Transcription

• Speaker #0

  Bonjour et bienvenue à tous pour un nouvel épisode de SummultiPhysique, le podcast ADDL, partenaire des logiciels de simulation numérique ANSYS. Je suis Helmi Allali, ingénieur d'études en dynamique explicite chez ADDL. J'ai le plaisir d'accueillir M. Arnaud Germaneau, professeur de l'Université de Poitiers. Bonjour Arnaud.

• Speaker #1

  Bonjour, bonjour à tous.

• Speaker #0

  Alors, vous étiez déjà venu sur notre chaîne. Aujourd'hui, nous allons parler un peu plus en détail d'un projet qui vous menez sur le rachis. Déjà, pour définir le rachis, il s'agit de la colonne vertébrale et la structure osseuse qui se tend de la base du crâne jusqu'au bassin. Elle est composée d'une série de vertèbres empilées les unes aux autres, séparées par des disques intervertébraux qui permettent de, par exemple, soutenir le corps humain, protéger les moelles épinaires, se mouvoir. La colonne vertébrale est divisée en plusieurs segments, chacun ayant une fonction de caractéristiques anatomiques spécifiques. Par exemple, si on peut dire le cervical, c'est une structure osseuse qui est composée de sept vertèbres. La thoracique, c'est dans la région de poitrine qui fait la liaison entre les côtes, qui est composée de douze vertèbres. Et ensuite, il y a lombaires, le sacrum et le coccyx. Il y a beaucoup de chercheurs qui travaillent sur ça, car les douleurs et les troubles de la colonne peuvent sérieusement affecter la qualité de vie, la mobilité d'une personne, la pathologie courante, inclut la scoliose et ainsi de suite. Est-ce que vous avez déjà mené à un projet avec votre équipe sur la modélisation soit du rachis cervicale, soit de la colonne vertébrale ? C'est quoi exactement l'objectif ? C'est quoi exactement le contexte du projet ? Et tu en es où exactement dans le projet, s'il y a un projet en cours ?

