Un père réinvente des orthèses via l'impression 3D pour permettre à son fils de marcher
Dans le monde, plus de 17 millions de personnes ont un contrôle limité de leur corps en raison d’une infirmité motrice cérébrale (IMC). Le diagnostic d’une IMP peut être terrifiante pour des parents, qui se demandent si leur enfant va pouvoir un jour s’asseoir, se tenir debout, marcher, manger seul ou mener une vie normale.
Pour assister les enfants dans leur quête de mobilité, les docteurs prescrivent souvent des orthèses, destinées à corriger les irrégularités des membres ou de la colonne vertébrale, en corrigeant l’alignement ou en fournissant un soutien. Mais, même si la médecine a énormément avancé grâce à de nouvelles technologies, les modes de fabrication des orthèses n'ont pas évolué depuis les années 50.
Le choix se fait souvent entre une orthèse standard inadaptée et inconfortable, ou une solution sur mesure coûteuse qui prend des semaines, voire des mois à obtenir et qui devient vite obsolète en raison de la croissance de l’enfant. Face à ces solutions insatisfaisantes, un père a pris les choses en main.
L'expérience d’un enfant inspire une solution pour beaucoup d’autres
Il y a sept ans, Nilk, le fils de Matej et Mateja, est né un mois avant terme. En raison des difficultés durant l’accouchement, son cerveau a subi des dommages qui ont conduit à une infirmité motrice cérébrale. En dépit de cela, Nik montrait beaucoup d’enthousiasme à progresser, bien qu’il ne puisse ni se tenir debout ni marcher à cause de sa maladie.
Matej se donna alors un objectif simple : permettre à Nik de marcher. S'en sont suivis des mois de recherche et de développement pour obtenir une orthèse sur mesure et imprimée en 3D, qui lui fournisse le soutien et la correction exactement où il en avait besoin. Nik a pu alors faire ses premiers pas tout seul.
Inspirés par l’amélioration immédiate, les jeunes parents ont fait équipe avec des experts pour élargir leur mission : aider à améliorer la qualité de vie d’autres enfants et changer le status quo de l'industrie médicale, en proposant des dispositifs orthétiques sur mesure et véritablement adaptés au patient.
La nécessité d’une meilleure solution
« Lorsque vous regardez votre enfant, vous savez instinctivement quoi faire pour l’aider », explique Matej. « Nik n’arrivait pas à se tourner sur le côté, alors j’ai décidé de fabriquer une rampe qui nous permettait de le retourner sur le ventre. Il a trouvé ça amusant et a essayé de le faire tout seul ». Ensuite, lorsqu’il essayait de se mettre debout, ses parents lui ont mis des chaussures de ski pour stabiliser sa cheville. « Il s’est immédiatement senti en confiance et cela se voyait dans ses yeux qu’il appréciait et voulait progresser. C’est ce qui nous a donné la force de continuer ».
Mais son enthousiasme ne durait pas à cause de la faible tonicité de ses muscles et du raccourcissement de son tendon d’Achille, ce qui le forçait à marcher sur la pointe des pieds. « Il avait peur de marcher, parce que ses pieds étaient dans une très mauvaise position. S’il avait continué à marcher ainsi, il se serait abîmé les os et les articulations », explique Petra Timošenko, son kinésithérapeute, qui a suggéré l’emploi d’une orthèse pied et cheville pour aider à stabiliser le pied de Nik.
Il existe des orthèses prêtes à l’emploi de différentes tailles et formes. Bien qu’elles puissent être adaptées au patient dans une certaine mesure, il est difficile de traiter plusieurs problèmes avec le même dispositif. Les orthèses sur mesure haut de gamme sont fabriquées à la main et sur des machines CNC, à partir d’un plâtre ou d’une empreinte sur mousse du pied du patient. Mais leur production prend plusieurs semaines et des réglages additionnels sont nécessaires après essayage.
Les solutions courantes sont généralement inconfortables et ont tendance à produire des douleurs et des irritations de la peau, parfois si importantes que les enfants ne veulent plus les porter. Leurs prix montent facilement à plusieurs milliers d'euros, ce qui les rend beaucoup trop chères pour la plupart des familles, même avec une bonne assurance maladie. Le problème est d’autant plus compliqué qu’elles deviennent vite trop petites lorsque l’enfant grandit.
