Application de l'impression 3D et de l'optimisation topologique en médecine de réadaptation

Auteur : Wei Guoqiang, médecin-chef, hôpital populaire de Changzhi, province du Shanxi

Xu Yangyang, technicien en chef, hôpital populaire de Changzhi, province du Shanxi

Wang Yi, technicien en chef, hôpital populaire de Changzhi, province du Shanxi

Examinateur : Wang Pingzhi, médecin-chef, hôpital Shanxi Bethune, directeur du département de médecine de réadaptation, membre du groupe de neuroréadaptation, branche de médecine physique et de réadaptation, association médicale chinoise, président du comité professionnel de médecine physique et de réadaptation, association médicale du Shanxi

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, est une technologie de prototypage rapide qui utilise une variété de matériaux adhésifs (encres) pour construire des objets en imprimant couche par couche sur la base des fichiers de modèles numériques créés. L’impression 3D permet d’obtenir rapidement « ce que vous pensez est ce que vous obtenez ». Une fois que les concepteurs utilisent des ordinateurs pour effectuer une modélisation numérique, ils peuvent saisir des données dans un équipement d’impression 3D pour imprimer rapidement des prototypes ou des produits, raccourcissant ainsi considérablement le cycle de conception et de production.

L’application de l’impression 3D en médecine clinique est divisée en bio-impression 3D et non-bio-impression 3D. Le premier fait référence à l’impression de tissus et d’organes biologiquement actifs, tandis que le second fait référence à l’impression qui ne réalise que l’apparence et la fonction. La plus grande différence entre les deux est que la bio-impression 3D implique la participation des cellules et peut réaliser des activités vitales plus avancées qui sont même proches des tissus et organes humains normaux. C’est la poursuite ultime de l’impression 3D dans le domaine de la médecine clinique. À l'heure actuelle, en raison des limites de la technologie et des matières premières, la plupart des services de médecine de réadaptation nationaux utilisent l'impression 3D non biologique, mais chaque œuvre est unique, avec des données précises, des mesures mécaniques précises, une conception personnalisée, une nouvelle apparence et une bonne correspondance. Avec le développement de la technologie, le champ d’application de l’impression 3D deviendra de plus en plus large.

L'optimisation topologique (TO), en tant que méthode de conception assistée par ordinateur, est souvent utilisée pour concevoir et fabriquer diverses structures nouvelles et complexes présentant des avantages tels qu'une rigidité réglable, des caractéristiques en couches et d'excellentes performances de légèreté.

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Par coïncidence, le développement tissulaire de nombreuses structures organiques du corps humain a également subi le processus de fabrication additive et d’optimisation topologique. Par exemple, les os se déposent continuellement dans les zones porteuses clés et deviennent progressivement rares dans les zones non porteuses. Grâce à une optimisation topologique répétée, la structure osseuse est finalement optimisée et répartie dans des zones porteuses importantes, obtenant ainsi un équilibre parfait entre résistance et poids. Bien que l’application de la technologie d’impression 3D en médecine de réadaptation soit limitée par des matériaux propriétaires, l’optimisation de la topologie peut compenser cette lacune dans une certaine mesure. La combinaison de l’impression 3D et de l’optimisation de la topologie peut résoudre efficacement de nombreux problèmes en médecine de réadaptation.

Ces dernières années, nous avons activement exploré l’application de la technologie d’impression 3D et d’optimisation topologique en médecine de réadaptation, impliquant principalement les aspects suivants :

1. Modèle médical 3D

Il peut être utilisé pour l’enseignement clinique et la simulation chirurgicale, et peut être restauré, agrandi ou réduit selon les besoins. Il a les caractéristiques d’être objectif, réel, intuitif, palpable et capable d’être simulé.

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2. Traitement orthopédique

(1) Orthèse de fixation cervicale : elle est conçue individuellement en fonction des blessures et des conditions chirurgicales, facile et rapide à porter, et peut ajuster la stabilité, le confort, l'amplitude des mouvements et d'autres indicateurs à tout moment en fonction de l'évolution de la maladie et des besoins du patient. L'optimisation topologique permet d'obtenir un poids léger et facilite l'observation des blessures.

Processus de production :

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Porter

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(2) Orthèse d'orteil : collectez des images du pied, effectuez une conception biomécanique après la modélisation et personnalisez les orthèses pour corriger avec précision les déformations des orteils.

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(3) Touche légère : la touche est améliorée et ajustée à la forme pour réduire le poids et améliorer la respirabilité.

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(4) Orthèse articulaire des doigts : utilisée pour les déformations des articulations interphalangiennes et métacarpophalangiennes causées par la polyarthrite rhumatoïde, un traumatisme, etc. Elle a une conception personnalisée et peut être ajustée dans le temps.

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(5) Orthèse d'étirement du pouce et de l'index : elle est utilisée pour étirer et corriger les contractures de la main causées par un accident vasculaire cérébral, des lésions nerveuses, etc. Elle est conçue numériquement et est belle, respirante et confortable.

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(6) Orthèse de fixation cheville-pied : Elle peut remplacer le plâtre et peut être pré-installée avec un rembourrage tel que des vêtements et des chaussettes. Il est facile à retirer, respirant, léger après optimisation topologique et facile à observer la blessure.

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(7) Orthèse de fixation de l'articulation du coude : Elle remplace le plâtre traditionnel et peut être pré-installée avec un rembourrage vestimentaire. Il est facile à retirer, respirant, léger après optimisation topologique et facile à observer la blessure.

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(8) Orthèse de fixation thoracolombaire : légère après optimisation topologique, facilitant l'observation de la blessure.

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(9) Orthèse en T : elle peut être utilisée pour traiter les déformations de rotation interne et externe des membres inférieurs chez les patients victimes d'un accident vasculaire cérébral, de fractures des membres inférieurs, etc. Le dispositif de talon peut être utilisé pour ajuster l'angle.

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(10) Semelles orthopédiques : conception personnalisée, optimisée topologiquement, peut ajuster la hauteur et la rigidité de la voûte plantaire, de la semelle et des orteils à tout moment pour réaliser un traitement orthopédique.

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3. Outils améliorés

Concevoir et améliorer des outils et équipements adaptés aux patients et aux thérapeutes.

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La technologie d'impression 3D présente les avantages suivants : personnalisation, bon ajustement, haute précision, cycle de fabrication court, structure légère, bonne respirabilité, bonne conception imperméable, rembourrage prédéfini, itération et mise à jour rapides, bonne perméabilité (facile à observer) et peut être ajustée à tout moment en fonction de la réponse du patient ou des changements d'état. En même temps, il y a aussi les défauts suivants : tout d’abord, il y a le matériel. Il manque des matériaux d’impression qui prennent en compte le confort, la fermeté et la durabilité. Bien que l’optimisation topologique puisse compenser dans une certaine mesure le manque de rigidité et d’élasticité, le faible confort n’est toujours pas propice à un port à long terme ; en outre, il existe également des problèmes tels que la difficulté et le coût élevé du traitement professionnel ultérieur (lissage, artisanat). Avec les progrès de la science des matériaux et l’intégration de nouvelles technologies, des technologies telles que l’impression 3D et l’optimisation de la topologie entraîneront des changements rapides dans la médecine de réadaptation.