• Speaker #1

  Oui, merci Helmi. C'était vraiment un sujet très intéressant et sur lequel on pourrait passer plusieurs heures, qui est la biomécanique du rachis. Donc nous, en tant que chercheurs à l'Université de Poitiers, on travaille sur cette thématique depuis plusieurs années avec les chirurgiens du rachis du CHU de Poitiers, que ce soit des neurochirurgiens ou des chirurgiens orthopédiques. Et donc, vous avez souligné évidemment toute l'importance de cette structure osseuse dans le corps humain. On peut effectivement citer l'aspect protecteur de la cage thoracique pour les organes vitaux du corps humain, mais puis également, ça a une fonction structurelle et aussi de mobilité. Le rachis cervical qui est sur la partie supérieure de la colonne. qui nous assure une mobilité pour avoir le regard fixé sur les objets qu'on va suivre, ou pour la vie courante, pour pouvoir tourner la tête. Et puis la mobilité qui est plutôt sur la partie basse de la colonne, dans la partie lombaire ou thoracolombaire, elle permet finalement les mouvements de la vie quotidienne, pour ramasser un objet, lasser ses chaussures ou ôter des charges. Et donc finalement cette structure, comme vous l'avez dit, est essentielle pour la posture, pour la stabilité du squelette, et ça, il y a une évolution finalement de... soit de la croissance, soit de la stabilité de la colonne vertébrale, qui a lieu tout au long de la vie. Et on est tous, à un moment donné, soit nous, soit nos proches, suivis à une problématique liée à la colonne vertébrale, soit parce qu'on a porté une charge trop lourde, donc on s'est fait, comme on dit, un tour de rein, c'est-à-dire qu'on s'est fait mal au dos, on s'est fait un lumbago, on a mal dans le bas du dos, généralement, on s'écala, ou alors on s'est fait un torticolis pour la partie cervicale. Donc on est suivis à ça, ou alors il y a aussi des pathologies qui sont liées... à une déformation de la colonne, et là on peut penser à la scoliose chez l'adolescent, ou la scoliose qui apparaît chez la personne âgée avec la dégénérescence de ses structures. De fait, quand on est biomécanicien et qu'on discute avec les neurochirurgiens ou les chirurgiens du RACIS ou les chirurgiens orthopédiques, ils nous posent facilement des questions d'un point de vue mécanique. Donc c'est un sujet important, donc on y travaille. différents niveaux, plusieurs niveaux comme vous l'avez cité au niveau cervical, au niveau lombaire, au niveau thoracique. Donc la réponse est oui, nous on travaille dessus aussi depuis des années. On a plusieurs projets en lien avec ce que je viens d'évoquer. Déjà pour essayer de comprendre ces projets, il faut essayer de comprendre comment est constituée la colonne. La colonne est une structure qui doit assurer un maintien mécanique, qui doit assurer un transfert des charges mécaniques dans tout le squelette. Et il a aussi un effet protecteur pour protéger la moelle épinière. Donc il y a cet effet structurel protecteur et en même temps il doit pouvoir bouger. On peut faire des comparaisons avec des structures que l'on connaît dans la vie courante. Ça reste une structure mécanique où il y a un empilement d'éléments rigides, que sont les vertèbres. Et entre chacun de ces éléments rigides, il y a des éléments qui sont souples, comme les disques intervertébraux. Et tout ça est géré par des muscles et des ligaments. On peut faire le parallèle avec le mât d'un bateau. C'est exactement la même structure. C'est-à-dire qu'on a un mât avec des haubans qui permettent d'assurer la... la tenue mécanique du mât et ces haubans, c'est les muscles finalement de la colonne et le mât, c'est notre colonne vertébrale qui doit pouvoir assurer les fonctions de maintien des efforts. On peut aussi faire le parallèle avec un pont à haubans, vous avez cité les haubans tout à l'heure, on peut citer ce parallèle avec des structures rigides et des structures souples. Et donc, c'est un beau problème mécanique parce qu'on doit pouvoir répondre à un transfert des charges entre ces structures souples et ces structures rigides. Donc pour répondre à votre question, oui, on a plusieurs projets en cours qui touchent la traumatologie, c'est-à-dire quand il y a une fracture d'une vertèbre ou une atteinte discale, le chirurgien va venir mettre un dispositif médical de maintien, c'est-à-dire des vis, des tiges ou une cage. Et donc, il faut vérifier cette tenue mécanique. Alors, il y a évidemment une expérience qui est très importante en chirurgie qui permet de faire des bons choix, mais ces choix doivent être dépendants du patient. Et donc, nous, mécaniciens, on est là pour essayer d'aider les chirurgiens à optimiser ce choix et à choisir finalement un bon matériel en fonction de l'âge. en fonction de la morphologie, en fonction de la taille du patient, et en fonction de son activité aussi. Donc la mécanique peut apporter des éléments de réponse sur ces points, quand il y a un traumatisme. Un autre point important, c'est que les chirurgiens essaient d'être le moins invasifs possible maintenant. C'est-à-dire qu'ils font des chirurgies mini-invasives, où on minimise l'ouverture par une cicatrice, et donc l'idée c'est de faire des cicatrices qui font quelques millimètres ou à peine quelques centimètres. Donc ça veut dire que les chirurgiens, quand ils opèrent, ils n'ont pas une visualisation directe de ce qu'ils sont en train de faire dans le corps humain. Donc évidemment, ils ont des systèmes d'imagerie au bloc opératoire, et nous, mécaniciens, on essaie de faire des simulations, des calculs mathématiques, des modèles mathématiques, en amont de la chirurgie, pour essayer de montrer aux chirurgiens, pour essayer de prédire comment va se dérouler son geste lorsqu'il va insérer un dispositif médical, tel qu'une tige, ou plusieurs tiges, en fonction de la longueur des tiges, en fonction de la courbure des tiges, et en fonction des vis qu'il va mettre. dans les différentes structures osseuses. Donc en fait, la simulation numérique, la mécanique, est là pour essayer d'apporter des informations complémentaires à cette chirurgie sur lesquelles les chirurgiens n'ont pas forcément un accès direct. Alors évidemment, ça c'est pour la traumatologie, mais on a exactement la même chose pour tout ce qui est déformation due à une scoliose. Et donc quand une personne a une scoliose, c'est une déformation dans l'espace de la colonne vertébrale, dans les trois plantes d'espace. Et le chirurgien doit réduire cette déformation pour pouvoir redresser la colonne vertébrale et faire en sorte que... le patient puisse se tenir debout sans contraintes mécaniques trop importantes dans les structures. Et là aussi, finalement, il est face à un choix sur le nombre d'étages qu'il faut stabiliser par des tiges et des vis, et puis savoir comment réduire au mieux cette scolose tout en ayant un temps opératoire et une invasivité limitée durant son temps opératoire. Donc là aussi, les modèles mathématiques, les simulations peuvent apporter des éléments de réponse sur les choix à la fois des étages que les étages vertébraux que le chirurgien va se stabiliser sur le matériel. Donc tout ça, c'est de la modélisation en mécanique. Nous, biomécaniciens, on travaille en tandem avec les chirurgiens pour essayer d'apporter des éléments de réponse tout en ayant une prise en compte de la spécificité du patient. C'est-à-dire qu'on doit tenir compte de la taille, du poids et des activités de vie du patient pour pouvoir donner aux chirurgiens des éléments dans le choix de ces dispositifs médicaux. Et donc, là, on est aidé par l'imagerie avec les scanners rayon X. et les IRM, où on peut avoir accès aux structures osseuses et aux structures molles, les imager en faisant des étapes de traitement et d'analyse d'images. Et bien à partir de ces imageries, on peut aller vers des modèles mathématiques, des modèles de simulation patient spécifiques, qui nous permettent de faire des prédictions, de faire des calculs en accord avec l'imagerie du patient. Et là, il y a des travaux de recherche en cours qui sont très importants pour aller plus loin sur l'aide qu'on peut apporter aux cliniciens chirurgiens. Voilà les quelques projets que l'on a actuellement d'un point de vue mécanique, sur de la simulation en mécanique.

