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Médecine Dentaire
Prothèse maxillofaciale et conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO)
Cours de Médecine Dentaire
 
 
 

Introduction :

Nous proposons dans cet article une méthodologie de réalisation de prothèses maxillofaciales dans le cadre d’une conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO).

Les progrès de l’imagerie médicale et des techniques informatiques nous permettent désormais de travailler les données médicales des patients et en particulier les images tomodensitométriques pour effectuer des reconstructions volumiques tridimensionnelles des structures anatomiques.

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Épidémiologie :

Les pertes de substance réhabilitées par la prothèse maxillofaciale ont trois étiologies principales : carcinologique, traumatologique et congénitale.

A - Étiologie carcinologique :

Elle demeure l’étiologie prépondérante dans la réhabilitation en prothèse maxillofaciale.

Une étude multicentrique dans différents pays montre que les tumeurs des voies aérodigestives supérieures (VADS) représentent 5 à 7 % de la totalité des cancers et demeurent pour certains pays un problème majeur de santé publique.

En Europe, l’incidence des cancers de la cavité buccale est très variable, les taux d’incidence standardisés à l’Europe sont respectivement de 39,7 pour 100 000 hommes et de 4,9 pour 100 000 femmes.

Chez l’homme, la France présente les taux des cancers du tractus aérodigestif supérieur les plus élevés en Europe : deux fois supérieurs aux pays d’Europe du Sud, quatre fois supérieurs au Danemark et aux Pays-Bas.

Chez la femme, la France se situe parmi les pays présentant les taux les plus importants avec le Danemark et les Pays-Bas.

En France en 1995, les cancers de la lèvre, de la cavité buccale et du pharynx occupent en termes d’incidence, avec 10 882 cas estimés chez l’homme, la quatrième place après les cancers de la prostate, du poumon et les cancers colorectaux, et en termes de mortalité le quatrième rang avec 4 460 décès. De même, les variations d’incidence entre les départements couverts par un registre et l’estimation France entière sont importantes allant de : - 41 % (Tarn) à + 41 % (Bas-Rhin), supérieures aux écarts de mortalité variant de - 48 % (Tarn) à + 24 % (Calvados).

Chez la femme, les écarts sont un peu plus faibles, l’incidence variant de –50 % (Tarn) à + 21 % (Bas-Rhin) et la mortalité de – 44 % (Tarn) à 16 % (Haut-Rhin).

De façon plus générale, les taux départementaux de mortalité les plus élevés sont observés dans le nord-ouest et l’est du pays.

Les taux départementaux les plus faibles restent cependant supérieurs aux taux européens.

B - Étiologie traumatologique :

L’amélioration de la sécurité de nos véhicules a entraîné une diminution de 70 % des traumatismes de la face lors d’accidents automobiles (AVP : accidents de la voie publique), alors que progressent les traumatismes maxillofaciaux liés à des rixes, agressions ou accidents de sports.

En matière de traumatologie balistique, des cas complexes se présentent à la consultation, suite à des tentatives d’autolyse, et le profil psychologique particulier de ces patients sera à prendre en compte, en plus de la difficulté de la réhabilitation prothétique.

La situation de la France au sein de la Communauté européenne n’est pas favorable en termes de suicides des jeunes.

Que ce soit pour les hommes ou pour les femmes, la France se situe en effet parmi les pays dont les taux de décès sont les plus élevés après la Finlande et l’Autriche.

La majorité des tentatives de suicide donnent lieu à un recours au système de soins.

Celles-ci peuvent être estimées à environ 160 000 par an avec une fourchette comprise entre 130 000 et 180 000.

La moitié d’entre elles donne lieu à l’intervention d’un médecin généraliste et sept sur huit à une prise en charge par les urgences, directement ou après le recours au médecin de ville.

C - Étiologie congénitale :

Les grands syndromes (du premier arc, de Franceschetti, otomandibulaire, de Pierre Robin) sont à l’origine d’agénésie du pavillon de l’oreille, de fente labioalvéolaire et/ou vélopalatine uni- ou bilatérale.

Devant la prise en charge aujourd’hui systématique des malformations congénitales dès la naissance, par une équipe multidisciplinaire obéissant à un calendrier thérapeutique bien codifié, les cas d’adultes relevant de la réhabilitation prothétique se font de plus en plus rares.

Conception d’une épithèse faciale :

A - Généralités :

La réalisation d’une épithèse faciale nécessite de nombreuses séquences cliniques et de laboratoire.

Le praticien devra montrer des qualités d’ordre thérapeutique, une maîtrise de la technique de laboratoire associée à un certain sens artistique ; l’expérience acquise prendra ici toute son importance.

Afin de faciliter le travail du praticien dans la sculpture de la future prothèse par la méthode classique actuelle, un nouveau concept dit par « CFAO », faisant appel aux principes de l’imagerie médicale associés aux techniques du prototypage rapide, est proposé.

B - Méthode classique actuelle :

Elle comprend différentes étapes que nous décrirons de manière succincte car elle a été déjà évoquée précédemment.

