Prothèse crânienne 3D personnalisée : Une première en Algérie et en Afrique !

Prothèse crânienne 3D personnalisée : Une première en Algérie et en Afrique !

Hadya LAGGOUN et Mehdi KHETTAB

De gauche à droite : Dr. CHEIKH, M. LASSAL et Dr. TERRAK

La diversité et la complexité des problématiques rencontrées en médecine nous imposent de reconnaître les limites des pratiques institutionnelles démesurément séquentielles. Elles nous incitent à développer des espaces ritualisés de coopération interprofessionnelle et interdisciplinaire et ce, en exigeant de la souplesse afin de favoriser l’innovation. C’est dans cette optique que deux neurochirurgiens de l’EHS Ait Idir, Docteurs A. Terrak et A. Cheikh, ainsi qu’un ingénieur en biomécanique, Dr. K. Lassal, ont élaboré ensemble la première prothèse crânienne 100% algérienne, personnalisée et imprimée en 3D. Cette dernière a été posée avec succès le huit février 2018 sur un patient ayant perdu une partie de la couverture osseuse de la boîte crânienne suite à des complications d’une infection crânienne. Le magazine ReMed a l’immense honneur et le privilège d’interviewer en première et en exclusivité les auteurs de cet exploit scientifique inédit !

Comment vous est venue l’idée de concevoir une prothèse crânienne ? 

Un jour, alors qu’on était au Service, engage le Dr. Cheikh, une dame s’est présentée à nous, accompagnée de sa fille âgée de 15 ans. La jeune fille avait été opérée d’une plaie crânio-cérébrale suite à un accident de la circulation extrêmement grave. Après près d’un mois passé en réanimation, elle s’en était miraculeusement sortie, elle en a gardé toutefois d’importantes séquelles esthétiques. Depuis, elle refusa d’aller à l’école car ses camarades l’appelaient « le Monstre ».
La mère avait entendu parler, via un documentaire à la télévision, de prothèses crâniennes 3D fabriquées au niveau du CHU de Limoges en France ; elle cherchait à se renseigner sur une possibilité de prise en charge ; cependant, celle-ci coûte l’équivalent de 570 millions de centimes ! C’était totalement inaccessible pour la famille.
À cet instant, intervient le Dr. Terrak, un profond sentiment d’amertume nous étreignait le cœur. Pire encore que l’image de cette jeune fille en détresse et de sa mère s’accrochant à un infime espoir, c’est notre impuissance face à la situation qui était des plus insoutenables. C’est là que le déclic arriva, nous nous sommes regardés et nous nous sommes dits... et pourquoi pas ? Le soir nous avons rencontré notre ami Dr. Lassal dans un jardin autour d’un thé pour lui exposer notre idée. Pour moi, continue Dr. Lassal, tout était clair dans mon esprit, il n’y avait aucun doute ; j’ai répondu : makach li i weli lelour…
C’est ainsi que le projet a débuté en Avril dernier.

"Makach li i weli lelour..."

Quelles techniques utilisiez-vous pour traiter les patients avant la mise au point de la prothèse ? 

Il faut savoir qu’il existe plus d’un millier de patients avec des défects osseux dans le pays, dus pour la plupart à des traumatismes crâniens ou à des infections osseuses postchirurgicales. Ces patients peuvent souffrir de céphalées pulsatiles, de vertiges, voire d’exposition du cerveau à des agressions externes, sans parler du désagrément esthétique qui altère beaucoup leur vie.
Pour couvrir les défects, la technique précédemment utilisée était assez archaïque. On réalisait une plastie crânienne manuellement, en per-opératoire, avec un ciment biocompatible. Évidemment, la méthode est très approximative et ne vise qu’à protéger le cerveau.
Notre technique permet de créer une prothèse crânienne personnalisée, sur mesure, conçue à l’aide d’une imprimante 3D modifiée et ayant une impaction parfaite sur le crâne du patient.

Une fois le projet défini, comment s’est faite la mise en œuvre ? 