• Speaker #0

  Je pense qu'on parle pour mettre des dispositifs médicaux dans des modèles éléments finis, ou bien pour objectif de faire même par exemple des implants, des implants avec des dispositifs médicaux dans le rachis ou dans la colonne vertébrale. Je pense que le premier choix qu'il faut faire c'est le matériau. Je pense qu'il y a un grand axe, c'est ce qu'on appelle la biocompatibilité d'un matériau avec... par exemple l'os, comment il va réagir dans un corps humain, Est-ce que vous travaillez dans ce axe-là ? Ou bien est-ce que vous avez une base donnée qui est valable pour tout le corps humain ? Comment vous traitez ça exactement ?

• Speaker #1

  Alors ça, c'est vraiment une très bonne question. Effectivement, vous avez raison sur le fait qu'il faut assurer la biocompatibilité entre le matériau et les structures du corps humain. Et là, si on prend l'exemple, soit sur la partie cervicale ou sur la partie lombaire de la colonne vertébrale, où finalement c'est là où il y a plus de mobilité sur la colonne. Et on peut prendre l'exemple d'une pathologie avec une dégénérescence discale, c'est-à-dire qu'il y a un disque intervertebral, c'est-à-dire les parties flexibles, souples, entre deux vertèbres s'abîment avec l'âge par exemple. Et lorsqu'il y a vraiment une douleur trop importante ou une perte de mobilité trop importante chez un patient, le chirurgien peut proposer une solution d'une prothèse discale. Et là, effectivement, il y a beaucoup de travaux qui ont été réalisés sur la compatibilité de ces prothèses avec les structures osseuses, puisqu'il faut que le chirurgien vienne remplacer une structure souple par un dispositif médical qui permet un mouvement, tout en assurant une transmission des efforts mécaniques aussi. Donc il faut dire qu'il faut assurer un bon ancrage. bonne compatibilité du matériau, en tous les cas de l'interface entre la prothèse et l'os, et tout en assurant cette mobilité. Pour répondre à votre question, il y a des matériaux qui sont adaptés au corps humain, ils sont dits biocompatibles, et surtout il ne faut pas qu'il y ait de rejet de particules, de micro-particules ou de nanoparticules dans le corps humain. Donc là il y a évidemment une évolution avec une veille constante de ces matériaux, d'évolution de ces matériaux par les laboratoires et les autorités. et il y a des matériaux où on sait qu'il ne faut plus les utiliser. La majorité des matériaux qui sont utilisés sont des alliages de titane actuellement pour ce genre de prothèses, en tout cas au niveau vertébral. Ils sont biocompatibles. Ensuite, il faut assurer le remodelage osseux. Il faut assurer cet ancrage mécanique, cette liaison mécanique entre le dispositif médical et les structures osseuses. Il faut favoriser le remodelage osseux autour de la prothèse, par exemple. Et là, il faut travailler non seulement sur la qualité du matériau, mais également sur la texturation du matériau pour qu'il y ait cet ancrage dit primaire, c'est-à-dire juste après la chirurgie, et cet ancrage secondaire, c'est-à-dire un remodelage osseux, une régénération de l'os sur les surfaces entre la prothèse et les vertèbres, par exemple sur la colonne. Et là, il y a vraiment un travail de recherche qui est très important, qui est à faire par les industriels. et par les laboratoires en lien évidemment avec les chirurgiens parce qu'à la fin c'est eux qui assurent la pose et le suivi du patient. Et donc il y a des matériaux où on sait que c'est compatible. Là typiquement c'est du titane. Alors il y a d'autres matériaux, il y a des matériaux comme le pic aussi qui est très utilisé puisqu'il faut aussi assurer... Alors le pic c'est un matériau polymère qui permet d'avoir des propriétés mécaniques de rigidité qui sont très intéressantes. Il y a un point sur lequel il faut aussi s'attarder quelques instants, c'est le fait que le matériau qu'on va apporter dans le dispositif médical présente un comportement mécanique semblable aux structures osseuses. C'est-à-dire qu'il ne faut pas qu'il y ait une grande différence de rigidité, par exemple, entre le matériau qu'on apporte et les structures déjà présentes. Sinon, ça peut créer un point de contrainte mécanique beaucoup plus important et après générer une défaillance osseuse dans ce que l'on apporte. C'est-à-dire qu'il faut essayer d'assurer une continuité. dans ce que l'on vient remplacer ou dans ce que l'on vient suppléer dans les structures osseuses. Donc il faut essayer de trouver des matériaux qui ont des propriétés mécaniques pas trop éloignées de l'os. Alors ça c'est compliqué parce que, on l'a dit tout à l'heure, le corps humain est en perpétuelle évolution et la qualité de l'os va impacter sur sa raideur, sur sa rigidité, sur sa façon dont il se déforme. Et évidemment avec l'âge, on sait qu'il peut y avoir des problèmes d'ostéoporose ou d'arthrose qui vont rendre l'os entre guillemets plus mou. Par contre, le matériau qu'on apporte, lui, est toujours rigide. Donc il faut jouer sur ces différents facteurs de rigidité entre l'os et le dispositif médical. Et là où c'est intéressant actuellement, c'est qu'on peut essayer de jouer à la fois sur la texturation et sur le schéma du matériau. Alors quand je dis schéma, c'est le schéma en 3D, on pense tout de suite à l'impression 3D. Et l'impression 3D propose des pistes de développement très intéressantes, puisqu'on peut essayer d'avoir une architecture 3D qui est peut-être en accord avec ses propriétés mécaniques spécifiques aux patients, spécificités osseuses. Voilà ce sur quoi on réfléchit actuellement pour suppléer au mieux les fonctions mécaniques que peut fournir un dispositif médical.

