Création d'une prothèse unique en son genre avec Artec Eva et Geomagic Freeform

Par une matinée bien fraîche, dans le centre de l'Allemagne, Wolfgang K. est monté dans son camion de livraison et part pour un nouvel itinéraire, qui sera le dernier de sa carrière. Il s'arrête d'abord dans une quincaillerie, où il décharge sa cargaison et attend qu'un chariot élévateur vienne récupérer les boîtes. Puis, la tragédie a frappé.

Wolfgang regardait ailleurs lorsque le chariot élévateur l'a percuté, lui cassant le pied et le faisant tomber au sol. Tout ce dont il se souvient à ce moment-là, c'est une sensation de gifle dans le dos, puis il s'est évanoui. Peu de temps après, il s'est réveillé avec une douleur insupportable, et entouré d'ambulanciers. Il a appris que son pied et sa cheville étaient gravement endommagés.

L'hôpital a traité et stabilisé la blessure, mais au cours des semaines et mois qui ont suivi, l'inflammation s'est aggravée. Wolfgang a supplié ses médecins d'amputer son pied, mais ils n'abandonnaient pas si facilement. Ils ont fait tout ce qui était en leur pouvoir pour le sauver pendant trois ans, jusqu'à ce que l'inflammation se propage dans sa jambe, déclenchant ainsi une nécrose étendue des tissus.

Les médecins de Wolfgang ont finalement été contraints d'amputer sa jambe en dessous du genou. Dans les semaines qui ont suivi, quand le gonflement du reste de sa jambe (son membre résiduel) a diminué, Wolfgang a reçu une prothèse transitoire. À cette époque, il a vu une publicité pour la clinique orthopédique Sanitätshaus Klinz de Bernburg, en Allemagne, dont il est devenu plus tard le patient.

L’incroyable demande de prothèses dans le monde

Avec plus de 185 000 amputations de membres inférieurs par an rien qu'aux États-Unis, et plus d'un million dans le monde, les spécialistes de la fabrication de prothèses ont du mal à répondre à la demande croissante.

La méthode traditionnelle de fabrication des emboîtures de prothèses, c'est-à-dire la partie qui s'interface avec le membre résiduel du patient, implique un moulage en plâtre, des heures de travail, ainsi que beaucoup de finesse et d'expérience.

Bien que les spécialistes du Sanitätshaus Klinz continuent toujours d’utiliser du moulage en plâtre et d'autres méthodes analogiques dans leur travail, pour les projets les plus difficiles, notamment ceux qui sont impossibles à réaliser avec les outils traditionnels, ils se tournent fréquemment vers leur scanner 3D Artec Eva.

Artec Eva est un scanner 3D professionnel portable. C’est l’outil préféré des professionnels de la santé et de milliers d'autres personnes dans le monde entier. Il permet de réaliser rapidement des scans 3D en couleur avec une précision inférieure au millimètre, ce qui en fait l'outil idéal pour prendre les mesures de la surface organique des membres résiduels des patients et d'autres parties du corps.

Ils utilisent également l'Artec Space Spider, pour les projets nécessitant des détails complexes et une précision maximale. Développée à l'origine pour la Station spatiale internationale, la Space Spider est devenue un outil populaire, très apprécié par les designers, les ingénieurs et les chercheurs issus de nombreux domaines.

Rêver d'un tout nouveau design de prothèse

Après avoir reçu plusieurs prothèses depuis qu'il est devenu un patient du Sanitätshaus Klinz, le moment est venu pour Wolfgang de se doter d'une nouvelle prothèse de bain, qui pourrait être utilisée sous la douche ou lors des baignades.

Elle devait être à la fois étanche et résistante à la corrosion, même dans un environnement d'eau salée. Lorsque Lisa Pabst, ingénieur biomédical chez Sanitätshaus Klinz, a vu sa demande, elle a décidé de lui proposer quelque chose d'encore mieux.

Lors de leur discussion, Mme Pabst a compris que la grande passion de Wolfgang était la plongée. C'est ainsi qu'elle a eu l'idée, avec Wolfgang et son collègue Carsten Suhle, technicien supérieur orthopédiste, de créer une prothèse de bain unique avec un design maritime. Elle ne serait pas seulement esthétique. L’idée a été de faire de la prothèse elle-même un objet de design unique au thème maritime.

Même après avoir perdu sa jambe, Wolfgang n'avait jamais abandonné son amour pour la plongée et l'eau. Lorsqu'il a entendu l'idée de Mme Pabst, il lui a donné le feu vert avec enthousiasme.

Pabst a parlé du défi que représentait ce projet : « Nous voulions suivre une approche différente, et voir s'il nous serait possible d'intégrer une prothèse dans notre nouveau design plutôt que d'adapter le design à une prothèse existante. »

Leur objectif a été de combiner la résistance à l'eau d'une prothèse de bain à l'esthétique d'une prothèse cosmétique, de sorte que lorsqu'elle sera portée sous un pantalon long, personne ne remarquera qu'il y a un membre prothétique en dessous. Tous les éléments cosmétiques de la prothèse devraient couvrir et protéger les composants mécaniques du dispositif.

