Magazine Mardi 12 juin 2018 - 07:00

Un père conçoit des orthèses en impression 3D pour permettre à son fils de marcher

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Nik est né en 2011, un mois avant terme. Durant l’accouchement, son cerveau a subi des dommages qui ont conduit à une infirmité motrice cérébrale (IMC). Malgré son handicap, l’enfant montrait beaucoup d’enthousiasme à progresser, bien qu’il ne puisse ni se tenir debout, ni marcher. Son père, Matej, et sa mère, Mateja, se sont alors donner un objectif : permettre à Nik de marcher. Après des mois de recherche, l’impression 3D leur a permis de concevoir une orthèse sur mesure, possédant le soutien et la correction dont Nik avait besoin. L’enfant pouvait alors faire ses premiers pas tout seul.

Dans le monde, plus de dix-sept millions de personnes sont atteintes d’une infirmité motrice cérébrale (IMC). Ainsi certains enfants ne peuvent pas s’asseoir, se tenir debout, marcher, manger seul et donc mener une vie normale. Pour leur venir en aide, de nombreux médecins prescrivent des orthèses destinées à corriger les irrégularités des membres ou de la colonne vertébrale. Souvent, ces orthèses n'ont pas évolué depuis les années 50. Elles sont inadaptées et inconfortables. Elles sont coûteuses et prennent des semaines, voire des mois, à être conçues. Comment la médecine peut-elle encore en être là, alors que les avancées technologiques sont énormes et que l’on connait, par exemple, les nombreux avantages de la fabrication additive ? Face à ces solutions insatisfaisantes, Matej, le père de Nik, a pris les choses en main.

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Trouver une nouvelle solution pour aider son fils

« Lorsque vous regardez votre enfant, vous savez instinctivement quoi faire pour l’aider. Nik n’arrivait pas à se tourner sur le côté, alors j’ai décidé de fabriquer une rampe qui nous permettait de le retourner sur le ventre. Il a trouvé ça amusant et il a essayé de le faire tout seul », explique Matej. Quelques temps après, pour l’aider à se mettre debout, ses parents lui ont mis des chaussures de ski qui lui permettaient de stabiliser ses chevilles. « Il s’est immédiatement senti en confiance. On voyait, dans ses yeux, qu’il appréciait et il voulait progresser. C’est ce qui nous a donné la force de continuer ! »

Mais évidemment, il ne suffisait pas de mettre des chaussures de ski pour offrir à Nik la chance de marcher. « Il avait peur de marcher, parce que ses pieds étaient dans une très mauvaise position. S’il avait continué à marcher ainsi, il se serait abîmé les os et les articulations », explique Petra Timošenko, son kinésithérapeute. Ce dernier suggère alors l’emploi d’une orthèse pied et cheville pour aider à stabiliser le pied de Nik. 

Il existe des orthèses prêtes à l’emploi de différentes tailles et de formes diverses. Bien qu’elles puissent être adaptées au patient, il est difficile de traiter plusieurs problèmes avec le même dispositif. Les orthèses sur mesure haut de gamme sont fabriquées à la main et grâce à des machines CNC, à partir d’un plâtre ou d’une empreinte sur mousse du pied du patient. Mais leur production prend plusieurs semaines et des réglages additionnels sont nécessaires après essayage, puis au fur et à mesure de la croissance de l’enfant.

« En constatant le manque de confort, le prix trop élevé et tous les autres inconvénients des orthèses, j’ai décidé de faire quelque chose », raconte Matej, qui possède une formation d’ingénieur et qui a travaillé comme responsable R&D dans le secteur des télécoms pendant douze ans. « Je ne connaissais pas la solution à l’époque, mais je voulais trouver une meilleure manière de concevoir des orthèses. J’essayais juste d’aider mon fils du mieux possible. »

Je voulais trouver une meilleure manière de concevoir des orthèses. J’essayais juste d’aider mon fils du mieux possible.

Une orthèse sur mesure imprimée en 3D

Le secteur de la santé est un domaine particulier. La rentabilité ne doit pas empêcher l’accès au soin. L’uniformisation des produits répond rarement aux besoins des patients, notamment pour les prothèses et les orthèses. Matej, Mateja et Nik s’en sont rapidement rendus compte. 