• Speaker #0

  D'accord, je pense aussi que puisque c'est un matériau, c'est un dispositif médical, il sera inséré dans un milieu humide, donc il faut que ce soit un matériau non-oxydable, il ne faut pas avoir de... d'horizon aussi. Ça, c'est un des critères de la biocompatibilité du matériau. Et c'est vraiment le titane, les ponces, c'est un des matériaux qui sont standards. Les gens aussi, comme vous avez dit, ils travaillent sur des matériaux qui sont... Même l'obtention de ces matériaux-là, ce n'est pas assez cher, comme par exemple les matériaux plastiques issus par impression 3D. Maintenant, du point de vue aspect numérique, aspect modélisation. Est-ce que vous avez déjà modélisé ? Est-ce que vous avez commencé ? Est-ce qu'il y a des modèles standards de rachis cervical, par exemple, qui contient même des lombaires comme vous voulez, puisque vous travaillez dans ce axe-là aussi, Est-ce qu'il y a des modèles éléments finis qui sont déjà développés chez vous maintenant ? C'est quoi exactement ? Elle prend en compte quoi ? Elle ne prend en compte que la géométrie osseuse ? Est-ce qu'elle prend aussi la géométrie musculaire ? Si il y a la géométrie musculaire... c'est quoi les hypothèses est ce que sont des géométries issues d'un scanner 3D ou bien il y a des modélisations simplifiées de ce muscle-là ?

