L'experiènce de'l Hospital Universitario La Paz avec l'impressión 3D
L’hôpital universitaire de La Paz a été fondé il y a plus de 50 ans en tant que centre national de référence pour l’Espagne dans diverses spécialités médicales et chirurgicales. La promotion de la recherche et de l’enseignement a caractérisé son travail au fil des ans, toujours au service du patient et à la recherche de l’excellence en matière de santé. Grâce à la contribution de professionnels tels que ceux de l’étude de cas que nous allons partager, l’hôpital universitaire La Paz se positionne comme l’un des meilleurs hôpitaux d’Espagne.
En 2022, dans sa quête constante d’excellence et d’innovation, l’hôpital La Paz s’est tourné vers 3DZ pour évaluer les possibilités des différentes technologies 3D dans le développement de modèles pour la chirurgie reconstructive.
Le défi : développer un protocole pour produire des modèles personnalisés imprimés en 3D et stérilisables pour la reconstruction autogène de l'oreille.
La reconstruction de l’oreille chez les patients atteints de microtie est un défi permanent pour le chirurgien et est considérée comme l’une des procédures les plus difficiles et les plus exigeantes sur le plan technique.
Depuis les années 1920, la principale option de reconstruction a été d’utiliser du cartilage costal. Cependant, en raison de l’anatomie extrêmement complexe et unique de l’oreille, cette procédure nécessite une courbe d’apprentissage considérable, qui dépend en grande partie de l’habileté manuelle et technique du chirurgien.
Traditionnellement, on utilise un modèle de film radiographique en 2D, pris sur l’oreille controlatérale. La principale difficulté réside dans le transfert des caractéristiques tridimensionnelles des éléments anatomiques de l’oreille (épaisseur, hauteur, profondeur, relief).
Le défi était de trouver un modèle 3D de l’oreille controlatérale qui puisse être pris rapidement, car il s’agit souvent d’enfants, mobiles ou non coopératifs.
MÉDECIN AU DÉPARTEMENT DE CHIRURGIE ORALE ET MAXILLO-FACIALE DE L'HÔPITAL UNIVERSITAIRE DE LA PAZ
Dr. Juan Pablo Rodríguez-Arias:
“Pendant des années, nous avons pris des modèles de l’oreille controlatérale des patients avec un plâtre, mais ceux-ci ne pouvaient pas être stérilisés ou utilisés comme guide dans la salle d’opération. De plus, ce modèle est très encombrant et inconfortable pour les enfants“, explique le Dr Rodríguez Arias, qui, avec les Drs Mercedes Martín, Elena Gómez et Jesús Manuel Muñoz, constitue le service de chirurgie maxillo-faciale infantile dirigé par le Dr José Luis Cebrián. “D’autres hôpitaux commençaient à utiliser le modèle CT de l’oreille controlatérale, mais nous voulions éviter les radiations. D’autre part, nous pensions que le fait de disposer de modèles 3D des parties sur lesquelles nous travaillerions ensuite pour reconstruire l’oreille, et non l’oreille entière, rendrait l’opération encore plus facile.”
Début 2022, le service de chirurgie maxillo-faciale a donc contacté 3DZ pour acheter un scanner 3D.
Les objectifs
1
Obtenir la forme exacte et les détails de l'oreille rapidement et avec précision.
2
Obtenir des modèles d'oreille segmentés et stérilisables.
3
Pour améliorer le confort du patient, généralement des enfants qui sont mobiles ou peu coopératifs.
4
Ne pas ajouter de comorbidités ou de radiations dans la phase de pré-intervention.
5
Faciliter le travail du chirurgien en réduisant le temps d'intervention.
La solution
Le rôle d’Alessandro Gutierrez Venturini, ingénieur au sein du laboratoire de gestion 3D de l’hôpital, est ici particulièrement pertinent. Sur la base d’une communication étroite entre le chirurgien et l’ingénieur, le service de chirurgie maxillo-faciale et le laboratoire 3D ont mis au point un protocole pour l’acquisition numérique, le traitement et la segmentation des images de l’oreille afin d’obtenir les modèles d’oreille souhaités.
“Il convient de noter que ce protocole est techniquement difficile, qu’il nécessite des compétences en conception 3D et donc une courbe d’apprentissage considérable, en particulier dans la phase de planification préopératoire. Nous considérons qu’il est essentiel qu’à ce stade, l’ingénieur et le chirurgien travaillent ensemble pour apporter leur vision et leur expérience d’un point de vue technique et clinique“, déclare Alessandro Gutiérrez avant d’expliquer le processus.
Après avoir consulté 3DZ, l’hôpital a acheté un scanner 3D Artec Eva et a été formé par le personnel technique hautement qualifié de 3DZ pour apprendre à tirer le meilleur parti de l’équipement acheté.
1 - Numérisation de la surface de l'oreille avec Artec EVA
La première étape du protocole consiste à acquérir des images de l’oreille saine du patient. Dans le cas présent, il s’agit d’un garçon de 8 ans présentant une microtie lobaire du côté droit. Une grande précision est nécessaire pour capturer les caractéristiques détaillées de la structure de l’oreille, ce qui est essentiel pour une reconstruction réussie.
Dans ce cas, le scanner à lumière structurée Artec Eva 3D a été utilisé, ce qui permet l’acquisition de surfaces avec une résolution 3D allant jusqu’à 0,2 mm, à une vitesse de reconstruction de 16 fps, tout en sauvegardant la texture du modèle. Le temps moyen d’acquisition de l’image a été de 65 secondes.
Les données du nuage de points obtenues ont été traitées avec le logiciel natif Artec Studio 16 Professional. Après un processus d’élimination, d’enregistrement, d’analyse, d’alignement et de suppression du bruit, toutes les images ont été fusionnées en un seul maillage.
