Des jumeaux numériques pour prédire des maladies 

Les mondes vir­tuels sont une manière d’é­tendre et d’a­mé­lio­rer le monde réel, et c’est éga­le­ment le rôle d’un jumeau numé­rique. Concrè­te­ment, il s’agit d’un réfé­ren­tiel sur lequel vont s’associer dif­fé­rentes dis­ci­plines pour faire avan­cer un pro­jet com­mun : en addi­tion­nant leurs connais­sances et leurs savoir-faire, elles vont pou­voir par­ta­ger, sur la base d’une même repré­sen­ta­tion, plu­sieurs scé­na­rios possibles.

Per­sonne n’at­tend d’un jumeau numé­rique qu’il soit par­fait. Si je prends le paral­lèle avec l’au­to­mo­bile, 95 % des crash tests des voi­tures com­mer­cia­li­sées sont réa­li­sés sur sup­port infor­ma­tique. Grâce au jumeau numé­rique d’un véhi­cule, même incom­plet, on peut tes­ter sa résis­tance lors d’un choc, par exemple. Cela signi­fie que l’on a confiance en ces modèles. Le corps humain, évi­dem­ment, est plus com­plexe qu’une auto­mo­bile, mais notre objec­tif est simi­laire : nous sou­hai­tons amé­lio­rer l’es­pé­rance de vie et gar­der les indi­vi­dus en bonne san­té, à un coût sou­te­nable pour les sys­tèmes de soins. 

Pour ce faire, nous avons mis en place chez Das­sault Sys­tèmes une réelle flexi­bi­li­té entre les dif­fé­rentes échelles et les dif­fé­rentes dis­ci­plines qui sont uti­li­sées par ces réfé­rents vir­tuels. Notre jumeau numé­rique du cœur se défi­nit comme mul­ti­phy­sique. Le cœur est une pompe, et a donc un com­por­te­ment méca­nique qui va le faire se contrac­ter sous l’ef­fet d’un signal élec­trique. Il nous est pos­sible de dupli­quer numé­ri­que­ment ce phé­no­mène et la manière dont la pompe va être com­man­dée. Ce jumeau est ain­si capable de repro­duire la géo­mé­trie du cœur à par­tir d’un sys­tème d’imagerie, mais éga­le­ment le com­por­te­ment des fibres mus­cu­laires : c’est un pre­mier type de phy­sique que nous avons utilisé.

Si un modèle ne contient que ce que l’on y met, il per­met donc tout de même de faire des prédictions.

Ce cœur se contracte ensuite pour faire cir­cu­ler le sang. Nous sommes donc allés cher­cher un autre type de phy­sique pour repro­duire tout ce qui concerne la méca­nique des fluides afin de carac­té­ri­ser au mieux le com­por­te­ment hémo­dy­na­mique. L’en­jeu, c’est de per­son­na­li­ser ce modèle de cœur en fonc­tion de chaque indi­vi­du afin de pou­voir, par exemple, tes­ter dif­fé­rentes manières de soi­gner un patient dès lors qu’il a une mala­die. À par­tir de ce modèle para­mé­trable, il est pos­sible d’aller vers une repro­duc­tion très fine du cœur du patient du point de vue de son com­por­te­ment, à la fois sur le plan de la géo­mé­trie, mais aus­si de l’el­lipse élec­tro­phy­sio­lo­gique ou de la phy­sique. Si un modèle ne contient que ce que l’on y met, il per­met donc tout de même de faire des prédictions. 

Nous sommes éga­le­ment capables d’être mul­ti-échelle. Pour le cœur, il est tout à fait pos­sible de chan­ger de dis­ci­pline afin de repro­duire des com­por­te­ments de car­dio­toxi­ci­té. Cer­tains médi­ca­ments vont être capables de s’introduire dans les cel­lules du cœur et de contrô­ler le sys­tème d’ouverture/fermeture de canaux ioniques. Ici, nous ren­trons dans le domaine de la chi­mie et de la bio­lo­gie molé­cu­laire. On peut ain­si géné­rer des aryth­mies du cœur qui vont aller jus­qu’à des tor­sades de pointe, que nos logi­ciels sont capables de repro­duire en fonc­tion du dosage des médi­ca­ments. Ici, nous sommes à l’é­chelle molé­cu­laire, et plus seule­ment dans le domaine de la physique. 