• Speaker #1

  Alors ça, c'est aussi une très bonne question. Il existe beaucoup de modèles dans la littérature scientifique. Si on parle sur le modèle cervical, avec des géométries très simplifiées des vertèbres cervicales et aussi des modèles plus ou moins complexes de disques. Il faut vraiment prendre en considération déjà cette base, c'est-à-dire modéliser... les structures rigides que sont les vertèbres et les structures souples que sont les disques. Donc ça c'est la base, c'est-à-dire qu'on doit absolument partir sur ce genre de modélisation où on empile les structures rigides et les structures souples. Et donc il existe des modèles simplifiés dans la littérature et ensuite on vient complexifier ces modèles aussi par différentes façons. Alors il y a deux choses très importantes à prendre en considération quand on fait de la modélisation élément-fini, enfin il y a trois choses mais là on va s'intéresser d'abord à deux, c'est la géométrie et le matériau, vous l'avez bien dit. Donc la géométrie, soit on part sur un modèle générique très simplifié, et on a une forme globale de la vertèbre, ou on part sur un scanner du patient. Et le scanner nous permet d'imager les structures osseuses, donc les vertèbres, et par des techniques de segmentation, on peut avoir un modèle mathématique très précis des vertèbres cervicales, par exemple. Et si en plus on peut compléter cette imagerie par une imagerie IRM, on a également possibilité d'avoir les disques intervertébraux. En combinant ces deux modalités d'imagerie, qui sont des examens cliniques que demandent couramment les chirurgiens, nous, mécaniciens et modélisateurs, pouvons reconstituer une partie de la colonne vertébrale, par exemple le rachis cervical, par des techniques de segmentation, on va réassembler les vertèbres et les disques. On a déjà un modèle un peu plus complexe, puisqu'on a des structures osseuses qui sont fidèles aux patients, avec des structures discales qui sont également fidèles aux patients. Ensuite, comme vous l'avez évoqué, il faut pouvoir, dans la mesure du possible, insérer également les muscles et les ligaments. Là, dans la littérature aussi, il y a eu plusieurs voies de développement qui sont très intéressantes, qui sont de modéliser de façon simplifiée mais tout de même assez réaliste les muscles et les ligaments par des utilisations de type câble, type élastique, où on vient tirer sur des insertions qui correspondent à la réalité, c'est-à-dire les points d'insertion tendineux ou musculaires sont bien localisés d'un point de vue anatomique, et on vient appliquer des contraintes mécaniques, ce sont les conditions limites qui sont toujours très importantes dans une modélisation, qui sont impliquées par le biais de ces câbles. Et donc déjà, ça donne une première approche très intéressante sur l'idée de pouvoir reproduire des mouvements physiologiques que sont la rotation par exemple de la tête, la flexion-extension ou l'inclinaison latérale. Et donc par le biais de ces câbles, on peut reproduire ces mouvements tout en ayant une raideur qui correspond à celle des muscles que l'on a couramment. Donc il y a des lois de passage qui existent entre... le comportement musculaire et puis ces modélisations de type câble. Quand on fait de la modélisation musculo-skeletique par exemple, on peut identifier des coefficients de raideur comme quand on tire sur un élastique, on sait de combien il est capable de s'étirer lorsqu'on tire dessus. C'est un peu le même principe sur ces câbles en fait, qui modélisent les ligaments et les muscles. Ensuite il y a des équipes qui développent, il y a peu d'équipes qui le font, mais il y a quelques-unes maintenant qui commencent à avoir des modèles beaucoup plus complets. On a des imageries qui s'améliorent de plus en plus, notamment l'IRM, avec des IRM au champ qui sont de plus en plus intéressants, qui nous permettent d'imager les muscles de façon plus précise, et aussi les tendons. Par des techniques de segmentation, on arrive à les réidentifier sur les coupes anatomiques des imageries et à les réinsérer dans notre modèle. Et là, il y a des équipes de recherche, je pense notamment à des collègues de Grenoble, qui développent un modèle musculosquelettique de la colonne avec les vraies géométries des muscles. et des tendons. La difficulté après, c'est de pouvoir identifier un comportement mécanique de ces tendons et de ces muscles, c'est-à-dire des modules d'élasticité ou d'hyperélasticité, puisque là on a quelque chose de très élastique qui va se déformer assez fortement. Et donc la difficulté après, c'est de rendre compte d'un point de vue mathématique du comportement de ces structures, et qui est assez complexe, parce que quand on a un câble, finalement on a un coefficient de rigidité comme un élastique. Mais quand on a une structure volumique, ça se déforme d'une façon qui va être volumique aussi, donc plus complexe et avec des coefficients des propriétés mécaniques qui vont être différentes dans chacune des directions de l'espace et encore une fois qui vont être propres finalement à chaque patient. Et là, il faut tenir compte de la musculature de chacun. On sait bien qu'on n'est pas tous musclés pareil, suivant notre activité et notre âge. Et là, on rencontre d'autres difficultés qui sont les identifications de ces paramètres mécaniques. Alors, on a des pistes aussi pour aller chercher ces propriétés mécaniques. Alors, on peut revenir dessus si vous le permettez. C'est vrai que dans la modélisation numérique, on vient de parler de la géométrie qui peut être fournie par l'imagerie. On a parlé des conditions limites qui sont finalement quand on fait de la mécanique du rachis. C'est finalement les mouvements de l'espace qui sont décomposés en flexion, extension, inclinaison latérale, rotation axiale. Et donc après je vais revenir sur ces propriétés mécaniques. Propriétés mécaniques, en mécanique ce sont les, je parle souvent de rigidité là, en fait c'est les capacités au matériau de se déformer plus ou moins et surtout d'avoir une limite de résistance. Sur l'os finalement c'est assez bien fait, maintenant on est capable de relier. les informations données par l'imagerie, qui sont des densités osseuses, à des propriétés mécaniques. Sur les tissus mous, c'est plus compliqué. Il commence à y avoir des lois de passage entre les signaux IRM et finalement les propriétés mécaniques. Et on a aussi des lois de passage maintenant entre des signaux échographiques. Donc on utilise une troisième modalité qui est l'échographie ultrasonore pour aller chercher ses propriétés mécaniques. Vous voyez tout ça pour dire que c'est encore assez complexe de pouvoir avoir toutes ces informations. On arrive à complexifier le modèle d'un point de vue géométrique, mais on n'a pas forcément toutes les informations en termes de propriétés mécaniques pour assurer après le bon calcul, la bonne modélisation.