1- Étape de la prise d’empreinte faciale :

La première étape est celle de la prise d’empreinte faciale à l’aide d’alginate.

Elle nécessite une préparation psychologique du patient.

En effet l’explication du déroulement de l’opération est indispensable pour rassurer et éviter toute crispation musculaire.

L’alginate de consistance crémeuse est versée au niveau du front et de l’arête nasale, puis étalé progressivement, en évitant la formation de bulles, sur les zones voisines (orbitaires, jugales) en une couche régulière d’environ 1 cm d’épaisseur.

Le patient respire par la bouche légèrement entrouverte.

Ensuite, du plâtre de type Snow-White est préparé et étalé sur l’alginate en commençant par le front, puis le centre du visage et enfin les bords, sur une épaisseur de 1 cm.

Cette empreinte faciale sera ensuite coulée en plâtre « dur » de consistance crémeuse en une couche homogène de 1 à 2 cm d’épaisseur.

2- Confection de la maquette en cire :

Une fois le modèle en plâtre réalisé, la confection de la maquette en cire de la future prothèse comme une épithèse nasale peut être réalisée, selon deux méthodes :

• directe : la sculpture s’effectue par adjonctions successives de cire ramollie ;

• indirecte : à partir d’un modèle en plâtre « donneur », une empreinte de l’organe à reconstituer est prise et investie de cire par enduction.

• L’organe obtenu est ensuite adapté au maîtremodèle par modelage, adjonction et suppression de cire.

3- Mise en moufle de la maquette en cire :

Une fois la maquette en cire essayée sur le patient, son adaptabilité vérifiée, la mise en moufle de la maquette peut s’effectuer selon le principe de la cire perdue.

Classiquement le moule est constitué de deux contreparties, correspondant respectivement à l’intrados et à l’extrados de la prothèse.

Ensuite on procède à la coulée du silicone après élimination de la cire.

La prothèse en silicone est de nouveau positionnée sur le patient pour apprécier ses limites, ainsi que sa morphologie.

Le maquillage final de la prothèse peut être réalisé ; pour cela vont être utilisés des pigments naturels et de la CAF et du cyclohexane, qui seront appliqués par couches successives. 

C - Méthode par conception et fabrication assistées par ordinateur :

1- Principe général :

Les progrès dans l’acquisition des données médicales et l’amélioration des techniques informatiques nous permettent désormais de travailler les images tomodensitométriques des patients pour effectuer des reconstructions virtuelles volumiques tridimensionnelles des structures anatomiques.

Dès lors l’exportation de ces images tridimensionnelles sous un format de fichier approprié va autoriser la fabrication de maquettes physiques 3D des pièces anatomiques.

Ce concept par CFAO comprend deux phases successives :

• phase I : phase de conception assistée par ordinateur (CAO), phase de reconstruction et de simulation 3D ;

• phase II : phase de fabrication assistée par ordinateur (FAO), phase de fabrication de la maquette à partir de machines de prototypage rapide.

2- Phase de conception assistée par ordinateur :

Cette phase permet d’effectuer dans un premier temps la reconstruction informatique des structures anatomiques existantes, comme par exemple la perte de substance faciale ; et ensuite dans un second temps la simulation de la future épithèse à partir des informations recueillies préalablement.

* Phase de reconstruction 3D :

Les nouvelles technologies utilisées dans l’acquisition des données (scanner à acquisition spiralée ou imagerie par résonance magnétique [IRM]) vont nous permettre de recueillir des informations de plus en plus précises avec des temps d’exposition moindres.

De même, la standardisation des formats de fichiers d’importation tomodensitométriques (ACRNEMA/ DICOM) associée à du matériel informatique sans cesse performant et l’utilisation de divers progiciels (C2000 / AMIRA) dans le traitement du signal et de l’image nous offrent la possibilité d’analyser et de segmenter les images scanner afin d’obtenir des reconstructions surfaciques ou volumétriques tridimensionnelles.

En fonction de la nature de la perte de substance, nous choisirons une reconstruction isosurface pour une perte de substance faciale (nasale, oculopalpébrale, auriculaire, faciale), et une reconstruction volumique pour une perte de substance endobuccale (communication nasobuccale par exemple).

Une fois la reconstruction anatomique 3D exécutée, l’exportation du fichier est effectuée sous un format de « maillage » (.DXF / .STL ...) qui puisse être reconnu par le logiciel de simulation 3D afin de concevoir la future prothèse.

* Phase de simulation 3D :

L’utilisation de logiciels qui sont des modeleurs graphiques va nous permettre de modéliser aussi bien en polygones qu’en non uniform rational Bézier-Spline (NURBS) les futures prothèses maxillofaciales.

De nombreux outils transforment les courbes en surfaces qui peuvent être déformables à volonté.

Les différentes méthodes de lissage obéissant à la géométrie dynamique, les opérations booléennes, la tesselation ou la décimation sont des outils qui vont nous permettre de concevoir le contour et le volume de ces maquettes.

