Brevet FR3069772A1 — publié le 20190208

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'une orthèse et à une orthèse ainsi obtenue. Etat de la technique Actuellement, pour maintenir un membre tel qu'un bras ou une jambe cassés, on utilise des bandes de plâtre c'est-à-dire des bandes imprégnées de plâtre que l'on enroule autour du membre à maintenir. Il existe également des solutions équivalentes utilisant un « plâtre » en résine, par exemple du polypropylène thermo-malléable à faible température. Mais ces solutions ne sont pas idéales car elles ne s'appliquent en général qu'à des fractures. Pour d'autres atteintes telles que des chocs, des coups ou des chutes, on utilise par exemple des attelles de différentes tailles et de formes suivant le membre à immobiliser (avant-bras, bras, jambe) et la morphologie telle que l'âge de la victime. Les attelles en matière thermo- plastique ou en résine existent également. Ces attelles peuvent être semi-rigides, statiques ou dynamiques. L'avantage de l'attelle réside dans sa légèreté par rapport au plâtre chirurgicale et aussi à la possibilité de suivre l'évolution de la partie maintenue. Mais les attelles ont également des inconvénients car elles peuvent être fragiles et le patient peut avoir la tentation de les enlever. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une orthèse remédiant aux inconvénients des différentes solutions connues, réalisable simplement et de façon très adaptée à la forme du membre à maintenir pour ne pas constituer une gêne trop importante et pouvoir se défaire facilement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une orthèse, caractérisé en ce qu' 2 on fait un relevé par balayage de la surface tubulaire du membre à soutenir par l'orthèse pour obtenir un ensemble de points définissant cette surface enveloppe, on réduit le nombre de points numérisés et on établit un modèle 5 surfacique de cet ensemble réduit, formé d'un maillage droit de segments délimitant des mailles à côtés droits en reliant les points, à partir de ce modèle surfacique, on forme un modèle surfacique alvéolé dans lequel les mailles du modèle surfacique à maillage droit sont pleines, ouvertes chacune par une alvéole ouverte, à 10 contour arrondi, inscrite dans chaque maille, on réalise le modèle à imprimer par une mise en épaisseur du modèle alvéolé, pour obtenir le modèle à imprimer à partir de ce modèle surfacique alvéolé, ouvert, constituant la surface de référence de l'orthèse d'épaisseur nulle, transformé en un modèle d'épaisseur 15 constante pour l'impression, dont la surface de matière subsistant entre les alvéoles ouvertes a une épaisseur constante, et on imprime le modèle par une impression 3D. Ce procédé a l'avantage de permettre de réaliser rapidement une orthèse précise par le relevé de la surface tubulaire du 20 membre à soutenir ou à maintenir puis par la transformation de ce re- levé en des données destinées à alimenter une imprimante 3D (modèle d'impression 3D). L'épaisseur imposée au modèle alvéolé pour obtenir le modèle à imprimer est avantageusement uniforme correspondant à une 25 épaisseur minimum indispensable pour l'impression 3D pour des rai- sons de résistance et de technique d'impression. Mais il est également possible d'augmenter localement l'épaisseur pour augmenter la rigidité d'une certaine zone de l'orthèse. Le modèle à imprimer et l'orthèse qui en résulte est un 30 élément en une partie, s'ouvrant puisque tubulaire et destiné à être en- gagé sur un membre tel qu'un bras, un avant-bras, une jambe, etc. Le modèle à imprimer (et l'orthèse qui en résulte) peut être d'une seule coque et sans charnière. L'ouverture de l'orthèse c'est-à-dire les deux bords qui se rejoignent, comporte(nt) des moyens de fermeture qui peuvent être soit 3 intégrés à l'orthèse, soit être rapportés comme des colliers en plastique, que l'on coupe pour ouvrir l'orthèse et que l'on remplace par de nouveaux colliers de fixation. Les formes de tels colliers sont très répandues dans différents domaines, par exemple pour assembler des câbles ou 5 fixer des plantes sur des tuteurs. En d'autres termes, l'orthèse peut être réalisée sous la forme d'une coque souple dont l'ouverture pourra se faire le cas échéant pour passer le membre, par exemple le bras à maintenir. Pour cela, il suffira de déformer élastiquement l'orthèse. 10 Mais il peut également être nécessaire d'avoir une orthèse rigide. Pour cela, on choisira une matière à imprimer qui aura cette caractéristique et dans ce cas, l'ouverture pourra se faire par des moyens pour écarter l'orthèse en une seule partie ou une orthèse à coque divisée en deux parties selon les nécessités de l'application de l'orthèse. 