Créer une prothèse unique en son genre avec Artec Eva et Geomagic Freeform

Le patient et ses nouvelle et ancienne prothèses Sanitätshaus Klinz

Par une fraîche matinée en Allemagne centrale, Wolfgang K. est monté dans son camion de livraison et s’est engagé sur un nouvel itinéraire, un qui se révèlerait être le dernier de sa carrière. Son premier arrêt a été un magasin de bricolage, où il a déchargé sa cargaison et a attendu qu’un chariot élévateur emporte les caisses. Puis, la tragédie a frappé.

Wolfgang regardait ailleurs lorsque le chariot l’a percuté, broyant son pied et le projetant au sol. Son seul souvenir de ce moment est ce qui a semblé être un coup dans le dos, puis il a perdu connaissance. Quelque temps plus tard, il s’est réveillé dans d’atroces souffrances, entouré d’ambulanciers, qui lui ont annoncé que son pied et sa cheville avaient subi de graves lésions.

Une fois à l’hôpital, ses blessures immédiates ont été traitées et stabilisées, mais dans les semaines et les mois qui ont suivi, l’inflammation a empiré. Wolfgang a supplié les médecins d’amputer son pied, mais ils refusaient d’abandonner aussi facilement. Ils ont fait tout ce qui était en leur pouvoir pour le sauver, et ce pendant trois ans, jusqu’à ce que l’inflammation se propage à sa jambe, provoquant une nécrose tissulaire étendue.

Les médecins de Wolfgang n’ont finalement eu d’autre choix que d’amputer sa jambe en dessous du genou. Dans les semaines qui ont suivi, après que la tuméfaction dans le reste de sa jambe (le membre résiduel) s’est atténuée, Wolfgang a été équipé d’une prothèse de transition. À cette période, il a vu une publicité pour la clinique orthopédique Sanitätshaus Klinz à Bernburg, en Allemagne, et peu de temps après, il y a pris rendez-vous.

La demande mondiale vertigineuse en prothèses

Avec plus de 185 000 amputations d’un membre inférieur chaque année rien qu’aux États-Unis et plus d’un million dans le monde, les prothésistes ont du mal à répondre à la demande croissante pour leurs services.

La méthode traditionnelle pour créer les emboitures de prothèses, la partie du dispositif qui est en contact avec le membre résiduel du patient, nécessite un moulage en plâtre, des heures de travail, ainsi qu’une délicatesse et une expérience considérables.

Bien que les spécialistes de Sanitätshaus Klinz aient toujours recours au moulage en plâtre et à d’autres méthodes similaires dans leur travail, pour les projets les plus difficiles, en particulier ceux impossibles à réaliser avec des outils traditionnels, ils se tournent fréquemment vers leur scanner 3D Artec Eva.

Scanner 3D portable professionnel préféré des professionnels de la santé et de milliers d’autres à travers le monde, Artec Eva fournit rapidement des scans 3D en couleur avec un niveau de précision inférieur au millimètre, ce qui le rend idéal pour acquérir des mesures de surface organique des membres résiduels et d’autres parties du corps des patients.

Scan 3D du membre résiduel du patient avec Artec Eva et le logiciel Artec Studio

Ils se servent également d’Artec Space Spider, pour des projets aux détails complexes exigeant une précision extrême. Initialement conçu pour être utilisé sur la Station spatiale internationale, Space Spider est un choix populaire auprès des concepteurs, ingénieurs et chercheurs dans une multitude de domaines variés.

Imaginer un tout nouveau design de prothèse

Après être devenu un patient de Sanitätshaus Klinz, Wolfgang a reçu plusieurs prothèses, puis il est devenu temps pour lui d’avoir une nouvelle prothèse de bain, qu’il pourrait utiliser sous la douche ou pour nager.

Celle-ci devait à la fois être étanche et résister à la corrosion, même dans l’eau de mer. Lorsque Lisa Pabst, ingénieure biomédicale chez Sanitätshaus Klinz, a examiné sa demande, elle a décidé de lui offrir quelque chose d’encore meilleur.

Lors de leurs échanges, Lisa Pabst a compris que Wolfgang vouait une passion sans borne pour la plongé. Avec Wolfgang et son collègue Carsten Suhle, technicien orthopédique, elle a eu l’idée de créer une prothèse de bain unique au design aquatique qui ne serait pas seulement cosmétique, mais qui ferait de la prothèse un objet unique en son genre.

Même après avoir perdu sa jambe, Wolfgang n’avait jamais renoncé à son amour pour la plongée et l’eau. Une fois qu’il a entendu l’idée de Lisa Pabst, il lui a donné son feu vert avec enthousiasme.

Lisa Pabst décrit le défi que représentait le projet : « Nous voulions adopter une approche différente, voir s’il était possible pour nous d’intégrer une prothèse dans notre nouveau design plutôt que d’adapter le design à une prothèse existante. »

Le nouveau design, dont on remarque la capacité à orienter la prothèse de pied pour y attacher une palme de natation

Leur objectif était de combiner toute la durabilité et la résistance à l’eau d’une prothèse de bain à l’esthétique d’une prothèse cosmétique, de sorte que lorsque la prothèse serait portée sous un pantalon, personne ne la remarquerait. Tous les éléments cosmétiques de la prothèse devaient couvrir et protéger les composants mécaniques du dispositif.

Concernant l’inspiration du design, Lisa Pabst commente : « Nous avons eu l’idée d’utiliser un poulpe. Le corps du poulpe couvre la partie supérieure de la prothèse, tandis que les tentacules imitent la forme de la jambe inférieure. Un casque de plongée, entrelacé aux tentacules, a été ajouté à la cheville. L’articulation de la cheville est accessible via les ouvertures latérales du casque.

