Utiliser Artec Eva pour créer des mannequins de formation médicale ultraréalistes pour le Covid-19

Lors de son lancement, Lifecast Body Simulation (Lifecast BodySim) a fait prendre un tournant à l’industrie du cinéma : ses mannequins étaient si réalistes qu’ils étaient presque impossibles à différencier de vraies personnes.

Des scènes de guerre sanglantes aux effets spéciaux, en passant par tout ce qui relève du surnaturel, l’équipe basée dans les studios d'Elstree, à Londres, a travaillé sur des superproductions et de gros succès du cinéma tels La Chute du faucon noir, Il faut sauver le soldat Ryan, la série de films Fast and Furious, et bien d’autres. Après avoir fourni pendant plusieurs années des cadavres pour des films, l’équipe a été contactée par deux professionnels de la santé qui avaient une autre idée en tête : la formation médicale.

Des systèmes respiratoires sont testés sur des mannequins équipés de cathéters reproduisant les fonctions pulmonaires. (Photo de @Lifecastbodysim sur Instagram)

« Dave et Rob sont deux ambulanciers réputés qui ont travaillé dans le monde entier, y compris dans des zones de guerre, commente Tristan Schoonraad, artiste et sculpteur britannique que beaucoup connaissent sous le nom de Schoony. Ils sont venus nous voir en nous disant qu’ils voudraient utiliser nos mannequins ultraréalistes pour se former. » Au-delà de son travail avec les studios Life3d, qui fournissent des solutions de scan et d’impression 3D ainsi que de moulage principalement pour le cinéma, la télévision et l’art, Schoony est également directeur de Lifecast BodySim aux côtés de son père, John Schoonraad, co-fondateur et directeur créatif.

Avant le début de la pandémie de coronavirus, Lifecast BodySim travaillait déjà pour le secteur de la santé. « Nous fabriquons des objets médicaux depuis plusieurs années, explique John Schoonraad. Récemment, l’intérêt pour ce que nous faisons s’est considérablement accru – et nous sommes les seuls dans notre domaine. »

Le 23 mars, soit deux semaines avant l’instauration du confinement au Royaume-Uni, Lifecast BodySim a fait don de cinq mannequins aux hôpitaux NHS Nightingale – des établissements de campagne provisoires mis en place pour réagir à l’afflux de malades du Covid-19.

Dans un premier temps, 2 000 professionnels de la santé britanniques ont été formés sur ces mannequins pour prendre en charge des patients victimes de complications respiratoires liées au Covid-19. La formation nécessitait de travailler avec des respirateurs, ventilateurs et incubateurs.

Les mannequins réalistes sont utilisés pour la formation aux tests diagnostiques du Covid-19, aux complications respiratoires, et bien plus. (Photo de Lifecast Body Simulation)

Dans les situations d’urgence – et le chaos que le Covid-19 a semé dans les établissements de santé à travers le monde –, la précision est cruciale. « Une erreur lors de n’importe laquelle de ces procédures peut faire beaucoup de dégâts, souligne John Schoonraad. Travailler sur un mannequin en silicone vous permet de déjà vous y connaître lorsque vous vous retrouvez devant une vraie personne. »

Afin de garantir l’hyperréalisme des mannequins, le processus de fabrication doit être rigoureux. Le souci du détail d’Artec Eva est essentiel, en particulier lors de la numérisation et de la reproduction des détails d’un visage humain.

Scanner 3D à lumière structurée spécialisé dans la création de modèles 3D texturés et précis, Artec Eva est idéal pour les objets de taille moyenne tels que le système d’échappement d’une moto, les engins de chantier ou, dans le cas qui nous concerne, le corps humain. Sûr d’utilisation sur n’importe quelle surface, y compris l’œil humain, Eva est rapide et hautement précis.

Pendant des siècles, une méthode connue sous le nom de moulage sur nature (lifecasting) a servi à créer des copies 3D de corps humains vivants au moyen du moulage et de la coulée. Aujourd’hui, elle continue à être couramment utilisée dans l’industrie du cinéma et le design. Ses techniques incluent la transformation d’algues sèches en pâte servant ensuite à créer un moule. Vingt minutes seraient nécessaires rien que pour fabriquer le moule d’une tête, sans compter les heures de travail en amont et en aval, selon les estimations de Schoonraad. Créer un corps entier exigerait un total de trois heures au moins, contre quelques minutes à peine avec le scan.

Si le moulage sur nature a pour l’heure l’avantage d’être connu et de permettre l’acquisition des détails dans un moule fabriqué directement à partir du corps – il saute l’étape de l’impression et de la sculpture –, le secteur se tourne de plus en plus vers le scan 3D, partiellement ou complètement.

Chez Lifecast BodySim, le moulage sur nature est souvent utilisé en tandem avec Artec Eva – Artec Eva est par exemple utilisé pour la tête, et le moulage sur nature pour le reste du corps – mais le recours à Eva présente des avantages considérables, particulièrement pour les personnes âgées qui trouvent parfois le moulage sur nature difficile à subir.

