DIGITAL ORTHOPAEDICS Étude de cas

Enjeu :Digital Orthopedics, fournisseur de services de planification chirurgicale pour le secteur de la santé, transforme la chirurgie orthopédique complexe et les traitements associés en personnalisant la médecine de précision. Plaçant le patient au cœur de son approche, l’entreprise souhaite créer un système innovant de planification et de simulation des traitements médico-chirurgicaux, afin d’aider les chirurgiens à analyser les pathologies musculo-squelettiques et à évaluer le succès de l’opération envisagée.

Solution :En intégrant le programme du 3DEXPERIENCE Lab, Digital Orthopaedics utilise la plateforme 3DEXPERIENCE sur le Cloud pour modéliser et simuler des scénarios opératoires avant le début de la procédure afin d’en assurer la réussite. Digital Orthopaedics utilise la solution Concurrent Equipment Engineering.

Bénéfices :• Fournir aux chirurgiens orthopédistes un service

efficace d’aide à la décision clinique• Développer, tester et déployer des solutions

personnalisées • Permettre aux patients de mieux appréhender le

processus et le traitement• Collaborer et échanger au sein d’une

communauté de médecins et d’ingénieurs• Encadrer l’automatisation des flux

d’informations et des processus, depuis l’imagerie médicale jusqu’à la simulation réaliste et la modélisation en 3D

• Permettre la connexion aux systèmes d’imagerie hospitaliers

Photo © Yuri Arcurs

UNE NOUVELLE APPROCHE CHIRURGICALE À pathologie identique, le résultat d’une intervention chirurgicale peut être radicalement différent d’un patient à l’autre. Engagé dans des opérations de plus en plus complexes, le chirurgien se doit de proposer des traitements qui visent à préserver les fonctions du patient et répondre à ses attentes postopératoires. Dans ce contexte, la médecine personnalisée prédictive et les thérapies ciblées transforment aujourd’hui l’approche médicale.

La start-up belge Digital Orthopaedics a développé un système d’aide à la décision clinique basé sur le Cloud qui transforme et personnalise la planification et le traitement de la chirurgie osseuse et articulaire, grâce à l’utilisation d’outils de modélisation et de simulation. Cette technique innovante peut permettre aux chirurgiens d’identifier le bon diagnostic pour chaque patient, puis de concevoir sur mesure le meilleur traitement pour leur problème spécifique.

« Aujourd’hui, si vous venez me consulter pour une arthrose de la cheville, je vais observer les radios et décider d’une opération sans être certain qu’elle réponde à toutes les situations de stress telle que la course, la marche, l’escalade », explique Bruno Ferré, chirurgien orthopédique, directeur médical et co-fondateur de Digital Orthopaedics. « Avec les outils que nous proposons, nous sommes en mesure de simuler et tester l’opération visée dans toutes ces situations, avant l’acte chirurgical, et prévoir si elle aura les effets escomptés », ajoute Thibaut Leemrijse, directeur médical et cofondateur, Digital Orthopaedics. « C’est une révolution complète puisque nous passons de la constatation de l’échec à son anticipation. »

Digital Orthopaedics crée le cadre nécessaire au développement de modèles numériques 3D spécifiques, en utilisant les scanners et les IRM pratiqués sur le patient. Le modèle 3D permet au médecin de poser un diagnostic, de définir les traitements optimaux et de simuler une chirurgie in silico (basée sur un modèle informatique) sur le double virtuel de chaque patient. Le système est composé d’une base de connaissances et d’un support d’aide au diagnostic, d’un outil de simulation chirurgicale en 3D personnalisée, et d’une bibliothèque de cas cliniques.

Cette approche transforme le modèle actuel de traitement unique pour tous en une approche thérapeutique personnalisée qui prend en compte l’anatomie et les entités fonctionnelles singulières du patient.

SIMULER LA COMPLEXITÉL’anatomie de la cheville et du pied humains comprend 28 os s’interfacent avec des cartilages autour de 40 articulations définies par plus de 100 ligaments et entraînées par plus de 30 tendons. D’un point de vue fonctionnel, le mouvement du pied varie selon l’activation musculaire de chaque patient dans différents scénarios d’activité – marche, course, saut, etc. La littérature actuelle traitant de la physiologie et de la biomécanique est insuffisante pour comprendre les comportements dynamiques de toutes les fonctionnalités du pied d’un être humain.

