L’impression 3D en médecine : qu’est-ce que c’est ? Et pourquoi est-elle importante ?
- Woo Mo Sik
- il y a 8 heures
- 10 min de lecture
L'impression 3D en médecine permet des traitements personnalisés et améliore la qualité des soins. La fabrication additive est désormais utilisée par les professionnels de santé pour développer de nouveaux guides chirurgicaux, des implants orthopédiques et des prothèses, ainsi que des répliques sur mesure de tissus, d'os et d'organes.
Crédit : Tom Claes sur Unsplash
Table des matières
Qu'est-ce que l'impression 3D ?
L'impression 3D est un procédé de création d'un objet physique à partir d'un fichier numérique tridimensionnel. Les objets sont construits par superposition de couches successives de matières premières telles que des métaux, des plastiques et des céramiques.
Crédit : Tom Claes sur Unsplash
Puisque les objets sont fabriqués par ajout de matière, l'impression 3D est également connue sous le nom de fabrication additive (FA).
L'utilisation de l'impression 3D dans différents secteurs a connu une forte croissance grâce au développement rapide de cette technologie. En 2019, le marché mondial de l'impression 3D a dépassé les 10,4 milliards de dollars et, selon les prévisions de 3D Hubs , il devrait doubler de volume tous les trois ans, avec une croissance annuelle comprise entre 18,2 % et 27,2 % .
Taille et prévisions du marché mondial de l'impression 3D. Source : Autonomous Manufacturing
La technique d'impression 3D a été appliquée à de nombreux secteurs d'activité différents :
Médecine
Implant de cranioplastie sur mesure, fabriqué par impression 3D. Crédit : 3D Natives
L'impression 3D dans le domaine médical, en pleine expansion, est reconnue comme l'un des marchés les plus prometteurs de l'avenir. Elle est aujourd'hui utilisée pour développer de nouveaux guides chirurgicaux, des implants orthopédiques et des prothèses, ainsi que des répliques personnalisées d'os, d'organes et de vaisseaux sanguins.
Architecture
Maquette architecturale réalisée par impression 3D. Crédit : 3DCompare.com
L'impression 3D offre une solution rapide, simple et économique pour produire des maquettes conceptuelles très détaillées, permettant aux architectes et à leurs clients de visualiser le projet. Ces maquettes peuvent être facilement réalisées à l'aide de logiciels de CAO 3D, de BIM ou d'autres logiciels de conception couramment utilisés par les architectes.
Bijoux
L'impression 3D permet de reproduire des formes complexes difficiles à sculpter à la main. Crédit : Formlabs
L'impression 3D offre non seulement une plus grande liberté de conception, mais elle simplifie également les étapes de fabrication et réduit les délais de production par rapport aux méthodes artisanales traditionnelles. De plus en plus de créateurs de bijoux privilégient désormais la modélisation et l'impression 3D de leurs créations aux techniques conventionnelles.
L'impression 3D est également largement utilisée dans les secteurs suivants :
Art/ Sculpture/ Design
Automobile
Mode
Aérospatial
Éducation
Avantages de l'impression 3D dans le domaine médical
Soins de santé personnalisés
Procédé de fabrication Shapeshift pour vêtements connectés personnalisés. Crédit : 3D Natives
Grâce aux progrès récents des technologies et des matériaux, l'impression 3D permet de concevoir et de réaliser des pièces plus complexes et offre un plus large choix de matériaux que les méthodes de fabrication conventionnelles. Les professionnels de santé peuvent désormais créer facilement des outils et des implants médicaux sur mesure, parfaitement adaptés à l'anatomie du patient ou à une intervention chirurgicale spécifique.
Un meilleur ajustement des prothèses et des implants peut réduire considérablement le risque d'infection, assurer des fonctions sans douleur et accélérer le processus de guérison.
Conception et production rapides
La conception et la fabrication des prothèses et implants traditionnels peuvent prendre des semaines, surtout s'ils sont réalisés sur mesure pour un patient.
Grâce aux techniques d'impression 3D, les professionnels de la santé peuvent concevoir et imprimer l'objet en interne sur une imprimante 3D professionnelle en quelques jours (et parfois même moins), ce qui est beaucoup plus rapide que les pièces moulées ou usinées.
