Marta Sambaer août 1, 2018

Les modèles anatomiques multicolores imprimés en 3D permettent de différencier plus facilement les tissus, comparés aux modèles imprimés en une seule couleur. Alors que l’impression 3D dans le domaine médical devient de plus en plus accessible aux hôpitaux grâce aux imprimantes 3D de bureau, le passage à une imprimante autorisant l’impression couleur implique encore un investissement important. C’est pourquoi Materialise a lancé un projet de recherche interne sur la combinaison du logiciel médical de modélisation 3D Materialise Mimics inPrint et d’une imprimante 3D Formlabs SLA à base de résine, comme alternative plus économique. M. Shehryar Khan, Application Engineer au Centre de Compétence DLP de Materialise (Malaisie), nous le fait découvrir.

M. Shehryar Khan dispose de 5 ans d’expérience pratique des technologies d’impression 3D et d’un background solide dans la recherche, le développement et la préparation de nouvelles applications pour le marché médical de l’impression 3D.

Le Centre de Compétence DLP de Materialise en Malaisie se concentre sur la technologie d’impression 3D DPL. Il a pour ambition d’étudier les nouvelles utilisations de la technologie DLP et d’adapter la technologie logicielle de Materialise afin d’en maximiser l’utilisation. Le Centre de Compétence DLP de Materialise compte une équipe d’ingénieurs hautement spécialisés et est équipé d’un laboratoire de recherche de pointe.

Les logiciels médicaux basés sur l’image et l’impression 3D ont révolutionné l’industrie de la santé. Les experts de la santé du monde entier peuvent, par exemple, créer des répliques tangibles de l’anatomie du patient imprimées en 3D. M. Khan, quelle est la valeur ajoutée des modèles multicolores ?

« Une compréhension approfondie de l’anatomie pathologique est essentielle pour planifier une procédure de traitement qui vise à obtenir le meilleur résultat possible pour le patient. L’impression en une seule couleur est utile si vous avez besoin de visualiser un seul type de tissu – comme les factures traumatiques complexes, une reconstruction CMF ou la visualisation d’une maladie cardiaque. Les modèles multicolores, en revanche, sont particulièrement pertinents lorsque vous avez besoin d’un moyen permettant de différencier les tissus : une tumeur et les tissus organiques environnants, ou les veines et les nerfs d’un organe. »
 

Mais la plupart des imprimantes 3D de bureau dans les hôpitaux n’offrent qu’une solution monochrome.

« C’est exact. La seule technologie d’impression 3D disponible permettant l’impression 3D multicolore serait l’impression MultiJet et par projection de liant (Binder Jetting). Nous constatons que de plus en plus d’hôpitaux investissent dans l’introduction de l’impression 3D dans leur processus de travail – en particulier après avoir franchi l’étape importante consistant à obtenir une autorisation FDA pour le logiciel Materialise Mimics inPrint, en liaison avec une imprimante 3D de bureau à usage médical pour imprimer des modèles anatomiques spécifiques aux patients ou à des fins de diagnostic. La mise en place d’une imprimante 3D industrielle permettant l’impression couleur nécessiterait un investissement important de la part de l’hôpital en termes de financement, d’espace, d’expertise, etc. C’est pourquoi nous avons voulu explorer la possibilité de créer un modèle anatomique multicolore imprimé en 3D à l’aide d’une imprimante 3D de bureau (Formlabs SLA) et du logiciel Materialise Mimics inPrint. »

Multicolored 3D Printed Anatomical Model of Renal Tumor, SLA

Modèle anatomique multicolore imprimé en 3D d’une tumeur rénale, SLA

3D Printed Anatomical Model of Mandible SLA Multicolored

Modèle anatomique multicolore imprimé en 3D d’une mandibule, SLA

Comment un logiciel médical et une imprimante 3D de bureau peuvent-ils nous permettre de créer un modèle multicolore ?

« Évider et colorer. Ce sont les ingrédients clés. Il s’agit d’évider la région d’intérêt (Region of Interest ou ROI) et d’injecter de l’acrylique et de la peinture primaire avant de poursuivre avec les techniques de post-traitement. D’abord, vous appliquez Materialise Mimics inPrint pour segmenter les données d’imagerie dans la ROI. Ensuite, vous appliquez la fonction d’évidement pour créer un espace interne sans modifier la géométrie externe. Ce qui vous permet d’injecter de la couleur. L’outil ‘Fixer l’épaisseur de la paroi’ (Fix Wall Thickness) vous permet de vérifier que l’évidement a été effectué correctement et, si nécessaire, de corriger les erreurs. »

Y a-t-il des points particuliers à prendre en compte lorsqu’on évide la région d’intérêt à l’aide d’un logiciel médical basé sur l’image ?

