L'impression 3D médicale offre des possibilités inégalées de simulation réaliste et d'apprentissage personnalisé. Plus précisément, l'utilisation de guides chirurgicaux imprimés en 3D révolutionne la préparation des chirurgiens aux interventions complexes, relevant ainsi des défis récurrents des méthodes de formation traditionnelles.
Les défis de la formation chirurgicale moderne
La formation chirurgicale joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'expérience clinique des médecins et l'amélioration des taux de réussite des interventions chirurgicales. Grâce à l'impression 3D pour la formation à la planification chirurgicale, les chirurgiens peuvent améliorer leurs compétences et simuler des expériences pratiques. Cependant, les méthodes de formation traditionnelles se heurtent à plusieurs difficultés, notamment la rareté des cadavres et leur grande facilité d'endommagement. De plus, les hôpitaux hésitent souvent à autoriser des médecins inexpérimentés à pratiquer de véritables interventions chirurgicales en raison des risques élevés encourus. Si certains hôpitaux de pointe utilisent la RV comme outil d'apprentissage, la réalité virtuelle ne fournit pas le retour tactile nécessaire à l'acquisition d'une expérience pratique. Ces limitations réduisent les possibilités de pratique pour les étudiants en médecine et les chirurgiens et, in fine, entravent la réussite des interventions chirurgicales complexes.
De plus, les modèles anatomiques traditionnels sont coûteux, longs à produire et de structure identique, ce qui signifie qu'ils ne peuvent être personnalisés pour chaque patient. Lorsque les chirurgiens sont confrontés à des défis anatomiques spécifiques chez des patients réels, ces modèles produits en série sont inadaptés aux simulations préopératoires, ce qui limite la capacité à dispenser une formation chirurgicale précise pour les cas complexes. Ainsi, améliorer l'efficacité et l'accessibilité de la formation, accroître la précision des simulations chirurgicales et rendre cette formation plus accessible sont devenus des besoins urgents dans le domaine de l'enseignement médical.
Avantages de la technologie d'impression 3D FDM pour les os imprimés en 3D
La technologie d'impression 3D par dépôt de fil fondu (FDM) consiste à extruder et à superposer des matériaux plastiques chauffés pour former des modèles. Cette technologie permet la création rapide et économique de modèles anatomiques complexes.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, la technologie FDM offre plusieurs avantages en matière de formation chirurgicale :
1. Production rentable et évolutive :
L'impression FDM est nettement moins coûteuse que les méthodes traditionnelles de modélisation, principalement grâce à l'utilisation de filaments abordables et écologiques comme le PLA et le PETG . Les modèles sont généralement imprimés en une seule fois, minimisant ainsi le gaspillage de matériaux. Ses coûts sont bien inférieurs à ceux des équipements de simulation VR ou des modèles biologiques sur mesure haut de gamme, ce qui rend la technologie FDM particulièrement adaptée aux établissements médicaux et aux hôpitaux disposant de budgets limités. De plus, l'essor des prestataires de services d'impression 3D et des « fermes d'impression » permet une production personnalisée à grande échelle.
2. Structures anatomiques complexes et personnalisables :
La technologie FDM excelle dans la création de structures anatomiques complexes couche par couche. Par exemple, l'imprimante Adventure 5M Pro de Flashforge offre une précision de ± 0,01 mm, ce qui lui permet de produire des os imprimés en 3D, tels des modèles osseux précis reproduisant l'anatomie du patient. Pour les structures squelettiques complexes, comme le pied, la Guider 3 Ultra de Flashforge offre une double extrusion et un support amovible, facilitant l'impression de modèles aux formes creuses ou complexes.
3. Personnalisation rapide pour des besoins personnalisés :
Les chirurgiens peuvent utiliser des technologies comme le scanner pour capturer les détails anatomiques d'un patient, puis imprimer rapidement un modèle grâce à l'impression 3D. Ces modèles permettent aux chirurgiens de planifier l'intervention, d'anticiper les risques potentiels et, in fine, d'améliorer les taux de réussite chirurgicale.
4. Durabilité et réutilisabilité :
Les modèles cadavériques traditionnels sont souvent à usage unique et sujets aux dommages. En revanche, les modèles en PLA imprimés en 3D sont durables et réutilisables, offrant aux chirurgiens de nombreuses possibilités de pratique.