Cela pourrait réduire considérablement le temps d'attente des patients et diminuer les risques de complications pouvant survenir en raison de retards ou d'indisponibilités de dispositifs médicaux.
Augmenter les coûts efficacement
L'impression 3D permet aux patients d'accéder à des prothèses et implants sur mesure à un prix abordable, contrairement aux procédés de fabrication traditionnels qui sont extrêmement coûteux. Elle ne nécessite aucun outillage, gabarit ou dispositif de fixation spécifique, et aucune quantité minimale de production n'est requise.
L'ensemble du processus – de la numérisation à la modélisation 3D et à l'impression – peut être réalisé simplement par une seule personne et une imprimante 3D de bureau peu coûteuse, ce qui permet d'économiser du temps, de la main-d'œuvre et de l'argent.
Applications médicales de l'impression 3D
Produits dentaires
Prothèses dentaires réalisées par impression 3D. Crédit : Formlabs
L'impression 3D est idéale pour les traitements dentaires personnalisés tels que les prothèses dentaires, les guides chirurgicaux, les implants dentaires et les appareils orthodontiques comme les bagues et les aligneurs, qui correspondent parfaitement à l'anatomie du patient.
Au lieu de dépendre des laboratoires pour le moulage et la création des outils, les dentistes et les orthodontistes peuvent désormais préparer, scanner et imprimer les implants/outils sur place grâce à une imprimante 3D, ce qui permet de gagner du temps et de l'argent.
Prothèses sur mesure
Prothèses de jambe imprimées en 3D. Crédit : Industrie de l’impression 3D
Les prothèses fabriquées selon les méthodes traditionnelles sont coûteuses et ne répondent pas toujours aux spécifications du patient, ce qui peut entraîner une gêne ou des douleurs. Si le patient a besoin d'une prothèse sur mesure, le coût et le délai de fabrication seront encore plus importants.
Grâce à l'impression 3D, les professionnels de la santé peuvent accélérer considérablement le processus de production, tout en créant des prothèses beaucoup plus abordables et parfaitement adaptées aux besoins précis du patient.
Bio-impression de tissus et d'organoïdes
Cœur (à gauche), oreille (en haut à droite) et cornées (en bas à droite) bio-imprimés. Crédit : 3D Natives
Au lieu d'utiliser des métaux ou des plastiques, la bio-impression utilise des cellules vivantes, également appelées bio-encre, pour créer des tissus vivants artificiels.
Bien que la bio-impression ne permette pas encore d'imprimer des parties du corps en 3D, cette technologie est déjà utilisée pour fabriquer des tissus et des structures artificiels relativement simples, comme le cartilage, la cornée, la peau, les os et les vaisseaux sanguins. Elle pourrait ainsi offrir une meilleure approche pour étudier certaines maladies et tester de nouveaux médicaments et thérapies.
En 2019, une équipe de chercheurs israéliens a bio-imprimé un cœur humain miniature avec des cellules, des vaisseaux sanguins, des ventricules et des cavités.
Dans un avenir proche, la bio-impression permettra de produire des organes et des tissus aptes à la transplantation et à la chirurgie régénérative.
Instruments chirurgicaux
Les instruments chirurgicaux, tels que les pinces, les manches de scalpel et les hémostatiques, peuvent être imprimés en 3D sur place par les chirurgiens. Crédit : RapidMade
La complexité de chaque opération varie, et chaque chirurgien a ses propres mains. Dès lors, pourquoi les chirurgiens devraient-ils se limiter à des instruments chirurgicaux standardisés ?
L'impression 3D offre aux chirurgiens une solution économique et rapide pour personnaliser leurs instruments chirurgicaux en fonction de leurs besoins et de leurs interventions. Grâce à des instruments mieux adaptés à chaque situation, les chirurgiens peuvent travailler avec une précision et une efficacité accrues.
Article connexe : 7 cas d’utilisation étonnants de l’impression 3D dans le domaine médical
Comment fonctionne l'impression 3D ?
