Prototypage rapide d'intérêt médical : application aux reconstructions osseuses

Rapid prototyping of medical interest : application in bone reconstruction

• Auteur / Autrice : Frédéric Gimenez
• Direction : Serge Corbel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et médical
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Conception assistée par ordinateur

Hydroxyapatite

Stéréolithographie

Résumé

Le premier objectif de notre travail était de développer le procédé de stéréolithographie laser(qui permet de fabriquer des objets tridimensionnels via une conception assistée parordinateur) pour réaliser des pièces anatomiques complexes à partir de données provenant del'imagerie médicale. Ces modèles ont pour but de servir de support pré-opératoire. Nous avons fabriqué plusieurs modèles en polymère représentant des structures osseuses (crâne, hanche, pied) et montré leur intérêt respectif pour la chirurgie maxillofaciale et la chirurgie infantile. Les applications de ce procédé étaient jusqu'à présent limitées par les propriétés mécaniques et biocompatibles des polymères. C'est pourquoi, notre deuxième objectif était de rechercher de nouveaux matériaux permettant de fabriquer des pièces en céramique ayant des propriétés biocompatibles. Pour ce faire, nous avons optimisé et automatisé un nouveau procédé de fabrication d'objets à base de poudre céramique en phosphate de calcium en modifiant le matériau traditionnel par l'utilisation d'une suspension de poudre d'hydroxyapatite dans une solution de monomère. Pour obtenir une suspension stable et homogène, nous avons défini le comportement rhéologique du mélange pâteux et opttp1isé la formulation. L'étude de l'interaction du faisceau laser au contact d'une résine chargée en poudre céramique a conduit à l'amélioration de la résolution du procédé (largeur du trait polymérisé d'environ 200 ~rn). Nous avons caractérisé les pièces frittées par des analyses de rayons X et IR qui ont permis de montrer qu'il ne subsistait plus de matière organique après le traitement thermique. Nous avons montré la faisabilité de la fabrication d'une pièce en hydroxyapatite à porosité contrôlée et homogène, dont le réseau macroporeux interconnecté devrait permettre une meilleure régénération osseuse

The first aim of our work was to develop the laser stereolithography (which allows to manufacture three dimensional abjects via a computer aided design) to realize anatomical complex parts from the computed data of medical imaging. These models will be used before operation. We built severa! models in polymer representative of bone structures (skull, hip, foot) and showed their respective interest for maxillofacial surgery and child surgery. These process applications were limited by the mechanical and biocompatible properties of polymer. That is the reason why, our second aim was to search for a new material which allows to manufacture abjects in ceramic with biocompatible properties. To realize this work we have optimized and automatized a new manufacture process of calcium phosphate ceramic abjects by modifying the usual material by using a suspension of hydroxyapatite powder in a monomer solution. To obtain a stable and homogeneous suspension, we have studied the rheological behaviour of the viscous medium and optimized the formulation. The study of the interaction of the laser bearn in contact with a fil led resin leads to an increase of the resolution of the process (width of the polymerized line about 200 ~rn). We have characterized the sinter abjects by X rays and IR analysis that showed that there was not organic matter after burning. We have showed the feasability to manufacture an abject in hydroxyapatite with a controlled and homogeneous porosity, with interconnected macroporous network which could allow to have a better bone regeneration