Weakly-supervised learning for emboli characterization with Transcranial Doppler (TCD) monitoring

Doctorant : Yamil VINDAS-YASSINE

Laboratoire INSA : CREATIS

Ecole doctorale : ED160 : Electronique, Electrotechnique, Automatique

This thesis focuses on the classification and characterization of high intensity transient signals coming from portable transcranial Doppler (TCD) ultrasound devices. The main objective is to help clinicians identify solid and gaseous emboli from artifacts generated during TCD monitoring sessions. In fact, emboli are solid or gaseous particles that can circulate in the cerebral arteries, sometimes blocking them and causing ischemic stroke. However, the identification and classification of HITS between solid embolus, gaseous embolus, and artifacts is not evident and require important expert knowledge. Therefore, its detection, classification and characterization are key factors to improve patient management in healthcare centers. In this work, we propose deep learning models capable of doing an accurate classification between solid embolus, gaseous embolus, and artifacts, with limited memory and energy consumption. More precisely, for HITS classification, to our knowledge, our work is the only one proposing an in vivo classification of portable TCD HITS between solid embolus, gaseous embolus, and artifacts. The main contributions of this work are the following. Firstly, we proposed a semi-automatic data annotation method based on local quality metrics with controlled annotation error, allowing to quickly label a large dataset, using a small number of labeled samples [1, 2]. Secondly, we propose a hybrid guided and regularized multi- feature classification model allowing to accurately classify HITS, simultaneously taking advantage of the raw Doppler signal, and its time-frequency representation [3, 4]. Finally, we proposed new model compression techniques based on pruning and extreme quantization, allowing to reduce the memory requirements of the trained models, as well as the energy consumption. Finally, as we worked in close cooperation with Atys Medical, manufacturer of portable TCD devices, we were able to incorporate our developed models into their data management software.

 

Prédiction des parcours sous l'angle médico-économique : une approche basée sur l'intelligence artificielle

Doctorante : Alice MARTIN

Laboratoire INSA : DISP

Ecole doctorale : ED512 Informatique et mathématiques de Lyon

Les structures de santé rencontrent des difficultés structurelles dans l'organisation des soins et la prise en charge de leurs patients, notamment chroniques. Ces blocages sont multiples - prévalence croissante des maladies chroniques et vieillissement de la population, fracture territoriale dans l'accès aux soins, pression sur les coûts et l'efficience - et peuvent avoir un fort impact sur les perspectives de santé des populations. Les organisations, en particulier les hôpitaux, tentent de surmonter ces barrières en optimisant les parcours patients et de soins. Au sein de ces trajectoires, l'un des leviers d'efficience est de pouvoir comprendre quels aspects du profil d'un patient sont corrélés aux événements ayant un impact sur le recours et la consommation de soins, afin de pouvoir les anticiper.
Les récentes avancées technologiques en matière d'IA permettent d'étudier une grande variété de parcours et d'analyser un large panel de variables. Dans ces travaux, nous souhaitons représenter et analyser les parcours dans plusieurs contextes cliniques, en utilisant les données médico-économiques et de facturation comme proxy pour reconstruire la trajectoire individuelle d'un patient. L'objectif final est d'alléger les pressions opérationnelles sur les ressources hospitalières tout en améliorant le confort des soins et la qualité de la prise en charge.
Nous présentons deux études de cas : la prédiction du parcours d'une cohorte en vie réelle de patients atteints de troubles neurocognitifs et la prédiction des soins d'un hôpital à domicile en France. Nous avons décrit les trajectoires et étudié les principaux facteurs de variation en utilisant les caractéristiques cliniques des patients, y compris l'évolution de la maladie. Nous avons ensuite utilisé ces mêmes facteurs pour prédire la variation du parcours des patients. Notre méthodologie s'articule autour de deux étapes : l'identification de groupes médico-économiques de patients pertinents, par le biais d'un regroupement par exemple, puis la prédiction des soins requis au fil du temps. Notre modèle a permis de prédire les variations des parcours avec une précision allant de 60,5
% à 90 % selon les scénarios.

