Novax DMA

Un implant crânien imprimé en 3D pour une vie meilleure

Les implants crâniens doivent répondre aux plus hautes exigences - d'innombrables facteurs pèsent dans la balance. Tel était par exemple le cas d'un patient argentin, nécessitant un implant particulièrement volumineux après une opération de chirurgie vasculaire : tous les facteurs devaient être pris en considération de la façon la plus précise possible, de l'obtention d'une forme aussi parfaite que possible à l'intégration des fonctions biologiques, en passant par la tolérance. Le défi était donc de développer et de produire un implant parfaitement adapté à la région du crâne, disposant de propriétés de perméabilité aux liquides et de dissipation de la chaleur.

Défi

Si une personne a besoin d'un implant dans la zone crânio-cérébrale, les facteurs externes doivent participer au processus de guérison, ou au minimum ne pas l'empêcher. Cette observation est particulièrement pertinente en ce qui concerne l'implant lui-même. En premier lieu, cette nouvelle solution permet d'obtenir des formes ajustées d'une façon proche de la perfection - une remarque faisant d'ores et déjà partie des classiques pour les domaines de la fabrication additive : la fabrication par couches à l'aide d'un laser durcissant le matériau, dans ce cas du titane, pièce par pièce offre des possibilités de personnalisation maximales en termes de formes et de dimensions.

En plus de la précision de l'ajustement, les médecins ont imposé quelques défis supplémentaires aux experts des techniques médicales de Novax DMA et de l'actuel Proto Labs. Au nombre de ces derniers se trouvaient l'intégration des fonctions biologiques, ainsi qu'un dégagement de chaleur aussi faible que possible dans le tissu cérébral, suite à la dimension des espaces entre les os. Le titane est certes facilement toléré par le corps humain, mais comme il s'agit de métal, il existe un risque pour les patients de souffrir d'une trop grande transmission de chaleur vers l'intérieur du corps en cas d'exposition au soleil.

Par ailleurs, la structure du titane n'est pas perméable aux fluides tissulaires du cerveau. Le cahier des charges de l'implant produit par les médecins dictait aussi des processus spéciaux consécutifs à la fabrication elle-même. Car seul un traitement subséquent, et dans ce cas en particulier le nettoyage, en permet l'emploi dans le domaine médical. Celle-ci est particulièrement importante car des particules adhérentes peuvent être délogées par le plus petit mouvement du corps, et provoquer des infections ou des processus de rejet. Par ailleurs, sa stérilité la plus totale constitue un critère central pour le succès de l'acceptation de l'implant par le corps.

Solution

Une fois tous les aspects assemblés et évalués par les experts, ces derniers sont arrivés à la conclusion que seule une structure poreuse disposait des propriétés requises. Un implant à structure de grille muni d'attaches intégrées à visser sur l'os crânien serait en mesure de permettre le passage des liquides, tout en développant une bonne liaison au crâne. De plus, un tel concept offrirait un effet isolant, minimisant ainsi la transmission de chaleur vers l'intérieur du crâne. Les dimensions : Les pores elles-mêmes auraient une dimension d'environ 1 mm, la largeur des nervures serait d'environ 0,2 mm. Une fois la structure de base sélectionnée, les spécialistes des techniques médicales passèrent à la transposition.

Daniel Fiz, directeur de Novax DMA, se souvient : « Le temps joue un rôle important dans cet environnement. Les patients doivent tout de même recevoir leur implant aussi rapidement que possible. Après avoir obtenu les informations définitives concernant les dimensions, nous avons immédiatement débuté les travaux de construction et la fabrication de l'implant par l'actuel Proto Labs ».

 

« Nous avons déjà assuré la réussite de nombreux projets grâce à notre processus de fabrication, nous dit Christoph Erhardt, directeur de l'impression 3D et de la gestion de la qualité de Proto Labs. Mais dans le cas de cet implant, nous ne sommes pas seulement fiers de la précision avec laquelle nous avons transposé les formes. Nous nous sommes, avant tout, montrés capables d'en optimiser le nettoyage ». Les structures poreuses, avec leurs cavités internes particulièrement petites, sont particulièrement difficiles à nettoyer. Le processus précis est tout aussi confidentiel. Dans l'ensemble, Proto Labs a employé un processus à plusieurs étapes de nettoyage par abrasion et mécanique, de rinçages et d'ultra-sons, afin d'obtenir la pureté exigée d'un milieu médical. Le développement du processus correspondant a nécessité six mois.

Résultat

Le résultat : un implant parfaitement adapté aux exigences individuelles de la pathologie spécifique. La porosité atteint un taux de 95 %, de façon à permettre aux liquides de s'écouler avec un minimum de résistance. D'autre part, le tissu osseux peut s'insérer de façon optimale dans les bords externes de l'implant, et se lier à ce dernier. De plus, le matériau est suffisamment stable pour permettre au patient de bénéficier de la normalisation souhaitée de son existence. Cette structure produite sous la forme d'une grille règlementaire dispose par ailleurs des propriétés de conductivité thermique souhaitées. Les séjours des patients dans le soleil ne posent donc aucun problème.

Le facteur temps a toutefois joué un rôle primordial pour toutes les options de perfectionnement. Si le temps de mise sur le marché fait partie des avantages de la fabrication additive pour le milieu industriel, il en est d'autant plus important pour le domaine médical : l'implant se trouvait dans la salle d'opération après seulement trois semaines. Le bloc de temps le plus important a été constitué des délais de transport d'environ une semaine.

La préparation des données et la fabrication furent conclues dans un délai d'environ deux jours et demie, le reste du temps fut consacré à divers processus des secteurs de la logistique et de la coordination.

Les deux entreprises purent d'ailleurs démontrer le degré de pureté du produit à l'aide de diverses opérations de mesure. Ainsi, l'équipe entourant Christoph Erhardt réalisa entre autres des tests de cytotoxicité et particulaires. Ils réussirent aussi une analyse en chromatographe en phase gazeuse. « Toutes les analyses l'ont confirmé : l'implant par fabrication additive répond à toutes les conditions nécessaires pour stabiliser et protéger durablement la boîte crânienne du patient.

L'opération d'une heure et demie, en mai 2014, s'est déroulée sans difficulté. Le patient a quitté la clinique après deux jours seulement, la plaie fut guérie après trois semaines. Les experts confirmèrent qu'aucune complication n'est apparue ultérieurement.

Nous avons ainsi pu apporter une contribution de taille, pour permettre à des personnes blessées ou malades de mener une vie sans restrictions ».