la pression. C’est peut-être le plus gros inconvénient, car il ralentit le processus de guérison. En revanche, les plâtres orthopédiques imprimés en 3D sont conçus sur mesure et leur structure en treillis peut être conçue pour ajouter de la résistance à des zones spécifiques qui ont besoin de soutien et pour soulager la pression ailleurs.

L’idée de la structure en treillis des plâtres orthopédiques a été lancée par les ingénieurs néo-zélandais Ollie et Jake Evill. Ils ont développé un prototype en 2013 et, un peu plus tard, ont créé l’un des premiers plâtres orthopédiques imprimés en 3D au monde. Le plâtre était léger, respirant, de haute technologie et fournissait un soutien localisé pour les os cassés. Ce plâtre orthopédique a montré les promesses de cette technologie.

Le plâtre orthopédique imprimé en 3D a valu aux deux ingénieurs la deuxième place aux International James Dyson Technology Awards. Leur vision du design les a amenés à travailler comme concepteurs dans la récente superproduction hollywoodienne Blade Runner 2049.

Parlons maintenant un peu des technologies d’impression 3D spécifiques dans le domaine de la création d’orthèses et des entreprises qui fournissent de tels services aux patients et aux médecins.

Technologies d’impression 3D de plâtres orthopédiques

Dans la plupart des cas, les imprimantes 3D FDM sont utilisées pour créer des orthèses imprimées en 3D. Le modèle est formé par l’application couche par couche d’un filament de plastique fondu.

Le principal avantage de cette technologie est le faible coût du matériau, ce qui signifie le faible coût du modèle lui-même. Cependant, l’inconvénient est la vitesse d’impression, qui ne permet pas de créer un modèle en présence d’un patient.

Tenez également compte de la hauteur maximale de construction. Les imprimantes 3D grand format telles que la Raise3D Pro2 Plus et la Picaso Designer XL sont parfaites pour ces tâches. Ces imprimantes sont très fiables et capables de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.

Récemment, les orthèses ont commencé à être imprimées sur des imprimantes 3D en résine photopolymère. Ces imprimantes impriment plus rapidement et la surface des modèles finis est plus agréable au toucher. Toutefois, cette technologie présente des inconvénients : la nécessité d’un post-traitement des modèles et un coût nettement plus élevé des matériaux pour l’impression.

Parmi les imprimantes 3D en résine recommandées pour les moulages orthopédiques figurent les modèles Phrozen Transform Fast et FormLabs 3L.

La FormLabs 3L, avec l’ensemble de l’écosystème Formlabs, peut devenir un outil indispensable pour l’impression 3D de moulages orthopédiques. D’autre part, l’imprimante 3D Phrozen est abordable et conviendra à tous ceux qui souhaitent s’essayer à l’impression 3D de plâtres.

Exemples d’entreprises de moulages imprimés en 3D

Dans cette section, nous examinons quelques exemples intéressants d’entreprises de différentes régions du monde qui participent à l’impression 3D de plâtres pour les os cassés.

CastPrint

CastPrint est un bureau de services fondé par les entrepreneurs Janis Olins et Sigwards Krongorns en Lettonie. L’entreprise ne développe pas seulement des orthèses pour les différentes parties des mains (poignet, pouce, autres doigts), mais aussi pour le traitement des blessures aux jambes.

CastPrint a développé son activité au point que sa technologie est devenue courante sur le marché letton des soins de santé. L’entreprise s’est également implantée au Royaume-Uni, où plusieurs entreprises privées de soins de santé ont introduit ce développement dans leur pratique quotidienne.

Xkelet

La société espagnole Xkelet a décidé d’accélérer l’impression 3D des plâtres orthopédiques. Son directeur de l’exploitation, Tim Dobrinich, n’était pas satisfait du processus de numérisation à la production, qui dure deux heures, et a décidé de le réduire à 15-30 minutes. Il a utilisé un support de caméra dédié sur l’iPad et une application spécialement conçue à cet effet.

Le membre du patient est photographié sous tous les angles et un modèle coulé est formé en quelques secondes. Il n’est donc plus nécessaire de procéder à une numérisation et à une simulation 3D séparées et plus longues.

