Une fois libéré de la brume des antidouleurs après son intervention chirurgicale majeure à la colonne vertébrale, Mark Weimer n'a pas pensé à ce qu'il ressentait. Il a pensé à ce qu'il ne ressentait pas : la douleur au niveau de ses quadriceps, à partir du bas de son dos et dont il avait souffert pendant un an et demi.

Ce fut le soulagement après une opération de 15 heures par le Dr George Frey qui a combiné sa méthodologie primée de navigation de vis pédiculaires aux technologies d'imagerie et d'impression 3D lancées par 3D Systems.

Un partenariat au bénéfice du patient

Le Dr Frey et sa femme, Heidi, dirigent le centre Mighty Oak Medical à Englewood, Colorado. La technologie FIREFLY® brevetée par la société fournit un moyen simple et rapide de placer les vis pédiculaires pour une réparation spinale tout en naviguant autour de parties anatomiques cruciales telles que la moelle épinière, les nerfs et les vaisseaux sanguins.

Dès le départ, Mighty Oak a collaboré avec l'équipe médicale de 3D Systems dans la ville voisine de Littleton, Colorado.

« Nous recherchions un partenaire en technologie d'impression 3D dont la qualité, la fiabilité et l'expertise dans le domaine de l'appareillage médical étaient reconnus, indique Heidi Frey. 3D Systems a été un partenaire extraordinaire à tous les niveaux, l'entreprise a été coopérative, attentive et dédiée à l'excellence. »

3D Systems offre une gamme complète de solutions de santé de précision, notamment des simulateurs de réalité virtuelle, des modèles anatomiques imprimés en 3D, des appareillages et des guides chirurgicaux spécifiques aux patients. La société fabrique également des appareils médicaux précis imprimés en 3D.

Depuis la fin des années 1990, 3D Systems a collaboré avec des fournisseurs d'appareils médicaux représentant de nombreux types d'interventions pour presque chaque aspect de l'anatomie humaine. La société a développé des solutions personnalisées pour plus de 100 000 opérations chirurgicales.

3D printed spine reference model used in the surgery
A personalized anatomical model printed on a 3D Systems SLA (stereolithography) ProX 800 3D printer was used for reference during Mark Weimer's spinal operation.

Le parcours d'un champion

Le Dr Frey a connu Mark Weimer grâce au neurochirurgien qui a traité Weimer depuis sa première opération, suite à sa chute d'un échafaudage de construction qui l'a partiellement paralysé en 1984. Weimer a ensuite subi une autre chirurgie de la fusion vertébrale en 2001 dans le but de soigner une fonte musculaire au niveau de son bras droit.

Suite à sa blessure et à sa première opération, Weimer a bénéficié d'une bourse de formation informatique pour devenir un spécialiste informatique en entreposage de données. Il a également poursuivi sa passion pour le hockey en intégrant un programme de hockey sur luge du Colorado en 1996.

Weimer a joué dans l'équipe nationale de hockey sur luge en 2000 à Lake Placid, le théâtre du « Miracle sur glace », la fameuse victoire de l'équipe américaine de hockey contre les Russes lors des Jeux olympiques d'hiver de 1980. En 2010, il a été le capitaine de l'équipe qui a gagné le Championnat classique de hockey sur luge parrainé par la Ligue américaine de hockey (NHL). L'année suivante, il a joué dans l'équipe Colorado Avalanche, gagnante du Championnat américain de hockey sur luge de 2011, parrainé par la Fédération américaine de hockey.

Weimer a pris sa retraite après avoir marqué un but et une passe décisive lors du championnat de 2011. Il s'est reconverti dans le coaching de jeunes joueurs de hockey sur luge et s'est mis au cyclisme à main pour rester en forme. Ses exploits en hockey ont été reconnues par son intronisation dans le temple de la renommée de la Fondation des sports adaptés du Colorado en 2012.

Mark Weimer a gagné de nombreux championnats de hockey sur luge avant son entrée dans le temple de la renommée de la Fondation des sports adaptés du Colorado.
Mark Weimer a gagné de nombreux championnats de hockey sur luge avant son entrée dans le temple de la renommée de la Fondation des sports adaptés du Colorado.

Un cas compliqué

Depuis son accident, Weimer avait toujours souffert d'un certain degré de troubles nerveux et vertébraux, mais vers la fin de l'année 2014, il a commencé à présenter de nouveaux symptômes : une douleur aiguë au niveau de ses quadriceps, ainsi que des problèmes intestinaux et vésicaux. Le neurochirurgien de Weimer l'a orienté vers le Dr Frey pour un examen plus approfondi.

