Patients virtuels : une réalité dans la R&D sur les implants orthopédiques

Depuis plusieurs années, des entreprises comme DJO Surgical utilisent des patients virtuels afin d’accélérer le développement d’implants, et y voient des avantages techniques et financiers évidents. Adam Shallenberg, Engineering Manager pour le secteur de la hanche chez DJO a fait part de son avis quant à l’amélioration des implants de hanche lors de l’un de nos derniers webinaires.

Un patient virtuel est un modèle informatique d’un patient qui peut prédire de manière fiable la réponse de ce patient à un traitement donné. Il existe un large éventail de concepts correspondant à cette définition, allant de simples modèles 1D de flux sanguin aux analyses d’éléments finis, en passant par des réseaux bayésiens qui estiment les résultats en fonction de différentes combinaisons de variables clés.

Les patients virtuels ne correspondent pas à un patient connu, réel ; ils sont généralement anonymes ou synthétiques. Il s’agit d’une distinction importante par rapport aux jumeaux numériques, où le modèle est jumelé avec le patient réel et ajusté dans le temps en fonction des résultats réels observés.

En orthopédie, le terme ‘patient virtuel’ a été utilisé pour désigner des modèles d’os 3D extraits de CT-scans ou d’IRM. Ces modèles d’os peuvent être mesurés numériquement pour donner aux ingénieurs R&D une idée de l’étendue et de la distribution statistique des dimensions clés dans la population ciblée. Une conception d’implant peut être vérifiée en implantant virtuellement son fichier CAO dans un nombre quelconque de modèles d’os et en évaluant l’ajustement géométrique.

Dans certains cas, la modélisation des éléments finis est utilisée afin d’évaluer la distribution des contraintes ou le micromouvement. Les patients virtuels ‘spécifiques’, extraits directement de CT-scans ou d’IRM de patients réels (anonymes) peuvent être complétés par des patients virtuels ‘synthétiques’ (également appelés patients virtuels ‘dérivés’), créés par modélisation statistique de formes. L’avantage des patients virtuels synthétiques est que les ingénieurs peuvent créer n’importe quelle forme d’os pour tester leur implant – un patient moyen par exemple, ou le pire des cas.

DJO Surgical a constaté de nombreux avantages à l’utilisation de patients virtuels. Lors de notre webinaire, Adam a expliqué que les patients virtuels sont désormais un outil standard, utilisé pour tous les projets de conception.

Il a pris l’exemple d’un produit spécifique pour la hanche appelé Hanche Exprt® Revision, pour lequel l’utilisation de patients virtuels a permis d’améliorer l’ajustement de l’implant, même en réduisant l’instrumentation à seulement deux gouttières. Selon lui, « la hanche Exprt® Revision s’adapte à une grande variété d’os. La vérification sur le patient virtuel est l’outil clé que nous avons utilisé pour y parvenir. »

Non seulement ils ont amélioré la conception, mais ils ont également économisé du temps et de l’argent. « Les patients virtuels se sont avérés être un outil très précieux qui nous a permis d’itérer le projet plus rapidement et à moindre coût avant de passer aux étapes suivantes, plus coûteuses et qui prennent davantage de temps », a déclaré Adam.

Enfin, les patients virtuels permettent également aux ingénieurs et aux chirurgiens de parler le même langage : « Les chirurgiens concepteurs ont en tête les connaissances anatomiques, mais il est parfois difficile pour nous, ingénieurs, d’atteindre le même niveau de compréhension. Je considère que cet outil est une belle manière de collaborer, qui leur permet d’indiquer les fonctionnalités qu’ils comprennent. Ils sont prêts à accorder une grande confiance à l’étude du patient virtuel et à prendre des décisions conceptuelles fondées sur ce que les données nous montrent. »

DJO Surgical est l’une des nombreuses entreprises qui ont repéré des avantages tels que l’amélioration de l’ajustement et une itération de conception plus rapide. Les avantages des patients virtuels sont nombreux et dépendent du dispositif que l’on conçoit. Ils peuvent être indirects ou directs, et concerner, entre autres, les aspects financiers ou techniques.

Bénéfices techniques directs :

• Découvrez de nouvelles informations sur l'anatomie
• Ajustement géométrique amélioré des implants
• Augmentation de la couverture de la population
• Fiabilité accrue du processus de vérification et de validation

Bénéfices techniques indirects :

• Référence anatomique commune à tous les membres de l'équipe de conception
• Amélioration de la communication avec les chirurgiens et les médecins

Avantages financiers directs :

• Économies sur les cadavres ou les animaux
• Réduction du temps de mise sur le marché
• Autorisation réglementaire accélérée
• Utilisation plus efficace de l'inventaire

Bénéfices financiers indirects :

• Amélioration de l'image de marque grâce à l'innovation et au leadership technologique
• Avantages marketing et relations publiques

Bien que ces avantages ne soient pas une liste exhaustive, ils constituent un ensemble de démarrage qui peut être étendu au fil du temps.