Contention orthopédique : le plâtre du futur sera-t-il imprimé en 3D ?

 
Le plâtre, utilisé en orthopédie depuis la fin du Xème siècle 
En cas de fracture de l'humérus, le Papyrus Edwin Smith (plus ancien manuel de chirurgie connu, consultable ici) recommandait d'utiliser des attelles en bois rembourrées de coton. Pour les embaumements, les Egyptiens utilisaient des bandelettes de lin collées ensemble dans lesquelles ils incorporaient du plâtre, ce qui ressemble aux techniques encore utilisées aujourd'hui.

Vers le IVème siècle, un traité indien de médecine ayurvédique, le Sushruta Samhita, décrivait l'application sur le membre, après réduction de la fracture, de poudre d'écorce d'arbre mélangée à de la colle et de la farine, avant la mise en place d'une attelle.

C'est à la fin du Xème siècle que le célèbre chirurgien persan Abu Al-Qasim relatait, dans son encyclopédie médico-chirurgicale Al-Tasrif, l'utilisation du plâtre pour immobiliser un membre : un mélange d'oxyde de calcium et de blanc d'œuf était moulé directement sur le membre atteint, après réduction de la fracture, précisent Schuind F et coll. 

Les bandes plâtrées, inventées au XIXème siècle et utilisées encore actuellement
Ce n'est qu'au début du XIXème siècle que la technique inventée par Abu Al-Qasim apparaît en France, rapportée de la guerre d'Espagne par Dominique-Jean Larrey, chirurgien en chef de l'armée impériale de Napoléon 1^er. En 1816, Nikolaï Pirogov, médecin militaire russe, trempe des morceaux d'étoffe prédécoupés dans du plâtre de Paris liquide avant de les appliquer sur le membre protégé par des bas et tampons de coton.

En 1852, le chirurgien hollandais Antonius Matthijsen inventa les bandes plâtrées, qui sont commercialisées à grande échelle à partir de 1890.

A partir de 1955, des résines sont rajoutées, puis, à la fin des années 60, les "plâtres" synthétiques apparaissent : résines polymères synthétiques, moulables à froid, et matériaux thermoplastiques, moulables à chaud. Mais les bandes plâtrées, moins rigides, sont toujours largement utilisées aujourd'hui.

Des effets secondaires parfois très invalidants
L'oedème post-fracturaire et la contention non extensible exercent des pressions cutanées, ce qui expose au risque de compressions nerveuses, d'irritations, voire de nécrose cutanée ou de syndrome des loges (ischémie musculaire aiguë). Selon Schuind F et coll., cette pression est plus importante avec les résines synthétiques, qui permettent moins le gonflement que les plâtres.

A l'inverse, lorsque la contention n'est pas suffisante (par exemple si un œdème important se résorbe), la fracture risque de mal se consolider.

Autres complications possibles : les allergies (au chlorure de benzalkonium, antiseptique additionné au plâtre, ou aux matériaux synthétiques), les démangeaisons (très fréquentes), irritations, inflammations ou macérations et les brûlures (lors du durcissement du plâtre ou lors de son ablation).

"Cortex", un prototype prometteur de "plâtre" imprimé en 3D
Jake Evill, étudiant à l'école d'architecture et de design de l'université Victoria (Wellington, Nouvelle Zélande), a mis au point un prototype, baptisé "Cortex", qui pourrait servir aux immobilisations orthopédiques.

L'élaboration sur mesure de cette sorte d'exosquelette en plastique se fait en 3 étapes, résumées sur le schéma ci-dessous :  
Les mailles du "plâtre", qui n'en n'est donc plus un, sont plus resserrées au niveau de la fracture, afin de protéger et d'optimiser la consolidation.

Le "Cortex" est composé de 2 coques imprimées en 3D (dépôt de plastique liquide couche par couche pour obtenir la pièce finale) avec un système de fermeture intégré. 

Avantages et inconvénients théoriques de ce prototype
Les avantages de ce prototype paraissent nombreux et notables :
- ajustement très précis aux dimensions du membre blessé, permettant en théorie d'éviter la compression initiale liée à l'œdème (à condition d'anticiper l'éventuelle accentuation du gonflement, peut-être via un logiciel médical couplé au scan 3D). On pourrait également imaginer à terme (si les coûts de l'impression 3D s'effondrent) que lorsque l'œdème se modifiera significativement (signes cliniques de compresion), une nouvelle coque pourrait être réalisée afin de lever la compression ou, au contraire, d'ajuster pour améliorer la consolidation ;
- aération permanente évitant la macération et permettant de se… gratter si besoin (ce qui est impossible avec les résines ou plâtres fermés) ;
- pose et ablation facile, ce qui évite les risques de brûlure ;
- légèreté et finesse, permettant un port aisé, sous une chemise ou un pantalon ;
- résistance à l'eau facilitant toilette et bains. Le "Cortex" est lavable et recyclable ;
- esthétique moins rédhibitoire...

Les inconvénients actuels et théoriques :
- les hôpitaux et cliniques ne sont pas encore équipés de scanners tridimensionnels ni d'imprimantes 3D ;
- l'impression 3D d'un "Cortex" prend 3 heures, et il faut 1 à 3 jours pour qu'il se solidifie complètement. L'utiliser aujourd'hui signifierait donc que le patient doive attendre 2 ou 3 jours pour bénéficier de son exosquelette sur mesure, ce qui l'exposerait à la douleur et à des risques de déplacement fracturaire ;
- il faudra anticiper l'éventuelle survenue d'un oedème ou d'une accentuation de ce dernier dans les heures suivant la prise des mesures ;
- les matériaux utilisés pour composer ce "plâtre 3D" pourraient déclencher des allergies, tout comme les résines ou additifs du plâtre.

Un projet prometteur… pour les années à venir
Il est plausible d'imaginer que les délais de fabrication et de séchage des objets imprimés en 3D diminueront très fortement dans les années qui viennent. De même, les matériaux utilisés seront probablement plus inertes, moins allergogènes à l'avenir pour les personnes atopiques.

A ce moment là, l'invention de Jake Devill sera-t-elle adoptée par le corps médical ? Cela relativiserait alors probablement l'utilisation des bandes plâtrées ou des résines utilisées depuis la fin du XIXème siècle dans les services d'urgence et d'orthopédie…

Jean-Philippe Rivière

En savoir plus :
"Orthopaedic immobilisation", Schuind F et coll., Acta orthopaedica Belgica, décembre 2002 ("mise au point" en français, d'où sont issues la majeure partie des données de la première partie sur l'histoire de l'immobilisation)
"Papyrus Edwin Smith", Wikipedia (FR)
"the Edwin Smith Papyrus", U.S. National Library of Medicine (application permettant de voir le papyrus et la traduction, en anglais, des hiéroglyphes)
"Sushruta Samhita", Wikipedia (ANG)
- "Dominique-Jean Larrey", Wikipedia (FR)
"Nikolaï Pirogov", Wikipedia (FR)
"Antonius Mathijsen", Wikipedia  (FR)
"Cortex : exoskeleton protecting the internal skeleton", site de Jake Evill, 2013