Il existe trois techniques d'impression 3D principales : le dépôt de fil fondu (FDM), le frittage sélectif par laser (SLS) et la stéréolithographie (SLA). Chaque méthode présente des avantages spécifiques et convient à des applications différentes.
Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)
PLA et ABS fabriqués par impression 3D FDM. Crédit : Makeblock
La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), également connue sous le nom de fabrication par filament fondu (FFF), est la technologie d'impression 3D la plus simple et la plus économique. Ce procédé consiste à faire fondre un matériau thermoplastique et à le déposer couche par couche sur la plateforme de construction, jusqu'à l'obtention de l'objet final.
Exemples d'applications :
prothèses médicales
Jigs
Installations
Exemples de matériaux :
L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), un matériau résistant et durable
L'acide polylactique (PLA), un matériau biodégradable
Stéréolithographie (SLA)
Appareils auditifs UDMA imprimés en 3D par SLA. Crédit : Hubs
Parmi les technologies d'impression 3D plastique, les pièces imprimées par stéréolithographie (SLA) offrent la plus haute résolution et précision, des détails d'une netteté exceptionnelle et une surface d'une grande finesse. Un faisceau laser UV durcit la résine photopolymère couche par couche ; chaque couche se solidifie et se superpose à la précédente jusqu'à l'obtention de l'objet final.
Exemples d'applications :
Modèles de répétition chirurgicale
Guides chirurgicaux
Applications orthopédiques
Exemples de matériaux :
Résines de diméthacrylate d'uréthane (UDMA), haute résolution
Résines méthacrylates, résistantes à la chaleur et aux produits chimiques
Frittage laser sélectif (SLS)
Implant sur mesure imprimé en 3D par SLS pour remplacer un os malade. Crédit : Insider sur YouTube
En impression 3D SLS, un faisceau laser de haute puissance fusionne les matériaux en poudre couche par couche pour former un objet. L'absence de support permet de réaliser facilement des formes complexes. La poudre restante est récupérée et réutilisable.
Exemples d'applications :
échafaudage d'ingénierie tissulaire
Médecine imprimée en 3D
Implants
Exemples de matériaux :
Le nylon, un matériau solide et durable qui résiste à la plupart des conditions physiques et chimiques
Procédés et matériaux utilisés pour l'impression 3D plastique
Source : Formlabs
Impression 3D métal
Poudre utilisée dans l'impression 3D métal. Crédit : Business Wire
Outre l'impression 3D plastique, l'impression 3D métal, notamment par dépôt de fil fondu métal (FDM), fusion sélective par laser (SLM) et frittage laser direct de métal (DMLS), est une autre option populaire. Le titane est couramment utilisé en impression 3D métal car il est léger, résistant, dur et très résistant à la chaleur, à l'oxydation et aux acides.
Comment choisir le bon matériau d'impression 3D pour les applications médicales ?
Pour choisir un matériau adapté à votre projet d'impression 3D médicale, vous devez :
1. Définissez votre objectif – Planification chirurgicale ? Prothèses ? Implantation ?
2. Identifier les exigences – Dur ? Résistant aux produits chimiques ? Biocompatible ? Biodégradable ?
3. Choisissez les matériaux adaptés à vos besoins.
Recommandations de matériaux d'impression 3D pour différentes exigences
Sources : Formlab , IJSRP , Conserve Energy Future , ScienceDirect , Wikipédia , ResearchGate ,Fabbaloo , Reading Plastic
Bien que les propriétés soient le principal critère de choix des matériaux d'impression 3D les plus adaptés, le prix peut également être un facteur à prendre en compte.
Voici le prix des matériaux mentionnés ci-dessus :
Source : All3DP
En savoir plus : Guides de sélection des matériaux 2022 pour l’impression 3D médicale
Réglementation relative à l'impression 3D médicale
FDA américaine
Bâtiment de la FDA. Crédit : Bloomberg
L’Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA) ne réglemente pas les imprimantes 3D ; elle réglemente plutôt les produits médicaux fabriqués par impression 3D.
Les dispositifs médicaux, qui constituent actuellement le type de produit le plus courant utilisant l'impression 3D, sont classés en trois catégories selon les risques qui leur sont associés : les catégories I, II et III. Plus le numéro de la catégorie est élevé, plus le contrôle réglementaire est strict.
