Thomas More automatise la personnalisation de prothèses grâce à une IA novatrice et les scanners Artec 3D

Un patient dont la jambe est scannée en 3D par un chercheur de Thomas More avec Artec Leo

Qu’elles soient nées avec une malformation, ou qu’elles aient été victimes de maladies ou d’accidents qui ont changé leur vie, les personnes privées d’un membre sont confrontées à des obstacles au quotidien que la plupart des gens n’ont pas à gérer. Ces obstacles ne se manifestent pas seulement lors de la réalisation de tâches courantes telles que le port de charges, mais ils peuvent aussi prendre une forme mentale, chez les patients qui souffrent d’anxiété sociale ou de douleurs au niveau du membre fantôme.

À l’heure actuelle, lorsque ces personnes amputées optent pour des prothèses, elles sont généralement équipées d’une emboîture via un moulage en plâtre traditionnel. Ce processus, qui consiste à mesurer manuellement les membres partiels, peut être très long et devenir rapidement inconfortable pour les patients. Dans de nombreux cas, les moulages obtenus ne sont pas non plus conservés, ce qui signifie que des mesures qui pourraient encore être utiles par la suite sont perdues, et que les cliniques jettent souvent des éléments en plâtre très coûteux.

Heureusement, des chercheurs comme ceux du laboratoire Thomas More Mobilab & Care poursuivent leurs investigations afin de rendre la personnalisation des prothèses moins invasive et plus facile pour les cliniciens. Grâce aux scanners d’Artec 3D, il semble qu’ils soient en passe de franchir une étape décisive.

Numériser la conception des prothèses

Installée dans la ville belge de Geel, l’équipe du laboratoire Mobilab & Care se consacre à l’amélioration de la qualité de vie des personnes ayant besoin de soins ou d’assistance. Au cours des 16 dernières années, elle a étudié la façon dont les médecins orthopédistes et les patients interagissent et ont cherché de nouvelles approches pour créer des appareils mieux adaptés.

L'un des nombreux moyens utilisés par les chercheurs est l'utilisation de technologies de pointe telles que le scan 3D et l’impression 3D. Selon l’équipe, la numérisation du processus d’adaptation aux patients des prothèses, des emboîtures et des membres permet de les concevoir avec une plus grande liberté créative et de les fabriquer beaucoup plus rapidement.

Même s’il s’agit en théorie d’un groupe de recherche appartenant à l’Université des sciences appliquées Thomas More, l’équipe du projet Mobilab & Care a pu conclure de nombreux partenariats avec des entreprises orthopédiques, des hôpitaux et des institutions universitaires afin de vérifier le bien-fondé de ses idées. Jusqu’à présent, ces projets se sont déroulés dans un cadre clinique et universitaire, et les chercheurs ont travaillé avec des cliniciens et des patients pour mettre au point des prothèses et des orthèses sur mesure pour les mains, les poignets et d’autres membres atteints.

Les chercheurs du laboratoire Thomas More Mobilab & Care utilisent leur Artec Leo dans le cadre d’un autre projet

Dès le début de ces initiatives, Tom Saey, chercheur et développeur commercial chez Mobilab & Care, explique que l’équipe avait identifié un décalage sur le marché entre les scanners 3D les plus souvent utilisés par les cliniciens et leurs besoins réels.

« Nous avons remarqué que l’industrie de l’orthèse utilisait des scanners 3D depuis un certain temps, non pas pour imprimer des orthèses en 3D, mais pour fabriquer des modèles positifs, indique-t-il. À l’époque, la plupart des scanners employés étaient vendus par les fournisseurs des systèmes de fraisage et des logiciels qui les accompagnaient. Nous avons également étudié ces scanners, mais nous nous sommes rapidement heurtés à des limites. »

Sur la base de leurs conclusions, M. Saey et ses collègues ont commencé à chercher une alternative plus adaptée. Dans un premier temps, son équipe a réussi à scanner des membres avec l’Artec Eva, mais M. Saey affirme qu’il était clair, du jour où l’Ambassadeur d’Artec 4C Creative CAD CAM Consultants lui a présenté l’Artec Leo sans fil et piloté par l’IA, que son écran intégré permettrait de franchir un nouveau cap.

« Lorsque nous utilisions des scanners filaires avec les étudiants, nous avions remarqué qu’il était difficile de regarder un écran d’ordinateur pendant la numérisation, raconte M. Saey. Pour beaucoup, c’est un gros inconvénient. De plus, si vous scannez des patients et que vous devez vous déplacer autour d’eux, c’est toujours plus simple lorsqu’il n’y a pas de câbles. Ce sont les deux principales raisons pour lesquelles nous avons opté pour Leo. »

Les chercheurs affirment que l’écran intégré d’Artec Leo est l’une des principales raisons pour lesquelles ils l’ont choisi.

