L’impression 3D en milieu hospitalier, quelles applications ?

Introduction

L’impression 3D, encore appelée fabrication additive (FA), autrefois onéreuse, à faible rendement et complexe à mettre en place, a longtemps été destinée à un usage industriel et R&D ou récréatif. Ce n’est que depuis une dizaine d’années que l’usage de cette technologie s’est démocratisé, notamment grâce à l’abaissement du coût des imprimantes, la maturité technologique ainsi que la multiplication des champs d’action (impression métallique, céramique, bio-impression, etc.)
C’est donc tout naturellement que le monde de la santé s’est emparé de cette technologie. La capacité des machines à produire des pièces à géométrie complexe en utilisant des matériaux biomimétiques permet la conception par exemple de dispositifs médicaux patients spécifiques ainsi que des modèles anatomiques ultraréalistes, mais encore des pièces détachées non-critiques à haute contraintes mécaniques. Global Growth Insights [1] évalue une potentielle augmentation de 20 % de part de marché de l’impression 3D en santé, passant de 4,11 milliards de dollars en 2024 à 21,17 milliards de dollars en 2034.
De nos jours, de nombreux centres hospitaliers universitaires et structures de soins investissent dans l’intégration de cette technologie par la création de plateformes d’impression 3D, où les compétences en conception assistée par ordinateur (CAO) et la fabrication additive (FA) sont entièrement internalisées. Cet article présente un état des lieux des différentes applications que l’on peut retrouver en milieu hospitalier.

Le modèle anatomique patient spécifique

Le modèle anatomique patient spécifique est le fruit de la segmentation de jeux de données d’imagerie médicale issue du patient (le plus souvent un scanner injecté ou une IRM). Il est exploité sous forme DICOM dans un logiciel dédié à la segmentation et à la transposition en fichier pour imprimante 3D (.STL, .OBJ). Cette phase de segmentation va consister au contouring de volumes cibles (par exemple : OS, tumeur, vaisseaux) permettant une représentation géométrique précise de la morphologie anatomique, incluant anomalies, variations anatomiques et géométries pathologiques.

Exemple d’une segmentation d’imagerie médicale patient spécifique : Os maxillaire, dentition supérieure, tumeur.Image 3D Slicer | https://www.slicer.org/

Une fois les imageries segmentées, les fichiers sont exportés et imprimés selon des procédés de fabrication additive adaptés :

Imprimante 3D FDM, Bambulab H2D (Shenzhen) © Samuel Guigo

Le choix des matériaux (résines photopolymères, élastomères, polyamides, composites) dépend de l’application visée, notamment la simulation de propriétés mécaniques ou la visualisation interne. Chaque localisation anatomique nécessitera une réflexion approfondie selon le cahier des charges : une résine souple et transparente pour une application vasculaire ou un filament rigide de couleur neutre pour une localisation anatomique ostéoarticulaire.

Modèle anatomique de mandibule, imprimé par technologie FDM : conformation d’une plaque sur mesure. Pr Leclere, Dr Prevot - Service de chirurgie ORL CHU Brest.© Samuel Guigo

L’enseignement et la simulation d’actes procéduraux

Le modèle anatomique imprimé peut également être utilisé lors de sessions de formation à des gestes et procédures complexes ainsi que pour la fabrication de dispositifs spécifiques à l’entraînement. Il est alors possible de concevoir, assembler et imprimer en 3D des simulateurs à moindre coût [4] permettant de reproduire des gestes techniques comme la ponction échoguidée ou la ponction lombaire.

Simulateur de ponction lombaire ; impression 3D FDM et gélatine alimentaire. Pr Ianotto, Dr Tempescul, Service d’hématologie CHU Brest.© Samuel Guigo

La recherche préclinique

Le modèle anatomique trouve aussi son utilité dans le domaine de la recherche préclinique et de l’expérimentation in vitro, notamment dans la confection de fantômes pouvant permettre d’évaluer la pertinence d’une nouvelle approche thérapeutique ou diagnostique. Cette méthode alternative tend à réduire les coûts et à limiter le recours aux expérimentations sur des cadavres ou des animaux, contribuant à une approche plus éthique de la recherche.

