La conception et la fabrication assistées par ordinateur (CAO/FAO) font partie de l’orthopédie et de la prothésie (O&P) depuis plus de trois décennies. Ce qui a commencé comme une approche expérimentale de la conception des emboîtures a évolué pour devenir un puissant flux de travail numérique utilisé dans des cliniques du monde entier.

Aujourd’hui, des technologies telles que le balayage 3D, les logiciels de modification numérique, l’usinage CNC et la fabrication additive transforment la manière dont les cliniciens conçoivent et produisent des dispositifs prothésiques et orthopédiques.

Les origines de la CAO/FAO en prothésie

L’un des premiers rapports sur la CAO/FAO en prothésie date de 1985. Cette recherche décrivait un système logiciel utilisé pour concevoir numériquement des emboîtures prothésiques transtibiales.

Ces premiers travaux ont contribué à inspirer le développement d’outils numériques dédiés à l’O&P. L’un des pionniers dans ce domaine était Vorum, qui est devenu l’une des premières entreprises à se consacrer exclusivement aux systèmes numériques de fabrication prothésique.

Les premiers systèmes CAO/FAO utilisaient des machines d’usinage 3D. Ces machines usinaient des modèles en mousse à partir d’une conception numérique. Les techniciens superposaient ensuite du plastique laminé ou formé sous vide sur le modèle usiné en utilisant des techniques de fabrication traditionnelles.

Premiers essais avec l’impression 3D

Les premières tentatives d’utilisation de l’impression 3D en prothésie ont eu lieu au début des années 1990. Des chercheurs ont expérimenté des technologies telles que la stéréolithographie (SLA) et le dépôt fondu (FDM).

Ces premiers projets visaient à déterminer si des emboîtures transtibiales pouvaient être produites directement à partir de fichiers numériques.

La technologie était encore limitée à l’époque. Les imprimantes étaient lentes et les matériaux rudimentaires. Cependant, ces expériences ont démontré le potentiel de la fabrication additive pour les dispositifs prothésiques personnalisés.

Développement de la technologie numérique en O&P

Au cours des deux dernières décennies, les outils numériques se sont de plus en plus généralisés dans la pratique prothésique et orthopédique.

Les cliniques utilisent désormais une gamme de technologies, notamment :

• des scanners 3D portables

• des logiciels de rectification numérique

• des machines d’usinage de mousse

• des imprimantes 3D

• des matériaux d’impression avancés

Malgré ces progrès, les flux de travail numériques n’ont pas remplacé les méthodes de fabrication traditionnelles. La plupart des cliniques utilisent des flux de travail hybrides qui combinent la conception numérique avec des techniques de fabrication conventionnelles.

Applications de la CAO/FAO en orthopédie et prothésie

Aujourd’hui, les technologies CAO/FAO sont utilisées pour produire une grande variété de dispositifs.

Parmi ceux-ci figurent :

• des prothèses de membres inférieurs

• des prothèses de membres supérieurs

• des housses prothésiques sur mesure

• des orthèses de cheville-pied (OCP)

• des orthèses de membres supérieurs

• des corsets pour la scoliose

• des orthèses rachidiennes

• des orthèses de remodelage crânien

La conception numérique permet aux cliniciens de créer des solutions plus personnalisées tout en maintenant une qualité de fabrication constante.

Le flux de travail numérique expliqué

Le flux de travail CAO/FAO comprend généralement trois principales étapes.

Capture de la forme

La première étape consiste à capturer l’anatomie du patient à l’aide d’un scanner numérique.

Deux technologies couramment utilisées en O&P comprennent :

• des scanners à lumière structurée

• des scanners laser (LiDAR)

Les scanners modernes peuvent être portables ou connectés à des appareils mobiles tels que des tablettes et des smartphones.

Le balayage numérique élimine le besoin de réaliser des moulages en plâtre et améliore le confort du patient.

Rectification numérique

Une fois la forme du membre capturée, les cliniciens modifient le modèle à l’aide d’un logiciel de CAO.

Ce processus permet aux praticiens de :

• ajuster les zones de pression

• ajouter des zones de décompression

• optimiser la géométrie du dispositif

Des logiciels spécialisés en O&P sont couramment utilisés pour cette étape. Certains cliniciens utilisent également des programmes d’ingénierie tels qu’Autodesk Fusion 360 ou SolidWorks.

