Implants personnalisés imprimés en trois dimensions en chirurgie orthopédique

Résumé

Ce protocole décrit le flux de travail clinique et technique pour concevoir et mettre en œuvre des implants imprimés en 3D sur mesure en chirurgie orthopédique, visant à fournir des solutions chirurgicales personnalisées pour les patients souffrant de perte osseuse complexe ou de déformations où les implants standards sont insuffisants.

Résumé

L’objectif de ce protocole est de décrire le flux de travail clinique et technique pour l’utilisation d’implants imprimés tridimensionnels (3D) personnalisés en chirurgie orthopédique, en particulier dans les cas de perte osseuse complexe ou de déformation où les implants standards sont insuffisants. Bien que l’impression 3D ait acquis de larges applications médicales, son rôle en orthopédie est particulièrement transformateur pour les patients atteints de pathologies dépourvues de solutions chirurgicales conventionnelles. Ce manuscrit détaille le processus étape par étape, de l’évaluation initiale du patient et de la prise de décision jusqu’à la conception, la fabrication et l’implantation chirurgicale. Les considérations clés incluent la sélection des patients, l’établissement d’attentes claires et la collaboration avec des ingénieurs biomédicaux pour garantir un ajustement et une fonctionnalité optimaux de l’implant. Le protocole met l’accent sur le rôle crucial de l’imagerie CT haute résolution, de la conception assistée par ordinateur (CAO) précise et des techniques de fabrication avancées telles que la fusion en lit de poudre pour implants métalliques. Les étapes de post-traitement, incluant le traitement thermique, l’usinage par décharge électrique et la finition de surface, sont également abordées pour mettre en avant l’assurance qualité dans la production d’implants. Malgré des résultats prometteurs et un potentiel d’amélioration des résultats, l’utilisation des implants imprimés en 3D reste limitée en raison des coûts initiaux élevés, du manque de données sur les résultats à long terme et de la nature individualisée de chaque cas. Néanmoins, leur application offre des avantages significatifs en matière de personnalisation, de planification chirurgicale et de restauration fonctionnelle, soulignant la nécessité de poursuivre la recherche et le perfectionnement. Ce protocole sert de guide pour les cliniciens envisageant l’intégration d’implants personnalisés imprimés en 3D dans leur cabinet orthopédique, visant à élargir les possibilités de traitement pour les patients ayant des besoins reconstructifs complexes.

Introduction

L’impression tridimensionnelle (3D) a révolutionné la chirurgie orthopédique en permettant la création d’instruments spécifiques à chaque patient, d’implants personnalisés et de modèles anatomiques préopératoires pour la planification chirurgicale. Cette technologie permet un prototypage et une personnalisation rapides, conduisant finalement à des résultats chirurgicaux améliorés grâce à une planification préopératoire améliorée et des solutions chirurgicales personnalisées utilisant des implants et instruments personnalisés. Ces applications couvrent divers domaines médicaux et pas seulement l’orthopédie ^1,2. Par exemple, en chirurgie cardiothoracique, l’impression 3D est utilisée pour imprimer des modèles d’artères pulmonaires pour la formation chirurgicale, et dans l’industrie pharmaceutique, cette technologie est utilisée pour créer des médicaments aux propriétés spécifiques adaptées aux besoins du patient. La génération de modèles anatomiques imprimés en 3D a aidé à comprendre des affections médicales complexes, à la précision diagnostique et à effectuer des simulations chirurgicales^dirigées. De plus, le potentiel de l’impression d’organes – également appelé bioimpression – est incommensurable et va redéfinir la médecine moderne.

En chirurgie orthopédique, la technologie d’impression 3D a considérablement amélioré la capacité à prendre soin des patients de multiples façons. Par exemple, l’impression 3D a permis aux chirurgiens de créer des prothèses personnalisées pour les patients ayant subi des amputations de membres. Cette personnalisation des prothèses améliore la fonction de ces dispositifs, réduisant potentiellement les complications et améliorant les temps de^{récupération 1}. De plus, des modèles anatomiques imprimés en 3D aident les chirurgiens à planifier la préopération, permettant une meilleure visualisation et simulation de procédures complexes – ce qui peut améliorer les résultats des patients. Cependant, l’un des plus grands avancés en orthopédie a été l’utilité des implants imprimés en 3D^{sur mesure 1}. Une revue récemment publiée sur l’impression 3D en chirurgie orthopédique a révélé que les implants personnalisés dans le cadre d’une arthroplastie du genou de révision présentaient des bénéfices^{cliniques 3}. Bien que peu fréquents, certaines pathologies orthopédiques offrent malheureusement des options chirurgicales limitées pour la prise en charge avec des implants et instruments standards. Ces cas concernent souvent des zones de perte osseuse importante ou de tissus^{mous 1,2}. Les méthodes chirurgicales traditionnelles souvent utilisées dans ces cas comportent de hauts risques de complications, des taux d’échec élevés, et même lorsqu’elles sont réussies, elles entraînent souvent des inconvénients fonctionnels à vie pour le^{patient 1,2,4}. L’impression 3D a révolutionné la capacité des chirurgiens à gérer ce type de cas et a offert des options chirurgicales auparavant inexistantes. Ce manuscrit met en lumière les étapes clés impliquées dans la conception et l’application clinique des implants personnalisés imprimés en 3D en chirurgie orthopédique et discute de quelques exemples de cas.