Ain­si, nous avons besoin de mettre en œuvre plu­sieurs jumeaux numé­riques du patient pour com­prendre son état de san­té, défi­nir sa patho­lo­gie et pou­voir tes­ter dif­fé­rents scé­na­rios d’in­ter­ven­tion. Si la lon­gé­vi­té aug­mente ces der­nières années – selon les chiffres de l’OMS –, l’es­pé­rance de vie en bonne san­té stagne. Pour dépas­ser ce palier, cette mul­ti­pli­ci­té sera néces­saire. Un scé­na­rio d’in­ter­ven­tion peut ain­si uti­li­ser un médi­ca­ment ou un dis­po­si­tif médi­cal, ou même les deux. Un autre jumeau numé­rique des­ti­né à tes­ter la molé­cule ou le dis­po­si­tif médi­cal sera alors requis. Ce soin sera admi­nis­tré dans un envi­ron­ne­ment par­ti­cu­lier : si c’est une opé­ra­tion, elle aura lieu à l’hô­pi­tal, mais il peut s’agir d’une consul­ta­tion à dis­tance ou en pré­sen­tiel dans un cabi­net de méde­cine. Nous aurons alors besoin d’un jumeau numé­rique du site.

Enfin, réa­li­ser un jumeau numé­rique du sys­tème de soins est éga­le­ment néces­saire pour l’éprouver, com­prendre com­ment se font les flux d’argent et tes­ter dif­fé­rentes manières de mieux le pilo­ter. Il peut même se pré­sen­ter en 2D : un jumeau numé­rique n’a pas néces­sai­re­ment besoin d’être en 3D, même si c’est le modèle le plus par­lant pour illus­trer cette tech­no­lo­gie. Et dans les faits, nous n’avons pas besoin d’at­tendre d’a­voir un jumeau numé­rique com­plet du corps humain pour avoir déjà des résul­tats concrets. 

Ces pro­grès per­met­tront de ren­trer dans la méde­cine per­son­na­li­sée, et de trou­ver le bon trai­te­ment pour le bon patient, au bon moment. Il y aura éga­le­ment un cer­tain nombre de béné­fices secon­daires. D’a­bord, le patient com­pren­dra mieux ce qui va se pro­duire lors de l‘intervention. Il pour­ra ain­si deve­nir acteur de sa propre san­té, et la pré­ven­tion sera ren­for­cée. De plus, ces pro­grès per­met­traient aux méde­cins d’avoir plus de temps dis­po­nible. En effet, si le jumeau numé­rique teste à leur place un cer­tain nombre de confi­gu­ra­tions réa­li­sées autre­fois à la main, on libère du temps médi­cal sans bri­ser pour autant le lien avec le patient, bien au contraire. Cela pro­met éga­le­ment une meilleure col­la­bo­ra­tion entre médecins. 

Il existe déjà une demande très forte de la part des méde­cins pour uti­li­ser ces jumeaux numériques.

Il existe déjà une demande très forte de la part des méde­cins pour uti­li­ser ces jumeaux numé­riques, d’au­tant plus qu’ils se plaignent aujourd’­hui de pas­ser trop de temps dans la ges­tion admi­nis­tra­tive et pas assez de temps avec les malades. Mais nous sommes au début de cette aven­ture, et si cer­tains sont convain­cus du bien-fon­dé de cette démarche, ils sont encore pion­niers en la matière. C’est un besoin d’au­tant plus pres­sant qu’au­jourd’­hui, les connais­sances médi­cales doublent tous les 70 jours. Et ces méde­cins voient bien l’in­té­rêt de pou­voir mettre en com­mun leurs connais­sances afin de pou­voir for­mer les jeunes géné­ra­tions ou de dis­cu­ter d’un cas com­plexe à plu­sieurs praticiens. 

On peut citer en exemple le Bos­ton Chil­dren’s Hos­pi­tal, l’hô­pi­tal pédia­trique de Bos­ton, où le chef de ser­vice en charge de la chi­rur­gie pédia­trique, le doc­teur Hogan, uti­lise un modèle de cœur avant d’intervenir sur des enfants en bas âge ayant des mal­for­ma­tions congé­ni­tales. Ce jumeau numé­rique du cœur l’aide à mieux com­prendre la patho­lo­gie de l’en­fant, et lui per­met d’expliquer visuel­le­ment aux parents la patho­lo­gie de leur enfant pour les mettre en confiance. 

C’est une preuve que cette tech­no­lo­gie peut être uti­li­sée dans une pra­tique médi­cale pous­sée, mais nous sommes encore loin d’une adop­tion géné­rale. Si le monde médi­cal est friand d’innovations, il sou­haite en paral­lèle qu’elles soient éprou­vées. Ces tech­no­lo­gies sont pour­tant assez rai­son­nables en termes de coût et de temps. Dans deux ou trois ans, elles auront gran­de­ment évo­lué en termes de rapi­di­té, de ren­du, de résul­tats et de consom­ma­tion de res­sources tech­no­lo­giques, ce qui favo­ri­se­ra leur uti­li­sa­tion dans l’entièreté du corps médical.

Propos recueillis par Jean Zeid