Application du prototypage rapide à l'aide au diagnostic en chirurgie traumatologique et orthopédique

par Étienne Debarre

Thèse de doctorat en Génie Mécanique

Sous la direction de Philippe Hivart.

Soutenue le 07-12-2011

à l'Artois , dans le cadre de ED Sciences pour l'ingénieur (n°72) .

Le président du jury était Pascal Vantomme.

Le jury était composé de Philippe Hivart, Pascal Vantomme, Carlos Maynou, Ileana Constanta Rosca, Pascal Deprez, Didier Baranski.

Les rapporteurs étaient Carlos Maynou, Ileana Constanta Rosca.


  • Résumé

    Les technologies d’imagerie médicale permettent de visualiser pathologies et traumatismes. Cependant, même si cette imagerie permet des vues perspectives dynamiques, elle reste du domaine du 3D virtuel puisque sur un écran 2D. Une réplique présente dès lors un avantage certain : elle rend palpable la notion d'échelle et de volume et apparents des détails cachés ou ambigus et ainsi améliore ou facilite le diagnostic et la solution chirurgicale.Le prototypage rapide permet la fabrication d'une réplique à partir d'un fichier CAO issu des données d'imagerie, mais ce procédé n'est pour l'instant appliqué qu'à des cas très spécifiques. Nos travaux montrent qu'il peut l'être avec profit en orthopédie et traumatologie à des cas chirurgicaux certes complexes mais courants, et passer du laboratoire de recherche à l'établissement hospitalier.Une méthodologie est définie visant à passer des données DICOM3 à une réplique en ABS par prototypage rapide par dépôt de fil fondu via une reconstruction 3D numérique à l'aide de logiciels dédiés. Une étude de capabilité, transposable à tout procédé, quantifie la réponse et la fidélité de la machine et les paramètres optimaux. Trois applications (à partir de la tomographie RX) sont présentées à travers trois cas cliniques (ostéotomie, arthroplastie, trochléoplastie).Les exemples montrent que le procédé s'avère pertinent (et économiquement raisonnable) dès qu’il est question de géométrie complexe, de matérialisation du relief et d’appréciation d’un volume osseux. La représentation objective de l’échelle des volumes en constitue le point fort et l'intérêt est indéniable dans nombre de domaines de la chirurgie orthopédique et traumatologique.

  • Titre traduit

    Rapid prototyping helping diagnosis in orthopaedic and trauma surgery.


  • Résumé

    The medical imaging technologies allow the visualization of diseases and injuries. However, even if dynamic perspective ones, these views remain a virtual 3D visualization because on a 2D screen. Real replicas have therefore a definite advantage: they can make palpable the notion of scale and volume and apparent hidden or ambiguous details and thus enhance or facilitate the diagnosis and the surgical solution.The rapid prototyping allows to achieve a replica from a CAD file issued from imaging data but this process is now only applied to specific cases. Our work shows that it can be applied with profit for complex but usual orthopaedic and trauma surgery cases. It can be so transfered from the research laboratory to the hospital.A methodology is defined to manufacture an ABS replica through rapid prototyping by fused deposition modelling from DICOM3 data and digital 3D reconstructions using dedicated software. The study of the capability, transferable to any process, quantifies the response and the accuracy of the machine and the optimal parameters. Three applications (from CT-scan) are presented through three clinical cases (osteotomy, arthroplasty and trochleoplasty) . The examples show that the method is appropriate (and economically reasonable) when it comes to complex geometry or assessment of bone volume. The objective representation of the volumes is the strength of the method and the interest is undeniable in many areas of orthopaedic surgery and traumatology.


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