Les équipes de l’Université de Florence et de Bompan ont collaboré pour imprimer en 3D un cœur à l’aide de l’imprimante Mimaki 3D UV LED 3DUJ-553 (crédits photos : Mimaki)
Connue pour sa capacité à réaliser des dispositifs médicaux sur-mesure parfaitement adaptés à l’anatomie de chaque patient, – le plus souvent pour des prothèses de membres et des implants – , l’impression 3D justifie sa place dans le secteur médical pour bien d’autres raisons. Les nombreuses avancées réalisées par cette technologie notamment en terme de précision et de couleur, permettent la création de modèles anatomiques toujours plus réalistes. C’est ce que nous démontre le constructeur japonais Mimaki.
Connu aujourd’hui comme l’une des références de l’impression 3D couleur, ce spécialiste de l’impression à jet d’encre propose un gamme d’imprimantes 3D full-color parmi les plus performantes du marché. Dernièrement c’est une équipe de médecins et de chercheurs de l’Université de Florence, qui a montré comment avec une imprimante 3DUJ-553 de Mimaki il était possible de créer des modèles anatomiques extrêmement réalistes.
L’anatomie, qui est une science consistant à étudier la forme et la structure du corps humain, a été au fil des siècles la base des connaissances médicales et scientifiques et reste le fil conducteur de la formation et du développement professionnel de chaque médecin. L’objectif de cette discipline est d’étudier et par conséquent de produire des représentations figuratives de la morphologie du corps humain, avec un degré de réalisme et de précision qui a joué – et continue de jouer – un rôle crucial pour assurer un enseignement efficace et la diffusion des connaissances anatomiques. Et c’est précisément là qu’intervient l’impression 3D en tant que technologie de pointe qui pourrait marquer un tournant dans la représentation anatomique du corps humain.
Médecin et professeur agrégé à la section d’anatomie du Département de médecine expérimentale de l’Université de Florence, Ferdinando Paternostro raconte comme une passion commune pour l’anatomie avec un médecin du nom de Giacomo Gelati, l’a conduit à explorer de nouvelles solutions pour combler les limites actuelles de la représentation anatomique. En raison d’un certain nombre de questions critiques, telles que la nature périssable des cadavres et les complications juridiques, la pratique de la dissection – principale méthode d’investigation anatomique qui nous a permis d’acquérir des connaissances et de produire une représentation iconographique des structures du corps humain – est devenu de moins en moins pratique.
« Au cours de mes études de médecine, grâce à Ferdinando, qui était mon professeur, je me suis passionné pour l’anatomie. » explique Giacomo Gelati. « Cependant, je me suis vite rendu compte d’une série de difficultés.Non seulement il était impossible de participer à des séances de pratique de dissection anatomique (toujours le meilleur outil disponible pour connaître la morphologie du corps humain) mais l’iconographie utilisée (bien que basée sur des photographies qui montraient des détails anatomiques réalistes et des aquarelles d’une grande valeur artistique, bien qu’il s’appuie sur une représentation schématique des structures anatomiques), est resté plat et statique, et donc peu utilisable. Pour les personnes qui étudient l’anatomie ou pratiquent la médecine, la possibilité de voir la vraie lumière et les couleurs d’un spécimen anatomique, et de tester sa cohérence et sa relation avec les structures environnantes, peut vraiment faire la différence. »
« sans un bon fichier source il n’y aura jamais un bon objet imprimé en 3D… »
L’imprimante 3D couleur Mimaki 3DUJ-553 (crédits photos : Mimaki)
C’est précisément ce qui a poussé le jeune médecin à mener une série d’expériences autour d’un algorithme unique de mise en œuvre et d’intégration d’images, qui génère une reproduction graphique fidèle des systèmes anatomiques. « J’avais un objectif clair et je l’ai atteint en combinant plusieurs outils qui ont donné des résultats importants. J’ai commencé par un scan puis j’ai ajouté la photo pour introduire la couleur. Enfin, nous avions besoin d’informations détaillées sur les structures internes, que j’ai intégrées à l’aide de la résonance. J’ai ainsi pu produire une représentation tridimensionnelle explorable, visible sous tous les angles – aussi bien en surface qu’à l’intérieur – et surtout fidèle en termes de lumière, de couleur, de morphologie et de relations topographiques anatomiques. »
Cet algorithme, déjà breveté par Giacomo Gelati, a immédiatement suscité beaucoup d’intérêt dans les domaines des études académiques et de la vulgarisation scientifique. « Les élèves ont réagi avec enthousiasme car ils ont enfin eu la chance d’accéder à des images réalistes et, par conséquent, de comprendre immédiatement le sujet et de le mémoriser plus facilement. Présentées lors de conférences médicales internationales, nos images ont été accueillies avec tout autant d’enthousiasme par nos collègues, qui nous ont encouragés à poursuivre le projet », explique Ferdinando Paternostro. « Ce fut une agréable découverte pour moi comme pour Giacomo : le beau esthétique est aussi beau didactiquement et donc utile. »