Au début, il fallait bien évidemment commencer par faire des tests sur des maquettes. Nous avons donc acheté une maquette anatomique d’un crâne humain que nous avons baptisée intimement « 3wawech ». On y a reproduit plusieurs défects différents par leurs complexités géométriques et architecturales.
Nous avons ensuite appliqué les techniques de RétroEngineering. Il s’agit, poursuit Dr. Lassal, de reproduire un modèle fabriqué exactement identique à un modèle préexistant grâce à une modélisation informatique. Il fallait donc collecter d’abord un maximum de données sur 3wawech ; nous avons décidé de faire un scanner de la maquette avec des coupes ultra-fines de 1mm... je ne vous raconte même pas les embarras pour essayer de convaincre nos amis radiologues de nous faire le scanner. Après cela, continue Dr. Lassal, la modélisation consiste à extraire des nuages de points à partir des images pour créer un modèle CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et faire une reconstruction en 3D de la maquette. Enfin, à partir de l’étude des courbes et des splines, on comble le vide du défect.
La grande problématique que nous avons rencontrée résdait dans l’épaisseur de la pièce, intervient le Dr. Terrak. Vous savez que l’épaisseur du crâne et la structure de l’os ne sont pas identiques partout. Nous ne pouvions pas nous permettre de fabriquer une pièce qui ne s’emboitait pas parfaitement avec le reste du crâne.
Pour cela, reprit Dr. Lassal, j’utilisais deux méthodes. Lorsque le défect n’était présent que d’un seul côté du crâne, je me référais au côté opposé et appliquais la même épaisseur. En revanche, lorsque le défect empiétait sur la ligne médiane, il fallait utiliser les courbures des berges et essayer de les relier en harmonie.
Enfin, grâce à un logiciel spécialisé, nous avons isolé la surface d’impaction et nous sommes parvenus à une simulation numérique du volet osseux.

Comment s’est faite ensuite la fabrication de la prothèse ?

C’était la dernière étape du processus, mais non des moindres ! Se lance le Dr. Terrak. Nous avons utilisé une imprimante 3D modifiée par nos soins.
C’était très difficile car aucun d’entre nous n’avait jamais utilisé ce genre d’imprimante ; nous ne savions même pas vers qui nous tourner. Heureusement, nous avons entendu parler d’un incubateur de start-ups basé à Alger appelé Sylabs. Grâce à leur aide, nous avons pu convaincre le constructeur de nous laisser effectuer nos essais sur la machine.
Nous avons d’abord utilisé du simple plastique pour nos essais car le matériel coûte très cher. Je rappelle tout de même que nous n’avons reçu ni bénéficié d’aucun soutien financier, l’ensemble du projet a été réalisé sur un autofinancement. Nous avons utilisé nos propres deniers et pour cela nous ne pouvions pas nous permettre de gaspiller le matériau précieux.
Ainsi, nous avons effectué plus d’une dizaine d’essais avant d’arriver à un résultat satisfaisant. Trop grands, trop petits ou carrément déformés ; les prototypes nous ont permis de mettre en évidence les failles et nous ont aidés à revoir nos calculs et à peaufiner notre modélisation. La persévérance a porté ses fruits puisque le résultat final était tout simplement époustouflant, nous avons réussi à obtenir une précision de 0.04 mm !
Ce n’était pas un caprice de notre part de rechercher un emboitement parfait, intervient le Dr. Cheikh, c’était impératif. Une prothèse trop grande dépasserait les limites du défect et serait très inesthétique ; à l’inverse, une prothèse trop petite peut constituer un sérieux risque d’embarrure qui peut être très délétère.
Nous n’étions pas au bout de nos surprises, termine Dr. Lassal, lorsqu’enfin nous sommes arrivés à un résultat satisfaisant, nous nous apprêtions à imprimer avec le composite spécial quand nous nous sommes rendus compte que l’imprimante n’était pas adaptée à ce genre de matériau. Pour faire simple, lorsque le matériau est mélangé à son liquide, il se produit une réaction d’agglutination qui dure moins de trois minutes, au-delà desquelles le matériau devient solide. Sachant que pour imprimer une prothèse, il faut compter au minimum trois heures.
Nous étions bloqués à ce moment, intervient Dr. Terrak, nous avons même brisé plusieurs têtes d’imprimante. C’est là que Dr. Lassal a imaginé une solution, une double solution pour être plus précis. D’abord, il a modifié la tête d’impression en l’élargissant et en lui ajoutant un dispositif qui permettait de contrôler la réaction de solidification; ensuite, il a modifié le matériau en y ajoutant des additifs qui ont permis de retarder au maximum la réaction. Cela a marché à merveille. C’était un véritable coup de maître de sa part. En réalité, tout le génie de la fabrication résidait dans ce point crucial.
Au final, nous nous sommes retrouvés avec un matériau totalement inédit et une imprimante 3D personnalisée et unique.
Permettez-moi de préciser, ajoute le Dr. Cheikh, que le matériau utilisé au CHU de Limoges est une céramique extrêmement couteuse ; notre composite personnalisé, coûte six fois moins cher !