Protocole

Toutes les informations de santé protégées sont exclues des images et données discutées ci-dessous. Quoi qu’il en soit, les patients ont été informés de l’étude et de l’utilisation de leurs images cliniques. Un consentement éclairé a été obtenu. L’étude respectait la politique d’éthique de l’institution.

1. La rencontre avec le patient

1. Déterminez si la pathologie du patient est appropriée pour un implant personnalisé imprimé en 3D.
2. Assurez-vous que le patient répond aux critères appropriés pour l’utilisation des implants sur mesure.
   1. Pour répondre aux critères appropriés, veillez à ce qu’il n’existe pas d’implant standard facilement disponible sur le marché qui traite adéquatement la pathologie du patient et offre un résultat fonctionnel optimal avec de faibles risques chirurgicaux
3. Optimisation médicale complète.
   1. Assurez-vous que toutes les comorbidités médicales sont stables et bien gérées. Par exemple, les patients diabétiques doivent avoir un A1c bas, et les patients atteints de maladies cardiaques doivent faire passer des tests cardiaques appropriés pour garantir leur sécurité chirurgicale.
4. Conseillez longuement le patient et la famille sur les implants 3D personnalisés, en y compris leurs avantages et leurs inconvénients.
5. Obtenir un scanner (CT) de l’extrémité opératoire du patient avec les paramètres appropriés.
   1. Stockez les fichiers sous forme de fichiers Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Les paramètres critiques de balayage incluent une taille de pixel de 0,5 mm ou moins et un espacement de tranches de 1,25 mm ou moins. Faites varier le kVp entre 100 et 140, selon le scanner utilisé.
   2. Capturez toute l’anatomie pertinente, telle que l’anatomie déformée de l’os et du champ chirurgical environnant dans le champ de vision de l’échographie, incluant l’avant-pied tout et controlatéral affecté jusqu’au milieu du tibia.

2. Conception de l’implant

1. Transférez l’imagerie du patient, comme un scanner, au fabricant personnalisé de l’implant avec les informations pertinentes (c’est-à-dire latéralité, indication, etc.). Téléchargez les images directement sous forme de fichiers DICOM sur le portail en ligne des fabricants d’implants pour soumettre un scanner.
2. Convertir l’imagerie patiente à partir de tranches CT 2D en un modèle 3D de l’anatomie préopératoire par segmentation, où l’anatomie osseuse est séparée des tissus mous environnants dans un logiciel de modélisation en maillage tel que Materialize Mimics.
   1. Importez les scans DICOM dans le logiciel.
   2. Générez un masque osseux en utilisant la fenêtre osseuse standard .
   3. Utilisez un algorithme de croissance régionale pour sélectionner l’anatomie osseuse et séparer chaque os dans son propre masque.
   4. Retirez manuellement toutes les régions non osseuses incluses dans le masque en utilisant la fonction d’édition du masque .
   5. En utilisant la fonction de masque divisé , séparez tous les autres os qui n’ont pas été automatiquement séparés par l’algorithme de croissance régionale.
   6. Convertissez le masque en pièce en utilisant la fonction Calculer la pièce .
   7. Exportez chaque os comme une partie individuelle dans un fichier .stl en utilisant la fonction d’exportation .
3. Importez chaque fichier .stl osseux dans le logiciel de modélisation basé sur le maillage.

3. Mettre en place le positionnement initial et la conception de l’implant au sein du logiciel de modélisation basé sur le maillage.