Les attelles Xkelet utilisent des points d’ancrage appelés joints toriques. Ils permettent de refondre le même modèle plusieurs fois, ce qui rend le produit réutilisable.

En avril 2021, l’entreprise a reçu un prix lors du festival international de design Red Dot Award à Berlin pour la conception d’un moulage imprimé en 3D.

Zdravprint

La société russe Zdravprint a pris une autre voie et a commencé à créer des orthèses basées sur les paramètres biométriques du patient. Un programme spécial convertit les dimensions de la main du patient en un modèle 3D d’une orthèse individuelle. Le temps d’impression est de 15 à 90 minutes.

Les produits ont une structure interne tridimensionnelle, ce qui rend le processus de thermoformage plus pratique. Le formage du produit pour le patient prend 5 minutes.

Zdravprint travaille avec les principales institutions médicales de Moscou, par exemple, le 29e hôpital clinique de la ville de Moscou et le 4e hôpital clinique de la ville de Moscou. Des centaines de patients ont déjà été traités avec les produits de la société.

Avantages et inconvénients des moulages par impression 3D

Pour résumer, examinons les avantages et les inconvénients de cette nouvelle méthode.

Les avantages sont le confort du patient, la facilité d’application et de retrait, ainsi qu’un coût moindre par rapport à un plâtre. La modélisation individuelle du plâtre orthopédique imprimé en 3D rend le processus de traitement beaucoup plus efficace. En outre, la structure en treillis ouvert améliore la respirabilité, ce qui est particulièrement important pour le traitement des enfants.

Les plâtres imprimés en 3D sont durables, légers et ne limitent pas les mouvements comme le plâtre conventionnel. Les plâtres peuvent également être réutilisés, ce qui permet de réduire les coûts (comme le suggère Xkelet). Enfin, les plâtres orthopédiques peuvent être remodelés et modifiés en utilisant la structure existante et moins de matériaux.

En revanche, il existe moins de données sur l’efficacité de l’utilisation des plâtres imprimés en 3D dans le traitement des blessures par rapport à l’utilisation du plâtre. Même aujourd’hui, alors que davantage de recherches sont menées pour étayer cette efficacité, le consensus médical n’est pas encore atteint. C’est pourquoi cette technologie ne s’est pas encore répandue. Il faudra du temps pour rassembler les preuves.

Par ailleurs, l’utilisation d’orthèses pour le traitement des fractures de la jambe est encore difficile. Les orthèses de jambe sont comparativement plus grandes et plus incommodes que leurs homologues pour le traitement des fractures de la main. Les plâtres rendent difficile le port de chaussettes et de chaussures. De plus, ils présentent plus de restrictions.

Poursuite du développement technologique

L’une des prochaines tâches que les orthèses imprimées en 3D doivent résoudre est de réparer des membres entiers, et pas seulement la main, le poignet, le pied ou la cheville. Les leaders de l’industrie tentent de développer des orthèses de bras qui dépassent le coude pour atteindre l’épaule et le biceps. Des recherches sont également menées sur des plâtres orthopédiques pour la hanche afin de traiter les fractures de la jambe. Certaines des blessures les plus dévastatrices se produisent dans ces zones, principalement lors d’accidents de voiture ou de moto. À l’heure actuelle, les plâtres sont utilisés pour ces blessures.

Les plâtres orthopédiques imprimés en 3D pour les os cassés sont actuellement disponibles dans le monde entier sur le marché commercial des soins de santé. Cependant, les patients bénéficiant de soins de santé publics gratuits ont peu de chances d’en avoir entendu parler. Cela est principalement dû à la même absence de la base de recherche nécessaire qui confirme clairement l’efficacité et la sécurité de la technologie.

Nous espérons toutefois que les recherches seront bientôt compilées et que la technologie sera accessible à tous.

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Ci-dessus, un exemple de processus 3D automatisé en orthopédie. Le scan est reçu par téléphone (le processus de prise de vue a pris 5 minutes), est automatiquement converti en un modèle 3D (20 minutes), et enfin imprimé sur une imprimante 3D (5 heures). Une imprimante Raise3D Pro2 Plus a été utilisée pour imprimer l’orthèse.

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