Cette série de quatre articles constitue un compte-rendu du séminaire Santé Numérique organisé par l'ITN.
Le concept de jumeau numérique révolutionne aujourd’hui le domaine médical. En recréant des représentations numériques précises et personnalisées du corps humain, ces technologies offrent aux professionnels de santé un moyen inédit de comprendre, diagnostiquer et traiter des pathologies complexes.
Le projet CURE, mené par Elie Hachem, directeur du Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF) de Mines Paris – PSL, incarne cette avancée. Grâce à un financement ERC « Consolidator », il se consacre à la création de jumeaux numériques pour évaluer les risques de rupture des anévrismes intracrâniens et guider les décisions médicales. Ce projet, à la croisée de la mécanique des fluides et de l’intelligence artificielle, montre comment le numérique et la simulation peuvent répondre aux enjeux vitaux de la médecine de demain.
Conçu dans les années 2000 pour la conception de l’avion Boeing 777, le jumeau numérique est devenu une référence en matière de simulation et d’analyse de systèmes complexes. Il s’impose aujourd’hui dans le secteur médical comme un outil précieux, permettant de reproduire des environnements physiologiques spécifiques aux patients. En modélisant de manière précise et dynamique des parties du corps humain, cette technologie permet aux médecins de mieux comprendre certaines pathologies et d’évaluer les risques et traitements potentiels. Le projet CURE (Controlling Unruptured Intracranial Aneurysms), mené par Elie Hachem, est un exemple marquant de cette révolution en santé numérique. Lauréat d’un prestigieux financement ERC « Consolidator », CURE ambitionne de prévenir les ruptures d’anévrismes cérébraux grâce à une combinaison unique de simulation de l’écoulement sanguin et de machine learning.
Les anévrismes intracrâniens (AI) constituent une dilatation anormale de la paroi des artères cérébrales. En Europe, environ 3 % de la population adulte est affectée par cette pathologie, souvent détectée par hasard lors d’examens médicaux. La rupture d’un anévrisme entraîne chaque année le décès de 500 000 personnes dans le monde, dont une grande majorité est âgée de moins de 50 ans. Les médecins sont confrontés à une décision complexe lorsqu’ils identifient un anévrisme : opérer de manière préventive ou opter pour une surveillance régulière. Cette décision, cruciale pour la vie du patient, repose sur l’évaluation des risques, un domaine où le jumeau numérique s’avère être un allié de taille.
Le projet CURE utilise des simulations numériques haute-fidélité pour modéliser le flux sanguin à l’intérieur d’un anévrisme spécifique à chaque patient, créant ainsi un jumeau numérique de la pathologie. En effet, grâce aux données fournies par l’Institut de neurologie diagnostique et interventionnelle de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich, et le CHU de Nice, le projet associe des simulations de mécanique des fluides à de l’IA pour prédire le risque de rupture de chaque anévrisme. En cas de décision d’intervention, le jumeau numérique permet également de définir la nature optimale de la chirurgie à réaliser. Cette modélisation dynamique s’appuie sur une série de données biomédicales anonymisées et ouvre de nouvelles perspectives pour la médecine personnalisée. « Nos méthodes de simulation permettent de fournir aux médecins des éléments précis de risque et d’évaluer le caractère nécessaire de l’intervention », explique Elie Hachem. À terme, le projet vise à transformer la prise en charge des anévrismes en un processus plus sûr et adapté à chaque patient en temps quasi réel.
Avec une bourse ERC « Consolidator » d’environ deux millions d’euros, Elie Hachem a pu former une équipe de recherche multidisciplinaire regroupant experts en calcul intensif, spécialistes de la mécanique des fluides et professionnels de santé, pour développer cette innovation. Ce financement stratégique est un jalon important dans l’expansion des applications médicales du jumeau numérique et confirme la position de l’Institut des Transformations Numériques (ITN) de Mines Paris – PSL en tant que leader en innovation technologique pour la santé. En combinant calcul intensif et IA, CURE représente une avancée significative vers un traitement personnalisé des anévrismes intracrâniens, illustrant la capacité de l’ITN à déployer des technologies de pointe au service de la santé.
Le concept des jumeaux numériques, initialement développé pour l'industrie aéronautique, est en passe de transformer en profondeur le secteur de la santé. Cette technologie, permet une simulation numérique complète du corps humain et de ses environnements médicaux.
Mahaut Lambert, directrice du portefeuille Life Sciences and Healthcare chez Dassault Systèmes, montre comment le concept des jumeaux numériques trouve ses racines dans l’aéronautique avec des projets comme celui du Boeing 777 et redéfinit les soins de santé ainsi que les processus industriels associés.