1. Miroir l’anatomie controlatérale pour qu’elle corresponde au côté affecté.
2. Alignez l’anatomie controlatérale miroir à l’aide d’un maillage basé sur l’alignement du contrelatéral avec le calcane affecté.
3. Visualisez le talus sain aligné sur l’espace articulaire malsain.
4. Idéalisez/lissez le talus sain en utilisant un algorithme propriétaire (restor3d) pour créer le corps initial de l’implant.
5. Ajustez la position du tibia et du péroné affectés pour refléter le changement de hauteur articulaire avec le corps implanté formé par le talus controlatéral.
6. Effectuez un appel de conception d’implant avec le chirurgien et les ingénieurs pour examiner l’anatomie segmentée en 3D.
   1. Discutez de la déformation native et de l’alignement de l’anatomie controlatérale.
   2. Discutez de l’implant talaire et des modifications spécifiques à chaque patient qui doivent être apportées.
   3. Discutez de la taille des implants (95 %, 100 %, 105 % du volume).
   4. Discutez des sites d’attache des tissus mous si nécessaire.
7. Finaliser le fichier de conception assistée par ordinateur (CAO) de l’implant à l’aide de logiciels spécialisés (par exemple, Materialise 3-matic, SolidWorks).
   1. Re-maillez l’implant talaire en utilisant une fonction de remaillage pour optimiser la taille du triangle et la lisse du maillage.
   2. Lisser toute proéminence non anatomique, comme les ostéophytes, en utilisant un lissage local ou une option lisse gaussienne .
   3. Bouchez les cavités osseuses pour augmenter la résistance du matériau de l’implant.
   4. Utilisez des outils de lissage locaux pour s’assurer que les surfaces articulaires de l’implant talaire correspondent aux surfaces articulaires environnantes.
8. Analyser les propriétés mécaniques de l’implant (par exemple, résistance, surface) à l’aide d’analyses par éléments finis ou de calculs analytiques. Comparez la performance prédite aux charges physiologiques attendues pour l’indication clinique et aux benchmarks publiés pour les matériaux imprimés en 3D à base d’alliages de cobalt.
   1. Confirmez que la section transversale de l’implant est supérieure au minimum pour la résistance du matériau.

4. 3D procédé d’impression

1. Exportez le fichier CAD finalisé de la conception de l’implant sous forme de fichier STL depuis le logiciel de conception ou un autre format compatible pour la fabrication additive.
2. Trancher
   1. Importez le fichier STL dans le logiciel natif de l’imprimante 3D.
   2. Définir l’orientation de l’impression en fonction des régions anatomiques critiques de l’implant, en plaçant les surfaces articulaires éloignées de la plaque de construction.
   3. Générer des structures de support selon les besoins pour les éléments en surplomb.
   4. Commencez le processus de tranche dans le logiciel de l’imprimante et convertissez en instructions G-code.
3. Impression 3D d’un implant
   1. Fabriquer des implants en utilisant la fusion sélective par laser (SLM) ou une technologie équivalente de fusion en lit de poudre avec de la poudre interstitielle Ti-6Al-4V (ELI).
      REMARQUE : Les poudres de qualité médicale typiques ont une répartition de la taille des particules de 15 à 45 μm et sont traitées dans une atmosphère d’argon inerte avec des niveaux_d’O2 maintenus ≤ 1,2 ppm.
   2. Appliquer des paramètres de balayage optimisés par le fabricant de l’imprimante (par exemple, 3D Systems), y compris le type laser, la puissance, l’espacement des trappes et l’épaisseur des couches. Des exemples de valeurs rapportées dans la littérature incluent une épaisseur de couche de 30 à 60 μm, un espacement des hachoirs de 100 à 120 μm, et une puissance laser de 150 à 300 W, avec une orientation définie selon l’axe z lorsque cela est applicable.
      1. Utiliser une source de chaleur (par exemple, laser à fibre ou faisceau d’électrons) pour fusionner sélectivement la poudre métallique (taille de particule 15-45 μm) dans une atmosphère d’argon inerte (≤ 1,2 ppm_O2), formant l’implant couche par couche sur la plaque de construction.
   3. Contrôlez les paramètres pertinents, notamment la densité d’énergie du faisceau, l’épaisseur de la couche de poudre et l’environnement de la plaque de construction, afin d’assurer la précision dimensionnelle et l’intégrité mécanique.
4. Post-traitement
   1. Affiner les propriétés de l’implant en utilisant un pressage isostatique à chaud (HIP) pour éliminer la porosité résiduelle, soulager les contraintes et améliorer la microstructure. Les conditions typiques rapportées dans la littérature incluent ~920 °C à 1000 bars pendant 120 minutes dans une atmosphère inerte.
      REMARQUE : Des traitements thermiques alternatifs, tels que le recuit, peuvent être appliqués selon le matériau et la conception de l’implant.
   2. Retirez les implants de la plaque de construction en utilisant l’usinage à décharge électrique (EDM). Coupez à travers la fine couche de base de la construction en utilisant une érosion contrôlée par étincelle, avec des paramètres sélectionnés pour minimiser les dommages thermiques et maintenir la précision dimensionnelle.
   3. Utilisez des outils manuels pour retirer les supports utilisés pour l’impression (dremels, polisseurs à main).
   4. Appliquez des traitements de surface pour éliminer les résidus de poudre, les accessoires et ajustez la rugosité. Soufflez toutes les surfaces poreuses et polez à la main les surfaces articulaires.
      1. Effectuer l’anodisation selon le SAE AMS 2488D Type II afin d’améliorer la résistance à la corrosion et la biocompatibilité.
5. Effectuer une inspection dimensionnelle de l’implant fini à l’aide d’un manomètre de hauteur et d’un étrier calibré. Lorsque la précision est requise, confirmez les mesures avec une machine de mesure de coordonnées (CMM) par rapport au modèle CAO.
   1. Inspectez visuellement et par microscopie la finition de surface et la porosité afin d’assurer la précision des structures poreuses et des caractéristiques d’usinage. Confirmez que les valeurs de rugosité de surface (Ra) respectent les spécifications de conception pour l’osséointégration et les interfaces d’instrumentation.
   2. Vérifiez les propriétés mécaniques par des tests de largage de lots effectués sur des échantillons en os de chien imprimés sur la même plaque de construction. Les échantillons d’essai subissent des essais de traction pour confirmer que la résistance mécanique respecte les normes publiées pour le Ti-6Al-4V ELI (ou un autre alliage d’implant). Enregistrer les mesures dimensionnelles des échantillons d’essai afin de valider la précision de l’impression.