« Au fil des ans, la fusion des vertèbres de Mark et son trouble neurologique ont entraîné la détérioration des disques intacts et des vertèbres placés sous la fusion, indique le Dr Frey. Cela a entraîné l'aggravation de la compression des nerfs et de la moelle épinière, provoquant ainsi la douleur neuropathique aiguë. »

La préparation pour la chirurgie a commencé avec un scanner de la colonne vertébrale de Weimer. Les résultats ont été envoyés à 3D Systems, qui a réalisé une segmentation des données pour extraire une représentation en 3D de l'anatomie de la colonne vertébrale de Weimer.

Le cas de Weimer était plus complexe que la plupart des autres interventions au niveau de la colonne vertébrale, selon le Dr Frey et Chris Beaudreau, directeur des services médicaux chez 3D Systems.

« Mark présentait une croissance osseuse au niveau des tiges insérées lors de sa première opération, affirme le Dr Frey. Même si les tiges étaient retirées, toute disruption sur les os limitrophes pourrait affecter le placement des guides FIREFLY, une planification poussée était donc de mise pour travailler au niveau de l'anatomie. »

« En raison de ses interventions chirurgicales précédentes, de nombreux artéfacts d'imagerie dans les résultats du scanner nécessitaient un traitement d'image médical extensif pour modéliser la zone anatomique concernée en modèles numériques en trois dimensions, indique Beaudreau. Comme l'opération devait être une intervention extensive au niveau de la colonne vertébrale, au lieu de modéliser deux ou trois vertèbres, nous devions traiter neuf vertèbres, le sacrum au niveau de la base de la colonne vertébrale et les deux hanches. »

Comparaison des modèles anatomiques
Les rendus présentent des guides personnalisés et spécifiques au patient pour le placement des vis afin de permettre au chirurgien d'éviter en toute sécurité l'anatomie vitale et complexe de la colonne vertébrale. Au total, 10 guides ont été fabriqués pour l'opération de Mark Weimer, chaque guide a été conçu pour une vertèbre donnée. Après le placement des guides, les vis peuvent être placés avec un niveau élevé de précision.

L'image de gauche indique les guides chirurgicaux mis en place dans l'anatomie du patient, avant la fixation du matériel.

L'image de droite indique le placement du matériel spinal après l'opération.

Une impression 3D à partir de la source

3D Systems a envoyé les modèles en 3D de l'anatomie de la colonne vertébrale de Weimer au centre Mighty Oak Medical, qui les a utilisés pour concevoir la trajectoire de chaque vis pédiculaire et pour préparer les guides imprimés en 3D devant déterminer l'emplacement précis des vis sur la colonne vertébrale de Weimer.

À l'aide de la conception FIREFLY, 3D Systems a imprimé des guides de vis pédiculaires pour chaque vertèbre devant être opérée. Un modèle osseux anatomique a également été imprimé à titre de référence et pour la planification préopératoire en salle d'opération.

Les guides chirurgicaux et les modèles osseux ont été imprimés sur l'imprimante ProX® 800 de 3D Systems, un système stéréolithographique (SLA) permettant de réaliser des pièces dont la surface est exceptionnellement lisse, avec des arêtes précises et dans des limites de tolérances et de définitions les plus strictes.

La technologie SLA a été inventée par Chuck Hull, cofondateur de 3D Systems, en 1983. La société poursuit son innovation technologique, en réduisant les coûts tout en améliorant la vitesse, les capacités, la précision et la convivialité de ses produits.

Le système ProX 800 offre toute une gamme de matériaux pour de nombreux types d'applications et de cas d'utilisation. Pour le modèle de référence de Weimer et les guides de vis, 3D Systems a utilisé un matériau plastique et un processus validé permettant la stérilisation des pièces pour un usage direct en salle d'opération.
 

Réussite chirurgicale et rétablissement

Le Dr Frey a réalisé l'opération de Mark Weimer au Swedish Medical Center d'Englewood le 22 juillet 2016. À son réveil, Weimer ne ressentait plus les douleurs dont il souffrait récemment et les douleurs plus anciennes avaient considérablement diminué.

« Mark subit actuellement un processus rigoureux de rééducation et se rétablit parfaitement après son opération de la fusion », indique le Dr Frey, qui prévoit une période de rétablissement d'environ un an.

À 63 ans, Weimer continue de travailler dans le domaine informatique et poursuit le cyclisme à main pendant son temps libre. Il apprécie également de regarder ses petits-fils de 9 et 13 ans, qui le remplaceront sur la glace comme futurs champions.