« Oui. Il est crucial de perforer la partie évidée afin de créer des trous d’évacuation et des orifices d’aération : ces trous sont essentiels car ils permettent le drainage de la résine et l’évacuation de l’air. En d’autres termes, ils vous permettent d’éviter la formation de bulles dans votre design. En outre, ils serviront de point d’entrée pour l’injection de colorants. Vous pouvez utiliser l’outil ‘Cut Tool’ dans Mimics inPrint ou, si vous travaillez avec Magics, ‘Perforator Tool’. »
 

Que recommanderiez-vous pour la création des trous de drainage et des orifices d’aération ?

« Le diamètre des trous de drainage doit être de 2 à 3 mm, celui des orifices d’aération de 1 à 3 mm. Les trous d’évacuation doivent être pratiqués dans des zones susceptibles de servir de coupelle et capables de retenir la résine, et être orientés vers le réservoir de résine. En outre, nous recommandons de créer des trous d’évacuation ou orifices d’aération dans les zones les plus proches de la plateforme de construction. Vous pouvez optimiser l’orientation finale du modèle à l’aide du logiciel Preform. »

Multicolored 3D Printed Anatomical Model - Abdominal Aortic Aneurysm, SLA

Modèle anatomique multicolore imprimé en 3D – Anévrisme aortique abdominal, SLA

Multicolored 3D Printed Anatomical Model - Kidney, SLA

Modèle anatomique multicolore imprimé en 3D – Rein, SLA

Les imprimantes 3D de bureau sont à base de résine. Quelle résine est recommandée pour créer un modèle multicolore ?

« Afin de garantir le meilleur résultat, il est recommandé d’utiliser une résine transparente pour réaliser l’impression 3D proprement dite. Une fois l’impression réalisée, il est important de vérifier la présence de résidus de résine coincés dans de petites chambres ou cavités. La pulvérisation d’air peut se révéler très utile à cet égard ! Après le nettoyage des pièces internes, l’étape suivante consiste à retirer les supports, à lisser la surface et à sécher la pièce. »
 

Nous avons maintenant un modèle transparent imprimé en 3D, mais comment y ajouter de la couleur ?

« Vous pouvez peindre votre modèle anatomique imprimé en 3D en injectant de la couleur dans les sections par les trous de drainage. Pour ce faire, vous créez un mélange équilibré d’eau, de peinture acrylique et de primer : c’est essentiel pour obtenir une parfaite adhérence des couleurs. Le rapport peinture/primer/eau devrait être adapté aux outils de peinture que vous voulez utiliser, mais le rapport peinture/primer/eau recommandé serait le suivant : pour les injections à la seringue [spécifications de l’aiguille] - 1:1:1 ou 1:1:2 ; pour les injections à la pipette [spécifications de l’orifice] : 2:2:1. Une fois sèche, la pièce colorée subit une finition de surface par ponçage, lustrage et traitement aux UV. »
 

La création d’un modèle multicolore imprimé en 3D à l’aide d’un logiciel médical et d’une imprimante 3D de bureau semble être une alternative rentable pour les options industrielles coûteuses.

« Le processus de travail que je viens de décrire permet la création de modèles anatomiques multicolores imprimés en 3D dans les laboratoires d’impression 3D des hôpitaux, destinés notamment à la recherche, la communication et l’enseignement. On peut en effet réaliser cela à un coût relativement faible, mais au prix de certains travaux manuels de post-traitement. Cela étant dit, ce processus de travail d’impression 3D entraînera certaines restrictions si vous concevez des anatomies fines. Un exemple : comme on utilise une épaisseur de paroi de 1 mm pour les sections creuses, les pièces de moins de 2 mm ne pourront pas être évidées. En fait, il s’avère que le diamètre intérieur de la section évidée doit être supérieur à 1 mm pour pouvoir imprimer le creux. Par conséquent, les petites pièces ne peuvent pas être évidées ni imprimées en 3D. En outre, les petits creux sont davantage sujets aux bulles d’air. »

Transparent 3D Printed Anatomical Model - Heart, SLA

Modèle anatomique imprimé en 3D – Cœur, SLA

Multicolored 3D Printed Model - Heart, SLA

Modèle anatomique multicolore imprimé en 3D – Cœur, SLA

 

M. Shehryar Khan est l’ingénieur en chef du Centre de Compétence DLP (Malaisie), où le projet de recherche interne décrit ci-dessus a été mené dans le cadre de sa mission consistant à explorer de nouvelles utilisations de la technologie DLP, tout en maximisant le recours au logiciel Materialise. L’équipe de recherche Materialise a utilisé ce processus de travail pour différents modèles imprimés en 3D. Dans certains cas, au lieu de la couleur, un motif de surface différent a été utilisé pour différencier les tissus. Tous les modèles imprimés en 3D ont présenté à la fois des avantages et des inconvénients, mais un fait demeure constant : pour créer des modèles anatomiques 3D précis et spécifiques aux patients dans un court délai, il faut un logiciel médical dédié doté d’un puissant outil de segmentation et proposant un processus de travail convivial.

Vous pouvez vous aussi essayer le logiciel médical 3D le plus complet du marché. Demandez dès aujourd'hui votre licence d'évaluation et découvrez par vous-même comment Materialise Mimics inPrint vous permet de travailler sur l’anatomie confortablement et facilement.