5. L’opération

1. Examen préopératoire
   1. Voir la rencontre avec le patient (étape 1)
   2. Effectuez un accompagnement préopératoire sur les risques et les bénéfices de la procédure chirurgicale.
   3. Obtenez un consentement éclairé pour la procédure chirurgicale.
   4. Effectuer une évaluation préopératoire par l’équipe d’anesthésie, si nécessaire.
2. Intervention chirurgicale (remplacement total du talus)
   1. Placez le patient sous anesthésie générale sur la table d’opération et attachez-le à la table.
   2. Appliquez un rembourrage approprié sur toutes les zones osseuses proéminentes.
   3. Appliquez un garrot sur l’extrémité opératoire.
   4. Ensuite, préparez et drapez l’extrémité opératoire.
   5. Effectuer un temps d’arrêt chirurgical conformément à la politique de l’hôpital, en confirmant le patient, la latéralité et la procédure appropriés.
   6. Administrez des antibiotiques préopératoires selon le protocole hospitalier.
   7. Utilisez une approche antérieure pour accéder à l’articulation de la cheville, en utilisant l’intervalle entre les tendons de l’extenseur hallucis long et du tibial antérieur.
   8. Rétractez latéralement le faisceau neurovasculaire avec soin et protégez-le tout au long de la procédure.
   9. Identifiez et ouvrez longitudinalement la capsule de l’articulation de la cheville.
   10. Retirez le talus avasculaire/endommagé naturel à l’aide d’une lame de scie, d’ostéotomes et de ronguers. Des soins sont pris pour protéger les surfaces articulaires du tibia distal, du naviculaire et du calcané.
   11. Après le retrait du talus, utilisez les mesureurs pour déterminer la taille appropriée de l’implant talaire à utiliser.
   12. Une fois la taille appropriée déterminée, placez l’implant imprimé en 3D de la taille appropriée dans la cheville. Confirmez la pose appropriée par fluoroscopie intraopératoire et évaluation clinique.
   13. Ensuite, irriguez et refermez la plaie de façon superposée.
   14. Appliquez des pansements stériles et placez le patient dans une attelle bien rembourrée.
3. Protocole postopératoire
   1. Retirez les points de suture 2-3 semaines après l’opération.
   2. Commencez les séances de mise en charge entre 8 et 12 semaines après l’opération, selon le cas.
      REMARQUE : La charge initiale se fait dans une botte et la transition vers une chaussure classique sur plusieurs semaines. La kinésithérapie est optionnelle mais recommandée pour l’entraînement de la démarche et l’amélioration de la mobilité.

Résultats

En général, les résultats représentatifs à long terme de l’impression 3D en chirurgie orthopédique sont limités en raison de la petite taille de l’échantillon et du court laps de temps utilisé par l’impression 3D en médecine. Il existe actuellement quelques données représentatives disponibles.