« La géométrie était le seul moyen pour les chirurgiens de réaliser une simulation », explique Bruno Ferré. « Le patient est évalué de manière statique et le chirurgien opère sans visualiser ce qui va se passer d’un point de vue dynamique. Les solutions de Dassault Systèmes nous permettent de valoriser l’ensemble de nos connaissances en les structurant à l’aide d’algorithmes. Depuis des années, ces solutions intègrent les lois de la physique et les processus nécessaires pour simuler le fonctionnement de voitures ou d’avions. Cette intelligence accumulée est désormais étendue à d’autres applications et offre à mon équipe de nombreuses solutions qui nous permettent de planifier et réaliser les interventions de chirurgie orthopédique. »

Pour mettre au point le système d’aide au diagnostic, développer leurs outils de simulation et construire leurs bases de données, les équipes de Digital Orthopaedics ont bénéficié de l’accompagnement du 3DEXPERIENCE® Lab, le programme accélérateur de Dassault Systèmes.

Digital Orthopaedics utilise la plateforme 3DEXPERIENCE avec les applications CATIA et SIMULIA pour personnaliser la modélisation du pied et de la cheville de chaque patient en effectuant un clone biomécanique virtuel. « J’ai récemment commencé à travailler avec CATIA et c’est vraiment magique pour réaliser des géométries », déclare Bruno Ferré. « Créer

« C’est une révolution complète puisque nous passons de la constatation de l’échec à son anticipation. »

– Thibaut Leemrijse, Directeur médical et cofondateur, Digital Orthopaedics

des modèles 3D d’articulations complexes en fonction de leur comportement réel, puis simuler des systèmes multi-corps complets avec SIMULIA, nous a aidés à comprendre le mouvement global du pied. Les données de cinématique articulaire sont ensuite utilisées pour la modélisation avec la méthode des éléments finis, afin de simuler la complexité du comportement du pied en contact avec le sol, y compris les contraintes subies par le cartilage articulaire et les niveaux de stress tissulaire. »

Digital Orthopaedics et ses partenaires s’appuient sur ENOVIA pour gérer de façon collaborative le processus de conception, l’automatisation des flux et des processus, notamment ceux qui impliquent l’intégration de l’imagerie médicale des patients.

« La modélisation et la simulation constituent le fondement de la médecine de demain. »

– Bruno Ferré, Chirurgien orthopédique,Directeur médical et cofondateur,

Digital Orthopaedics

En savoir plus sur la solutionLa solution Concurrent Equipment Engineering fournit les fonctionnalités de continuité digitale nécessaires pour gérer, de manière cohérente, toutes les données d’ingénierie, de simulation et de fabrication. Elle permet notamment de mettre fin au cloisonnement des informations entre les ingénieurs et d’autres disciplines commerciales, pour une meilleure collaboration et des opérations plus rapides.

Bénéfices :• Ingénierie simultanée• Développement de produits rapide et robuste• Conception axée sur la performance• Qualité dès la conception

En haut : Simulation du comportement du pied en contact avec le sol avec SIMULIA

En bas : Modélisation en 3D du pied réalisée avec la plateforme 3DEXPERIENCE

LE POUVOIR DU CLOUD

Grâce au Cloud de la plateforme 3DEXPERIENCE, Digital Orthopaedics a pu exploiter la puissance de calcul haute performance avec des outils à la pointe de la technologie. La plupart des chirurgiens ne sont pas en mesure d’investir dans des équipements spécifiques sur site, mais ils peuvent se connecter à la plateforme de Dassault Systèmes sur le Cloud via une simple interface Web sur leur ordinateur qui leur donne un accès rapide aux services proposés par Digital Orthopaedics.

« Accéder à nos services sur le Cloud est indispensable pour être pleinement fonctionnel et rentable », précise Édouard Lété, directeur général, Digital Orthopaedics. « La plateforme 3DEXPERIENCE Cloud dispose de la puissante capacité de calcul dont nous avons besoin. Elle facilite l’étroite collaboration entre les ingénieurs et le personnel médical, rassemblés au sein d’une équipe multidisciplinaire, ce qui est la clé du succès du groupe. Avec la plateforme, nous partageons des techniques et des bonnes pratiques entre chirurgiens et hôpitaux du monde entier – le Cloud offre des avantages uniques. »

Les services de Digital Orthopaedics, alimentés par la plateforme Cloud de Dassault Systèmes, incluent une base de connaissances conçue pour permettre aux praticiens de renforcer leurs compétences et faciliter la prise de décision clinique.

