Née aux États-Unis dans les années 60, la Conception Assistée par Ordinateur (CAO) est un ensemble d’outils et de techniques informatiques utilisé dans de nombreux domaines d’activité, à l’instar de l’orthopédie. Elle repose sur la modélisation d’un produit en 3D à l’aide d’un ordinateur, ce qui permet de limiter les erreurs de conception et le recours à de multiples prototypes.

Les industriels y ont notamment recours dans la conception de biens manufacturés. En orthopédie, la CAO représente néanmoins un véritable défi, puisqu’à la différence d’un produit de série, un appareillage orthopédique est conçu sur mesure, de façon à être parfaitement adapté à la morphologie du patient et à son besoin d’autonomie.

Qu’est-ce que la CAO en orthopédie ?

En orthopédie, la CAO consiste à piloter, grâce à un logiciel, la conception d’un appareillage orthopédique, étape préalable à sa réalisation, que ce soit à l’aide d’un robot, d’une fraiseuse ou d’une imprimante 3D.

Les données numériques nécessaires à la modélisation de l’appareillage peuvent provenir des mesures saisies par l’orthoprothésiste lui-même dans le logiciel ou d’un scanner 3D de l’anatomie du patient.

Au même titre que la simulation 3D, les objets connectés représentent également une piste intéressante. D’ici 5 à 10 ans, ils pourraient aider et guider le patient dans son traitement, avec, par exemple, des prothèses capables d’indiquer au patient lorsqu’il a trop marché ou risque de se blesser.

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Quelles étaient les méthodes utilisées avant le recours à la CAO ?

Traditionnellement, l’orthopédie relève d’une pratique artisanale, un appareillage était en effet fabriqué à partir d’une empreinte en plâtre. Dans un premier temps, l’orthoprothésiste devait recouvrir le membre résiduel du patient à l’aide de bandes plâtrées trempées. Une fois le plâtre séché, il obtenait un moulage, ce qui lui permettait ensuite de créer une réplique en plâtre du membre à appareiller. Il pouvait alors utiliser cette reproduction pour y appliquer les corrections nécessaires à la réalisation de l’appareillage.

La CAO, un progrès pour l’orthopédie

Aujourd’hui, plutôt que d’utiliser des bandes plâtrées contraignantes pour l’orthoprothésiste et le patient, et de créer des répliques en plâtre souvent lourdes, les professionnels de l’orthopédie ont recours à des outils numériques de type scanner 3D. Ces derniers marquent un réel progrès en permettant de numériser rapidement l’anatomie du patient, grâce à une lumière non-invasive et indolore.
Il est ainsi possible de scanner la partie du corps souhaitée en quelques secondes et avec un degré de précision largement supérieur à celui de l’empreinte en plâtre.
De la même façon, les corrections autrefois effectuées sur la réplique en plâtre au moyen d’une râpe et d’une truelle pour ajouter ou retirer de la matière, sont désormais appliquées virtuellement et rapidement dans le logiciel 3D. Pour ce faire, l’orthoprothésiste peut simplement utiliser sa souris d’ordinateur ou un bras à retour de force, véritable stylet à sculpter des objets virtuels.

Le type de logiciel utilisé pour la retouche CAO est fonction de l’appareillage concerné.
Par exemple, le logiciel Freeform est particulièrement adapté pour la conception d’un appareillage de positionnement. Il comporte un bras à retour de force et un stylet qui permettent la réalisation de translations et de rotations sur plusieurs axes. Lors de l’utilisation du logiciel, l’opérateur peut ressentir la matière grâce à l’activation de moteurs qui déclenchent à leur tour un retour de force. Il a ainsi la sensation de sculpter l’appareillage en trois dimensions, et perçoit les formes, aspérités, ondulations, ainsi que la topologie de l’appareillage.
Pour déterminer la forme de l’appareillage, l’opérateur se base sur une fiche de fabrication individuelle qui lui est transmise par l’orthoprothésiste en charge du patient. Cette fiche décrit l’ensemble du processus de fabrication, depuis le design jusqu’à l’expédition, en passant par le garnissage, l’usinage ou l’impression 3D. Elle rassemble également toutes les informations nécessaires à la réalisation de l’appareillage. Citons par exemple les dimensions à respecter, les matières à utiliser, les adjonctions à prévoir (accoudoirs, repose-jambes, etc.). La posture et la pathologie du patient y sont également précisées, de façon à connaître l’objectif à atteindre et à aiguiller le designer dans son travail.

L’étape suivant le design est l’usinage, réalisé avec une fraiseuse, un robot d’usinage ou par impression 3D.
L’opérateur qui modélise l’appareillage doit s’assurer en amont de la conformité de l’appareillage aux contraintes de production par usinage ou impression 3D, mais également aux contraintes propres au patient.
Il doit aussi anticiper les manipulations de thermoformage et les montages, afin de permettre aux techniciens d’assembler facilement les différents éléments de l’appareillage.

La durée de modélisation et correction dépend généralement de l’appareillage : environ 1 heure pour un casque de plagiocéphalie, 1h30 pour une attelle de main, et jusqu’à 5 heures pour un appareillage de positionnement assis, en fonction de la complexité de l’appareillage.
Parce que chaque patient est unique, certaines contraintes spécifiques sont à prendre en compte. Par exemple, l’adaptation d’un appareillage à un fauteuil roulant nécessite davantage de temps, notamment pour trouver la position idéale pour le patient. En effet, la mousse doit être suffisante pour lui garantir un confort optimal et pas trop épaisse pour l’usinage.
Au-delà du gain de temps qu’elle offre, la CAO offre des avancées permanentes dans l’amélioration des processus de production. À ce titre, il est possible de réaliser des formes réutilisables afin d’éviter de ré-usiner les blocs de mousse et d’économiser ainsi de la matière et du temps.

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CAO : les opportunités pour l’avenir

La simulation 3D

La simulation est l’une des grandes avancées possibles offertes par la CAO. Il est possible d’imaginer, dans un futur proche, des simulations 3D avec certaines parties du corps entièrement reconstituées et qui se comporteraient comme elles le feraient dans la réalité. Ces simulations pourraient apporter une réduction des marges d’erreur, et ainsi permettre des interventions mieux ciblées et plus efficaces.

Les objets connectés

Au même titre que la simulation 3D, les objets connectés représentent également une piste intéressante. D’ici 5 à 10 ans, ils pourraient aider et guider le patient dans son traitement, avec, par exemple, des prothèses capables d’indiquer au patient lorsqu’il a trop marché ou risque de se blesser.

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