Voici trois exemples de patients traités avec des implants imprimés en 3D, à qui des alternatives maigres disposées pour de grands défauts osseux ou des pathologies articulaires destructrices. Les implants ont tous été conçus selon le protocole évoqué ci-dessus.

Patient 1

Un homme de 43 ans présente des antécédents chroniques de douleurs à la cheville gauche. Le patient 1 a subi une fracture du cou talaire qui avait été traitée non opératoirement plus de dix ans auparavant. Les radiographies et les scanners CT illustrés aux figures 1 et 2 montrent une nécrose avasculaire talaire avec une sclérose importante et une fragmentation du talus. Les surfaces articulaires adjacentes sont bien préservées – mais le talus présente une fragmentation et une sclérose significatives compatibles avec une nécrose talaire avasculaire avancée. Le patient a été vu dans un établissement externe et a reçu une procédure d’arthrodèse pour fusionner les articulations sous-talaire et cheville. Le patient rapporte qu’une amplitude de mouvement complète est nécessaire pour pouvoir porter certaines chaussures au travail, et qu’il ne peut pas avoir de fusion de l’articulation de la cheville. En discutant des options avec le patient, nous avons discuté qu’une alternative serait un talus total imprimé en 3D sur mesure. C’est une option chirurgicale relativement récente sans données à long terme ; cependant, cette option permet de préserver ses articulations et son amplitude de mouvement. Nous avons longuement discuté des risques associés à cette procédure et du manque de données à long terme. Cependant, le patient nous a dit que la fusion n’était pas une option. Après de longues discussions, le patient a choisi de procéder à un remplacement total du talus imprimé en 3D sur mesure. Dans le cas de ce patient, nous avons choisi d’utiliser un alliage de titane pour le matériau de l’implant. Ce matériau possède des propriétés biomécaniques similaires à celles de l’os natif et possède des propriétés d’usure optimales pour réduire le risque de dommages au cartilage environnant.

Le talus est conçu pour refléter le talus controlatéral du patient, ce qui est normal sans maladie. L’imagerie postopératoire obtenue lors de son rendez-vous postopératoire à 6 semaines est illustrée à la Figure 3. Le patient rapporte qu’il marche bien après l’opération, sans douleur, et qu’il a montré des améliorations de son niveau fonctionnel. Le patient rapporte que son amplitude de mouvement s’est accrue après l’opération, et qu’il présente environ 10 degrés de dorsiflexion avec 35 degrés de flexion plantaire.

Patient 2

Une femme de 20 ans présentant une douleur au pied gauche et un gonflement secondaires à une tumeur à cellules géantes connue du premier métatarsien. Le patient a d’abord été traité par soucoupe et greffe osseuse – une procédure qui consiste à gratter la tumeur et à la remplacer par du matériel osseuse. Les radiographies et les scanners (Figure 4 et 5) ont montré une lésion lytique expansile centrée dans le premier métatarsien, compatible avec une tumeur à cellules géantes prouvée par biopsie. En raison de symptômes persistants liés à l’activité et d’aggravation liée au port des chaussures, le patient a souhaité procéder à une résection chirurgicale de l’ensemble du métatarsien. Elle avait déjà essayé des procédures moins invasives et locales qui n’avaient pas fonctionné. La résection chirurgicale du métatarsien est une intervention de grande envergure, et le défi vient de la reconstruction de la zone réséquée.

Lors de notre rencontre avec la patiente, nous avons discuté de ses options, qui incluaient le remplacement de l’os métatarsien entier par un os imprimé en 3D ou l’utilisation d’un os prélevé sur sa jambe, qui serait une autogreffe du péroné. Nous avons discuté des risques liés à la greffe du péroné, notamment la morbidité du site de greffe et le risque élevé de non-union. Une autre option est une amputation partielle de son pied, ce qui ne l’intéressait pas. Après de longues discussions avec la patiente et sa famille lors de plusieurs visites, elle a choisi de procéder à un implant personnalisé imprimé en 3D. Une cage métatarsienne personnalisée peut maintenir la longueur et l’anatomie du patient, offrir une construction plus robuste mécaniquement que l’autogreffe, et ne porte pas la morbidité du site donneur associée à la prélève libre du péroné. Les conceptions préopératoires réalisées lors de l’appel de conception avec des ingénieurs sont illustrées à la Figure 6. Cette intervention a été réalisée avec l’équipe d’oncologie orthopédique afin de garantir que la résection était réalisée correctement. Des photos de l’implant le jour de l’opération sont montrées à la Figure 7. Comme le patient 1, le matériau de l’implant choisi est un alliage de titane, qui présente des propriétés biomécaniques similaires à l’os cortical.

