Une prothèse révolutionnaire pour enfant conçue grâce à l’impression 3D

Ben Ryan, un père autodidacte, a conçu pour son fils amputé âgé de deux ans une prothèse hydraulique personnalisée imprimée en 3D, sans devoir attendre une solution extérieure. La conception et la fabrication de prothèses hydrauliques imprimées en 3D permettent de réduire les coûts et les délais de 76 % et 90 % respectivement, par rapport aux méthodes traditionnelles.

Stratasys, le fournisseur de solutions d’impression 3D et spécialiste dans la fabrication additive, a annoncé que sa technologie d’impression 3D PolyJet multi-matériaux et multi-couleurs avait permis à Ben Ryan, fondateur de la société Ambionics, de créer une prothèse hydraulique imprimée en 3D totalement fonctionnelle pour Sol, son fils de deux ans. Les recherches effectuées par Ben Ryan sur le développement des enfants portant une prothèse l’ont conduit à concevoir un modèle unique mieux accepté par les plus jeunes. Cette innovation sans précédent dans le secteur médical a permis de concevoir et de produire une prothèse hydraulique imprimée en 3D en réduisant les coûts et les délais de production de 76 et 90 % respectivement, par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles ; une avancée technologique essentielle qui permet d’utiliser des prothèses à un stade plus précoce du développement.

Lorsque Sol, le fils de Ben, est né en mars 2015, des complications ont entraîné l’amputation de son avant-bras gauche. Ayant conservé quelques centimètres de son avantbras, Sol aurait dû attendre trois ans pour obtenir une prothèse myoélectrique de la NHS, le service national de santé du Royaume-Uni, ou alors une année pour une prothèse esthétique non fonctionnelle. Constatant chez son fils une perte de réactivité et d’acceptation de son bras gauche, Ben a décidé d’agir.

Après des recherches approfondies sur le développement des bébés, il a constaté que les niveaux élevés de rejet survenaient lorsque la prothèse était installée après l’âge de deux ans, selon une étude (J Prosthet Orthot. 2005;17:119–124). En revanche, une installation précoce de dispositifs fonctionnels favorise l’acceptation d’une prothèse tout au long de l’enfance. D’après une autre étude (Toda M, Chin T, Shibata Y, Mizobe F (2015) Use of Powered Prosthesis for Children with Upper Limb Deficiency at Hyogo Rehabilitation Center), les enfants équipés avant l’âge de deux ans présentaient un taux d’acceptation de leur prothèse motorisée plus élevé que chez ceux qui l’étaient après l’âge de deux ans. La compréhension de ces éléments a amené Ben à d’abord concevoir un bras en mousse pour son fils, puis une prothèse hydraulique qui permet à Sol de bouger son pouce.

Imprimer en 3D un prototype de bras très rapidement et à moindre coût

Ben Ryan a conçu et créé sa prothèse de bras hydraulique imprimée en 3D sur l’imprimante 3D Connex de Stratasys. Il a commencé par travailler avec des prototypes, afin d’imprimer en 3D des actionneurs flexibles et avec une unité de répartition de la puissance (un soufflet hélicoïdal à double effet ou SHDE) pour la prothèse. Selon lui, l’unité SHDE permet au porteur d’ouvrir et de fermer le pouce en mode manuel ou assisté (avec de l’air comprimé ou une pompe hydraulique et un réservoir), mais la préhension manuelle reste cependant possible en cas de panne du dispositif d’assistance. « Le succès de mon mécanisme SHDE breveté tire parti des capacités avancées de l’imprimante Connex de Stratasys : la possibilité de combiner des matériaux rigides et flexibles en une seule impression a été cruciale pour le succès du projet, révèle Ben Ryan. Nous avons eu la chance de disposer de cette technologie pour imprimer en 3D un prototype de bras très rapidement et à moindre coût. En fondant Ambionics, mon but est d’épargner à d’autres enfants souffrant de problèmes similaires les délais et contraintes liés à la fabrication des prothèses traditionnelles ».

Pour concevoir la prothèse, Ben a utilisé le logiciel Autodesk Fusion 360. « Il s’agit d’un projet totalement innovateur et très ambitieux, et la collaboration avec Ben a été passionnante, déclare Paul Sohi, un spécialiste de la conception de produits chez Autodesk. C’est incroyable de voir comment, sans aucune expérience dans la conception de produits, Ben a été capable d’acquérir les connaissances suffisantes pour créer un dispositif qui aidera non seulement son fils Sol, mais aussi, à travers Ambionics, d’autres enfants qui se trouvent dans une situation similaire ». La prothèse hydraulique imprimée en 3D est non seulement plus légère que les solutions myoélectriques traditionnelles, mais en plus elle est alimentée par le corps et permet aux jeunes enfants de s’habituer à leur « bras » à un stade plus précoce. La capacité de fonctionner sans recourir à des dispositifs électroniques ou à des batteries est une réussite propre à la conception d’Ambionics et réduit les risques de lésion.

De la numérisation du bras à la prothèse portable en cinq jours seulement

Alors qu’il faut 11 jours à la NHS pour convertir le moulage en plâtre du bras en prothèse portable, Ben Ryan n’en a mis que cinq pour fabriquer la sienne. Grâce à la possibilité de conserver un fichier de la numérisation, la copie électronique facilite la production des prothèses au moyen de l’impression 3D. « La quasi-totalité de la prothèse est imprimée en 3D, ajoute Ben Ryan. Les matériaux d’impression 3D solubles et de type caoutchouc de Stratasys ont rendu possibles la production et l’utilisation des unités SHDE. Les cavités internes sont complexes et il aurait été impossible de retirer le matériau de support par des moyens mécaniques. Les matériaux doivent être robustes, mais aussi assez flexibles pour transmettre la pression permettant d’opérer la préhension ».

En brevetant sa technologie SHDE intégrée à la prothèse, Ambionics souhaite proposer ce service aux prestataires de soins de santé dans le monde entier. La société poursuit ses recherches et ses essais sur le développement des bébés équipés de prothèses. Elle a lancé une campagne de crowdfunding le 1er mars dernier dans le but de réaliser des tests d’utilisation de l’équipement médical, indispensables avant d’obtenir l’autorisation de commercialisation du produit. « Cette histoire illustre la capacité de l’impression 3D à améliorer la qualité de vie en surmontant les barrières traditionnelles de la fabrication en faible volume, affirme Scott Rader, directeur général des solutions pour le secteur de la santé chez Stratasys. Nous continuons à soutenir les innovateurs comme Ben et à les aider à démocratiser la personnalisation des prothèses ».

N° 88 Avril 2017