Edwin Rappard, directeur de 4C Creative CAD CAM Consultants, estime également que la nature sans contact du scanner 3D le rend idéal pour remplacer les moulages fastidieux par des mesures numériques.

« L'énorme avantage du scanner pour prendre des mesures précises, est qu’il n'est pas du tout nécessaire de toucher le patient. C’est donc beaucoup plus pratique, explique-t-il. Avec Artec Eva et Leo, il est possible de conserver et de stocker électroniquement des mesures précieuses, qui ne seront pas perdues lorsque le plâtre sera jeté à la poubelle. Ce sont des avantages énormes par rapport à la prise de mesures avec du plâtre. »

Automatisation de la numérisation grâce à l’IA

Après avoir adopté Artec Leo, l’équipe de Mobilab & Care l’a rapidement mis à profit dans le cadre d’un projet de recherche avec l’entreprise belge Orthobroker, qui vise à développer un modèle prédictif pour la conception de prothèses des membres inférieurs. Selon M. Saey, ces équipements doivent actuellement être « conçus intégralement » à chaque fois, ce qui nécessite « de nombreuses manipulations sur les logiciels de CAO » et des corrections manuelles.

Or, comme la grande majorité de ces modifications sont similaires pour de nombreux patients, l’algorithme de l’IA des chercheurs serait capable de les prédire et de les effectuer automatiquement.

Comment le logiciel a-t-il appris à faire cela ? C'est là que les scanners d’Artec 3D sont entrés en jeu.

Avec les appareils Eva et Leo, l’équipe a pu capturer avec précision le corps d’un grand groupe de personnes amputées avant d’exporter les maillages 3D résultants vers Rhino 3D, un logiciel de CAO connu pour ses outils de modélisation de formes libres. Une fois importées, les principales caractéristiques des modèles ont été extraites et utilisées pour former leur modèle prédictif de personnalisation des prothèses.

Bien que toujours en cours de R&D par Orthobroker, il est prévu qu’une fois terminé, l’algorithme sera intégré dans une plateforme destinée à accélérer la conception d’emboîtures de prothèses.

À l’avenir, l’équipe pense que la vitesse, la précision et l’accessibilité favoriseront le recours au scan 3D.

« Ce que les cliniciens font normalement, c’est apporter des corrections à un moule avant de l’utiliser pour fabriquer la prothèse finale. Mais 95 % des corrections qu’ils effectuent sont similaires chez de nombreux patients, explique M. Saey. Nous voulons prédire ces corrections en nous basant sur le scanner du moignon du patient et sur d’autres paramètres. Ainsi, nous éliminons la nécessité habituelle de passer des heures devant un ordinateur, et les prothésistes peuvent toujours apporter eux-mêmes de petites modifications spécifiques à chaque patient. »

L'avenir médical du scan 3D

Tandis qu’Orthobroker continue d’affiner ce modèle prédictif piloté par l’IA, l’équipe de Mobilab & Care a repris sa quête pour trouver d’autres moyens d’améliorer la vie des personnes amputées, partout dans le monde. Concernant le scan 3D, M. Saey affirme que la technologie a un rôle important à jouer dans ce domaine, mais il ajoute que les appareils doivent être rapides, précis et faciles à prendre en main pour être adoptés par le plus grand nombre.

D’après son expérience, M. Saey a constaté que les scanners Artec 3D remplissaient toutes les conditions requises dans chacun de ces domaines. Lorsqu'il traite les scans sur Artec Studio, il dit apprécier particulièrement la possibilité d’aller en profondeur « dans les cadres et de faire ce qu'il veut », ou d’automatiser cette étape grâce au pilote automatique du programme, une fonction idéale pour les médecins qui doivent scanner un grand nombre de patients.

Pour l’avenir, M. Saey estime qu’Artec Leo possède également de solides références en tant qu’outil de personnalisation des prothèses, car il est capable de mesurer le corps des patients avec un niveau de rapidité et de précision inégalé par les appareils actuellement utilisés par les cliniciens.

« Ce que nous voyons dans le secteur, c’est que beaucoup d’entreprises se tournent vers des solutions moins chères, mais elles doivent en connaître les inconvénients, car on ne peut pas s’attendre à des scans de la même qualité, conclut M. Saey. Si vous recherchez la précision, il est important d’utiliser un bon scanner, car si vous envisagez d’imprimer des appareils en 3D et que vous partez d’un scan de mauvaise qualité, le résultat sera lui aussi médiocre. Je pense donc qu’il est important de commencer par peser le pour et le contre.

Dans le domaine médical, il existe certainement d’autres applications pour lesquelles nous pouvons l’utiliser. Je pense que presque toutes les orthèses pourraient être personnalisées grâce au scan 3D. »