Après l’opération, elle a été maintenue sans appui pendant un total de 12 semaines. Elle a commencé à supporter du poids à 12 semaines avec une botte et a progressivement quitté la botte à 4 mois. L’imagerie radiographique postopératoire (Figure 8) réalisée à 3 mois n’a montré aucune preuve de défaillance matérielle avec une intégration osseuse de son implant. Lors de sa visite de 6 mois, elle avait complètement abandonné la botte et commencé ses activités à faible impact. Un scanner réalisé lors de la visite des 6 mois a montré que son implant avait un bon contact osseux et une bonne stabilité avec une certaine intégration de l’os à l’implant (Figure 9). Elle est depuis plus d’un an depuis son opération et marche sans douleur avec des chaussures ordinaires.

Patient 3

Une femme de 34 ans présente 7 ans de douleurs chroniques à la cheville droite secondaires à l’ostéonécrose du talus et à l’effondrement subséquent du dôme talaire. Ses radiographies préopératoires sont montrées à la Figure 10. Elle a également démontré des signes d’ostéonécrose du plafond tibial et du corps calcanéal avec une ostéarthrose marquée de l’articulation tibiotalaire et sous-talienne. On pensait que cela était secondaire à l’utilisation chronique de stéroïdes à forte dose lors d’hospitalisations prolongées dans le passé.

Dans l’ensemble, ses activités quotidiennes étaient fortement limitées en raison de la douleur chronique à la cheville droite. Elle avait tenté une prise en charge conservatrice avec une kinésithérapie prolongée, des modifications d’activité et des médicaments contre la douleur prescrits par son médecin traitant. Nous avons discuté de ses options chirurgicales compte tenu de ses symptômes persistants. D’après ses examens d’imagerie, nous avons discuté qu’une fusion isolée de la cheville ne serait probablement pas une bonne option pour elle, compte tenu de son effondrement talaire et de son arthrite sous-talienne. Nous avons discuté que la meilleure solution chirurgicale est l’arthrodèse tibiotalocalcanéenne (TTC). Cependant, le défi dans son cas est la perte significative de hauteur articulaire due à son effondrement talaire, mais aussi le grand vide osseux qui restera après l’excision de l’os talaire malsain. Le greffage structurel peut être réalisé à l’aide d’une allogaffe de tête fémorale ; Cependant, des taux élevés de subsidence et d’échec des greffes sont rapportés dans la littérature. De plus, il est difficile de garantir que nous lui redonnons la taille car l’allogreffe peut être difficile à façonner correctement et ne pas s’ajuster parfaitement. Une autre option est une cage personnalisée imprimée en 3D. La cage métallique peut maintenir hauteur et anatomie sans risque de subsidence des greffons et est une construction mécaniquement solide. Après de longues discussions, elle a choisi de procéder à une arthrodèse TTC avec une cage personnalisée imprimée en 3D. Là encore, la cage est fabriquée à partir d’un alliage de titane, qui possède des propriétés biomécaniques similaires à celles de l’os. Ce choix est choisi pour imiter l’environnement biomécanique naturel de la croissance osseuse dans la cage. L’imagerie postopératoire prise à 3 mois est illustrée à la Figure 11. La hauteur de son articulation de la cheville est rétablie grâce à l’implant, et il y a une bonne intégration osseuse à l’interface implant-os.

Elle a été maintenue sans appui pendant 12 semaines. Elle a ensuite commencé à marcher en botte et est passée à un spectacle au bout de 4 mois. À 6 mois, la patiente marchait sans douleur et, au suivi d’un an, n’avait aucun déficit fonctionnel dû à sa cheville. Elle n’est plus limitée par la cheville et est bien plus active qu’avant l’opération.

Figure 1 : Radiographies préopératoires du patient 1. (A,B) Radiographies préopératoires de mortaise (A) et latérales (B) de la cheville gauche pour le patient 1. Les radiographies démontrent une nécrose talaire avasculaire significative avec sclérose et fragmentation du talus. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 2 : CT préopératoire du patient 1. (A-C) Imagerie axiale (A), sagittale (B) et coronale (C) de la cheville gauche pour le patient 1. L’imagerie par scanner montre une nécrose avasculaire talaire significative avec sclérose et fragmentation du talus. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine. 