Une fois la pièce prothétique réalisée, le fichier est exporté selon le format .stl pour pouvoir être lu par les différents types de machines de prototypage rapide.

3- Phase de fabrication assistée par ordinateur :

L’évolution de la technologie concernant le prototypage rapide permet désormais de standardiser la fabrication de maquettes physiques dans le domaine médical et plus particulièrement chirurgical pour faciliter le diagnostic et simuler certaines interventions complexes.

Après l’utilisation de machines-outils trois ou cinq axes, la majorité des reconstructions anatomiques physiques actuelles sont effectuées en résine selon le principe de la stéréolithographie (faisceau laser qui va polymériser la résine couche par couche).

L’inconvénient majeur de ce prototypage pour la prothèse maxillofaciale est la difficulté d’éliminer la résine lors de la mise en moufle du modèle.

Une autre méthode de prototypage existe ; il s’agit du procédé de fabrication d’objets par jet de gouttes sur demande (drop-on-demand inkjet).

L’avantage de cette technique est d’utiliser un matériau avec un point de fusion de 90° à 113°, donc très intéressant dans la technique de la cire perdue.

Un logiciel décompose le modèle CAO 3D (.stl) de la pièce anatomique en un ensemble de couches élémentaires 2D, correspondant à la coupe transversale.

Les prothèses sont fabriquées par un procédé d’impression de jet de gouttes couche par couche.

Deux têtes d’impression, déplacées par un chariot mobile dans un plan x-y, déposent deux matériaux à bas point de fusion sous forme de gouttes sur un matériau de support collé sur la plate-forme.

La maquette est construite par superposition successive de couches, à partir de celle du bas, selon les sections horizontales du modèle CAO 3D.

Une fois la maquette réalisée, elle sera essayée et adaptée sur le patient, pour être ensuite transformée en silicone selon la technique de la cire perdue.

Discussion :

L’amélioration des techniques chirurgicales d’exérèse et de reconstruction entraîne une situation paradoxale.

La France présente l’incidence la plus élevée des cancers des VADS en Europe ; la prise en charge chirurgicale des patients est satisfaisante, cependant, la mutilation faciale induite postchirurgicale entraîne fréquemment l’exclusion du patient de la société, alors que cette dernière a mis tout en oeuvre pour le traiter et le sauver.

La réhabilitation par prothèse maxillofaciale demeure une alternative incontournable et repose sur une symbiose chirurgicoprothétique des différents acteurs. Le diagnostic et le traitement du patient doivent reposer sur une équipe médicale multidisciplinaire, dont le seul objectif est de permettre une réhabilitation globale de qualité de vie du patient.

En effet, le chirurgien doit connaître les limitations, les principes biomécaniques de ces prothèses maxillofaciales afin de synchroniser le geste chirurgical à la future réhabilitation prothétique qui va suivre.

Un avantage majeur de la prothèse maxillofaciale est de permettre une surveillance carcinologique. Les récidives des cancers des VADS variables selon les auteurs (7,5 % selon Marchetta ou 14 % selon Vikram) soulignent l’importance du praticien dans leur détection.

En effet, ce dernier, au cours du suivi de la réhabilitation prothétique, de sa maintenance, pourra observer toute modification tissulaire qui pourrait sembler anodine chez le patient.

Il est indéniable que la prothèse maxillofaciale contribue de manière significative dans l’amélioration de la qualité de vie des patients présentant une perte de substance faciale ou endobuccale ; patients qui présentent souvent des caractéristiques communes, un passé alcoolotabagique, des conditions socioéconomiques précaires, et face au defect, une détresse psychologique plus importante comparativement à d’autres patients présentant d’autres types de tumeurs.

Des efforts substantiels doivent être entrepris pour restaurer dès que possible le patient à la fois sur le plan fonctionnel et esthétique afin qu’il puisse mener une vie normale dans la société.

Cette nouvelle méthodologie par CFAO va permettre, chez ces patients affaiblis, d’éviter la prise d’empreinte faciale parfois angoissante pour le patient, difficile pour la praticien et présentant parfois des risques de fuite de matériaux dans les cavités naturelles.

Ce concept CFAO en prothèse maxillofaciale permet également, à partir d’une base de données d’examens tomodensitométriques de patients, ou d’acquisition laser de surface, de proposer au patient différentes simulations de sa future épithèse, afin qu’il puisse faire lui-même un choix ou avec l’aide de son entourage.

Malheureusement, ces prothèses en silicone ont une durée de vie limitée dans le temps ; il est désormais possible, grâce aux systèmes de sauvegarde, de réaliser de manière rapide une nouvelle prothèse à l’identique de la précédente, avec un gain de temps non négligeable, car les étapes préalables ne sont plus nécessaires.

Conclusion :

Grâce à cette nouvelle méthodologie par CFAO, l’étape de conception au laboratoire de la maquette en cire et de la réhabilitation prothétique d’une manière générale se trouve facilitée, permettant ainsi de répondre à la dialectique de la satisfaction des besoins, que ce soit pour les différents prestataires de services ou mieux pour les patients.

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