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Health care providers are experiencing difficulties in the organization of care and the management of their patients, particularly chronic ones. These block roads are multiple, including the increasing prevalence of chronic diseases and aging of the population, territorial divide in access to care, pressure on costs and efficiency - and can have a strong impact on the health prospects of populations. Healthcare organizations, particularly hospitals, are trying to overcome these difficulties by optimizing patient and care pathways as a whole. Within these trajectories, one of the levers for efficiency is to be able to understand which aspects of a patient's profile are correlated with the events that have an impact on the use and consumption of care, so that they can be anticipated. Recent technological advances in AI make it possible to study a wide variety of care pathways and to analyze a broad range of variables. In this work, we want to represent and analyze the pathways in several clinical contexts, using billing and medico-economic data as a proxy to reconstruct the individual trajectory of a patient. The ultimate goal is to relieve the operational pressures on hospital resources while improving the comfort of patient care.
We present two case studies: journey prediction from a real-life cohort of patients with neurocognitive disorders and care prediction from a homecare hospital in France. We portrayed the trajectories and investigated the main drivers of variation using patient clinical characteristics including disease progression. We then used the same drivers to predict patient journey variation. Our methodology was built on two steps: identifying relevant medico-economical groups of patients, through clustering for example – then predicting the variation of care required through time. Our model allowed to predict patient journey variation with an accuracy ranging from of 60.5% to 90% depending on scenarios.
 

Alors que les moteurs des voitures et des camions sont devenus de plus en plus silencieux, la principale source de bruit de la circulation émane particulièrement du frottement des pneus contre la chaussée. Dans les zones périurbaines, ce bruit représente une gêne quotidienne considérable pour les habitants. Dans le cadre du projet intitulé « LEON-T » (Low particule Emissions and lOw Noise), un consortium composé de partenaires académiques et universitaires européens souhaite formuler des recommandations pour atténuer les risques potentiels causés par le bruit sur la santé cardiovasculaire. Le Laboratoire Vibration Acoustique (LVA) a apporté son expertise scientifique en matière de mesure acoustique. 

Du bruit et des maladies
Selon une étude sur le bruit social menée par l’Ademe en 2021, le trafic routier représenterait plus de la moitié (51.8 %) du coût social annuel du bruit en France, soit l’équivalent de 106,4 milliards d’euros. « Le problème du bruit social n’est pas annexe. Beaucoup de personnes en souffrent quotidiennement, notamment les habitants en zone périurbaine où les véhicules roulent à des vitesses intermédiaires », introduit Etienne Parizet, enseignant-chercheur au LVA.
Et si le bruit pose tant de problème, c’est parce qu’il perturbe le sommeil, entraînant potentiellement des problèmes de santé cardiovasculaires. « C’est ce que s’appliquent à montrer nos collègues de l’Université de Göteborg, en Suède. En mesurant la qualité du sommeil auprès d’un échantillon de participants et en relevant des caractéristiques physiologiques et sensibles, ils s’apprêtent à déterminer les réels impacts du trafic routier sur le sommeil. Pour réaliser ces phases de tests en situations sonores contrôlées et déterminer les paramètres du timbre à inclure dans leur expérience, ils se sont tournés vers le LVA. »

Le trafic routier représenterait plus de la moitié (51.8 %) du coût social annuel du bruit en France,
soit l’équivalent de 106,4 milliards d’euros (Source : Coût social du bruit en France, Ademe)

 
Le trafic routier qui murmurait aux oreilles des habitations
Ainsi, le groupe de recherche sur l’environnement sonore et la santé de l’Université de Göteborg a confié l’étude de l’appréciation des bruits de pneus à l’expertise du LVA. Dans l’enceinte du laboratoire d’acoustique villeurbannais, Etienne Parizet et Thibault Marin-Cudraz (post-doctorant) ont disséqué différents enregistrements de passages de poids lourds. « Il s’agissait d’identifier les paramètres du bruit à faire évoluer. Dans un timbre, il y a plusieurs dimensions possibles : le son peut-être plus impulsionnel, plus grave, plus régulier… ».
À l’étude des enregistrements, l’équipe note une palette de sons assez riches. La présence d’une tonalité se détache particulièrement : une fréquence pure sur laquelle les chercheurs se sont concentrés. « Après avoir synthétisé les paramètres importants du bruit, nous avons simulé une façade, pour imiter les conditions dans lesquelles un riverain pourrait le percevoir chez lui. Grâce à un échantillon de volontaires auprès desquels nous avons mesuré la gêne, il s’est avéré que l’intensité du bruit jouait, mais que la présence de la fréquence pure contribuait de façon égale, à la gêne liée aux bruits routiers. Il s’avère que cette fréquence est émise par les pneus de poids lourds. »

