Des orthèses pour la main et le poignet imprimées en 3D à l'aide de l'intelligence artificielle

Les différents moyens de production

Nous avons aujourd’hui différentes méthodes pour fabriquer une orthèse pour la main sur mesure. La plus utilisée actuellement s’appelle Immediate Fitting (IMF). Elle fait usage de plaques de polyester que l’on plonge dans un bain d’eau chaude pour les ramollir afin de pouvoir les mettre en forme. Elles sont ensuite mises en place directement sur le membre. Le résultat est une orthèse sur mesure très bien adaptée. L’utilisation de silicone est souvent privilégiée pour une orthèse du membre supérieur destinée à être portée longtemps, car ce matériau est durable et hygiénique. L’impression 3D est maintenant venue étendre ces possibilités.

« Chez VIGO, nous voulons mouvoir et promouvoir le développement de matériel orthopédique innovant. Notre rôle est de travailler avec les médecins et thérapeutes sur la recherche de solutions innovantes qui serviront mieux les patients. L’impression 3D d’orthèses pour la main est un bel exemple » explique Michiel Meerbergen, CEO de VIGO.

L'importance du modèle mathématique

Le port d’une orthèse pour la main ne donne un résultat optimal qu’à condition d’avoir une orthèse parfaitement formée, tenant exactement compte de l’anatomie du membre qu’elle soutient. C’est pourquoi VIGO a réalisé, depuis 2016, en collaboration avec Dr Verstreken, l’Université d’Anvers, MORE Institute et ORFIT, plusieurs centaines de scans 3D à haute résolution documentant les mains/bras de différents patients dans différentes positions. Ces scans ont formé la base du modèle de description mathématique de mains/bras.

« Aujourd’hui, quand quelqu’un vient nous voir pour une orthèse de la main ou du poignet, nous prenons d’abord un scan 3D de sa main ou son poignet, dans une position déterminée » explique Jan Deckers. « Ensuite, nous confrontons le scan au modèle mathématique. L’orthèse individuelle est alors calculée en fonction des correspondances entre le modèle et le scan du patient, jusqu’à l’obtention d’une orthèse parfaitement adaptée à sa géométrie. Le modèle mathématique est si important parce qu’il nous permet maintenant de régler les paramètres voulus aux valeurs anatomiquement correctes, par exemple pour donner à l’orthèse une pose particulière (neutre, par exemple) ou bien l’angle sous lequel elle doit tenir la main.

Intelligence artificiellle

« Le logiciel que nous utilisons pour la conception des orthèses pour la main contient et traite de grandes quantités de données de scans à haute résolution, et il est capable de les exploiter pour corriger une pose, diminuer la pression aux endroits formant l’os, accentuer la pression ailleurs. On peut donc bien parler d’intelligence artificielle » explique Jan Deckers.

Quelle est la plus-value de l’impression 3D d’orthèses pour la main ?

« L’impression 3D d’orthèses pour la main sur mesure présente des avantages pour le patient, pour le prestataire de soins orthopédiques et pour le médecin, » selon le Dr Verstreken.

« Le patient reçoit une orthèse pour la main ou le poignet adaptée à la perfection à son anatomie ; le confort est meilleur et le risque de lésions, d’escarres, est moindre, grâce aux polygones de Voronoï intégrés à la conception. La structure du matériau respire et rend ces orthèses moins sujettes aux problèmes de transpiration et d’irritation cutanée. Elles sont particulièrement hygiéniques. Côté design, l’impression en 3D donne un résultat très esthétique. Enfin, l’impression en 3D donne une orthèse d’un poids très faible, et rend superflu le moulage en plâtre, ce qui est un avantage pour l’environnement. »

« Il y a des avantages pour le médecin aussi. Le logiciel permet de repositionner de manière anatomiquement correcte la main ou le bras, c’est-à-dire le dessin 3D de l’orthèse. Cette correction anatomique est basée sur les centaines de scans à haute résolution réalisés et validés dans la pratique clinique. L’orthèse est ainsi mieux adaptée anatomiquement, avec un meilleur confort, et donc une meilleure adhérence au traitement. D’autre part, la prise de mensurations est numérique et c’est le logiciel qui corrige la position : on n’a plus de moulage en plâtre, avec ses risques de décalages et de variations. Ceci permet de procéder sur une base plus factuelle, scientifique, en fonction de données objectives. »

Pour les prestataires de soins orthopédiques aussi, cette technologie a ses avantages. Jan Deckers : « La prise de mensurations est un scan numérique, plus rapide que le moulage en plâtre. Le logiciel est scientifique et applique un modèle mathématique, ce qui réduit le risque de devoir corriger l’orthèse après coup. »

Ce projet est réalisé grâce à la collaboration des parties suivantes

AZ Monica

Le Dr Verstreken, chirurgien spécialisé main-poignet au service d’orthopédie de l’AZ Monica, est l’inspirateur de ce projet. Avec son équipe, le Dr Verstreken a été le conseiller de ce projet.

MORE Institute

Le MORE Institute est le département de recherche de l’ORTHOCA (Centre orthopédique d’Anvers) et compte 16 chirurgiens orthopédistes, dont le Dr Verstreken.

Université d'Anvers

L’iMinds Visionlab de l’université d’Anvers (UA) a développé le modèle mathématique de la main et de l’avant-bras sur la base des scans 3D à haute résolution.

Orfit Industries

Orfit Industries s’est penché sur son matériau thermoplastique pour l’IMF du bras afin de le rendre utilisable par l’imprimante.

VIGO

VIGO s’est chargé d’étudier les lois régissant la conception des orthèses pour la main, ainsi que les matériaux et processus d’impression en 3D, aux fins de la production numérique. VIGO a aussi travaillé avec des collaborateurs d’Orthoca pour fournir à l’université d’Anvers un jeu de données de haute qualité de mains scannées dans différentes positions. Ces données, obtenues au moyen d’un scanner 3D spécial, ont servi à établir le modèle mathématique. Enfin, VIGO a développé les algorithmes nécessaires à la mise en oeuvre du modèle mathématique pour la conception d’orthèses ayant la pose voulue.