La conception modifiée est ensuite exportée dans un format de fichier tel que STL avant la fabrication.

Fabrication

La dernière étape est la fabrication. Elle peut impliquer des méthodes de fabrication traditionnelles ou numériques.

Les options de fabrication courantes comprennent :

• l’usinage CNC de mousse

• le moulage sous vide

• l’impression 3D directe

Trois technologies de fabrication additive sont largement utilisées en O&P :

• le dépôt fondu (FDM)

• le frittage sélectif par laser (SLS)

• l’impression sur lit de poudre

Le choix de l’imprimante et du matériau détermine la résistance finale, la souplesse et la durabilité du dispositif.

Impact clinique de la CAO/FAO

Des enquêtes auprès de cliniciens en O&P montrent un fort soutien aux flux de travail numériques. Dans une enquête internationale, 97 pour cent des praticiens ont déclaré que la CAO/FAO améliorait les soins aux patients.

Cependant, de nombreux cliniciens estiment également que la technologie numérique est encore mal comprise au sein de la profession. La formation et la standardisation demeurent des défis importants.

Les flux de travail numériques peuvent améliorer l’efficacité de plusieurs manières.

Par exemple :

• les scans de membres peuvent être conservés numériquement

• les dispositifs peuvent être reproduits rapidement

• les changements du membre peuvent être suivis au fil du temps

Ce dossier numérique permet aux cliniciens de comparer les variations du volume du membre plusieurs mois ou années après une amputation.

Prothèses de membres inférieurs

L’utilisation de l’impression 3D pour les emboîtures prothésiques progresse. Cependant, certains cliniciens restent prudents.

Une préoccupation courante est de savoir si les emboîtures imprimées peuvent égaler la résistance des emboîtures laminées en carbone.

Les recherches actuelles suggèrent que les emboîtures imprimées présentent un fort potentiel pour une utilisation définitive. Le renforcement des zones soumises à de fortes contraintes ou l’utilisation de matériaux composites peut améliorer leur durabilité.

Certaines études suggèrent également que les emboîtures conçues numériquement peuvent améliorer le confort et la qualité de vie des patients.

Applications orthopédiques

La CAO/FAO gagne également en popularité dans la fabrication orthopédique.

Les orthèses imprimées en 3D peuvent offrir plusieurs avantages :

• une ventilation améliorée

• des structures plus légères

• une rigidité réglable

• une esthétique améliorée

Les flux de travail numériques sont particulièrement répandus dans la production d’orthèses plantaires.

Des études montrent que les orthèses fabriquées numériquement peuvent offrir des avantages biomécaniques similaires à ceux des dispositifs fabriqués de manière traditionnelle.

Orthèses rachidiennes et corsets pour la scoliose

Le balayage numérique est utilisé depuis plus de vingt ans dans la fabrication de corsets pour la scoliose.

Le balayage présente plusieurs avantages par rapport au moulage en plâtre :

• des mesures plus rapides

• moins de désordre dans les cliniques

• une précision de conception améliorée

• des délais de fabrication plus courts

Plus récemment, des corsets pour la scoliose imprimés en 3D ont fait l’objet d’essais cliniques. Les premiers résultats montrent des résultats de correction similaires à ceux des corsets conventionnels.

L’avenir des prothèses et orthèses numériques

La prochaine étape du développement de la CAO/FAO se concentrera probablement sur des conceptions plus intelligentes et des matériaux plus résistants.

Parmi les technologies émergentes figurent :

• des filaments d’impression renforcés au carbone

• des surfaces d’emboîture texturées pour une meilleure suspension

• des systèmes de conception prothésique paramétrique

• la modélisation par éléments finis pour l’optimisation mécanique

Ces technologies pourraient permettre de personnaliser entièrement les dispositifs prothésiques et orthopédiques en fonction de l’anatomie et du niveau d’activité de chaque patient.

La fabrication numérique dans la région IMEA

La fabrication numérique pourrait également transformer la chaîne d’approvisionnement en O&P dans les régions émergentes.

À mesure que les scanners, les imprimantes et les logiciels deviennent plus accessibles, les cliniques pourront produire davantage de dispositifs localement.

Cette évolution pourrait améliorer l’accès aux soins prothésiques en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie du Sud.

Pour les fournisseurs et les distributeurs, le soutien à la fabrication numérique deviendra une composante de plus en plus importante de l’écosystème de l’O&P.