La classification est déterminée non seulement par les risques potentiels pour le patient et/ou l'utilisateur, mais aussi par le type et l'usage prévu du produit.
En 2021, Medacta a obtenu l'autorisation 510(k) de la FDA pour ses implants de hanche métalliques 3D Mpact® utilisant la technologie DMLS. Le produit s'est avéré substantiellement équivalent aux dispositifs de référence et a été classé comme dispositif de classe II. Crédit : Medacta
Pour les aspects techniques spécifiques aux dispositifs imprimés en 3D, veuillez consulter les recommandations de la FDA . Ces recommandations fournissent aux fabricants des indications sur les dispositifs imprimés en 3D, depuis la conception jusqu'à la validation du procédé et les tests des dispositifs finis.
En décembre 2021, le Centre des dispositifs et de la santé radiologique (CDRH) de la FDA a publié un document de consultation et lancé une campagne d'avis publics sur l'impression 3D de dispositifs médicaux dans les centres de soins de proximité, tels que les hôpitaux et les cabinets médicaux. Ce document fournit des informations détaillées sur la réglementation actuelle de la FDA concernant les dispositifs et les technologies d'impression 3D, et propose des scénarios de fabrication potentiels pour les centres de soins de proximité, en vue de l'élaboration de futures politiques.
Règlement sur les dispositifs médicaux de l'UE
Crédit : Christian Lue sur Unsplash
En mai 2021, le nouveau règlement européen relatif aux dispositifs médicaux (RDM) est entré en vigueur et a remplacé les directives européennes précédemment applicables 93/42/CEE Directive relative aux dispositifs médicaux (DDM) et 90/385/CEE Directive relative aux dispositifs médicaux implantables actifs (DDMI).
Suite à la nouvelle réglementation, les dispositifs imprimés en 3D ne sont plus considérés comme des dispositifs médicaux sur mesure au sens du marquage CE. Ils sont désormais réglementés dans l'UE de la même manière que les dispositifs standardisés, selon leur classification des risques.
À l'instar de la FDA, le règlement européen relatif aux dispositifs médicaux (MDR) classe les dispositifs médicaux selon les risques inhérents à leur utilisation. Les classes sont les suivantes : classe I (faible risque), IIA, IIB et III (risque élevé). Les dispositifs implantables sont classés en classes IIB et III, selon la durée d'implantation et selon qu'ils entraînent des modifications ou la libération de médicaments. Tous les dispositifs médicaux font l'objet d'une évaluation de conformité avant leur mise sur le marché.
Source : Saint-Gobain
NMPA de Chine
L'Administration nationale des produits médicaux (NMPA) a publié en 2018 une directive sur la réglementation et l'enregistrement des dispositifs imprimés en 3D. Depuis lors, la NMPA a publié plusieurs directives pour différents dispositifs imprimés en 3D, notamment les cages de fusion vertébrale, les cupules acétabulaires et les implants rachidiens imprimés en 3D.
Comment débuter avec l'impression 3D médicale ?
Il est évident que la tendance à utiliser l'impression 3D dans le domaine médical va continuer de croître, et il est temps pour nous de l'utiliser pour améliorer les soins aux patients.
Pour commencer avec l'impression 3D médicale, il existe généralement deux méthodes :
1. Récupérez un modèle prêt à imprimer sur des sites de partage de modèles comme Thingiverse :
Thingiverse est la plus grande plateforme au monde proposant des millions de modèles 3D téléchargeables gratuitement.
OU
2. Personnaliser un design existant à l'aide d'un logiciel de modélisation 3D comme Tinkercad :
Tinkercad est une plateforme en ligne gratuite et facile à utiliser pour la conception 3D.
Si vous trouvez qu'il est trop compliqué de tout mettre en place vous-même, vous pouvez envisager de consulter des entreprises spécialisées. Novus fournit des filaments d'impression 3D de qualité médicale et des services d'impression 3D aux hôpitaux, aux chercheurs et aux vétérinaires.
Contactez dès aujourd'hui nos conseillers experts à l'adresse info@novusls.com pour une consultation gratuite.
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