5. Courbe d'apprentissage plus courte et sécurité chirurgicale améliorée :
Les imprimantes 3D modernes sont plus rapides que jamais. Par exemple, la série Adventure 5M de Flashforge offre une vitesse d'impression allant jusqu'à 600 mm/s, soit bien plus rapide que les modèles précédents comme la série Adventure 3. Cela permet de réaliser des modèles de formation en seulement 1 à 2 jours, répondant ainsi rapidement aux besoins de pratique des chirurgiens.
Imprimantes 3D Flashforge dans les applications médicales
Les imprimantes 3D Flashforge ont déjà démontré leur efficacité dans des applications médicales concrètes. Dans un cas orthopédique, le personnel hospitalier a utilisé la Flashforge Guider 3 Ultra pour imprimer un modèle grandeur nature de la jambe d'un patient. Ce dernier souffrait d'une fracture complexe du genou, nécessitant un modèle précis pour la planification chirurgicale. À partir des données de tomodensitométrie, un modèle à l'échelle 1:1 de la zone fracturée a été imprimé en PLA. Ce modèle détaillé a permis à l'équipe chirurgicale d'étudier minutieusement la fracture et les structures environnantes. Il a été utilisé pour la planification préopératoire, la simulation et l'évaluation des risques. Pendant l'intervention, l'équipe a suivi les étapes pré-simulées, ce qui a considérablement réduit les incertitudes et amélioré la réussite de l'intervention.
Un autre cas concernait l'impression d'un modèle de guide chirurgical à partir de scanners crâniens. La Flashforge Guider 3 Ultra a créé un modèle 3D qui a permis de guider une intervention chirurgicale pour une tumeur cérébrale. Le guide imprimé et le modèle cérébral ont permis à l'équipe chirurgicale de visualiser la tumeur et de planifier l'intervention. Ce niveau de visualisation a grandement amélioré la compréhension du site chirurgical par les chirurgiens, augmentant ainsi la précision et la confiance dans la réalisation de l'intervention.
Limites et développements futurs de la technologie d'impression 3D
Bien que l’impression 3D FDM ait apporté de nombreux avantages à la formation chirurgicale, elle présente encore certaines limites :
1. Défis de la simulation des tissus mous :
Actuellement, la technologie FDM est particulièrement adaptée à l'impression de tissus durs comme les os, mais elle est moins efficace pour simuler les tissus mous comme la peau, les muscles et les nerfs. Reproduire l'élasticité, le retour tactile et les propriétés biomécaniques des tissus mous reste un défi en raison des limitations des matériaux. Des technologies plus avancées et plus coûteuses, comme la SLA et l'impression 3D couleur, pourraient répondre à ces besoins.
2. Amélioration des matériaux et de la précision :
Si l'impression FDM répond aux besoins de la plupart des modèles d'os et d'organes imprimés en 3D, elle manque encore de la précision requise pour les structures très complexes et les détails les plus infimes. Des progrès supplémentaires en matière de précision et de développement des matériaux sont nécessaires pour améliorer la précision des modèles imprimés.
3. Lissé de surface des modèles :
En raison de la nature de l'impression FDM, où les modèles sont construits couche par couche, les surfaces imprimées présentent souvent des lignes de couche visibles, ce qui peut affecter la douceur et les détails fins des modèles.
4. Développement de modèles multi-matériaux :
L'avenir de l'impression 3D pourrait impliquer des modèles multi-matériaux et multifonctionnels. En intégrant différents matériaux dans un même modèle, les chirurgiens pourront expérimenter différentes textures et réactions, améliorant ainsi le réalisme des simulations chirurgicales et la qualité de la formation.
Conclusion
La technologie d'impression 3D FDM, comme le démontrent les imprimantes Flashforge, offre des avantages considérables à la formation chirurgicale. En fournissant des modèles anatomiques économiques et de haute précision, ainsi que des os imprimés en 3D, cette technologie permet aux professionnels de la santé de pratiquer intensivement et d'améliorer leurs compétences. Malgré les limites actuelles, les progrès constants en science des matériaux et en impression de précision amélioreront encore les capacités de l'impression 3D dans la formation médicale et les applications cliniques. Avec l'évolution continue de ces technologies, l'impression 3D jouera un rôle de plus en plus important pour façonner l'avenir de la formation médicale et améliorer les résultats pour les patients.
