Abstract

Introduction

La scoliose idiopathique est le type de scoliose le plus courant, l’incidence allant jusqu’à 5% chez les individus de 11 à 17ans [1,2]. Si l’efficacité des corsets n’est plus à démontrer [3], l’émergence des technologies de fabrication additive permet d’envisager d’utiliser ces nouveaux procédés de fabrication pour la réalisation de corsets.

Modifier la méthode de fabrication ouvre la voie à une évolution des procédés de conception des corsets. Se pose alors la question des performances mécaniques : s’il existe des méthodes de tests mécaniques de composants prothétiques définies par des standards internationaux (normes ISO), ce n’est pas le cas des corsets de scoliose réalisés sur mesure. Afin de valider ce nouveau procédé de fabrication d’appareillage au sein du réseau PROTEOR, nous avons mené des travaux comparatifs d’évaluation des corsets. Un premier objectif était de comparer les performances mécaniques de corsets de scoliose réalisés par un processus standard à celles des corsets obtenus par Fused Deposition Modeling (FDM) [4, 5]. Le deuxième objectif était de mesurer l’impact de ces nouveaux procédés sur la pratique clinique et la satisfaction du patient appareillé.

Mots Clés

Corset de scoliose, impression 3D, FDM, norme ISO, pratique clinique

Corps du résumé / Matériels et méthodes

Dispositifs : conception et fabrication

Les corsets testés sont de type CTM. Ils sont conçus par CAO (Orten, PROTEOR) ; un fichier STL est exporté à destination du fraisage ou de l’impression.

• Corset thermoformé : Fraisage d’une mousse en polyuréthane puis thermoformage par drapage d’un polyéthylène de 4mm d’épaisseur
• Corset imprimé : FDM avec un filament en polypropylène.

Moyen et procédure de test mécanique

Trois essais sont réalisés (Figure 1) :

1. Résistance mécanique des moyens de serrage : test d’arrachement des passants. Machine de traction-compression INSTRON 8872 (Figure 1a), pilotée en déplacement à 0,5mm par seconde.
2. Intégrité du moyen de serrage : 1095 cycles d’ouverture-fermeture (10 cycles/minute), correspondants à 1 an d’utilisation avec 3 cycles d’ouverture-fermeture par jour, ont été réalisés sur un banc pneumatique (Figure 1b). L’amplitude d'ouverture est définie pour la course du vérin égale à la profondeur du tronc, soit 160mm.
3. Résistance mécanique du corset lui-même en cas de choc : un test d’impact de 12 Joules est réalisé avec un tube de chute et une sphère de 2 kg (figure 1c). Il est répété 3 fois.

Figure 1 : Montages expérimentaux pour a) l’arrachement des sangles ; b) le test cyclique d’ouverture-fermeture et c) le test de choc.

Pratique clinique :

En accord avec le médecin, quelques orthoprothésistes ont proposé à leurs patients éligibles de tester un corset thermoformé et un corset imprimé (Figure 2). Les deux corsets ont été livrés. Après contrôle par le médecin, le patient a pu choisir d’utiliser l’un ou l’autre.

Figure 2 : les deux corsets pour un même patient : à gauche, le corset imprimé, à droite le corset thermoformé.

Résultats

Les corsets imprimés présentent des performances mécaniques au moins équivalentes aux corsets thermoformés standards (Tableau 1). En pratique, une majorité de patients ont choisi de conserver le corset imprimé 3D.

Tableau 1 : Performances mécaniques des corsets thermoformé et imprimé

	Test arrachement (valeur de rupture en Newton)	Test cyclique (nombre de cycle réalisés sans casse)	Test choc (12 Joules)
Corset thermoformé	425	1095 (pas de casse)	Pas de casse
Corset imprimé	750	1095 (pas de casse)	Pas de casse

Conclusion

Les corsets réalisés par fabrication additive par FDM présentent une bonne résistance mécanique et se comparent très bien à ceux réalisés par un thermoformage standard aussi bien en test cyclique qu’au test de choc. La possibilité d’optimiser le design permet d’obtenir de meilleurs résultats au test d’arrachement des passants de sangle. Les cliniciens et les patients sont satisfaits des corsets imprimés. Ce nouveau type de fabrication est donc une alternative à l’offre actuelle de solutions de traitement de la scoliose et devrait se démocratiser.

Bibliographie / Références

[1] Negrini S, Aulisa L, et al. 2016 SOSORT guidelines: orthopaedic and rehabilitation treatment of idiopathic scoliosis during growth. Scoliosis and Spinal Disorders 2018;13.3 DOI: 10.1186/s13013-017-0145-8

[2] Konieczny MR, Senyurt H, Krauspe R. Epidemiology of adolescent idiopathic scoliosis. J Child Orthop 2013;7:3e9. DOI: 10.1007/s11832-012-0457-4

[3] Weinstein SL, Dolan LA, Wright JG, et al. Design of the Bracing in Adolescent Idiopathic Scoliosis Trial (BrAIST). Spine (Phila Pa 1976). 2013; 38(21):1832–4 DOI: 10.1097/01.brs.0000435048.23726.3e

[4] Choo YJ, Boudier-Revéret M, Chang MC. 3D printing technology applied to orthosis manufacturing: narrative review. Ann Palliat Med. 2020 Nov;9(6):4262-4270. doi: 10.21037/apm-20-1185. Epub 2020 Sep 24. PMID: 33040564.

[5] Ronca A, Abbate V, Redaelli DF, Storm FA, Cesaro G, De Capitani C, Sorrentino A, Colombo G, Fraschini P, Ambrosio L. A Comparative Study for Material Selection in 3D Printing of Scoliosis Back Brace. Materials (Basel). 2022 Aug 19;15(16):5724. doi: 10.3390/ma15165724. PMID: 36013868; PMCID: PMC9413111.