Des modèles multi-matériaux réalistes rendent service aux chirurgiens

« Nous avons été en mesure de créer des modèles qui imitent le tissu humain réel. Cela nous a permis de créer davantage de simulateurs chirurgicaux réalistes. »
Yuwaraj Kumar Balakrishnan, Centre for Biomedical and Technology Integration

Le Center for Biomedical and Technology Integration (CBMTI), un spin-off commercial de l’Université de Malaya en Malaisie, crée des implants médicaux personnalisés destinés à des hôpitaux publics et privés. Il travaille également en étroite collaboration avec l’industrie médicale afin d’améliorer la gestion des hôpitaux et la formation des chirurgiens. L’impression 3D est essentielle pour ces différents types de tâches. La société utilise des masters imprimés en 3D pour façonner ses implants en titane à travers une technique de pressage à froid. Lors d’un programme de formation novateur, elle développe des modèles imprimés 3D détaillés et multi-matériaux qui imitent l’apparence et la texture des différentes parties du corps, y compris les cellules tumorales.

A l’époque de la création de l’entreprise, les simulations informatiques et les cadavres étaient la seule façon de former les professionnels aux équipements de neurochirurgie. CBMTI a senti que les modèles bio 3 D pourraient grandement améliorer la formation. La société a été séduite par l’impression 3D et y a vu un moyen de construire rapidement des modèles de qualité. La première imprimante 3D de l’organisation a fabriqué des modèles précis, mais dans une matière solide. Pour imiter étroitement les pathologies humaines, CBMTI a ajouté des tissus mous simulés obtenus par un processus secondaire intensif qui pourrait durer jusqu’à une semaine. Ce post-traitement s’est avéré lent et coûteux, aussi bien sur le plan financier qu’en termes d’heures de travail.

Comme la technologie d’impression 3D a évolué, CBMTI savait que l’impression 3D multi-matériaux serait capable de créer des modèles réalistes de façon plus efficace et moins chère. Deux systèmes Stratasys ont été retenus : l’imprimante 3D Objet Eden, qui peut construire un modèle dans l’un des 17 matériaux disponibles, et l’imprimante 3D Objet500 Connex, qui offre plus de 100 matériaux au choix et qui peut combiner différents matériaux dans un seul modèle.

CBMTI a investi dans les deux imprimantes 3D. « Les imprimantes Stratasys ont été retenues, car elles sont capables d’imprimer des matériaux multiples. Elles ont été choisies en raison de leur précision et de la vitesse avec laquelle elles peuvent faire de l’impression. La facilité d’utilisation était une autre raison », a déclaré Kumar Yuwaraj Balakrishnan, directeur des opérations, CBMTI.

Des modèles de qualité impeccable

Aujourd’hui, la société a augmenté sa capacité de production de 40% grâce aux imprimantes 3D Stratasys. Elle utilise son imprimante 3D Eden pour la planification chirurgicale, essentiellement pour imprimer les équipements utilisés pendant la chirurgie, tels que les gabarits et les guides. L’imprimante 3D Connex, quant à elle, crée des prototypes pour des projets de recherche universitaire et pour fabriquer des biomodèles. Grâce à la possibilité d’imprimer en 3D de multiples matériaux en simultané, CBMTI fabrique dorénavant des modèles qui intègrent différentes textures et densités sur leurs surfaces ainsi qu’à l’intérieur, comme le sont les différentes parties du corps.

Le processus commence par la conversion des informations du patient issues du scanner et de l’IRM en données d’imagerie. On attribue ensuite des caractéristiques de matériaux à chaque partie. L’imprimante 3D utilise ces données pour construire des modèles physiques qui sont anatomiquement et spatialement précis. En règle générale, deux résines de base sont combinées dans des proportions variées pour obtenir un spectre de propriétés – par exemple, dur et très doux avec de nombreuses variations entre les deux.

« Avec la Connex, nous simulons des couches réalistes de tissus humains comme la peau, les os, le cerveau et les tumeurs au sein d’un modèle imprimé. Le modèle est ensuite utilisé pour des simulations chirurgicales. Nous avons également incorporé d’autres fonctionnalités telles que la dynamique des fluides pour pouvoir simuler autant que possible des interventions neurochirurgicales endoscopiques », explique Yuwaraj Kumar Balakrishnan. La dynamique des fluides inclut l’ajout de tubes de liquides avec des pressions variées pour simuler une hémorragie.

En plus du réalisme des modèles, le processus de fabrication de produits d’utilisation finale directement à partir des données d’imagerie (appelé fabrication numérique) permet à l’entreprise de créer facilement des modèles à échelle réduite pour pouvoir les tester facilement et économiser du matériau lorsque la production à grande échelle n’est pas nécessaire.

Une grande innovation

L’intérêt a sensiblement augmenté depuis que CBMTI a investi dans l’impression 3D. Une équipe de 20 médecins cliniciens, d’ingénieurs de prototypage rapide, de programmeurs informatiques et d’ingénieurs électriciens travaille ensemble sur les trois principales branches d’activités basées sur l’impression 3D de l’entreprise : création de prototypes pour la recherche universitaire, développement d’implants en titane personnalisés et fabrication de biomodèles sur mesure pour la formation chirurgicale. « L’intérêt des chercheurs à nos modèles a centuplé depuis que nous avons commencé à utiliser ces imprimantes », a déclaré Kumar Yuwaraj Balakrishnan.

« Les imprimantes Stratasys constituent la plateforme idéale pour l’innovation. Nous sommes passés de la capacité à mouler des plaques de titane pour les implants crâniens à la création de biomodèles avec la pathologie diagnostiquée obtenus à partir des données d’imagerie réelles du patient », a-t-il dit.