Figure 3 : Radiographies postopératoires du patient 1. (A,B) radiographies postopératoires AP (A) et mortaise (B) de la cheville gauche pour le patient 1, prises à 6 semaines post-opératoire. Les radiographies réalisées à 6 semaines démontrent un alignement et un emplacement appropriés de l’implant du talus. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 4 : Radiographies préopératoires du Patient 2. (A,B) Radiographies préopératoires porteuses AP (A) et radiographies latérales (B) du pied droit du Patient 2. Les radiographies montrent une grande lésion osseuse expansile du premier métatarsien. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 5 : CT préopératoire du patient 2. (A-C) CT préopératoires axial (A), sagittal (B) et coronale (C) du pied droit du patient 2. Le scanner du patient montre la lésion. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 6 : Conceptions de l’implant avant l’impression 3D. Ce sont des exemples de la phase de conception de l’implant, où les ingénieurs créent des schémas de l’implant à partir de l’imagerie CT du patient. L’implant est fixé à la tête métatarsienne par des vis qui sont placées dans l’implant. L’implant est fixé au cunéiforme médial par une quille. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 7 : Images cliniques des trois tailles d’implants. Il existe trois tailles imprimées pour l’étui, chacune avec une variation de volume de 5 %. La raison est de tenir compte de toute variation et variation intraopératoires dans le scanner par rapport à l’anatomie réelle du patient. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 8 : Radiographies postopératoires du patient 2. (A,B) radiographies postopératoires porteuses AP (A) et radiographies latérales (B) du patient 2. Les radiographies réalisées trois mois après l’opération démontrent la présence du matériel au bon endroit avec un bon alignement et une bonne position osseuse entre l’implant et l’os natif. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 9 : CT postopératoire du patient 2. (A,B) L’imagerie sagittale (A) et axiale (B) postopératoire montre un matériel stable et une bonne apposition osseuse à l’interface de l’os et de l’implant, avec formation osseuse et intégration de l’implant à l’os d’origine. Ce scanner a été réalisé 6 mois après l’opération. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 10 : Radiographies préopératoires du Patient 3. (A,B) Radiographies préopératoires AP (A) et latérales (B) de la cheville droite du Patient 3. Le patient présente un effondrement talaire important ainsi qu’une arthrite de la cheville et de l’articulation sous-talaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 11 : Radiographies postopératoires du Patient 3. (A,B) Radiographies postopératoires AP (A) et latérales (B) de la cheville droite du Patient 3. Les radiographies obtenues lors du suivi de 6 mois du patient démontrent que le matériel est en place avec une bonne apposition osseuse aux sites de fusion. La hauteur de son articulation de cheville est restaurée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Discussion

Les implants personnalisés imprimés en 3D en chirurgie orthopédique ne sont pas courants ; cependant, leur utilité dans les cas difficiles est démontrée dans les cas ci-dessus. Pour ces patients, sans impression 3D, les solutions chirurgicales sont assez limitées, et même les meilleures options disponibles comportent des conséquences à risque et fonctionnelles élevées. Il y a de nombreuses étapes importantes à considérer dans le processus de conception d’implants sur mesure. La première et la plus importante est de savoir si l’étui est approprié pour des implants personnalisés. Cela implique une réflexion réfléchie sur toutes les alternatives ainsi que leurs avantages et inconvénients. Il est important d’impliquer le patient et sa famille dans ces discussions. Les implants 3D personnalisés sont plus récents et la littérature est limitée, et il est impératif d’informer les patients sur leur nature expérimentale.

La deuxième étape la plus cruciale du processus est la conception de l’implant. Le chirurgien doit prendre en compte plusieurs facteurs, notamment la taille de l’implant, l’approche chirurgicale, les instruments nécessaires à la pose de l’implant et les objectifs chirurgicaux. Cela implique de conseiller des chirurgiens ayant de l’expérience en impression 3D, mais aussi de travailler avec des ingénieurs lors d’appels de conception pour créer la conception de l’implant. Une fois la production de l’implant lancée, la marge de modification est limitée ; Ainsi, la phase de conception est cruciale.

