Virtual Patients: A Reality in Orthopedic Implant R&D

Les patients virtuels suscitent l’intérêt car ils permettent d’accroître le nombre de tests précliniques et même d’essais cliniques. Bien que, pour de nombreuses applications, le concept n’en soit qu’à ses débuts, l’utilisation de patients virtuels est devenue une pratique courante dans le processus de développement des 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.

Qu’est-ce qu’un patient virtuel ?

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.

​

Implantations virtuelles de l’impact d’une hanche de révision DJO chez le patient synthétique du 5e percentile (à gauche) et le patient synthétique du 99,7e percentile (à droite)

Les patients virtuels en orthopédie

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.

Les patients virtuels chez DJO Surgical : un outil standard

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. »

La valeur des patients virtuels

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.

Technique Directs à Acquisition de nouvelles connaissances anatomiques à Amélioration de l’adaptation géométrique des implants à Couverture accrue de la population à Fiabilité accrue du processus de vérification et de validation Indirects à Référence anatomique commune pour tous les membres de l’équipe de conception à Meilleure communication avec les chirurgiens-concepteurs/médecins Finances Directs à Réduction des coûts relatifs aux cadavres ou animaux à Réduction des délais de mise sur le marché à Autorisation réglementaire obtenue plus rapidement à Utilisation plus efficace du stock Indirects à Amélioration de l’image de marque grâce à l’innovation et au leadership technologique à Avantages en matière de marketing et de relations publiques