Quand bien même le premier objectif était atteint, le résultat n’était certainement pas tenu pour acquis. « Nous disposions d’images graphiques belles et efficaces, nous avons donc commencé à envisager l’opportunité de les transformer en objets tridimensionnels, gérables et impérissables. Nous avons tout de suite pensé à l’impression 3D, en nous concentrant sur la fidélité des couleurs, qui est un élément crucial pour nous », explique Gelati. Ce dernier aspect a incité les deux médecins et chercheurs à se tourner vers la technologie d’impression additive de Bompan et Mimaki avec des couleurs réalistes. « C’était un défi dans un défi. Qualité graphique et qualité d’impression vont de pair : sans un bon fichier source il n’y aura jamais un bon objet imprimé en 3D et, à l’inverse, sans une bonne imprimante 3D, un fichier source perdra de sa qualité dans le processus d’impression. C’est pourquoi nous avons décidé de nous associer à une excellente société d’impression 3D couleur. »
« Nous avons la possibilité de remplacer les modèles anatomiques et les pièces anatomiques plastinées »
L’imprimante 3D Mimaki a permis de produire un cœur en trois dimensions avec de bonnes dimensions et une bonne définition des détails et, surtout, une excellente fidélité des couleurs. (crédits photos Mimaki)
L’équipe de l’université de Florence et de Bompan ont donc travaillé de concert pour imprimer en 3D un premier organe – un cœur – à l’aide de l’imprimante Mimaki 3D UV LED 3DUJ-553. Cette imprimante 3D se distingue par l’utilisation de profils de couleurs et d’une méthode de durcissement UV-LED, qui permettent de reproduire une gamme de plus de 10 millions de couleurs – en CMJN 4 couleurs, blanc et transparent – avec une qualité photographique. Le résultat de ce projet pilote a été très positif et encourageant : selon Parternostro et Gelati, l’imprimante de Mimaki a permis de produire un cœur en trois dimensions avec de bonnes dimensions et une bonne définition des détails, et surtout une excellente fidélité des couleurs. « Nous avons été impressionnés par cette technologie qui offre véritablement une impression en quadrichromie avec une très large gamme de couleurs, nous permettant ainsi de franchir une étape fondamentale dans l’étude anatomique.Bien que diverses technologies 3D existent pour obtenir des reproductions morphologiquement fidèles, nous travaillons dur pour reproduire la qualité des couleurs. »
La raison pour laquelle la couleur est si importante est expliquée par Ferdinando Paternostro : « Les différentes structures anatomiques que nous rencontrons lors d’une intervention chirurgicale ou dans la salle de dissection ont leur propre couleur spécifique et sont entourées d’un contexte topographique de différentes couleurs. Distinguer les structures dans leur contexte topographique anatomique n’est pas particulièrement facile, et la couleur joue un rôle crucial.La connaissance de la couleur est donc essentielle lors de l’apprentissage et, par conséquent, lors de la reconnaissance de la structure lors d’une dissection chirurgicale ou anatomique. Et c’est l’objectif de l’équipe : exploiter la qualité des couleurs, la reproductibilité et la durabilité des objets imprimés en 3D dans la pratique médicale. »
« Les objets que nous fabriquons en combinant notre algorithme avec la technologie d’impression 3D de Mimaki sont chromatiquement et morphologiquement réalistes, mesurables, reproductibles. En utilisant cette méthode, nous pourrions potentiellement franchir d’autres frontières. En anatomie pathologique, par exemple, nous pourrons créer un organe 3D qui montre les anomalies causées par une maladie spécifique – fournissant ainsi un outil très utile pour préparer toute intervention chirurgicale et pour communiquer avec le patient. »
Selon l’équipe de l’Université de Florence, l’impression 3D pourrait contribuer efficacement à transformer l’enseignement et de la recherche médico-scientifique. « Nous sommes encore à un stade précoce, mais nous sommes convaincus que nous sommes sur la bonne voie. Nous avons la possibilité de remplacer les modèles anatomiques et les pièces anatomiques plastinées – tous deux de grande valeur, mais délicats, périssables et donc utilisables uniquement dans certains contextes – par des pièces anatomiques imprimées en 3D, disponibles pour les universités, les instituts de recherche, les hôpitaux et les cliniques. ».
Selon une étude publiée plus tôt cette année par le cabinet Brandessence Market Research and Consulting, le marché des modèles anatomiques pourrait dépasser le milliard d’ici 2025, soit une croissance annuelle de 10,57% depuis 2018. La France compte quelques belles pépites dans ce domaine, les plus connues étant les jeunes pousses parisiennes Biomodex et Bone 3D.
Passionné par l’impression 3D, je dispense la bonne parole pour démocratiser et ouvrir cette technologie au plus grand nombre. Actualités, applications, interviews… J’œuvre pour démontrer aux particuliers et professionnels tout le potentiel de cet outil révolutionnaire. Entreprises, fablabs, distributeurs, associations, designers, je souhaite aussi créer à travers ce site une émulation entre les différents acteurs de ce domaine.
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