• Speaker #0

  Si je reviens au modèle de câble que vous avez déjà cité, j'ai l'occasion pour travailler sur un projet avec des chercheurs à Lyon dans un stage, ça fait 4 ans. Pour que je mette le contexte de ce projet-là, il y a une anomalie cervicale qu'on appelle la dystonie cervicale. Par exemple, le matin, quand on se réveille, on se retrouve avec un muscle qui est déjà contracté, qui nous empêche de tourner la tête, par exemple, vers la gauche ou vers la droite. Ça, c'est une contraction involontaire au niveau de la rachis cervicale. C'est quoi le traitement proposé par les médecins, c'est d'injecter un médicament qui s'appelle la toxine botulique. Et si on l'injecte, elle va relâcher le muscle et après, c'est bon. Mais à certains moments, ces contractions, ça peut être pas juste temporairement pour une journée ou bien deux jours, mais ça peut être d'une durée quand c'est pas... c'est combien exactement. Et les médecins, ici, ils peuvent identifier le muscle superficiel, mais par contre, si on va aller à des muscles profonds, ça sera très difficile, même pour faire le traitement. Et c'est pour ça que je travaille dans un modèle comme ça, élément fini. Le projet, c'est sur la contribution, comme c'est un développement entre un modèle élément fini en détail avec la géométrie osseuse, la géométrie musculaire avec les disques intervertebraux. Et ce modèle-là, il communique avec un autre modèle vraiment mathématique corrigé, où il y a les vertèbres qui sont modélisés en rigide. Et chaque vertèbre, il est avec un autre vertèbre par une articulation rotule. C'est vraiment la mécanique standard. Et les muscles sont modélisés avec des modélisations câbles, comme vous avez cité, avec des modèles élastiques. Et dans chaque modèle de câble, il faut qu'on implémente la section physiologique du muscle. Et à ce niveau-là, moi, j'ai trouvé des difficultés. C'est quoi exactement la section physiologique ? Car si on va aller des tests sur la littérature, ce sont des sections, par exemple ici, des tests padavériques. Et ce n'est pas la même section pour quelqu'un vivant. C'est vraiment ça, c'est une des difficultés qu'on a déjà évacuées. Et en plus, le rachis cervical contient, je pense, trentaine d'épaires musculaires. Et c'est très difficile d'avoir toutes ces sections-là. À mon avis, oui, c'est vraiment ça, c'est les problématiques. C'est quoi les données patients ? C'est quoi, qu'est-ce qu'on peut avoir comme des inputs sur nos modèles éléments finis ? Vous avez déjà parlé sur l'éthique mécanique osseuse. À mes souvenirs, il y a des chercheurs maintenant qui sont en train de lier c'est quoi exactement l'éthique mécanique ? de l'os en fonction soit à partir d'une imagerie médicale et puis faire le lien avec la concentration de calcium dans la partie corticale de l'os. J'ai déjà travaillé dans ça mais on n'a pas trouvé du résultat mais il essaie de trouver une sorte de corrélation entre la concentration de calcium de l'os avec les imageries médicales, comment on peut faire après la segmentation, comment on peut voir après. la régimétrie d'un patient. Et ça reste toujours maintenant comment on peut traiter tous les cas, toutes les catégories de gens. Généralement, les chercheurs, ils prennent l'hypothèse, on travaille sur le cinquantième percentile. C'est quoi le cinquantième percentile ? C'est la moyenne des catégories de gens avec un taille moyen, avec un point moyen. C'est vraiment, je pense, c'est vraiment ça. C'est un des défis maintenant pour soit les chercheurs, les ingénieurs, les médecins. C'est les données patients. comment traiter les données de patients, soit avec les imageries, maintenant on trouve plein d'outils pour faire la segmentation, et après comment on peut avoir le vrai comportement quel que soit de l'os, soit des tissus mous, par exemple, comme le disque intervertebral, ou bien pour les muscles.

• Speaker #1

  C'est ça l'enjeu, effectivement.

• Speaker #0

  À votre avis, c'est quoi exactement la prochaine étape, par exemple pour que tous les chercheurs aient un accès sur les données de patients ? C'est quoi exactement le défi après ? Qu'est-ce que vous proposez, qu'est-ce que vous attendez maintenant pour la modélisation élément fini ? Comment on peut faciliter, comment on peut développer en plus ces modèles élément finis ?