« Je savais qu’un morceau de plastique ne pouvait pas coûter autant » raconte Matej, qui a une formation d’ingénieur et a travaillé comme responsable R&D dans le secteur des télécoms pendant 12 ans.
« En constatant le manque de confort, le prix trop élevé plus tous les autres inconvénients, j’ai décidé de faire quelque chose. Je n’avais pas la solution à l’époque, mais je voulais trouver une meilleure façon de concevoir des orthèses. J’essayais juste d’aider mon fils du mieux possible. »
Une orthèse sur mesure, adaptée au patient, imprimée en 3D
Nous sommes inondés de produits de tailles limitées ou uniformes, fabriqués pour qu’ils soient aussi rentables que possible. La fabrication de produits sur mesure est soit impossible avec des outils traditionnels, soit elle requiert des processus complexes qui augmentent leur prix de façon exagérée. Si les inconvénients que cela entraîne sont minimes, comme le fait d’avoir mal aux pieds dans une nouvelle paire de chaussures, cela limite sérieusement leur efficacité dans le domaine de la santé.
« Je ne savais pas comment les orthèses étaient fabriquées habituellement, et j’ai pu examiner leur fabrication avec un œil neuf », raconte Matej. Il avait entendu parler de l’impression 3D à son travail et s’attaqua en premier à l’étape de fabrication. Après quelques recherches, il était convaincu que la technologie fournirait à la fois la haute précision requise pour une adaptation parfaite de l’orthèse, et la liberté de conception pour la réaliser sur mesure. Ensuite, il a essayé de multiples méthodes de numérisation du pied de son fils et appris à modéliser l’orthèse en 3D.
Après six mois d’expérimentation et de recherche, il a mis au point un processus innovant dont il attend le brevet :
Les pieds du patient sont placés dans un sac sous vide dans la position correcte, debout et supportant son poids.
Les pieds sont scannés en 3D par le haut ainsi que par le bas à travers le sac à l’aide d’un scanner Structure monté sur un iPad.
Les données sont réunies et nettoyées pour produire une représentation précise du pied du patient.
L’orthèse sur mesure est alors conçue directement sur le scan du pied dans le logiciel CAO.
L’orthèse est imprimée en 3D en haute résolution à l’aide d’une
imprimante 3D stéréolithographique Form 2 et Durable Resin.
Le premier prototype conçu par Matej montait pratiquement jusqu’au genou, comme les orthèses pied-genou traditionnelles, mais, sur les conseils de Petra, il réalisa que cela ne faisait qu’empêcher son fils de marcher plus librement. Il a recommencé et conçu un prototype qui n’était pratiquement pas plus haut qu’une semelle intérieure et tenait dans une chaussure. Souvent, les patients qui portent des orthèses pied-genou sont obligés d’acheter des chaussures spéciales extra-larges, qui sont difficiles à trouver pour des enfants.
C’est finalement le 13ème prototype qui convenait parfaitement. « En deux ou trois jours, Nik marchait, nous n’avions pas besoin de le surveiller et il n’est plus jamais tombé. Le changement a été immédiat, c’était incroyable », se rappelle Matej.
« Après avoir porté l’orthèse deux ou trois mois, j’ai vu Nik sourire, pour la première fois. Après quatre à cinq mois, il a été de plus en plus rapide. Ses pas étaient plus longs et sa démarche plus fluide. Il a même commencé à danser », raconte Petra.
« Maintenant, je peux lui faire faire des exercices plus élaborés. Nous pouvons courir sur un tapis de course et sauter, parce que je sais que ses pieds sont dans la bonne position, et qu’aucune déformation des os ou des articulations n’est à craindre, qu’il faudrait sinon opérer à long terme. S’il n’avait pas cette orthèse, il y aurait un risque pour ses pieds. »
L’orthèse maintient le pied de Nik dans la bonne position, de la même façon qu’un appareil dentaire maintient les dents, et Petra peut lui faire faire des exercices de kinésithérapie pour renforcer ses muscles et ses ligaments. Les orthèses sont plus efficaces lorsque l’enfant est jeune et que son corps peut s’adapter pendant la croissance. Grâce à plusieurs dispositifs qui traitent les symptômes qu’il présente, l’état de Nik s’améliore plus rapidement et les résultats sont globalement meilleurs.