Malgré le potentiel prometteur de l’impression 3D en chirurgie orthopédique, plusieurs défis subsistent. Une limitation importante est le coût élevé associé à cette technologie. Le coût des implants peut varier de 14 000 $ à 20 000 $ pour nos implants, selon la complexité du cas. Cependant, à mesure que la technologie d’impression 3D continue d’évoluer, on prévoit que les coûts de production diminueront avec^{le temps 1}. Une autre limitation clé est le manque de données à long terme sur les résultats. Une étude rétrospective multicentrique récemment publiée a évalué la sécurité des remplacements de talus imprimés en 3D pour le traitement de la nécrose^{avasculaire 4}. Dans leur étude, ils ont eu un total de 15 patients avec au moins un an de suivi et ont déterminé que les résultats précoces étaient prometteurs avec de bons résultats. Adams et al. ont démontré des résultats sûrs similaires avec des cages imprimées en 3D pour les grands défauts^{osseux 5}. Dans leur étude, ils ont comparé huit patients ayant subi une chirurgie avec une cage personnalisée à sept ayant subi une chirurgie avec un gros os allogreffé de cadavre. Kadakia et ^al.6 ont évalué les résultats de l’arthroplastie totale du talus chez 22 patients sur une période de 2 ans. Ils ont noté des améliorations fonctionnelles significatives avec un suivi à court terme. Fait intéressant, quelques études évaluent les résultats à long terme après une arthroplastie totale du talus dans des centres au Japon. Dans ces deux études, ils ont suivi post-opératoire de plus de 10 ans et ont constaté que les patients avaient de bons résultats rapportés après un remplacement total du talus ou un remplacement du corps^{talaire 7,8}. Il est important de noter que ces implants n’étaient ni personnalisés ni imprimés en 3D et étaient en céramique ; Ainsi, ces données ne correspondent pas aux remplacements totaux actuels de talus en métal et sur mesure. Quoi qu’il en soit, il est intéressant de noter que cette procédure et ce concept existent depuis un certain temps, mais qu’ils deviennent de plus en plus populaires pour la prise en charge de la pathologie talaire sévère. Bien que ce manuscrit ait porté sur les cas des membres inférieurs, les applications de l’impression 3D en orthopédie se sont étendues à de nombreuses^{sous-spécialités.} Les fractures du radius distal malunies peuvent avoir de graves conséquences fonctionnelles pour les patients, et les ostéotomies correctives nécessaires pour corriger cette déformation sont très complexes en raison des nombreux plans de correction à prendre en compte. Il en va de même pour les fractures de l’avant-bras qui cicatrisent mal, car il y a des forces de rotation à prendre en compte. Plusieurs études récemment publiées ont montré que des guides de découpe et des instruments imprimés en 3D sur mesure peuvent aider dans ces cas difficiles de correction de déformation des membres^{supérieurs 9,10}.

Il est important de noter que malgré les résultats prometteurs des implants et instruments imprimés en 3D sur mesure, les études les plus récentes publiées montrent des échantillons très petits avec un suivi à court^{terme 6,7,8}. Peu d’études ont démontré les résultats à long terme des implants imprimés en 3D, et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer leur durabilité et leur efficacité à long terme. Cela s’explique en partie par le fait que cette technologie est relativement récente et que la pathologie indiquée pour l’impression 3D n’est pas courante. De plus, en raison de la nature très personnalisable de ces implants, généraliser les résultats entre différents cas est très difficile.

Quoi qu’il en soit, les avantages potentiels de l’impression 3D sont évidents grâce aux exemples ci-dessus et à la documentation disponible. L’un des avantages les plus convaincants est la capacité de reproduire l’anatomie humaine de manière unique, auparavant impossible. La personnalisation permet d’adapter précisément les implants à chaque patient, permettant une correspondance directe au besoin chirurgical. Avec les avancées continues des technologies d’imagerie CT et d’impression 3D, les implants deviennent de plus en plus précis, durables et^{rentables 1,2}.

Dans l’ensemble, l’impression 3D reste une technologie en plein développement, offrant un éventail croissant de possibilités en chirurgie orthopédique. À mesure que la technologie mûrit, les applications futures pourraient inclure le développement de structures plus complexes et interconnectées. À mesure que nous gagnons en maîtrise des implants mono-os et articulaires, l’étape logique suivante consiste à explorer la création d’implants plus complexes et multi-composants. Bien que les implants actuels utilisent principalement des alliages métalliques biocompatibles, une autre étape majeure dans l’impression 3D inclut de futures innovations en reconstruction des tissus mous, telles que la bioimpression pour créer le cartilage¹¹. L’impression 3D est un domaine technologique passionnant en constante évolution, et son application en chirurgie orthopédique continuera de croître et de s’adapter à mesure que cette technologie évolue.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Implant de cage en titane métatarsien	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implant personnalisé ; Alliage de titane (Ti-6Al-4V)
Implant sphérique en cage en titane	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implant personnalisé ; Alliage de titane (Ti-6Al-4V)
Remplacement total du talus	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implant personnalisé ; Alliage de titane (Ti-6Al-4V)