• Speaker #1

  Il y a beaucoup de pistes qui peuvent être envisagées. Effectivement, dans le congrès de la société de biomécanique qui s'est tenu il y a deux semaines, on a débattu de l'accessibilité à des données patients pour pouvoir améliorer et optimiser les modèles et aller plus loin. Et effectivement, le but, c'est de pouvoir avoir accès à une cohorte plus importante pour élargir cette représentativité finalement de nos modèles sur différents patients et vraiment pouvoir aborder une plus grande variabilité. Il s'avère que c'est très compliqué d'avoir accès à des données patients. Il faut, nous, quand on fait de la modélisation, il est évident qu'on accède à des données patients après avoir eu les différents accords des autorités. qui en sont responsables et puis on a accès à des données qui sont bien sûr anonymisées, c'est-à-dire que nous on n'a pas du tout de relation avec les patients quand on fait de la mécanique ou de la modélisation. Donc on essaie de travailler sur la multiplication de ces données patients de façon artificielle, avec de l'intelligence artificielle par exemple, et on travaille aussi sur des données issues des centres de dons du corps, donc des laboratoires d'anatomie, où on peut disposer de métriques et d'observations métrologiques, donc des mesures sur ces différentes... structures anatomiques qui sont très riches pour nous et on essaie ensuite de les multiplier. C'est à dire que l'idée c'est de construire une base réelle de nos segments anatomiques, si on parle de la colonne encore une fois, avec de l'imagerie. Donc on va créer cette base de données avec des données que l'on peut récolter sur les structures anatomiques et ensuite on va créer un modèle mathématique qui va nous permettre de générer différentes formes avec une variation de ces formes. Et donc on a développé des process mathématiques basés sur des analyses statistiques de formes, on met des équations mathématiques sur ces formes géométriques, et on va faire varier ensuite ces modes géométriques pour pouvoir créer artificiellement une base de données patient. Donc ça c'est une piste de réflexion, est-ce que c'est la meilleure je ne sais pas, mais en tous les cas c'est une piste qui nous semble très intéressante pour nous, puisque à partir d'un faible échantillon de population de structures anatomiques, donc là par exemple nous on part sur une trentaine d'échantillons, ce qui est déjà pas mal quand on commence à travailler. travailler sur des structures anatomiques, qu'on a segmentées, dont on maîtrise parfaitement la géométrie, et bien on a identifié des lois mathématiques qui représentent cette géométrie sur ces 30 échantillons par exemple, et à partir de ces 30 échantillons, et bien on fait varier les variables de nos fonctions mathématiques et on peut en créer comme ça plusieurs centaines, plusieurs milliers de géométries avec différentes variabilités et on peut aller sur des populations un peu plus extrêmes, que l'on ne touche pas habituellement, et c'est intéressant puisqu'on peut ensuite adapter... une morphologie de patient grâce à cette base de données. Donc ça, c'est une piste de réflexion, ça nous permet de générer artificiellement une cohorte plus importante, qui nous permet d'aller tester des dispositifs médicaux sur des personnes qui vont être plus ou moins corpulentes, qui ont aussi une évolution de la structure osseuse en dehors de ce qu'on observe habituellement. Donc je pense par exemple à une dégradation de la densité osseuse, que vous l'avez dit tout à l'heure, grâce aux imageries, on peut aller identifier les différents niveaux de calcium par exemple dans l'os, et relier ça à des propres... propriété de résistance mécanique. Dans notre modèle, on peut associer cette évolution qui suit une loi mathématique aussi, avec des géométries que l'on a créées artificiellement pour être représentatifs d'une population donnée de patients. Et ça, ça peut aider nos collègues cliniciens, puisqu'ils ont accès de façon artificielle à des populations de structures osseuses, mais aussi ça aide forcément les industriels qui vont concevoir des dispositifs médicaux avec un accès à des données géométriques de patients. auxquelles on n'a pas aujourd'hui, sur lesquelles on ne peut pas travailler puisqu'elles appartiennent aux patients, alors que nous on propose une création de cette population d'un point de vue mathématique, d'un point de vue simulation. Donc ça c'est une piste sur laquelle on travaille actuellement par exemple. Mais ça bien sûr on peut le décliner sur chaque structure osseuse. Nous on a commencé à le faire sur les vertèbres, mais on le fait aussi sur le genou maintenant.

• Speaker #0

  D'accord, voilà donc nous on est des mécaniciens, on fait de la modélisation élément fini, on essaie d'accéder à des paramètres un peu en détail, des paramètres biomécaniques locaux, Mie. Je pense qu'il y a un autre fixe, c'est le travail des chirurgiens. Les chirurgiens, les cliniciens, comment ils travaillent avec nous. Maintenant, il y a des cliniciens et des chirurgiens qui travaillent ensemble, c'est vrai. Mais à grande échelle, même si ce n'est pas qu'en France, même pour tout le monde, ce n'est pas exactement la bonne piste pour bien travailler entre les chirurgiens, les cliniciens et l'autre partie, les ingénieurs et les chercheurs.

• Speaker #1

  La bonne piste, elle est difficile à trouver, mais en tous les cas, une bonne piste, c'est déjà de continuer à consolider le dialogue qu'on établit avec les chirurgiens, où on a dans nos équipes de recherche en biomécanique des chirurgiens qui sont chercheurs au sein de notre équipe. Donc ça c'est la première chose puisque ce sont des chirurgiens universitaires qui viennent travailler avec nous au quotidien, évidemment quand ils n'opèrent pas, sur des thématiques de recherche en biomécanique. Et ce sont des personnes aussi qui sont enseignants dans les facultés de médecine, donc qui sensibilisent les jeunes futurs chirurgiens à cette approche mathématique et de modélisation. Et donc l'une des étapes importantes d'après moi, c'est déjà de faire travailler ces jeunes chirurgiens qui seront chirurgiens d'Urachis ou chirurgiens des membres inférieurs sur des problématiques de biomécanique. parce que finalement en orthopédie dès qu'un instant qu'on pose une prothèse quelque part, il y a une fonction mécanique qui doit intervenir, donc il faut que les chirurgiens soient sensibilisés à cette formation initiale de mécanique. Et bien sûr, ça c'est quand même compliqué à le faire passer dans une maquette universitaire de médecine qui est déjà très complète, très dense. Donc nous ce qu'on a mis en place, c'est d'essayer de construire des binômes entre chercheurs, mais également entre étudiants. C'est-à-dire que quand il y a des travaux de recherche qui sont faits par des médecins avec un pied en ingénierie, on met en même temps aussi un ingénieur avec lui. en binôme, ce qui permet de dialoguer complètement et d'accréer un vocabulaire de façon plus précise, plus rapidement.