La nouvelle prothèse de bain utilisée par le patient

Lisa Pabst et son équipe comprennent que la partie la plus essentielle de n’importe quelle nouvelle prothèse est sa forme et l’adaptation à son emboiture, avec un design unique pour chaque patient, où même un ajustement légèrement incorrect peut souvent donner lieu à l’inconfort du patient et à un dysfonctionnement mécanique conduisant à de futures blessures.

Dans le pire des cas, une emboiture mal ajustée peut provoquer des ulcères cutanés, de troubles de l’équilibre, des chutes, des blessures chroniques de surmenage musculosquelettique, de l’ostéoarthrose, et autres.

Afin d’obtenir une nouvelle emboiture parfaitement ajustée, ils ont fait appel à leur Artec Eva, que Lisa Pabst a utilisé pour scanner toute la géométrie de surface du membre résiduel de Wolfgang en moins d’une minute. Lisa Pabst a également scanné son autre jambe afin de se servir de ses mesures volumétriques et surfaciques précises pour créer la forme et les dimensions de la nouvelle prothèse de bain.

Capture d’écran d’Artec Studio : scan fait par Eva du membre résiduel du patient

Immédiatement après la session de scan et avant l’exportation des maillages 3D dans Geomagic Freeform, les scans ont été traités dans le logiciel Artec Studio. À l’aide des outils intuitifs présents dans le logiciel, Lisa Pabst a supprimé toutes les données indésirables, y compris le sol et d’autres objets environnants.

Capture d’écran d’Artec Studio : scan fait par Eva de la jambe controlatérale du patient

Les scans ont été alignés et enregistrés, puis fusionnés en un seul objet. Enfin, la texture a été ajoutée et appliquée au maillage. Dans Freeform, Lisa Pabst a conçu l’emboiture de la prothèse et a sculpté les éléments cosmétiques du design.

Lisa Pabst commente le rôle déterminant d’Eva combiné à Freeform : « Quand j’importe un scan d’Eva dans Freeform, je démarre avec une base fiable pour mon travail de conception de prothèse. Il ne faut que quelques secondes à Eva pour obtenir les mesures exactes du corps d’un patient, et dans Freeform je construis mes nouveaux designs à partir de ces dimensions exactes. »

Capture d’écran de Geomagic : scan fait par Eva de la jambe controlatérale du patient & modèle de sa jambe résiduelle basé sur le scan d’Eva

Lise Pabst poursuit : « Chaque millimètre de la surface doit être numérisé et intégré dans le design, en particulier lors de la création d’une nouvelle emboiture de prothèse, qui doit épouser parfaitement et soutenir la forme unique du membre résiduel du patient. Heureusement, Eva le fait rapidement et aisément. »

Son workflow a comporté les étapes suivantes : après l’importation et l’agencement des maillages dans Freeform, elle a modélisé le membre résiduel de Wolfgang. Puis, avant de passer aux étapes suivantes, elle a symétrisé sa jambe controlatérale dans Freeform. À partir de là, elle a construit la tige de la prothèse, la sculptant en fonction de l’adaptateur et préparant le design pour les éléments fonctionnels.

Capture d’écran de Geomagic : sculpture de la tige en fonction de l’adaptateur et préparation du design pour les éléments fonctionnels.

Lisa Pabst a ensuite modelé les dimensions externes des tentacules à partir des mesures exactes de l’autre jambe de Wolfgang, afin d’obtenir la même circonférence de la partie inférieure de la jambe.

Capture d’écran de Geomagic Freeform : modelage des dimensions des tentacules à l’aide des mesures de la jambe controlatérale obtenues avec le scan d’Eva

À ce moment, Lisa Pabst a créé les ventouses des tentacules, puis connecté la tige, le poulpe, les tentacules et le masque de plongée. Quelques étapes plus tard, elle a gaufré le design avec le logo de Klinz et le nom du patient.

Après leur impression 3D, les composants externes de la nouvelle prothèse ont été fusionnés avec les éléments mécaniques du dispositif et emboîtés. C’est à ce moment-là que Wolfgang a été invité à la clinique pour l’essayage.

Fièrement debout : la nouvelle prothèse de bain en place et prête à être utilisée

Dès le moment où il a aperçu sa nouvelle jambe, il en a été très content, et l’ajustement est aussi confortable que ce à quoi il s’attendait après l’utilisation de ses autres prothèses Klinz. Sa femme et ses filles en sont également ravies. Lors d’un récent séjour à la mer Baltique, des enfants se sont approchés de lui pour examiner de plus près et admirer son incroyable jambe.

La puissance et le potentiel du scan 3D pour la fabrication d’orthèses et de prothèses

Lise Pabst commente le rôle crucial que le scan 3D occupe dans la conception d’orthèses et de prothèses modernes : « À chaque fois que vous devez créer une orthèse ou une prothèse d’un membre supérieur ou inférieur avec des matériaux de pointe ou traditionnels, vous devez d’abord avoir absolument des mesures précises du corps du patient là où le nouveau dispositif sera connecté. »

Utilisation d’un dispositif haptique avec Geomagic Freeform pour ajouter la touche finale à la nouvelle prothèse de bain

Et d’expliquer : « Sans cette base, de graves problèmes finiront par apparaître, de l’ajustement du dispositif aux réactions physiques du patient, etc. Grâce aux scans d’Artec, chaque dispositif que nous produisons ressemble exactement à l’autre côté et est une extension naturelle du corps du patient. La différence que cela représente dans notre travail est considérable. »