Bruit de passage 1 : sans la fréquence pure

Bruit de passage 2 : avec la fréquence pure

Pneus et santé : le projet LEON-T
Si le bruit émis par les pneus de véhicules de tourisme reste aujourd’hui cadré par une règlementation et un étiquetage précis, les acteurs du projet LEON-T ont pour objectif de protéger un peu plus la santé des populations. « La règlementation ne fixe que des valeurs cibles sur le niveau de bruit global. Or, avec nos expériences, il s’avère que la fréquence pure dont je parlais plus haut, est aussi un facteur de gêne aussi important que l’intensité du bruit global. Avec les résultats de recherche de nos collègues suédois qui qualifieront ces effets sur la qualité du sommeil, nous espérons pouvoir faire évoluer les règlementations et prendre en compte ce paramètre qui n’était pas contrôlé jusque-là. En parallèle, le projet LEON-T s’intéresse également aux émissions de particules des pneumatiques, dues aux frottements du pneu sur la chaussée », conclut Etienne Parizet. 

 

Modélisation et simulation de la captation des acides gras alimentaires à longue chaîne et de leur re-synthèse en triglycérides au sein des entérocytes

Doctorante : Julie ETIENNE

Laboratoire INSA : CarMeN (équipe DO-IT) / Inria (équipe Beagle)

Ecole doctorale : ED205 : Ecole doctorale interdisciplinaire sciences-santé

L’absorption des acides gras alimentaires est une étape clé de la santé cardio- métabolique. Toutefois, les mécanismes moléculaires de leur captation par les entérocytes, cellules absorptives de l’intestin, demeurent mal compris. Cette thèse propose une approche de modélisation des premières étapes de l’absorption intestinale des acides gras à longue chaîne.
Le premier chapitre recense les données quantitatives et les modèles mathématiques de la littérature en lien avec la captation intestinale des acides gras à longue chaîne, leur transport jusqu’au réticulum endoplasmique et leur ré-estérification en triglycérides.
Le second chapitre propose un modèle quantitatif et mécanistique de la captation intestinale des acides gras à longue chaîne, prenant en compte leur hydrophobie et leur sensibilité au pH. Ce système d’équations différentielles ordinaires retranscrit la diffusion passive et différents modules (transport actif, protéines de liaison aux acides gras (FABP), métabolisme intracellulaire), tour à tour retirés du système pour simuler un knockout de gène. Ce modèle a été ajusté sur neuf jeux de données expérimentales publiées. Les simulations montrent que le métabolisme intracellulaire est critique pour assurer une absorption totale à l’échelle des heures. Enlever FABP du système ralentit l’absorption de plusieurs centaines d’heures sans empêcher une absorption totale. A l’échelle de la seconde ou minute, le transport actif est requis pour ajuster le modèle aux données. Quantifier les flux montre que le modèle peut adopter deux dynamiques lors des ajustements. Dans la dynamique « physiologique », les acides gras sont captés puis métabolisés. Dans la dynamique « anormale », les acides gras entrent par transport actif et ressortent par diffusion passive.
Le troisième chapitre décrit une modélisation préliminaire de la ré-estérification des acides gras en triglycérides via la voie des 2-monoglycérides, considérée comme majoritaire dans les entérocytes.
Ensemble, ces résultats fondent les bases d’un modèle quantitatif de l’entérocyte pour le trafic des acides gras.