Grâce aux différents niveaux d’accès, la 3DEXPERIENCE permet aux gestionnaires, patients, médecins, chirurgiens et professionnels de santé de collecter et d’analyser les signes cliniques et l’imagerie médicale du patient, et de définir les options thérapeutiques les plus appropriées sur la base d’algorithmes établis avec la collaboration d’experts internationaux, membres du comité scientifique de l’entreprise. Les patients peuvent également se connecter à la plateforme 3DEXPERIENCE pour bénéficier d’une vue globale et d’une meilleure compréhension du processus mis en place dans le cadre de leur chirurgie et le suivi médical postopératoire, favorisant l’accessibilité des informations aux patients.

Un service d’assistance à la planification chirurgicale aide les chirurgiens orthopédiques à valider les plans chirurgicaux, après une analyse étiologique approfondie de la pathologie. L’ensemble de ces données structurées alimente une bibliothèque de cas cliniques qui enrichissent la base de connaissances des pathologies du pied et de la cheville, gérée dans la plateforme 3DEXPERIENCE. En retour, ces cas cliniques permettent d’affiner les recommandations du système expert ainsi que la simulation chirurgicale, tout en réduisant les erreurs et les coûts.

PERSONNALISER POUR MIEUX SOIGNER

Digital Orthopaedics se considère comme un acteur clé du profond changement à l’œuvre en médecine, qui met la puissance de la technologie numérique au service des patients. L’entreprise s’investit également dans la transmission des connaissances acquises aux générations suivantes par les moyens les plus efficaces.

Notre plateforme 3DEXPERIENCE® renforce nos applications au service de 11 industries et décline un large portefeuille de solutions-expériences pour l’industrie.Dassault Systèmes, l’entreprise de la 3DEXPERIENCE, est un « accélérateur de progrès humain ». Elle propose aux entreprises et aux particuliers des environnements virtuels collaboratifs qui leur permettent d’imaginer des innovations plus durables. En développant un jumeau virtuel du monde réel, grâce à la plateforme 3DEXPERIENCE et à ses applications, Dassault Systèmes donne à ses clients les moyens de repousser les limites de l’innovation, de l’apprentissage et de la production.

Les 20 000 collaborateurs de Dassault Systèmes travaillent à créer de la valeur pour nos 270 000 clients de toutes tailles, dans toutes les industries, dans plus de 140 pays. Pour plus d’informations, visitez notre site www.3ds.com/fr

Europe/Moyen Orient/AfriqueDassault Systèmes10, rue Marcel DassaultCS 4050178946 Vélizy-Villacoublay CedexFrance

AmériquesDassault Systèmes175 Wyman StreetWaltham, Massachusetts02451-1223Etats-Unis

Asie-PacifiqueDassault Systèmes K.K.ThinkPark Tower2-1-1 Osaki, Shinagawa-kuTokyo 141-6020Japon

©20

20 D

assa

ult S

ystè

mes

. Tou

s dr

oits

rése

rvés

. 3D

EXP

ERIE

NCE

, l’ic

ône

du C

ompa

ss, l

e lo

go 3

DS,

CA

TIA

, BIO

VIA

, GEO

VIA

, SO

LID

WO

RKS

, 3D

VIA

, EN

OVI

A, E

XALE

AD

, NET

VIBE

S, M

EDID

ATA

CEN

TRIC

PLM

, 3D

EXCI

TE, S

IMU

LIA

, DEL

MIA

, et I

FWE

sont

des

mar

ques

com

mer

cial

es o

u de

s m

arqu

es d

épos

ées

de D

assa

ult S

ystè

mes

, soc

iété

Eur

opée

nne

imm

atric

ulée

au

Reg

istr

e du

Com

mer

ce e

t des

Soc

iété

s de

Ver

saill

es s

ous

le n

umér

o B

322

306

440,

ou

de s

es fi

liale

s au

x Ét

ats-

Uni

s et

/ou

dans

d’a

utre

s pa

ys. T

oute

s le

s au

tres

mar

ques

son

t la

prop

riété

de

leur

s dé

tent

eurs

re

spec

tifs.