Fantôme d’embolie pulmonaire et approche multimodalité de détectabilité en imagerie médicale Pr Le Roux, David Bourhis, M. Pavoine, P. Tripet. Service de médecine nucléaire CHU Brest.© Samuel Guigo

L’éducation thérapeutique (ETP)

Les modèles anatomiques imprimés en 3D se placent aussi comme un outil didactique innovant pour l’éducation thérapeutique du patient [5]. En effet, il est possible de reproduire fidèlement par impression 3D des propriétés physiques permettant au patient de s’identifier vis-à-vis de sa pathologie. Ces modèles, rigides ou flexibles selon les matériaux utilisés, représentent une réalité morphologique difficile à atteindre par des représentations 2D traditionnelles, des dessins ou capsules vidéo. Ils reproduisent la géométrie complexe, incluant variations anatomiques, lésions ou déformations, textures et couleurs, ce qui facilite la compréhension de la maladie.

Modèle d’éducation thérapeutique de fibrose pulmonaire (poumon sain souple, poumons pathologique rigide). Pr Tromeur, Pr Gut-Gober - Service de pneumologie CHU Brest.
© Samuel Guigo

La rétro-ingénierie et la conception d’outils sur mesure

De plus en plus de services biomédicaux de structures de santé se dotent d’imprimantes 3D afin de reproduire des pièces détachées non critiques, en arrêt de commercialisation, permettant de lutter efficacement contre l’obsolescence programmée et la mise au rebut anticipée de certains équipements à l’hôpital. À partir d’un exemplaire endommagé, il est possible de scanner, voire de dessiner une pièce à l’aide de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) et ainsi de la reproduire en impression 3D en utilisant des matériaux de grade industriel (ABS, nylon, carbone). Il est aussi possible de proposer au personnel de l’hôpital de concevoir à partir d’une idée, d’un plan ou de photos, des outils ou pièces sur mesure pouvant servir à l’amélioration de la qualité de vie au travail. C’est dans ce contexte que le principe de coconception entre en jeu et permet au personnel de l’hôpital (médical, paramédical ou non) de s’impliquer pleinement de la réalisation, du suivi du projet jusqu’à sa mise en place.

Aménagement sur mesure d’un chariot de transport, magasin général CHU Brest.© Samuel Guigo

Le handicap : l’aide technique personnalisé

L’impression 3D se place également comme une alternative à la méthode traditionnelle pour la conception et la production d’aides techniques personnalisées destinées aux personnes en situation de handicap [6]. Elle permet de créer des dispositifs adaptés aux besoins individuels selon leur pathologie et leur environnement, combinant précision morphologique, fonctionnalité et ergonomie. Grâce aux logiciels de CAO et à l’analyse fine des besoins, il est possible de réaliser toutes sortes d’objets sur mesure, permettant aux patients en situation de handicap de conserver une autonomie dans leurs gestes du quotidien comme se déplacer, manger et se laver. La communauté des Rehab-lab (structures dédiées à la confection d’aide technique sur mesure) est en pleine expansion et compte désormais plus de 85 membres à travers la France (CHU, centres de rééducation, clinique, etc.)

Exemple d’une rallonge de frein de fauteuil roulant sur mesure. Pr Remy-Neris- Service médecine physique et réadaptation , APF France handicap - CHU Brest.© Samuel Guigo

Conclusion

L’impression 3D en milieu hospitalier s’impose aujourd’hui comme un levier majeur d’innovation au service du soin, de l’enseignement et de la recherche. En permettant la fabrication rapide et personnalisée de modèles anatomiques à base d’imagerie, d’aides techniques ou de dispositifs médicaux sur mesure, elle améliore non seulement la précision des actes thérapeutiques, mais aussi le confort et l’autonomie des patients, notamment en situation de handicap. Cette technologie contribue également à réduire l’obsolescence des équipements grâce à la production locale de pièces de rechange non critiques, prolongeant la durée de vie du matériel biomédical et allégeant les coûts pour les établissements tout en ayant un impact environnemental moindre. Enfin, l’impression 3D favorise une dynamique nouvelle de coconception : soignants, ingénieurs, patients et usagers collaborent pour créer des solutions sur mesure plus adaptées, plus fonctionnelles à moindre coût. Malgré les défis réglementaires et organisationnels, l’intégration croissante de la fabrication additive en milieu hospitalier annonce une médecine plus précise, sécurisée et profondément centrée sur les besoins réels de chacun.