15 L'ensemble des données et selon le type d'imprimante uti- lisée permet de réaliser très rapidement une orthèse parfaitement adaptée à la forme du membre à soutenir ou à maintenir. L'ensemble de l'opération étant rapide, elle est également économique. Suivant une autre caractéristique, les mailles à côtés 20 droits sont des mailles triangulaires ou quadrangulaires. Suivant une caractéristique avantageuse, le modèle surfacique est un modèle de Voronoï. Suivant une autre caractéristique, on divise le modèle à imprimer, tubulaire, pour obtenir deux coques reliées l'une à l'autre par 25 un film-charnière et on imprime ce modèle à deux coques réunies par un film-charnière par impression 3D. Cela permet de réaliser ainsi une orthèse en deux parties solidaires mais qui s'ouvrent pour mettre en place le membre et se referment. Cela permet de contrôler facilement le membre puisque l'enlèvement de l'orthèse n'est pas destructif et permet 30 ensuite la remise en place de l'orthèse. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on munit de moyens de fermeture les deux bords libres des deux coques du modèle à imprimer, tubulaire, reliées par un film-charnière et on imprime ce modèle par impression 3D. 4 L'invention a également pour objet une orthèse obtenue par l'application du procédé tel que défini ci-dessus et en particulier une orthèse pour le membre d'un patient formé d'une enveloppe tubulaire de surface intérieure conforme à celle du membre à tenir, compre- 5 nant : une enveloppe maillée tubulaire relativement rigide, d'épaisseur uniforme, formée par impression 3D dont la surface intérieure correspond à la surface de référence obtenue à partir du relevé numérisé de la surface du membre, 10 l'enveloppe étant une coque maillée formée d'au moins deux parties séparables pour permettre la mise en place ou le dégagement du membre, le maillage étant imprimé en 3D à partir d'un modèle à imprimer formé d'un modèle surfacique alvéolé d'épaisseur nulle transformé 15 en un modèle d'épaisseur constante dont la surface de matière entre les alvéoles ouvertes a une épaisseur constante, le modèle alvéolé étant lui-même obtenu à partir d'un modèle surfacique à maillage droit dont les mailles pleines sont ouvertes par des alvéoles ouvertes, à contour arrondi, inscrites dans chaque 20 maille, ce modèle surfacique alvéolé étant lui-même obtenu à partir d'un modèle surfacique formé d'un maillage droit de segments délimitant les mailles obtenu à partir des points du relevé numérique de la surface du membre à soutenir. 25 L'orthèse selon l'invention assure une tenue homogène du membre à maintenir grâce à sa conception à partir de points relevés par le balayage et la numérisation de la surface enveloppe du membre qui devient la surface enveloppe (surface intérieure) de l'orthèse. Comme la structure de l'orthèse n'est pas filaire, c'est-à-dire formée de 30 cordons imitant des mailles et se rejoignant à des noeuds constituant des zones fragiles de la structure, si celle-ci étaient réalisée par impression 3D, la forme alvéolaire selon l'invention est une structure très résistante, efficace pour la tenue et permettant la respiration. 5 L'orthèse est de préférence réalisée en une matière souple et imperméable. Le maillage de l'orthèse par sa forme alvéolée permet d'aérer l'orthèse et le membre tenu par l'orthèse. Les alvéoles sont modifiables en fonction de la destina- 5 tion de l'orthèse. Cette enveloppe maillée, tubulaire, est avantageusement formée de deux coques reliées l'une à l'autre par un film-charnière, l'ensemble étant imprimé en une opération par impression 3D. Suivant une autre caractéristique, le bord libre de 10 l'enveloppe maillée tubulaire de l'orthèse est muni d'attaches réalisées par impression 3D en même temps que les autres parties de l'orthèse. En résumé, l'orthèse est d'une fabrication adaptée tout particulièrement à la forme du membre à maintenir ; cette réalisation est simple et rapide et économique. 15 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation d'un exemple du procédé de réalisation d'une orthèse ainsi que de l'orthèse obtenue selon les dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est un schéma par blocs du procédé de réalisation d'une orthèse, la figure 2 est un extrait d'une surface du modèle surfacique obtenu à partir du relevé du membre à soutenir, par balayage de la surface tubulaire du membre, 25 la figure 3A est une vue d'une partie du modèle surfacique alvéolé obtenu à partir du modèle surfacique à maillage droit, la figure 3B est une vue de l'ensemble du modèle surfacique alvéolé, la figure 4A est une vue de détail du modèle surfacique à imprimer 30 avec mise en épaisseur, la figure 4B est une vue d'ensemble du modèle surfacique à imprimer, mis en épaisseur et qui correspond à la forme de l'orthèse qui sera imprimée et le représente. 6 Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une orthèse pour maintenir un membre tel qu'un avant-bras, un bras, une jambe ou une articulation. 