Comment avez-vous évalué la biocompatibilité du matériau et sa stérilisation ?

Les paramètres du genre biocompatibilité, résistance et longévité ont déjà été évalués par des études antérieures car, à la base, c’est un composite connu et très utilisé. Évidemment, nous assurons nous-mêmes le suivi postopératoire pour évaluer in vivo les résultats ; car même si les tests en laboratoire étaient satisfaisants, le matériau pourrait se comporter différemment dans un milieu biologique. Maintenant, concernant la stérilisation, nous nous sommes rendus compte après plusieurs essais que la stérilisation par ultraviolets était la meilleure technique, car les méthodes de stérilisation conventionnelles telles que l’autoclave déformaient la prothèse et modifiaient sa structure, allant jusqu’à altérer sa rigidité et sa forme.

Quelles difficultés avez-vous rencontré pendant la réalisation de votre projet ? 

Les difficultés étaient d’abord techniques, que ce soit pour la modélisation du crâne, la fabrication du matériau ou les capacités de l’imprimante à reproduire notre modèle, chaque étape de la réalisation était un véritable challenge. On devait sans cesse relever un nouveau défi.
Ensuite, le problème du financement était omniprésent ; comme nous l’avons déjà dit, nous n’avons reçu aucune aide financière et par moment nous étions à sec. Il fallait redoubler d’ingéniosité pour pouvoir rester dans notre budget…sans pour autant y arriver.

Avez-vous reçu un soutien de vos hiérarchies respectives ? 

Pour notre part, commencent les chirurgiens, notre Chef de Service était derrière nous et nous soutenait. Bien entendu, elle voulait que cela se fasse dans un cadre juridique réglementaire, mais elle y voyait un moyen de sortir de l’ordinaire et de montrer de quoi nous étions capables. Quant à moi, continue Dr. Lassal, mon directeur de thèse, auquel je rends un grand hommage, m’a ouvert toutes ses portes sans aucune hésitation, il m’a soutenu aussi bien dans le travail que dans le mental et m’a offert tous les outils en sa disposition.

Avez-vous songé à abandonner ? 

Avant tout, il faut savoir que le projet avait pris une très grande part de notre vie, nous y travaillions chaque jour. Déjà épuisés par notre travail et nos responsabilités, nous devions en plus affronter les péripéties du projet, plus nombreuses et plus ardues à mesure que celui-ci avançait. On terminait très tard le soir, souvent sur un énième échec. À court d’argent ou de solutions, on avait constamment l’angoisse de ne pas réussir. Une fois rentrés à la maison, on essayait de mettre de côté nos appréhensions pour savourer les quelques heures (ou minutes) de sommeil qui nous restaient...
C’était pourtant le prix à payer et nous ne nous plaignions pas. Nous avons choisi d’aller au bout sachant pertinemment quels seraient les sacrifices que cela allait nous coûter.
C’est ensemble que nous avons réussi à traverser l’épreuve. On se serrait les coudes. On se voyait quasiment chaque jour, même lorsqu’on n’avait rien à faire, c’était pour rester dans le rythme et se motiver mutuellement. On peut vous assurer d’une chose, à aucun moment l’idée d’abandonner ne nous a traversé l’esprit. Le mot d’ordre était Courage et Honneur.

" Le mot d'ordre était Courage et Honneur !"

Comment s’est faite l’interaction avec le patient qui devait bénéficier de votre première prothèse ? 

Nous avons convié le patient au Service. Nous lui avons expliqué en des termes simples, clairs et intelligibles tous les risques qu’il encourait, à savoir les risques d’échec, d’infection, de paralysie et même de décès.
Il faut savoir que le patient est médecin, il est expérimenté et connait parfaitement les risques ; il en était à sa quatrième opération crânienne. De surcroît, il savait que nous étions de jeunes chirurgiens qui venaient tout juste d’avoir leur diplôme ; d’autant plus que c’était la première fois que nous entreprenions ce type d’opérations. Nous avons perçu cela comme un message très fort, celui d’un confrère, d’un intellectuel, qui fait confiance à la jeunesse et la matière grise purement algérienne.
Pour moi c’était nouveau, intervient Dr. Lassal, c’était la première fois que je parlais à un patient. Tous mes précédents travaux étaient effectués au laboratoire. Pour être sincère, au départ, lorsque j’ai commencé à faire des essais sur la maquette, c’était une sorte de routine pour moi ; mais après avoir rencontré le patient c’était bien autre chose. C’était le point de non-retour ! On n’avait plus le droit de faire machine arrière, on devait à tout prix réussir, on avait pris un engagement envers le malade.

