Auparavant, l’enseignement et la formation en chirurgie s’appuyaient sur des illustrations tirées de manuels, des scans en 2D, des essais sur des animaux et un modèle d’apprentissage impliquant de longues périodes d’observation avant de pouvoir pratiquer des interventions rares. Les récentes avancées en matière d’impression 3D fournissent aux médecins et aux chercheurs les outils nécessaires pour créer des modèles anatomiques spécifiques à chaque patient et à chaque pathologie, à des fins d’enseignement et de recherche. « Nous utilisons la technologie d’impression 3D et les matériaux d’impression 3D pour créer un environnement vasculaire réaliste, impossible à reproduire par d’autres moyens », explique Mike Springer, directeur des opérations et de l’entrepreneuriat au Jacobs Institute.
Au lieu d’attendre de se former à de nouvelles procédures, les médecins du Jacobs Institute utilisent des modèles imprimés en 3D représentant des patients victimes d’AVC, présentant des caillots, des anévrismes et d’autres pathologies afin de développer leurs compétences chirurgicales dans un environnement sans risque. Les modèles sont personnalisés pour présenter une grande variété d’anatomies, ce qui permet aux médecins participants de se familiariser avec les limites de ce qu’ils rencontreront lors du traitement de patients vivants. « Les modèles vasculaires en 3D représentent un nouveau paradigme pour la formation de la prochaine génération de médecins.
Ce paradigme inclut la simulation chirurgicale et endovasculaire ainsi que l’évaluation des compétences avant que les médecins ne soient autorisés à traiter des patients », a déclaré le Dr L. Nelson Hopkins, fondateur du Jacobs Institute et du Gates Vascular Institute. La formation sur des modèles imprimés en 3D peut se faire pratiquement n’importe où, ce qui évite le coût et la complexité liés à la mise en place des environnements contrôlés requis pour les animaux et les cadavres humains. Il n’est pas nécessaire
de disposer d’installations dotées de contrôles des risques biologiques, de stockage réfrigéré ou de soins sur place, ce qui réduit considérablement les coûts de formation. De plus, les modèles imprimés en 3D peuvent reproduire toute une gamme de tissus de manière plus réaliste que les cadavres traités, qui ne conservent plus la texture des tissus vivants. Ces modèles peuvent intégrer des points d’accès, des capteurs et une simulation de la circulation sanguine, ce qui permet une formation hautement dynamique et interactive. Des complications peuvent être intégrées au modèle afin de garantir que la première fois qu’un stagiaire est confronté à un défi complexe, ce ne soit pas avec un patient sur la table d’opération.
L’impression 3D permet au Jacobs Institute d’accélérer et d’améliorer la conception des dispositifs médicaux. L’équipe du CTRC facilite également les essais précliniques destinés à la validation des produits à l’aide de modèles anatomiques personnalisés, afin de recueillir des retours d’expérience sur les performances des dispositifs. Plus tôt les fabricants de dispositifs médicaux obtiennent des informations sur les performances cliniques et les interactions entre les dispositifs et l’anatomie des patients, plus vite ils peuvent apporter des modifications à la conception avant les essais cliniques. Les essais de validation précliniques sont considérablement améliorés lorsque les médecins peuvent évaluer les dispositifs sur des modèles anatomiques réalistes qui simulent avec précision les performances cliniques.
« Récemment, nous avons testé l’efficacité avec laquelle un dispositif particulier pouvait atteindre le cerveau en fonction de la tortuosité de l’anatomie. Nous avons conçu une série de modèles présentant différents niveaux de tortuosité, puis nous avons testé les dispositifs », a déclaré le Dr Adnan Siddiqui, directeur médical du Jacobs Institute, vice-président et professeur de neurochirurgie à l’Université de Buffalo, ainsi que directeur du service de neurochirurgie des AVC chez Kaleida Health. « Cela est impossible à réaliser sur des animaux ou des patients, mais l’impression 3D facilite grandement ce processus, qui devient fluide et simplifié. » Outre l’amélioration des performances des nouveaux dispositifs dans le traitement des patients, les retours d’expérience précoces que les concepteurs tirent des essais sur des modèles anatomiques réels leur permettent d’éviter des essais sur animaux coûteux et potentiellement infructueux.
Lorsqu’ils se préparent à traiter les cas les plus complexes qui leur sont adressés par le GVI et le CTRC, les médecins se tournent vers l’impression 3D. En utilisant les mêmes techniques que celles mises au point pour la fabrication de modèles anatomiques destinés à la formation et aux essais de dispositifs médicaux, le personnel du Jacobs Institute utilise les scans des patients pour créer des modèles physiques permettant de planifier les interventions, de communiquer avec les équipes chirurgicales, d’informer les patients et leurs familles, et de s’entraîner à l’intervention avant d’entrer au bloc opératoire. La conversion de l’anatomie réelle du patient en modèles 3D réalistes permet aux médecins d’intégrer des repères visuels et tactiles dans leur plan chirurgical.
« L’impression 3D est précieuse pour planifier des interventions complexes en équipe. Sans elle, nous nous préparons aux complications sur une base théorique », a déclaré le Dr Vijay Iyer, M.D., Ph.D. « Souvent, malgré la meilleure planification théorique, nous sommes confrontés à des situations où nous ne savons pas quoi faire. »
Les modèles physiques permettent à l’équipe de tester des hypothèses et de mettre en évidence des complications potentielles avant que le patient ne soit sur la table d’opération et que le temps ne devienne un facteur critique. Dans un cas récent concernant une patiente atteinte d’un anévrisme cérébral, l’équipe a pu évaluer la pertinence de sa solution chirurgicale avant de la mettre en œuvre.
« À l’origine, notre plan consistait à traiter son anévrisme à l’aide d’un panier métallique appelé "web device", que nous devions mettre en place dans l’anévrisme à l’aide d’un minuscule tube. Dans ce cas précis, nous avons pu tenter de déployer ce dispositif en filet et nous avons constaté que cela n’allait pas fonctionner. Grâce au modèle 3D, nous avons pu anticiper les complications potentielles et mettre au point une méthode bien plus optimale pour traiter l’anévrisme », a déclaré le Dr Siddiqui.
Ciprian Ionita, titulaire d’un doctorat, est maître de conférences en génie biomédical et en neurochirurgie à l’université de Buffalo. Son équipe, au Jacobs Institute, utilise régulièrement une imprimante 3D pour créer des posages sur mesure destinés aux équipements scientifiques et aux expériences. « Grâce à notre imprimante 3D interne, nous ne dépendons pas d’ateliers d’usinage externes, ce qui nous évite des délais et des coûts supplémentaires. La plupart de ces posages et composants peuvent être imprimés en 3D en quelques heures », explique le Dr Ionita. La résolution élevée caractéristique de la technologie PolyJet™ offre l’exactitude dimensionnelle requise en laboratoire.
Pour des composants de haute technologie destinés aux rayons X, l’équipe a conçu et imprimé en 3D un boîtier abritant un dispositif de couplage à multiplication d’électrons, les optiques de transmission et les composants électroniques du système de refroidissement Peltier. Le système doit fonctionner à une température proche de zéro degré Celsius tout en garantissant un couplage optique parfait, et l’impression à l’aide du matériau d’impression 3D Durus permet de s’adapter à ce changement de température. L’équipe de recherche du Dr Ionita a également imprimé en 3D des boîtiers sur mesure pour un système de microtomographie (microCT), des supports pour le balayage et la section de tissus, ainsi que d’autres dispositifs destinés à faciliter la recherche en laboratoire, rapidement et sans avoir recours à une sous-traitance coûteuse.