5 Ce procédé consiste à faire, dans une première étape (E 1), un relevé par balayage de la surface tubulaire du membre à maintenir par l'orthèse à réaliser. On obtient ainsi un ensemble de points définissant cette surface enveloppe tubulaire. Cet ensemble de points dont le nombre dépend de la ré- 10 solution choisie pour la détection est ensuite réduit par regroupement. Le nombre de points numérisés, réduit, permet d'établir un modèle surfacique (étape E2). Ce modèle est de préférence un modèle surfacique de Voronoï. A partir de ce modèle surfacique formé d'un maillage 15 droit de segments délimitant des mailles triangulaires ou quadrangu- laires, dans une troisième étape E3, on forme un modèle surfacique alvéolé. Dans ce modèle surfacique alvéolé, les mailles du modèle surfacique à maillage droit qui sont constituées par des surfaces élémentaires planes, sont alors ouvertes chacune par une alvéole à con- 20 tour arrondi inscrite dans chaque maille. Cette transformation se fait par exemple par l'application du procédé Catmull-Clark. On obtient ainsi un modèle surfacique alvéolé dont les noeuds représentant les points numérisés sont remplacés par des éléments de surface réalisant une liaison indifférenciée des diffé- 25 rentes branches issues de chaque noeud. A partir de ce modèle surfacique alvéolé (étape E4), on réalise une mise en épaisseur uniforme du modèle pour obtenir le modèle à imprimer. A partir des données du modèle à imprimer, on com- 30 mande une imprimante 3D pour réaliser l'orthèse (étape E5). Selon l'invention, le modèle tubulaire à imprimer est divisé pour obtenir deux coques reliées par un film-charnière et l'ensemble est ainsi imprimé par impression 3D, c'est-à-dire les deux coques réunies par un film-charnière. 7 Selon l'invention, on munit le bord des coques obtenues par division avec des moyens de fermeture tels que des moyens d'enclipsage, intégrés dans l'orthèse au moment de son impression. Par impression 3D, on obtient ainsi l'orthèse dont la sur- 5 face intérieure est conforme à celle du membre à maintenir puisque cette surface intérieure est celle contenant les points obtenus par le balayage de la surface tubulaire du membre au moment de l'établissement du modèle alvéolé à imprimer. Selon l'invention, l'orthèse est une enveloppe maillée tu- 10 bulaire relativement rigide. Son épaisseur est uniforme et sa surface intérieure correspond au relevé numérisé de la surface du membre. Cette enveloppe, de préférence divisée en deux coques reliées par un film-charnière intégré dans la masse par impression 3D, permet la mise en place et le dégagement du membre. Le maillage est imprimé en 3D 15 qui, comme déjà indiqué, n'est pas un maillage formé de cordons qui se rejoignent à des noeuds mais des liaisons formées par les côtés des éléments triangulaires ou quadrangulaires de la surface tubulaire du modèle surfacique, alvéolé. La surface de la matière entre les alvéoles, dans les 20 branches et au niveau des noeuds reliant les branches, a une épaisseur constante. La figure 2 montre une partie du modèle surfacique 100 de l'ensemble réduit de points Pi, définissant la surface enveloppe du membre auquel est destinée l'orthèse. Les points Pi forment des noeuds 25 réunis par des segments droits Di constituant des facettes triangulaires Fi. Les figures 3A, 3B montrent la transformation de cette surface à facettes triangulaires en un modèle surfacique alvéolé 200 faisant disparaître les facettes triangulaires pleines pour les remplacer par 30 des facettes ayant chacune une ouverture arrondie ou alvéole Ai arri- vant selon le cas à une certaine distance des côtés des facettes triangulaires en les faisant disparaître en tant que telles par la surface continue rejoignant les bords des alvéoles. Cette transformation fait également disparaître les noeuds fondus dans les surfaces réunissant 35 les alvéoles pour former une zone de jonction Zj entourée de plusieurs 8 alvéoles Ai (surfaces vides) dont le nombre dépend de l'ensemble des points Pi initialement relevés. Dans cette transformation de la surface 100, certains éléments triangulaires pourront être fusionnés pour former d'abord une facette quadrangulaire qui sera ensuite elle aussi al- 5 véolée. Le modèle surfacique alvéolé 200 (figures 3A, 3B) est encore à l'état de surface géométrique sans épaisseur. Cette surface constitue la surface de référence puisqu'elle est obtenue à partir des points Pi relevés initialement. 10 La figure 3B montre la structure tubulaire de ce modèle de surface alvéolée 200. Pour les besoins du dessin, cette surface est représentée ouverte, c'est-à-dire divisée longitudinalement. Cette forme tubulaire divisée figure la division du tube en deux coques réunies par un film-charnière non représenté. 