L’image (a) montre les premières données acquises à partir du nuage de points avant le post-traitement ; l’image (b) montre la reconstruction finale du modèle numérique 3D après le post-traitement.
Pour l’étape suivante, le maillage obtenu a été exporté sous la forme d’un fichier STL.
2 - Preparation des modèles numériques
Entre les différentes étapes, le mesh exporté a été traité avec un logiciel de modélisation pour concevoir les nouveaux composants de l’oreille du patient.
Les modèles présentés sur l’image ont été exportés au format STL pour l’étape d’impression 3D :
(a) oreille saine affinée et mise en miroir ; (b) segmentation de l’hélix (bleu), de l’antihélix (violet) et du trago (brun) ; (c) parties anatomiques sculptées ; (d) modèle de la structure de base.
Il s’agit de la modélisation de l’oreille et des parties anatomiques pour la planification chirurgicale.
3 - Impressión 3D des modèles
Les modèles numériques ont été imprimés avec une imprimante 3D à stéréolithographie (SLA) de Formlabs. Le matériau utilisé est la résine Surgical Guide (Formlabs) avec une résolution d’impression de 0,1 mm.
Les modèles imprimés en 3D de l’oreille (à gauche) et des différentes parties anatomiques (à droite) sont illustrés.
Après l’impression, les modèles ont été détachés de la plateforme de construction et lavés pendant 20 minutes dans un Form Wash (Formlabs) avec de l’alcool isopropylique à 99 % pour nettoyer les pièces et éliminer la résine liquide. Ils ont ensuite été post-polymérisés à 60 °C pendant 30 minutes dans Form Cure (Formlabs) pour obtenir une biocompatibilité et des propriétés mécaniques optimales.
Enfin, les modèles ont été stérilisés et utilisés dans la salle d’opération.
4 - Fabrication de structures
La taille du pavillon normal et le type de microtie déterminent le nombre de fragments de cartilage à retirer.
Grâce à ces modèles 3D, plusieurs fragments de cartilage ont pu être conservés et repositionnés dans la poche costale afin d’être utilisés comme Firmin P1 dans la deuxième étape de la chirurgie.
RESULTATS
Grâce aux modèles 3D stérilisés et spécifiques au patient, le chirurgien a pu contrôler les greffons, les tourner et analyser leur forme et leur relief. La planification préopératoire de la chirurgie lors du traitement numérique avec l’ingénieur du Laboratoire management du 3D a permis d’économiser du temps chirurgical et des quantités de cartilage, sans perdre l’aspect esthétique de ce type de chirurgie.
Principaux avantages de l'utilisation des technologies 3D en chirurgie reconstructive
La précision des modèles 3D imprimés en résine biomédicale facilite une manipulation sûre, sans crainte de contamination du matériel biologique. “Le fait d’avoir les modèles stériles sur la table d’opération est un facteur décisif, car cela nous permet de comparer directement 1 par 1, pièce par pièce, les détails des côtes qui composent notre reconstruction de l’oreille“, explique le Dr Rodríguez Arias.
La durée de l’opération s’en trouve considérablement raccourcie, ce qui profite à la fois au patient et à l’équipe médicale. Le fait de passer moins de temps en salle d’opération réduit le risque de complications et améliore le rétablissement du patient, ce qui permet d’économiser de l’argent.
Grâce à des modèles 3D précis, seule la quantité de cartilage nécessaire à l’intervention est retirée, ce qui évite l’ablation inutile qui se produisait auparavant avec la méthode bidimensionnelle. “Cela permet non seulement de réduire la douleur postopératoire pour l’enfant, mais aussi de réduire le temps de récupération et le risque de complications telles que le pneumothorax“, explique M. Rodríguez-Arias. “En outre, notre protocole permet de reconstruire n’importe quel sous-type de microtie, qu’elle soit totale ou partielle, en optimisant encore l’ablation du cartilage costal“.
La production de modèles biomédicaux en résine offre un environnement de travail plus sûr et plus stérile. “Il est très pratique de manipuler les modèles et le cartilage sur la même table d’opération, sans avoir à changer de gants…, sans craindre de contaminer le champ”.
Il a été démontré que les modèles tridimensionnels réduisent la durée des interventions chirurgicales, les économies réalisées sur les ressources hospitalières compensant le coût de l’imprimante et du type de scanner choisi. “La réduction du temps chirurgical est une économie importante, car on estime que le coût par minute dans la salle d’opération varie entre 30 et 50 euros. Bien que nous n’ayons pas terminé l’étude, nous estimons avoir réduit le temps opératoire d’une heure“, déclare le Dr Rodríguez-Arias.
Le futur
“Nous voulons continuer à optimiser notre protocole, l’appliquer et l’affiner dans d’autres interventions chirurgicales dans un domaine aussi délicat que la chirurgie maxillo-faciale, avec une grande complexité tridimensionnelle et des composantes et exigences à la fois esthétiques et fonctionnelles (…) Nous menons également des études pour évaluer l’utilisation des technologies 3D dans le suivi postopératoire de la chirurgie de la craniosynostose. ) Nous menons également des études pour évaluer l’utilisation des technologies 3D dans le suivi postopératoire de la chirurgie de la craniosynostose, en collaboration avec le département de neurochirurgie infantile, et pour pouvoir optimiser notre technique chirurgicale sur la base de ces résultats”, conclut le Dr Juan Pablo Rodríguez-Arias.
3DZ, partenaire expert
3DZ est un distributeur des meilleures marques d’impression et de numérisation 3D avec plus d’une décennie d’expérience. Nous aidons les entreprises à choisir la meilleure technologie 3D pour leurs besoins spécifiques.
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