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Des modèles médicaux de qualité supérieure imprimés en 3D

Des modèles médicaux de qualité supérieure imprimés en 3D


L’un des facteurs clés de l’enseignement et de la formation des professionnels de la santé est la compréhension de l’anatomie normale et pathologique. Dans le monde réel, l’anatomie de chaque patient est différente. Ce qui fait que la pratique du chirurgien sur des cadavres humains, des modèles animaux ou des mannequins génériques n’est généralement pas d’un grand secours lorsqu’il s’agit d’opérer un patient réel.

Les modèles de formation existants présentent des limites importantes. Les cadavres humains sont en nombre limité, présentent une sélection de pathologies limitée et sont rarement adaptés à la pathologie ciblée durant la formation. De plus, ils ne conservent pas la réactivité des tissus vivants. Les modèles animaux, quant à eux, sont instructifs sur les principes de la chirurgie comme couper, suturer, poser ou attacher des dispositifs, etc. Cependant, ils ne reproduisent pas l’anatomie humaine. La formation via les cadavres et les modèles animaux entraîne des coûts élevés et nécessite un environnement contrôlé. Les mannequins, eux, se limitent à une simple reconstitution de l’anatomie normale ou générique en raison du coût élevé qu’implique la production de variétés et des limites de l’outillage utilisé pour la production en série de ces mannequins.

Bien sûr, un chirurgien peut toujours étudier la forme 3D de l’anatomie du patient sur l’écran de l’ordinateur par le biais des images obtenues à partir de l’IRM (Imagerie par Résonnance Magnétique) ou de la tomodensitométrie (CT). Mais développer des compétences en chirurgie nécessite une interaction physique avec toute une gamme de complexité dans la pathologie humaine.

Un réalisme inégalé

Avec l’avancée de la technologie d’impression 3D, la création de modèles réalistes d’anatomie humaine n’est plus aussi longue, ni aussi coûteuse qu’avec les méthodes traditionnelles de modélisation médicale. Il n’est donc pas surprenant que les modèles médicaux imprimés en 3D soient de plus en plus utilisés par les chirurgiens et qu’ils fassent plus souvent l’objet d’études publiées dans les revues médicales.

Historiquement, l’impression 3D nécessitait des compromis en raison des propriétés physiques et couleurs limitées des systèmes développés pour le prototypage rapide. Mais, avec plus de 36 000 couleurs disponibles et des textures aussi douces que les tissus et aussi dures que les os, l’imprimante 3D J750 Stratasys permet de recréer de manière inégalée l’anatomie humaine dans le cadre d’un simulateur d’entraînement cliniquement pertinent.

« La Stratasys J750 peut créer des modèles d’anatomie de chaque patient afin que les chirurgiens puissent planifier la meilleure méthode de procéder à l’opération et pratiquer la procédure à plusieurs reprises avant d’entrer en salle d’opération », a déclaré Crispin Weinberg, Président du Biomedical Modeling Inc. (BMI), l’un des principaux producteurs mondiaux de modèles médicaux.

Les ingénieurs de BMI ont fait appel à un logiciel de traitement médical et de CAO pour séparer (ou segmenter) les données IRM et CT DICOM de patients réels en différents types de tissus. A son tour, un logiciel de post-traitement orchestre, affine et convertit les données en modèle de surface. L’équipe BMI a ensuite utilisé un logiciel graphique pour ajouter des informations sur les couleurs, la transparence et la flexibilité du modèle et générer un fichier VRML à imprimer.

Favoriser la créativité et la flexibilité

BMI a créé un modèle inégalé de cœur humain avec la Stratasys J750, en utilisant des photographies d’opérations et de cadavres pour guider la segmentation du modèle et l’application de couleurs réalistes. La conception initiale consistait en un seul cœur compact, mais une modification rapide lui a permis d’être imprimé en deux parties, ce qui permet aux stagiaires de retirer le haut afin de voir les chambres internes, les valves, les muscles papillaires et d’autres structures.

BMI a également utilisé la Stratasys J750 pour créer une coupe transversale de la tête et du cerveau qui est destinée à la formation anatomique et à des démonstrations techniques. Ils ont utilisé les mêmes matériaux que pour le cœur, sauf qu’au lieu d’appliquer le réalisme de couleurs, ils ont mis en valeur les différents tissus biologiques avec des couleurs vives et différenciées. Des matériaux transparents, quant à eux, révèlent les structures et les tissus internes.

L’équipe BMI a également créé un modèle de main qui affiche des couleurs réalistes. Ils ont utilisé un matériau transparent et flexible pour la couche de la peau afin de fournir une texture et une transparence réalistes permettant de visualiser les structures critiques situées en dessous.

« La Stratasys J750 peut produire à moindre coût des mannequins de pratique dans un large éventail d'anatomies normales et anormales, reproduisant des couleurs et des textures de tissu réalistes », a affirmé Weinberg. « L’imprimante 3D permet aux chirurgiens de s’entraîner efficacement sur l’anatomie anormale et spécifique du patient ».

L’impression 3D ouvre une nouvelle ère en créant des modèles anatomiques médicaux avec un degré de complexité, de réalisme et de sophistication jamais atteint auparavant. Les concepteurs peuvent créer à moindre coût une anatomie alliant réalisme des couleurs et des textures. Pour la première fois dans l’histoire, les chirurgiens pourront pratiquer sur une large gamme d’anatomies anormales ou spécifiques au patient.

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