L’ut

ilisa

tion

de to

ute

mar

que

dépo

sée

de D

assa

ult S

ystè

mes

ou

de s

es fi

liale

s es

t sou

mis

e à

leur

app

roba

tion

expr

esse

et é

crite

. Im

ages

cou

rtes

y of

Dig

ital

Ort

hopa

edic

s.

À propos de Digital Orthopaedics

Digital Orthopaedics a développé un système d’aide à la décision clinique afin de cibler les diagnostics et personnaliser les traitements thérapeutiques du pied et de la cheville, adaptés au profil de chaque patient.

Date de création : 2016

Salariés : 22

Siège : Mont-Saint-Guibert, Belgique

En savoir plus : www.digital-orthopaedics.com

À propos du 3DEXPERIENCE Lab

Le 3DEXPERIENCE Lab est le laboratoire d’innovation de Dassault Systèmes. Il offre un accès privilégié à la plateforme 3DEXPERIENCE et un accompagnement personnalisé aux start-up afin d’encourager la création de produits innovants et durables, et accélérer le développement de leurs concepts.

En savoir plus : https://3dexperiencelab.3ds.com/fr

peut être exploitée par la médecine basée sur des preuves. Tout en restant vigilants sur la protection des données personnelles de chaque patient, nous pouvons utiliser leurs données numériques pour affiner l’analyse de leur problème spécifique afin de leur proposer l’approche thérapeutique la plus appropriée. »

Pour de nombreux chirurgiens, le changement de paradigme tient également à la valeur de la simulation dans un système d’aide à la décision clinique. « Par exemple, le calcul sur le jumeau numérique peut montrer précisément les flux d’effort et les contraintes spécifiques gênant le mouvement du pied », précise Édouard Lété. Une fois que les chirurgiens prendront la mesure de la valeur ajoutée du système, Édouard Lété pense qu’ils seront plus enclins à l’adopter. Par ailleurs, des praticiens qui ont déjà recours à des méthodes avancées – comme l’utilisation de robots chirurgicaux – sont déjà convaincus que la simulation permet de préparer un plan chirurgical en amont, voire de répéter l’intervention. « Toutefois, si nous pouvons aider les chirurgiens à envisager toutes les options chirurgicales, au bloc opératoire, la décision finale leur appartient toujours. C’est indispensable », précise Édouard Lété.

LE PATIENT AVANT TOUT Digital Orthopaedics se dédie à des solutions qui placent le patient au cœur du système de soins. L’éducation est un aspect crucial de cette évolution afin d’assurer que les patients soient acteurs de leur rétablissement. « Dans le futur système de santé, le rôle du patient sera de plus en plus important », confirme Édouard Lété. « Les patients sont souvent bien informés, en grande partie grâce à Internet », ajoute Bruno Ferré. « Avec la simulation, le médecin peut démontrer ce qui ne va pas et l’objectif de l’acte chirurgical. Les patients comprennent et apprécient immédiatement la valeur d’un traitement spécifiquement conçu pour leur anatomie. Cela renforce davantage la confiance qu’ils placent dans leur chirurgien. La modélisation et la simulation constituent le fondement de la médecine de demain. »

« La digitalisation a bouleversé de nombreux métiers et transformera profondément la chirurgie », conclut Bruno Ferré. « Au lieu qu’un seul praticien soit en charge du dossier – du diagnostic à la thérapeutique jusqu’à la chirurgie – une équipe complète s’appuiera sur un processus de pointe. Les algorithmes et le Big Data amélioreront les chances de guérison. Chaque nouveau cas générera des données et enrichira en permanence la base de connaissances existante. »

« En tant que médecin, j’ai le devoir de mieux soigner et mettre tous les moyens en œuvre pour améliorer la condition humaine. C’est pourquoi la collaboration est si importante », affirme Bruno Ferré. « Bon nombre de chirurgiens ne saisissent pas pleinement le pouvoir de la simulation. Une partie de mon rôle consiste à les convaincre de son importance pour l’avancement de la médecine dans son ensemble. Étant chirurgien moi-même, je peux leur expliquer les multiples avantages de la simulation prédictive. »

Bruno Ferré voit clairement l’intérêt de cette approche – la capacité d’identifier le diagnostic correct, de l’adapter à chaque patient, puis de soumettre un traitement sur mesure. « L’influence de la science fondamentale s’est accrue au cours des dernières décennies », ajoute-t-il. « Nous sommes parvenus à un stade où la puissance découlant de l’utilisation des données