La fabrication numérique a un impact considérable sur de nombreux domaines de la médecine, depuis les petites choses comme… usinage de l'aluminium des porte-tubes à essai aux pratiques futuristes comme l'impression 3D d'implants en titane.
Parmi les nombreuses applications médicales de la fabrication numérique, un domaine en particulier connaît une progression fulgurante : la création de modèles anatomiques – des répliques physiques d’organes, d’os et d’autres parties du corps qui peuvent être utilisées par les professionnels de la santé pour former les médecins ou préparer des interventions chirurgicales sur les patients.
Ces modèles anatomiques peuvent être fabriqués à l'aide de différentes technologies de production et à partir de différents matériaux, et leur utilisation est en constante augmentation dans le monde entier.
Pourquoi créer des modèles anatomiques ?
Grâce aux technologies de fabrication numérique comme les logiciels de modélisation 3D et les imprimantes 3D, il est désormais plus facile que jamais de créer rapidement et à moindre coût des modèles anatomiques réalistes à des fins éducatives, de formation ou chirurgicales.
Ces modèles peuvent être génériques et utilisés pour illustrer des parties du corps saines ou affectées lors de cours ou de conférences, ou peuvent être spécifiques à un patient, créés à partir de données d'imagerie médicale afin de reproduire physiquement une partie du corps d'un patient en particulier.
Les modèles anatomiques spécifiques au patient constituent l'une des applications les plus passionnantes de technologies de fabrication numérique, car elles permettent aux chirurgiens de voir et de toucher une copie réaliste de l'organe endommagé ou malade sur lequel ils doivent opérer — parfois bien avant l'intervention proprement dite.
En manipulant une maquette physique à l'échelle, les chirurgiens peuvent se préparer bien mieux à l'opération, en s'exerçant à différentes incisions ou mouvements sur la réplique en plastique avant de procéder à l'intervention réelle. Ce niveau de préparation pratique supplémentaire contribue à augmenter les chances de succès pour le patient.
Transformer des images médicales en modèles 3D
Une part importante du processus de création de modèles médicaux personnalisés consiste à recueillir des données provenant du corps du patient. Cela nécessite l'utilisation de scanners CT ou IRM, équipements utilisés dans les hôpitaux pour examiner les patients et détecter divers problèmes.
Ces scanners utilisent des rayons X ou de puissants champs magnétiques pour obtenir une image du cerveau, des poumons ou d'autres parties du corps d'un patient.
Malheureusement, les appareils d'imagerie médicale ne sont pas conçus pour capturer des images 3D. Ils produisent plutôt une série de coupes 2D qui, prises dans leur ensemble, permettent aux médecins d'analyser le corps d'un patient.
Mais ces coupes 2D peuvent être assez facilement transformées en une forme 3D : une fois que les professionnels de la santé disposent de leur ensemble d’images 2D, généralement stockées au format DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), un logiciel peut être utilisé pour convertir les données en un modèle numérique 3D.
Ce modèle affiché à l'écran peut ensuite être modifié, redimensionné ou même coloré, puis traité de manière appropriée avant d'être envoyé à une imprimante 3D ou à une autre machine.
Fabrication numérique de modèles anatomiques
L'une des meilleures nouvelles méthodes pour créer des modèles anatomiques — qu'ils soient spécifiques au patient ou génériques — est la fabrication additive, ou impression 3D.
Grâce aux imprimantes 3D à dépôt de fil fondu (FDM) ou à stéréolithographie (SLA), les professionnels de la santé peuvent fabriquer rapidement des modèles à partir des données numériques issues des scanners CT ou IRM. Comme ces imprimantes peuvent être installées dans les laboratoires ou même les bureaux, le processus de fabrication est extrêmement rapide.
Bien que le FDM soit le plus courant et technologie d'impression 3D abordableDans le domaine médical, nombreux sont ceux qui privilégient la stéréolithographie (SLA) pour la réalisation de modèles anatomiques. Cette technologie basée sur la lumière est compatible avec les résines translucides et semi-translucides, et l'impression 3D avec de tels matériaux permet de représenter un organe complexe avec ses sections internes (qui peuvent ensuite être agrémentées de couleurs distinctives).
Pour les modèles anatomiques à usage plus général — ceux conçus à des fins pédagogiques plutôt que chirurgicales, par exemple — d'autres technologies peuvent être tout aussi utiles que la fabrication additive.
Le moulage par injection, par exemple, peut constituer un moyen rentable de fabriquer plusieurs exemplaires d'un même modèle, qui peuvent ensuite être utilisés par plusieurs utilisateurs dans les hôpitaux ou les établissements d'enseignement.
Les avantages concrets des modèles anatomiques
La fabrication numérique de modèles anatomiques est bien plus qu'une mode passagère. En effet, d'innombrables vies ont déjà été sauvées à travers le monde grâce à des répliques de parties du corps en plastique.
Plus tôt cette année, des chirurgiens de l'hôpital Guy's and St Thomas' de Londres ont utilisé l'impression 3D multi-matériaux pour préparer une transplantation rénale complexe sur un enfant de deux ans.
« La possibilité d’imprimer un modèle 3D de l’anatomie du patient avec différentes textures, révélant clairement la complexité des vaisseaux sanguins, nous permet de différencier les relations anatomiques essentielles entre les structures », explique Pankaj Chandak, médecin responsable des transplantations à l’hôpital. « La flexibilité des matériaux nous a également permis de mieux reproduire la souplesse des organes abdominaux pour simuler l’environnement chirurgical. »
Avant cette intervention, les médecins de l'hôpital populaire de Jilin, en Chine, utilisaient un modèle imprimé en 3D pour faciliter le traitement d'un bébé souffrant d'une malformation cardiaque appelée drainage veineux pulmonaire anormal total.
« Grâce à la maquette, nous avons pu déterminer précisément où et comment inciser, ainsi que la taille de l’incision », explique le docteur Zhang Xueqin. « Et grâce à ce plan précis, nous avons réalisé l’opération deux fois plus vite que prévu. »
Avec un nombre croissant de professionnels de la santé qui adoptent la fabrication numérique pour créer des modèles anatomiques précis, les médecins sont mieux informés et mieux équipés pour sauver la vie de leurs patients.
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