« Nous obtenons une impression bien plus réaliste avec le scan. À la différence du moulage sur nature, le scan permet par exemple de garder les yeux ouverts », explique John Schoonraad. « Un autre atout du scan 3D est sa rapidité, qui permet de rescanner les expressions faciales ou les positions du corps au cas où, à mi-parcours, vous n’aimez pas ce que vous voyez », poursuit-il en riant.

« Se faire mouler n’est pas la chose la plus agréable au monde, alors que le scan est rapide, simple et précis, commente-t-il. Avec le scan, il vous suffit de rester debout les bras tendus pendant quelques minutes. Et ce n’importe où : dans un hôtel, un studio... Le scan, c’est l’avenir. »

Après le scan, les données sont traitées dans Artec Studio puis imprimées. « Nous prenons ensuite ces impressions, les peaufinons dans la sculpture, et produisons un moule », explique John Schoonraad. Lors de cette étape, de l’argile Monster Clay (une argile malléable à la plasticité élevée et dotée d’une élasticité unique) est employée, permettant l’ajout de détails plus fins tels des rides. Du silicone est ensuite utilisé dans le moule pour créer des mannequins ultraréalistes.

Une des touches finales responsables de l’hyperréalisme du résultat est l’ajout de véritables poils et cheveux sur les mannequins. Cette étape est réalisée par Gracie Schoonraad, coiffeuse professionnelle et épouse de Tristan Schoonraad.

« Une fois les mannequins entièrement créés, leurs poils – qui proviennent d’humains et de yaks – sont poinçonnés, explique Gracie, qui les coud ou crochète par brin pour la tête, les cils et les sourcils. Le réalisme est difficile à atteindre. Ajouter de véritables poils permet de créer quelque chose de vraiment réaliste. »

Les mannequins ne se limitent pas qu’à leur apparence incroyablement authentique : ils ont atteint un niveau où ils peuvent avoir des capacités respiratoires et des fonctions internes, y compris le battement d’un pouls et une simulation de respiration, ajoute John Schoonraad. Par ailleurs, « chaque mannequin a une caméra enfoncée dans sa gorge », précise-t-il. Celle-ci est utilisée pour la formation à l’intubation et permet au personnel soignant de s’entraîner à placer correctement une sonde dans la gorge. « Si vous regardez au fond de la gorge d’un de nos mannequins, vous verrez qu’elle ressemble exactement à une gorge humaine. »

Le scan 3D est également utilisé pour assembler et tester numériquement des composants des mannequins, y compris les organes internes, créer des prototypes numériques de pièces devant encore être fabriquées, ou scanner et imprimer des pièces qui seraient extrêmement difficiles à mouler, telle une cage thoracique.

Le scan est souvent utilisé pour créer des répliques exactes d’organes internes. (Image de Life3D Studios)

« La cage thoracique vue ici repose sur une technologie qui permet de réaliser une échographie simulée sur certains mannequins, commente Jasper Turner, des studios Life3D. Elle devait correspondre au design d’une série existante qui ne comportait qu’un demi-ensemble de côtes. » Le scan et la symétrie ont été utilisés pour incorporer la réplique exacte de la technologie et du design existants – l’ensemble complet a ensuite été incrusté dans le mannequin en silicone.

Depuis sa fondation, il y a seulement trois ans, Lifecast BodySim s’est étendu au point d’avoir aujourd’hui des clients internationaux. « Nos mannequins sont utilisés en Inde, en Australie, en Allemagne, en France, en Arabie Saoudite – partout dans le monde », souligne John Schoonraad. Afin de fournir le personnel soignant américain, un centre de production a ouvert en Floride. Idéalement, un mannequin est créé par semaine, mais le travail simultané sur différents mannequins dans le studio et la réduction des opérations liée aux réglementations introduites en raison de l’épidémie permettent la fabrication d’une quinzaine de mannequins par mois.

Une fois créés à partir d’un moule, les mannequins en silicone deviennent hyperréalistes grâce à l’ajout de détails tels que des cheveux, des rides, et des fonctions vitales simulées. (Photo de Life3D Studios)

Patrick Thorn, de Patrick Thorn 3D, voit l’intérêt et l’importance croissante de ce travail dans le monde actuel. « Des mannequins partiels, organes, squelettes et autres existent depuis de nombreuses années, commente-t-il. Toutefois, en raison des règles désormais encore plus strictes, les professionnels de la santé ont plus que jamais besoin de mannequins de formation réalistes. Life3D et son savoir-faire fournissent des mannequins ultraréalistes à partir de modèles partiels ou complets. »

Et c’est durant la pandémie actuelle que le travail de Lifecast BodySim est particulièrement crucial.

« En cette période étrange que nous traversons aujourd’hui à cause du Covid-19, il est tout à fait remarquable que des gens cherchent à acheter et à utiliser des technologies de scan 3D pour protéger les personnes se trouvant en première ligne », souligne Thorn.

Si le recours aux technologies 3D pendant la pandémie en étonne plus d’un, John Schoonraad n’est, pour sa part, pas surpris. « Je m’y attendais depuis longtemps, commente-t-il. Nous avons adopté le matériel et le logiciel de scan d’Artec, et ce que nous avons reçu en échange nous aide réellement. Nous sommes fiers de toujours aspirer à être en avance sur les autres. »

« Nous ne faisons encore qu’effleurer la surface des possibilités. »