Conçus à l’origine pour créer des maquettes virtuelles des avions, les modèles de jumeaux numériques ont depuis évolué vers des applications bien plus larges, notamment dans le secteur de la santé. Aujourd’hui, Dassault Systèmes, acteur majeur dans la conception 3D et la gestion du cycle de vie des produits, utilise cette technologie pour innover dans les domaines pharmaceutique et médical. Avec plus de 45 millions d’utilisateurs à travers 12 industries, Dassault Systèmes place le jumeau numérique au cœur des transformations en cours dans les sciences de la vie. L’entreprise collabore avec les plus grands laboratoires pharmaceutiques et biotechnologiques, ainsi qu’avec des organismes de santé publique, afin d’exploiter les capacités des jumeaux numériques pour améliorer les produits, les procédés et les soins aux patients.
L’une des principales innovations réside dans la conception de quatre types de jumeaux numériques : le jumeau du patient, du produit, du procédé et de l’usine. Cette approche permet de créer un écosystème complet et intégré, allant de la conception de médicaments à la personnalisation des soins pour les patients.
Par exemple, Novo Nordisk, leader dans le traitement du diabète, a adopté la plateforme 3D EXPERIENCE de Dassault Systèmes pour optimiser le design de ses stylos à insuline. Grâce à un jumeau numérique du produit, l’entreprise a pu détecter des défauts dans la conception, supprimer les cloisonnements entre les services de design et de tests, et réduire considérablement les coûts et le temps de production. Ce processus garantit une amélioration continue des dispositifs médicaux, permettant une meilleure prise en charge des patients.
Dans le cadre du procédé et de l’usine, l’exemple de Sanofi illustre la capacité des jumeaux numériques à accélérer et rendre plus flexibles les processus de fabrication. Grâce à un jumeau numérique de leur usine de production de vaccins, Sanofi a pu rationaliser l’agencement de ses installations, réduire les délais de production de plusieurs mois à quelques jours, et atteindre des objectifs de durabilité environnementale en divisant par quatre l’empreinte carbone de l’usine.
La transformation la plus prometteuse des jumeaux numériques concerne l’intégration du patient. Le concept de « Patient Virtual Twin », développé en partenariat avec la Food and Drug Administration (FDA), consiste à créer des modèles numériques précis et personnalisés des organes humains, tels que le cœur. Ces modèles reproduisent non seulement les caractéristiques mécaniques et électriques des organes, mais permettent également d’anticiper les évolutions pathologiques, en s’appuyant sur des données médicales.
Cette approche offre des perspectives révolutionnaires en matière de médecine prédictive et préventive, notamment en l’absence de données patients, un défi majeur pour les professionnels de santé. Grâce aux simulations basées sur des cohortes virtuelles, il devient possible d’anticiper les besoins thérapeutiques et de tester des traitements de manière accélérée. Ce projet, qui a déjà démontré son efficacité pour des essais cliniques tels que ceux réalisés pour le vaccin Moderna, ouvre de nouvelles voies pour améliorer les résultats cliniques tout en réduisant les délais de développement des traitements.
Le programme Meditwin incarne l’ambition de Dassault Systèmes de modéliser l’ensemble des organes et systèmes du corps humain. Cette démarche vise à étendre le concept de jumeau numérique, aujourd’hui principalement appliqué au cœur, à d’autres organes et pathologies. L’objectif est de créer une plateforme permettant de simuler et d’optimiser le traitement de maladies complexes, en combinant des données réelles et virtuelles.
Meditwin offre des perspectives de simulation dans des domaines aussi variés que la cardiologie, l’oncologie, ou encore les maladies neurodégénératives, en permettant aux chercheurs et aux cliniciens d’accéder à des modèles virtuels précis et évolutifs. En facilitant l’expérimentation et la personnalisation des soins, cette technologie promet de transformer l’approche thérapeutique et de renforcer l’efficacité des traitements.
En mettant un point d’honneur à intégrer les objectifs de développement durable dans ses projets, notamment à travers la réduction de l’empreinte carbone des procédés industriels et la promotion d’un accès équitable aux soins, Dassault Systèmes s’engage en faveur d’une innovation durable. En connectant les mondes virtuels et réels, les jumeaux numériques permettent de concevoir des solutions médicales plus accessibles, plus sûres, et plus respectueuses de l’environnement.
La technologie des jumeaux numériques s’impose comme une composante essentielle de la transformation numérique dans le domaine de la santé. Pour les décideurs du secteur, il est crucial d’anticiper et de comprendre les implications de ces innovations. L’ITN, à la pointe de la recherche et du développement dans ce domaine, propose un accompagnement stratégique pour ceux qui souhaitent tirer parti de ces technologies pour améliorer la performance des soins et des systèmes de santé.
L’adoption des jumeaux numériques offre des opportunités sans précédent pour repenser les modèles de soins, optimiser les processus industriels et garantir une meilleure accessibilité aux innovations médicales, tout en respectant les impératifs de durabilité.