La simulation sur cœur numérique : un cap décisif pour une médecine cardiaque ultra personnalisée

Aujourd’hui, les prises en charge individuelles des patients reposent sur des stratégies thérapeutiques établies via l’observation de grands groupes de patients. C’est donc sur la base d’une observation de masse que l’on propose ensuite des prises en charge individuelles.

Si les études à disposition ont permis de révolutionner la médecine au 20^ème siècle, en offrant la capacité de détecter des tendances sur la pertinence de différentes stratégies, elles ne permettent pas toujours une approche personnalisée qui prendrait en compte les caractéristiques individuelles des patients.

Le Pr Francis Bessière, cardiologue et chef du service de rythmologie cardiaque à l’hôpital Louis Pradel illustre :

« Aujourd’hui, les recommandations d’implantation d’un défibrillateur cardiaque* ne sont principalement posées qu’en fonction de l’altération de la contractilité du cœur. On n’implante ces appareils que lorsque le muscle cardiaque d’un patient a perdu plus de la moitié de sa capacité à se contracter, pour le protéger d’une arythmie fatale et d’une mort subite. On parle de ‘’prévention primaire’’, c’est-à-dire qu’on implante les défibrillateurs de manière préventive, avant qu’un événement grave ne survienne, en acceptant qu’ils ne servent que chez une petite proportion de patients. Et en effet, seuls 20 à 30% des patients bénéficient finalement de l’implantation de ces dispositifs. Dans le même temps, certains patients ne sont pas détectés et ne pourront pas être sauvés d’une mort subite ».

 Aux risques de l’intervention d’implantation du défibrillateur s’ajoute le coût pour la collectivité, le prix d’un défibrillateur s’élevant à environ 10 000 € sans compter le suivi nécessaire.

Des exemples comme celui-là, il en existe beaucoup d’autres, dans tous les domaines de la cardiologie.

Désireux de transformer profondément la pratique en cardiologie et d’ouvrir la voie vers une médecine personnalisée, en s’appuyant sur la technologie numérique et l’intelligence artificielle, les médecins de l’Institut de cardiologie des HCL**, associés au pôle de radiologie des HCL, ont mis un point le projet « La simulation sur cœur numérique : un cap décisif pour une médecine cardiaque ultra personnalisée ».

Un jumeau numérique augmenté pour simuler des interventions cardiaques

Depuis quelques années, la technologie du jumeau numérique a fait son apparition à l’hôpital cardiologique Louis Pradel (Groupement Hospitalier Est des HCL). Actuellement, ce concept repose sur la création d’un modèle 3D du cœur des patients, réalisé à partir de l’imagerie uniquement : scanner cardiaque, IRM et éventuellement échographie cardiaque. Ce modèle 3D peut tourner à l’écran, ce qui permet aux chirurgiens de voir l’organe de leur patient sous différents angles, mais uniquement sous ses aspects morphologiques, et non fonctionnels. On parle de « segmentation fixe » car ce cœur en 3D reste figé.

Les cliniciens souhaitent donc aller plus loin. Leur ambition : disposer d’un cœur numérique qui, en plus des examens d’imagerie, serait enrichi de toutes les données cardiovasculaires du patient collectées lors de ses examens… Un jumeau numérique enrichi, dans lequel les chirurgiens pourraient naviguer en simulant différents scenarii d’intervention, tels que l’implantation d’une valve cardiaque ou la stimulation d’un pacemaker à un endroit précis par exemple, et voir en temps réel comment se comporte le cœur du patient, en fonction de sa géométrie propre, de la localisation de la cicatrice, du fonctionnement de ses valves, de son tissu électrique, etc. Un modèle qui puisse prédire les effets précis de différentes stratégies thérapeutiques sur le cœur du patient effectivement soigné !

Le Pr Bessière explique :

« Avoir un simple scanner d’un cœur ‘’figé’’, ce n’est pas la même chose qu’un scanner auquel on a injecté des informations concernant la contractilité du muscle, ou le fonctionnement des valves ou encore la manière dont le tissu électrique active l’organe. Prenons le cas d’un patient qui a besoin du remplacement d’une valve mitrale par une valve artificielle. Le modèle va permettre au cardiologue interventionnel de simuler différentes hypothèses et offrir une analyse du choix le plus judicieux concernant le calibre de la prothèse. Faudra-t-il une valve de 23 mm ou une de 25 mm ? Quel angle d’implantation choisir pour permettre un passage du flux sanguin optimal ? Que se passera-t-il si je modifie l’angulation ?

Aujourd’hui, nous disposons de modèles mathématiques, d’algorithmes d’intelligence artificielle, et surtout d’une puissance de calcul permettant d’exploiter en médecine toutes les données collectées lors du parcours clinique des patients. Ce projet va nous permettre d’entrer dans l’ère d’une médecine prédictive et personnalisée. »

Le projet ambitionne donc d’intégrer la simulation sur jumeau numérique enrichi dans la pratique quotidienne des cliniciens de l’Institut de Cardiologie des HCL, au bénéfice des patients, afin :

• de prédire la meilleure stratégie pour chaque intervention cardiaque, et ainsi de permettre une meilleure planification de chaque intervention,
• d’améliorer considérablement la précision et l’efficacité des interventions, grâce à une stratégie ultra personnalisée testée en simulation,
• in fine, d’améliorer le pronostic des patients traités pour une pathologie cardiaque aux HCL.

Le « cœur numérique augmenté » permettra également une approche plus pédagogique, améliorant la compréhension par le patient et donc son adhésion au traitement ; chaque patient pourra en effet voir, sur la reproduction 3D de son propre cœur, la simulation de l’intervention et la façon dont son cœur réagira aux interventions proposées.

* Un défibrillateur cardiaque est un petit ordinateur que l’on implante « en sentinelle » pour écouter le cœur et le remettre en route s’il vient à présenter un trouble du rythme fatal.

** Ce projet fédère, pour la première fois, l’ensemble des forces de la cardiologie lyonnaise : rythmologie, cardiologie interventionnelle, chirurgie cardiaque adulte, chirurgie cardiaque et vasculaire congénitale, réunies autour de l’Institut de cardiologie des HCL. Il s’appuie également sur une synergie stratégique avec le pôle de radiologie des HCL.

Mort subite, cardiopathies congénitales, pathologies de l’aorte, pathologies des valves, risque d’accident vasculaire cérébral (AVC) lors des interventions cardiaques… Cliquez pour en savoir + sur les espoirs de la simulation sur coeur numérique.