Comment expliquez-vous la réaction du patient malgré les risques qu’il encourait ? 

Il n’arrivait tout simplement plus à se regarder dans un miroir. Il ne pouvait plus supporter sa vie ainsi, le regard de la société n’était plus tenable pour lui. Nous vivons dans une société d’apparence et de spectacle où l’homme a peur d’être heurté de visu par un individu qui ne lui ressemble pas.

Comment s’est déroulée l’intervention ?

Il faut savoir que le protocole chirurgical a été pensé et travaillé d’abord sur la prothèse. Il nous fallait assurer la stabilité de celle-ci et son impaction tout en évitant les complications post-opératoires. A titre d’exemple, nous avons créé des orifices en périphérie et au centre de la prothèse pour éviter le risque d’hématomes extraduraux. Ces détails peuvent vous paraître anodins, mais ils sont d’une importance capitale. Les prothèses conçues en Europe n’ont commencé à adopter cette façon de faire qu’au bout de la deuxième génération, après des années de recherches. Pour nous, ce fut parfaitement spontané, évident même. Nous avons aussi fait en sorte que le protocole opératoire soit le plus simple possible, de sorte qu’il soit accessible à n’importe quel chirurgien.
Nous avons convié Dr. Lassal à assister à l’opération. J’ai accepté de renter au bloc, continue Dr. Lassal, pas seulement pour voir le fruit de notre travail mais avant tout pour signifier à mes amis que j’étais là avec eux, et qu’on allait terminer l’aventure comme nous l’avions débutée : ensemble.
Il fallait d’abord mettre correctement en évidence le défect en désinsérant la fibrose et en assurant l’hémostase. Ensuite, nous avons retiré les multiples petites esquilles, dont la taille ne dépasse pas un ou deux millimètres, que l’ordinateur n’a pas pu modéliser. Une fois fait, nous avons pansé la surface avec une fraise diamantée, nous étions fin prêts pour placer la prothèse.
Arrivés au moment crucial, nous étions assujettis à toutes les émotions possibles et imaginables. À côté de l’excitation et de l’impatience, nous ressentions une grande appréhension et une incertitude quant à ce qu’il allait se passer. La déflagration d’adrénaline était intense. L’ensemble du projet se concrétisait en cet instant. C’était comme si, au lieu de la prothèse, c’étaient les émotions, les craintes, les déceptions et la hargne qui nous ont accompagnés tout au long du projet que l’on posait. Lorsqu’enfin on a entendu le « crac », signifiant que l’impaction était parfaite, une explosion de joie emplissait nos cœurs ; l’émotion était indescriptible. Je crois bien que nous n’avions jamais ressenti quelque chose de semblable, nous avions les larmes aux yeux.
C’était particulièrement le cas pour Karim, ajoute Dr. Terrak. La prothèse était son bébé, et lui qui était habitué au travail de laboratoire, voyait le fruit de son labeur se matérialiser devant lui.

Qu’a ressenti le patient lorsqu’il s’est réveillé ? 

C’était surtout lors du changement de pansement qu’il avait vu le résultat pour la première fois. Il s’est regardé dans le miroir et, après un moment, a déclaré de manière très spontanée et très simple « Vous avez fait du bon boulot... » Il s’arrêta ensuite un instant, envahi par l’émotion, cherchant à trouver des mots assez forts pour exprimer ce qu’il ressentait, il reprit avec sincérité : « Vous m’avez rendu ma vie. »

"Vous m'avez rendu ma vie !"

C’est une première en Algérie et dans toute l’Afrique, qu’est-ce qui vous a permis de réussir cet exploit ? 