• Speaker #0

  Et évidemment, l'idée n'est pas de faire faire de la modélisation élément finie à un chirurgien, l'idée est de faire comprendre la modélisation élément finie à un chirurgien pour qu'il puisse interpréter les résultats mécaniques de l'impact d'une chirurgie. Et c'est nous, mécaniciens, qui devons fournir ce travail, bien sûr. Et là où on doit fournir un gros effort, c'est un effort de communication et de dialogue, c'est-à-dire d'avoir le même vocabulaire pour bien comprendre leurs problématiques et eux comprennent correctement également l'analyse mécanique qui en est faite. Et je pense qu'après le grand public va suivre, c'est-à-dire que quand les chirurgiens vont expliquer aux patients qu'on peut simuler leur pathologie, et surtout on peut essayer de prédire ce qui peut se passer lorsqu'on va mettre un dispositif médical avec des simulations, des belles modélisations qui sont faites grâce à un logiciel comme OnSys, et bien on va pouvoir après imager ce qui peut se passer, et après c'est un travail de communication qu'il faut qu'on fasse, c'est-à-dire des nouvelles solutions numériques bien simplifiées, alors pas forcément dans le calcul, simplifiées dans l'analyse. parce que le calcul derrière est toujours complexe, on est bien d'accord là. Et c'est là où on a un travail à faire, c'est-à-dire de continuer ces développements-là pour rendre plus accessibles les simulations vers les chirurgiens et naturellement, elles vont découler vers les patients puisque si les chirurgiens sont capables de les analyser, ils seront capables de les communiquer aux patients.

• Speaker #1

  Juste pour finir, une dernière question pour vous, M. Germaneau. Est-ce que, même rapidement, est-ce qu'il y a un projet maintenant que vous travaillez en collaboration avec des chirurgiens, avec des cliniciens ?

• Speaker #0

  On a toujours un projet sur la déformation du rachis avec l'optimisation de la chirurgie de la scoliose, en particulier chez les jeunes. On essaie d'avoir une approche plus en amont dans la détection de la scoliose, avec des techniques d'imagerie qui ne sont pas forcément la radio, pour ne pas être irradiant. On essaie aussi d'anticiper les efforts mécaniques que l'on devra mettre dans la chirurgie. J'entends par là le choix des tiges et des vis. que le chirurgien devra employer pour corriger la déformation d'une scoliose. Pour ça, il faut anticiper la prédiction des efforts mécaniques. On essaie de travailler sur des dispositifs médicaux en lien avec l'imagerie pour essayer de prédire les efforts auxquels devront faire face les dispositifs médicaux. Si on arrive à le prédire, on arrivera à optimiser ces dispositifs médicaux. Concrètement, ça se traduira par des tiges moins longues, des vis moins invasives. et donc une qualité de vie qui sera améliorée pour le jeune adolescent qui devra passer par l'étape d'un bloc opératoire pour redresser sa scoliose. Donc ça, c'est un objectif qu'on a. C'est un projet assez ambitieux, puisque ça reste une inconnue, en fait. Quel est l'effort que l'on doit mettre sur la colonne vertébrale pour la redresser ? Donc on essaie de travailler là-dessus. Et en fait, ça fait partie des données d'entrée d'une simulation, je reviens là-dessus, ça fait partie des conditions limites qu'on ne connaît pas aujourd'hui, elles sont complètement inconnues. Et donc on essaie toujours d'améliorer ce côté simulation, mais il faut aussi l'alimenter correctement avec des données réalistes. Et là, pour l'instant, on ne les a pas compris.

• Speaker #1

  Oui, ça se voit, c'est vraiment un grand défi maintenant, même il y a des problématiques, il y a vraiment des questions maintenant qui n'ont pas de réponse. Bon courage pour ce projet-là.

• Speaker #0

  Merci beaucoup.

• Speaker #1

  Et merci pour cette discussion-là. Merci d'avoir rejoint notre chaîne encore une fois pour parler plus en détail de votre projet, même discuter sur mon projet. Merci à tous d'avoir écouté et à bientôt pour un nouvel épisode de Simultiphysique. Merci.