15 La vue de détail de la figure 4A et la vue d'ensemble de la figure 4B montre la mise en épaisseur uniforme du modèle surfacique alvéolé pour obtenir le modèle d'épaisseur constante 300 pour l'impression 3D à partir de la surface de référence (figures 3A, 3B). La vue de détail de la figure 4 montre l'épaisseur constante de la couche 20 laissée par les alvéoles Ai. Seuls les bords des alvéoles Ai ont une épais- seur décroissante pour rejoindre la surface intérieure qui est la surface de référence de l'orthèse comme cela a été indiqué. Cela permet, par l'impression 3D, de relier la surface extérieure apparaissant à la figure 4A et la surface de référence située en dessous. Le résultat de 25 l'impression, c'est-à-dire l'orthèse obtenue par impression, REVENDICATIONS1°) Procédé de réalisation d'une orthèse, procédé caractérisé en ce qu' on fait un relevé par balayage de la surface tubulaire du membre à soutenir par l'orthèse pour obtenir un ensemble de points (Pi) défi- nissant cette surface enveloppe, on réduit le nombre de points numérisés et on établit un modèle surfacique (100) de cet ensemble réduit, formé d'un maillage droit de segments (Di) délimitant des mailles à côtés droits en reliant les points (Pi), à partir de ce modèle surfacique (100), on forme un modèle surfacique alvéolé (200) dans lequel les mailles du modèle surfacique à maillage droit sont pleines, ouvertes chacune par une alvéole ouverte (Ai), à contour arrondi, inscrite dans chaque maille, on réalise le modèle à imprimer (300) par une mise en épaisseur du modèle alvéolé (200), pour obtenir le modèle à imprimer à partir de ce modèle surfacique alvéolé, ouvert, constituant la surface de référence de l'orthèse d'épaisseur nulle, transformé en un modèle d'épaisseur constante pour l'impression, dont la surface de matière (Zj) subsistant entre les alvéoles ouvertes (Ai) a une épaisseur constante, et on imprime le modèle (300) par une impression 3D. 2°) Procédé de réalisation d'une orthèse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on réalise le modèle à imprimer (300) par une mise en épaisseur uniforme du modèle alvéolé correspondant à l'épaisseur minimale pour l'impression 3D et la tenue de l'orthèse. 3°) Procédé de réalisation d'une orthèse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mailles à côtés droits sont des mailles triangulaires ou quadrangulaires. 4°) Procédé de réalisation d'une orthèse selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce qu' on établit un modèle surfacique (100) de Vorone. 50) Procédé de réalisation d'une orthèse selon les revendications 1 à 4, 5 caractérisé en ce qu' on divise le modèle à imprimer (300), tubulaire, pour obtenir deux coques reliées l'une à l'autre par un film-charnière et on imprime ce modèle à deux coques réunies par un film-charnière par impression 3D. 10 6°) Procédé de réalisation d'une orthèse selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on munit de moyens de fermeture les deux bords libres des deux coques du modèle à imprimer (300), tubulaire, reliées par un film-charnière et on imprime ce modèle par impression 3D. 15 7°) Orthèse pour le membre d'un patient formé d'une enveloppe tubulaire de surface intérieure conforme à celle du membre à tenir, orthèse obtenue selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend : 20 - une enveloppe maillée tubulaire relativement rigide, d'épaisseur uniforme, formée par impression 3D dont la surface intérieure correspond à la surface de référence (200) obtenue à partir du relevé numérisé de la surface du membre, - l'enveloppe étant une coque maillée formée d'au moins deux parties 25 séparables pour permettre la mise en place ou le dégagement du membre, - le maillage étant imprimé en 3D à partir d'un modèle â imprimer (300) formé d'un modèle surfacique alvéolé (200) d'épaisseur nulle transformé en un modèle d'épaisseur constante (300) dont la sur- 30 face de matière (Zj) entre les alvéoles ouvertes (Ai) a une épaisseur constante, - le modèle alvéolé (200) étant lui-même obtenu à partir d'un modèle surfacique à maillage droit (100) dont les mailles pleines sont ouvertes par des alvéoles ouvertes, à contour arrondi, inscrites dans 35 chaque maille, 11 ce modèle surfacique alvéolé (200) étant lui-même obtenu à partir d'un modèle surfacique (100) formé d'un maillage droit de segments (Di) délimitant les mailles obtenu à partir des points (Di) du relevé numérique de la surface du membre à soutenir. 5 8°) Orthèse selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'enveloppe maillée tubulaire est formée de deux coques reliées l'une à l'autre par un film-charnière, l'ensemble étant imprimé en une opéra- 10 tion par impression 3D. 9°) Orthèse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le bord libre de l'enveloppe maillée tubulaire est muni d'attaches par 15 impression 3D.