Au départ nous ne sommes que trois jeunes têtes pleines de rêves ; l’une très académique et pragmatique, l’autre ouverte d’esprit et la dernière artistique et philosophique. Nos différentes personnalités convergent et se complètent, nous parvenons à travailler en harmonie tout en ayant chacun notre vision et en apportant chacun notre touche.
Je crois que notre force, dit le Dr. Terrak, est d’avoir su organiser une collaboration interdisciplinaire entre des personnes qui viennent de spécialités totalement différentes. Ceci est un élément décisif. Par le passé, j’ai eu à encadrer des étudiants en ingénierie pour leurs recherches biomédicales. De même, Dr. Lassal a une fois présenté ses recherches lors d’un congrès international de neurochirurgie.
J’ajoute, reprend le Dr. Cheikh, que le Dr. Terrak est un des rares medecins à avoir encadré des ingénieurs. De même, Dr. Lassal est le premier ingénieur à avoir fait une conférence dans un congrès médical.
Cet échange bilatéral et ce contact étroit avec des gens venant de spécialités différentes nous ont permis de passer outre la peur d’être critiqués, marginalisés et regardés de travers ; on allait vers l’autre de manière totalement décomplexée. L’ouverture d’esprit doit être un acquis ; c’est une condition sine qua none à la réalisation de n’importe quel projet.
L’amitié a aussi joué un grand rôle, poursuit Dr. Lassal ; nous sommes amis depuis des années, des frères d’armes même. Nous avons enduré beaucoup d’épreuves ensemble, nous avons appris à être soudés et à nous écouter les uns les autres. Rien de tout cela n’aurait été possible sans le très fort lien qui nous unit.
C’était un projet pensé Algérien et fait Algérien, termine le Dr. Cheikh. Du début à la fin, la conception, l’impression, l’épuisement, l’émotion et les déceptions, il nous fallait constamment batailler et nous adapter à nos conditions très difficiles. Mais nous le faisions pour nos patients, et il fallait aller au bout. L’échec n’était pas une option.

Un mot pour la fin ? Que dites-vous à nos jeunes lecteurs pleins de rêves et d’ambitions ? 

Dr. Cheikh : moi je suis toujours dans le why not, pourquoi pas ; explorer de nouveaux horizons, toujours aller de l’avant et chercher plus loin ; rester ouvert d’esprit et ne jamais abandonner !

Dr. Lassal : le plus important a été d’avoir rendu le sourire à un compatriote. Pour moi c’est l’essentiel. Mon message c’est qu’une fois qu’on a accompli quelque chose, on n’a plus le droit de s’arrêter, quelles que soient les conditions ou les difficultés, on doit continuer à avancer coûte que coûte. Chacun de nous, aujourd’hui, est l’acteur et l’auteur de son histoire de demain.

Dr. Terrak : la plus grande victoire est qu’ensemble, nous avons réussi à créer un atelier inter-universitaire en excluant toute forme d’égo, mais aussi en réexploitant nos différences. Matérialiser un rêve passe inconditionnellement par un retour à la source, celui de la réactivation du sens critique et analytique de l’homme et sa capacité à générer une pensée propre à lui, à ce qu’il est, car la vérité ne s’est jamais accrochée aux bras d’un acteur ou d’un intransigeant ! Moi je dis ceci aux jeunes : si l’hiver persiste, imposez le printemps... !

"Why not ?"

De gauche à droite : Dr. TERRAK, M. LASSAL et Dr. CHEIKH

Le docteur Ali TERRAK, 35 ans, est neurochirurgien à l’EHS d’Ait Idir, diplômé en 2017 après un cursus de résidanat effectué à l’hôpital Salim Zmirli. En plus de sa passion pour l’art musical, la littérature russe et la philosophie, il a pratiqué de multiples métiers durant son cursus universitaire, notamment celui de boulanger !

Le docteur Abderrahmane CHEIKH, 32 ans, est également neurochirurgien à l’EHS d’Ait Idir. Lui aussi diplômé en 2017, passant par plusieurs centres hospitaliers durant son cursus de résidanat (Ait Idir, Zmirli et Sidi Ghiles) et ayant effectué un stage en Espagne (à Malaga) dans le cadre des World Federation of Neurosurgical Societies Fellowship Program. En dépit du caractère astreignant des études, il est resté attaché à sa passion pour le Basketball et les nouvelles technologies, il a même comblé les derniers intersites de temps libre en travaillant dans une fromagerie !

Karim LASSAL, 37 ans est ingénieur en génie mécanique. Il a obtenu son ingéniorat à l’USTHB puis a soutenu son magistère en ingénierie de systèmes mécaniques. Actuellement en poste à l’ENST de Dergana, où il y enseigne le génie mécanique, il prépare également un doctorat en biomécanique à l’Université de Boumerdes. Musicien et passionné de cyclisme, il a également exercé comme boulanger !