« La première version de l’orthèse lui a donné confiance et l’a stabilisé. La deuxième a amélioré la fluidité globale de la démarche. La troisième l’a aidé à prendre une meilleure posture, et c’est alors qu’il a vraiment apprécié de pouvoir marcher et qu’il a commencé à jouer. La quatrième a corrigé son pied droit qui était décentré par rapport au corps, ce qui lui a permis de se tenir debout en position bien droite », explique Matej.
L’impression 3D révolutionne le secteur médical
Pour avoir un avis d’expert, Matej a présenté le processus de fabrication à Dejan Tašner, un orthésiste et prothésiste certifié. Après avoir effectué des mesures statiques et dynamiques des pieds de Nik avec et sans l’orthèse, il était évident que la solution de Matej était une approche toute nouvelle en ce domaine.
Selon Matej, « l’impression 3D nous permet de créer des dispositifs orthétiques avec des parties de différentes épaisseurs. L’épaisseur peut être importante sur une partie et extrêmement fine sur une autre, qui ne nécessite pas de correction. C’est impossible à obtenir avec les orthèses actuelles ».
En scannant et imprimant en 3D, Matej peut fabriquer une orthèse sur mesure en moins de 24 heures, pour un coût bien moindre que celui des orthèses traditionnelles. L’impression 3D lui permet aussi de fabriquer des dispositifs orthétiques plus compacts qui tiennent dans une chaussure normale et donc ne se voient pas de l’extérieur. Parce que l’ajustement est très précis et sur mesure, les orthèses sont confortables et n’irritent pas la peau comme les dispositifs traditionnels. « Les orthèses ne doivent pas faire mal. Ce n’est qu’en l’absence de douleur que les enfants les acceptent », insiste Matej.
Encouragés par Petra et Dejan, Matej et sa femme Mateja ont décidé de breveter et faire certifier le processus de fabrication. Cela permet au processus et aux composants de satisfaire les exigences requises pour les dispositifs médicaux et permet des essais cliniques avec d’autres enfants. Après avoir passé des nuits à remplir des papiers relatifs aux aspects légaux et réglementaires, en plus de son travail pendant la journée, Matej a démissionné, et, avec Mateja, Dejan et Petra, a créé la société aNImaKepour se consacrer à plein temps à la conception d’orthèses imprimées en 3D pour aider d’autres enfants qui en avaient besoin.
« En ce moment, nous testons des orthèses avec différents patients atteints de diverses pathologies, âgés de 3 à 11 ans. Nous constatons des améliorations en termes de biomécanique, ce qui est notre objectif principal. Mais nous notons aussi le changement positif que constatent les parents qui voient s’améliorer la vie au quotidien de leurs enfants, parce qu’ils ont besoin de se sentir bien avec leur orthèse pour améliorer la marche.
À l’avenir, Matej et son équipe souhaitent étendre leur technique à d’autres parties du corps. Ils essayent actuellement une attelle pour le bras qui aide l’enfant atteint d’IMC et présentant une tonicité musculaire élevée de déplier leurs doigts afin de pouvoir marcher à quatre pattes, attraper des objets et explorer l’environnement.
« Nous souhaitons informer d’autres personnes du secteur de la santé sur les outils existants qui permettent d’offrir de meilleures solutions aux enfants. Une orthèse doit être fabriquée pour une seule personne et doit seulement traiter les symptômes qu’elle présente. Ce ne doit pas être une solution standard qui l’enferme dans une catégorie », explique Matej.
Les nouveaux outils et technologies évoluées, comme le scan numérique et l’impression 3D, deviennent rapidement abordables et accessibles. Elles rapprochent docteurs et patients et permettent de proposer des traitements et des dispositifs personnalisés, qui conviennent mieux à chacun d’entre eux. En démontrant leur succès, Matej et son équipe travaillent pour inspirer d’autres personnes et pour fabriquer des orthèses sur mesure, précises et d’un coût abordable.
En attendant, le premier patient de Matej et source de son inspiration peut maintenant marcher facilement et jouer avec son frère. En un an et demi, Nik a utilisé quatre orthèses différentes. Son père a la certitude qu'une cinquième orthèse ne sera pas nécessaire.
Pour obtenir plus d’information sur les orthèses imprimées en 3D, contactez directement Matej via le site internet d'ANImaKe.