En ce qui concerne l'inspiration pour la conception, Pabst a déclaré : « Nous avons eu l'idée de nous inspirer d’une pieuvre. Le corps de la pieuvre recouvre la partie supérieure de la prothèse, tandis que les tentacules imitent la forme de la jambe inférieure. Un casque de plongée nostalgique, entrelacé dans les tentacules, a été ajouté à la cheville. L'articulation de la cheville peut être actionnée par les ouvertures latérales du casque. »

En même temps, Mme Pabst et son équipe comprennent que la partie la plus vitale de toute nouvelle prothèse est la forme et l'ajustement de son emboîture. Chaque patient devrait bénéficier d’une conception unique. Même un ajustement légèrement incorrect peut entraîner de l’inconfort pour le patient et un dysfonctionnement biomécanique conduisant à des blessures futures.

Dans le pire des cas, un appareillage mal adapté peut entraîner des ulcères cutanés, des troubles de l'équilibre, des chutes, des lésions musculo-squelettiques chroniques, de l'arthrose, etc.

Pour obtenir un ajustement parfait de la nouvelle emboîture, ils se sont tournés vers l'Artec Eva. Pabst a utilisé ce dernier pour scanner toute la géométrie de surface du membre résiduel de Wolfgang en moins d'une minute. Pabst a également scanné son autre jambe, afin d'utiliser ces mesures volumétriques et de surface précises, pour créer la forme et les dimensions de la nouvelle prothèse de bain.

Juste après la phase de numérisation, avant d'exporter les maillages 3D vers Geomagic Freeform, les scans ont été traités dans le logiciel Artec Studio. À l'aide des outils intuitifs du logiciel, Pabst a supprimé toutes les données indésirables, comme le sol et les autres objets environnants.

Les scans ont été alignés et enregistrés, puis fusionnés en un seul objet. Enfin, la texture a été intégrée et appliquée au maillage. Dans Freeform, Pabst a conçu l'emboîture de la prothèse et a sculpté les éléments cosmétiques de la conception pour leur donner vie.

Pabst a commenté l'utilité de l’imprimante Eva, utilisée en synergie avec Freeform : « Lorsque j'importe un scan Eva dans Freeform, je pars d'une base fiable pour mon travail de conception prothétique. Eva n’a besoin que de quelques secondes pour capturer les mesures exactes du corps d'un patient. Et dans Freeform, je construis mes nouvelles conceptions en fonction de ces mêmes dimensions. »

Pabst poursuit : « Plus particulièrement, lors de la création d'une nouvelle emboîture prothétique, qui doit épouser et soutenir parfaitement la forme spécifique du membre résiduel d'un patient, chaque millimètre de surface doit être capturé numériquement et intégré à la conception. Heureusement, l'Eva permet de le faire rapidement et facilement ».

Son flux de travail comprenait les étapes suivantes : après avoir importé et arrangé les mailles dans Freeform, elle a modélisé le membre résiduel de Wolfgang. Puis, avant de passer aux étapes suivantes, elle a reproduit sa jambe controlatérale dans Freeform. À partir de là, elle a construit la tige de la prothèse, en la modelant selon l'adaptateur et en préparant la conception des éléments fonctionnels.

Pabst a ensuite façonné les dimensions extérieures des tentacules en fonction des mesures exactes de l'autre jambe de Wolfgang, afin d'obtenir la même circonférence globale de la jambe inférieure.

Après cette étape, Mme Pabst crée les ventouses des tentacules, puis relie le manche, la pieuvre, les tentacules et le casque de plongée. Après plusieurs autres étapes, elle embosse le design avec le logo Klinz et le nom du patient.

Après avoir imprimé en 3D les composants extérieurs de la nouvelle prothèse, elle fusionne ces derniers avec les éléments mécaniques du dispositif avant de les ajuster. C'est alors que Wolfgang a été invité à la clinique pour son essayage.

Dès qu'il a vu sa nouvelle jambe, il a été très satisfait. L'ajustement est aussi confortable que celui auquel il s'attendait par rapport à ses autres prothèses Klinz. Sa femme et ses filles en sont également ravies. Lors de récentes vacances à la mer Baltique, les enfants se sont approchés pour voir de plus près et admirer son étonnante jambe.

Le potentiel de la numérisation 3D dans le domaine de l'orthopédie

Mme Pabst commente le rôle crucial que joue la numérisation 3D dans la conception moderne des orthèses et des prothèses : « Chaque fois que vous devez créer une orthèse ou une prothèse du haut ou du bas du corps, avec des matériaux de haute ou de basse technologie, vous devez absolument disposer de mesures précises du corps du patient à l'endroit où le nouveau dispositif sera connecté. »

Elle explique : « Sans cette base sur laquelle s'appuyer, de graves problèmes peuvent surgir, qu'il s'agisse de l'ajustement de la prothèse, des réactions physiques du patient, etc. En commençant le travail avec les scans Artec, chaque appareil que nous produisons ressemble exactement à l'autre partie et constitue une extension naturelle du corps du patient. La différence que cela apporte dans notre travail est vraiment significative. »