Une équipe de chercheurs de l’Université de l’Oklahoma a développé un modèle d’oreille humaine imprimé en 3D pour normaliser les tests d’exposition aux explosions des dispositifs de protection auditive (HPD).

Selon les chercheurs, tirer parti de la technologie d’impression 3D pourrait améliorer considérablement l’évaluation des HPD grâce à une personnalisation accrue, une meilleure rentabilité et une meilleure efficacité temporelle.

Modèles CAO du modèle d’oreille imprimé en 3D. Image via Otologie & Neurotologie Open.

Les avantages des modèles imprimés en 3D

Produire des représentations réalistes et précises de la morphologie du corps humain est essentiel dans l’enseignement des connaissances anatomiques, la préparation chirurgicale et les opportunités de formation, et c’est là que les avantages des technologies d’impression 3D peuvent jouer un rôle clé.

Depuis quelques années, l’impression 3D a été mise à profit pour produire des modèles anatomiques imprimés en 3D précis et spécifiques au patient avec des degrés de fidélité des couleurs plus élevés qui peuvent faire gagner des heures en temps de planification chirurgicale. À mesure que les technologies d’impression 3D mûrissent, un nombre croissant d’entreprises d’impression 3D obtiennent la certification ISO et l’autorisation de la FDA pour leurs modèles imprimés en 3D.

Les services de modélisation anatomique imprimée en 3D sur le lieu de soins sont également de plus en plus populaires, avec des partenariats comme Stratasys et Ricoh USA pour fournir des modèles imprimés en 3D aux établissements de santé, et Fast Radius et Axial3D offrant un nouveau service « DICOM-to-Print » pour les hôpitaux à travers les États-Unis.

Configuration expérimentale du souffle et emplacements des capteurs de pression utilisés pour mesurer la transmission des ondes de souffle dans les modèles d'oreille imprimés en 3D.  Image via Otologie & Neurotologie Open.
Configuration expérimentale du souffle et emplacements des capteurs de pression utilisés pour mesurer la transmission des ondes de souffle dans les modèles d’oreille imprimés en 3D. Image via Otologie & Neurotologie Open.

Améliorer les HPD

Dans les situations de combat actif, une perte auditive peut survenir à la suite de blessures à l’oreille liées à une explosion, telles que des ruptures de la membrane tympanique (TM). Les HPD sont nécessaires pour prévenir la perte auditive lorsqu’ils sont déployés dans des situations dangereuses, et malgré le fait qu’une variété de HPD sont largement disponibles, certaines troupes pensent que les HPD diminuent la conscience de la situation.

Les HPD avancés ont été conçus pour améliorer la perception de la situation et la conformité aux HPD, mais les recherches actuelles ont révélé que d’autres améliorations des HPD sont encore nécessaires, parallèlement à des procédures de test plus fiables et plus efficaces.

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Les capacités de protection de divers bouchons d’oreille HPD lorsqu’ils sont soumis à des impulsions sonores ou à des explosions ont été étudiées à l’aide d’os temporaux de cadavres humains (TB) et d’une variété de méthodologies informatiques et expérimentales. Pour leur étude, l’équipe de l’Oklahoma a développé un modèle de tuberculose imprimé en 3D qui a été construit avec des polymères flexibles et durs et contient un TM, un conduit auditif, des ligaments suspenseurs de l’oreille moyenne et des tendons musculaires, une chaîne ossiculaire et une chambre de l’oreille moyenne.

Le modèle est une réplique mécanique et anatomique de l’oreille moyenne et externe dans laquelle les HPD peuvent être mesurés et évalués pendant l’exposition au souffle. Des expériences ont été menées pour exposer le modèle d’oreille imprimé en 3D à des explosions avec et sans HPD. Les pressions à l’entrée du conduit auditif et près du TM dans le conduit auditif ont été enregistrées, après quoi les résultats ont été comparés aux TB cadavériques pour validation. L’équipe a également évalué le potentiel d’utilisation du modèle comme modèle de transmission acoustique.

Avec un HPD en place, la pression de pointe atténuée près du TM était aussi basse que 0,92 psi avec une pression de pointe de souffle de 5,62 psi à l’entrée du conduit auditif, tandis que sans HPD, la pression près du TM était de 9,79 psi avec un souffle similaire pic à l’entrée du conduit auditif. En conséquence, l’étude a évalué avec précision la fonction protectrice des HPD passifs pendant les explosions et a démontré l’efficacité des modèles imprimés en 3D pour les tests standardisés des HPD.

De plus amples informations sur l’étude peuvent être trouvées dans le document intitulé: « Un modèle d’oreille humaine imprimé en 3D pour les tests standardisés des dispositifs de protection auditive contre l’exposition aux explosions », publié dans la revue Otology & Neurotology Open. L’étude est co-écrite par M. Brown, S. Jiang et R. Gan.

Images d'une impression finie de la partie non assemblée de l'oreille moyenne de la tuberculose imprimée en 3D.  Image via Otologie & Neurotologie Open.
Images d’une impression finie de la partie non assemblée de l’oreille moyenne de la tuberculose imprimée en 3D. Image via Otologie & Neurotologie Open.

Impression 3D d’aides auditives personnalisées

Les aides auditives sont l’un des principaux exemples de la façon dont les dispositifs médicaux personnalisés ont bénéficié du développement de l’impression 3D.

En fait, des chercheurs du laboratoire de recherche aéromédicale de l’armée américaine ont déjà utilisé cette technologie pour produire et tester des bouchons d’oreille personnalisables pour les membres des forces armées américaines. Cette nouvelle technique de fabrication de protections auditives pourrait être déployée à l’avenir pour prévenir la surdité chez les militaires.

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Ailleurs, des sociétés comme Materialise, EnvisionTEC, Formlabs et Sonova impriment en 3D des aides auditives et des oreillettes personnalisées depuis des années, et on estime que 99 % des aides auditives dans le monde sont désormais fabriquées sur mesure à l’aide de la fabrication additive.

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L’image en vedette montre images d’une impression finie de la partie non assemblée de l’oreille moyenne de la tuberculose imprimée en 3D. Image via Otologie & Neurotologie Open.