« Je ne savais pas comment les orthèses étaient fabriquées. J’ai pu examiner cela avec un œil innocent », raconte Matej. Face à cela, il cherche des solutions. Il avait entendu parler de l’impression 3D et s’y intéresse de plus près. Après quelques recherches, il était convaincu que cette technologie fournirait à la fois la haute précision requise pour une adaptation parfaite de l’orthèse, mais aussi la liberté de conception pour la réaliser sur mesure. Matej a essayé de multiples méthodes de numérisation du pied de son fils. Il a aussi appris à modéliser l’orthèse en 3D. Après six mois d’expérimentation et de recherche, il a mis au point un processus innovant dont il attend le brevet : 

  • les pieds du patient sont placés dans un sac sous vide dans la position correcte, debout et supportant son poids ;
  • puis ils sont scannés en 3D, par le haut ainsi que par le bas, à travers le sac, à l’aide d’un scanner Structure monté sur un iPad ;
  • les données sont réunies et nettoyées pour produire une représentation précise du pied du patient ;
  • l’orthèse sur mesure est alors conçue directement sur le scan du pied dans le logiciel CAO ;
  • enfin, l’orthèse est imprimée en 3D en haute résolution à l’aide d’une imprimante stéréolithographique Form 2 et de résine Durable de Formlabs.
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Le premier prototype conçu par Matej montait pratiquement jusqu’au genou, comme les orthèses pied-genou traditionnelles. Sur les conseils du kinésithérapeute, il révisa la forme car celle-ci empêchait son fils de marcher plus librement. Il a recommencé et conçu un nouveau prototype pas plus haut qu’une semelle intérieure. Celle-ci tenait dans une chaussure classique, sans besoin de modèle extra-large.

Matej créera treize prototypes avant de trouver celui qui convienne. « En deux ou trois jours, Nik marchait. Il ne tombait plus. Nous n’avions plus besoin de le surveiller. Le changement a été immédiat, c’était incroyable. La première version de l’orthèse lui a donné confiance et l’a stabilisé. La deuxième a amélioré la fluidité globale de la démarche. La troisième l’a aidé à prendre une meilleure posture, et c’est alors qu’il a vraiment apprécié de pouvoir marcher et qu’il a commencé à jouer. La quatrième a corrigé son pied droit qui était décentré par rapport au corps, ce qui lui a permis de se tenir debout en position bien droite », explique-t-il.

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« Après avoir porté l’orthèse deux ou trois mois, j’ai vu Nik sourire, pour la première fois. Après quatre à cinq mois, il a été de plus en plus rapide. Ses pas étaient plus longs et sa démarche plus fluide. Il a même commencé à danser », raconte Petra, le kinésithérapeute. « Maintenant, je peux lui faire faire des exercices plus élaborés. Nous pouvons courir sur un tapis de course et sauter, parce que je sais que ses pieds sont dans la bonne position et qu’aucune déformation des os ou des articulations n’est à craindre. »

L’impression 3D révolutionne le secteur médical

L’impression 3D a permis dans le cas du jeune Nik de créer des dispositifs orthopédiques comprenant des parties de différentes épaisseurs mieux adaptées aux spécificités du patient. Ceux-ci ont pu être fabriquer sur mesure en moins de 24 heures, pour un coût bien moindre que celui des orthèses traditionnelles. L’impression 3D a également permis de fabriquer des dispositifs orthopédiques plus compacts, tenant dans une chaussure normale. Enfin, ces orthèses sont confortables et n’irritent pas la peau comme certains dispositifs traditionnels. « Les orthèses ne doivent pas faire mal. Ce n’est qu’en l’absence de douleur que les enfants les acceptent », insiste Matej.

Matej et sa femme Mateja ont décidé de breveter et de certifier leur processus de fabrication, afin de satisfaire les exigences requises pour les dispositifs médicaux. Grâce à la certification, des essais cliniques pourront être réalisés avec d’autres enfants. Les parents de Nik ont donc créé la société aNImaKe (à partir du prénom de leur fils) pour se consacrer à plein temps à la conception d’orthèses imprimées en 3D.

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« En ce moment, nous testons des orthèses avec différents patients, âgés de 3 à 11 ans, atteints de différentes pathologies. Nous constatons des améliorations en termes de biomécanique, ce qui est notre objectif principal. Mais nous notons aussi le changement positif que constatent les parents qui voient s’améliorer la vie au quotidien de leurs enfants, parce qu’ils ont besoin de se sentir bien avec leurs orthèses pour améliorer leur marche. À l’avenir, Matej et son équipe souhaitent étendre leur technique à d’autres parties du corps. Ils essayent actuellement une attelle pour le bras qui aiderait les enfants atteints d’IMC et présentant une tonicité musculaire élevée. Celle-ci leur permettrait de pouvoir déplier leurs doigts pour marcher à quatre pattes, attraper des objets et explorer l’environnement.

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