Sondes et capteurs de champs électromagnétiques à liaisons optiques pour la sécurité en IRM

Doctorant : Paul NOBRE

Laboratoire INSA : CREATIS

Ecole doctorale : ED205 : Ecole doctorale interdisciplinaire sciences-santé

L’imagerie par résonance magnétique est une méthode d’imagerie non-invasive et présentant peu de risque mais qui nécessite néanmoins des précautions. Ainsi, les conditions qui permettent d’assurer la sécurité du patient restreignent ou contraignent l’accès de porteurs d’implants et limitent certaines applications, comme l’imagerie endoluminale. Le champ magnétique radiofréquence impulsionnel peut induire des effets dans les éléments conducteurs qui constituent ou relient le capteur et augmenter localement le dépôt d’énergie dans les tissus. Or, l’imagerie endoluminale permettrait par exemple d’améliorer la prise en charge des malades atteints d’un cancer colorectal par l’analyse pariétale de l’intestin. Dans ce contexte, l’objectif principal de la thèse est d’évaluer la faisabilité de la transmission optique du signal RMN pour remplacer les câbles coaxiaux. La conversion électrooptique étudiée est la modulation d’état de la polarisation, qui présente l’avantage d’être passive. La principale difficulté identifiée est de conserver le rapport signal sur bruit du signal dans un environnement et des contraintes à la fois compatible avec l’IRM et les conditions endoluminales. L’étude des sources de bruit a permis dans un premier temps de proposer une configuration optique fournissant, sans les contraintes endoluminales, une image similaire à la transmission galvanique et conduisant à des pistes d’amélioration quantifiables pour une extension à l’endoluminal pour s’affranchir des risques liés à la présence d’une connexion galvanique. Un deuxième axe de recherche concerne l’estimation directe du champ électrique et la validation des sondes optiques de champ électrique Kapteos pour les mesures de débit d’absorption spécifique (DAS) en IRM. Le DAS est une donnée clef pour garantir la sécurité du patient, et les méthodes prédictives numériques doivent être corrélées à des mesures in-situ. Des mesures ont été réalisés à 7 et 11,7T dans des fantômes calibrés, démontrant l’absence de perturbation introduite par la sonde et l’intérêt des mesures locales et vectorielles du champ électrique.

« C’est une crise dans la crise, un déni dans le déni ». L’érosion de la biodiversité est souvent mise au second plan lorsque l’urgence climatique est abordée. Pourtant intimement liée à la santé et à la nutrition de l’Homme, la santé des écosystèmes est indispensable à la vie de l’Homme sur la planète.

Cette thématique, les enseignants engagés dans l’évolution de la formation d’ingénieur INSA l’ont prise à bras-le-corps. Mais comment faire de la place au vivant dans une école régie principalement par les sciences dures ? Pourquoi former les futurs ingénieurs à ces enjeux ? Est-il possible de faire comprendre les bases de cette biochimie et du réseau d’interactions que constitue la multitude des espèces de nos écosystèmes dont notre développement dépend ? Hubert Charles, enseignant-chercheur et animateur du groupe de travail dédié, apporte des éléments de réponse.

Il y a un exercice que l'enseignant-chercheur aime proposer à ses élèves ingénieurs pour travailler sur la relation entre l’Homme et la nature. « Je les invite à s’imaginer dans une situation tout à fait caricaturale de la vie urbaine, comme une soirée foot et pizza devant la télévision. Je leur demande de dresser une liste de tous les écosystèmes nécessaires pour les besoins de la soirée. Beaucoup de matériaux sont issus de la nature : le cuir du canapé, le bois de la table basse, les pommes de terre et l’huile qui ont servi à faire les frites, les levures pour faire la bière, les forêts qui absorberont le carbone de la retransmission du match, etc. ! Si l’exercice prête à sourire, il n’en est pas moins efficace pour faire prendre conscience de la dépendance de l’être humain au reste du vivant. Match de foot ou pas, nous sommes tous des éléments des écosystèmes redevables des services de la nature pour vivre et exercer nos activités favorites », introduit Hubert Charles.

L’Homme est une espèce ingénieure. Comme le castor qui fabrique des barrages sur la rivière pour conserver de l’eau et protéger son gîte contre les prédateurs, l’être humain modifie son environnement pour son développement depuis le Néolithique. Maintenant, ses capacités de perturbations dépassent largement celles des autres espèces de la planète. « Ainsi, pour les plus urbains d’entre nous, nous avons complètement rompu les liens Homme – nature et perdu la conscience de nos dépendances aux écosystèmes. Dans nos environnements de vie artificiels et contrôlés, ce dualisme nature-culture est exacerbé. Pourtant, 40 % de l’économie de cette vie artificielle repose sur les écosystèmes ».

Au sein du chantier de l’évolution de la formation des ingénieurs INSA, le groupe de travail dédié aux « enjeux du vivant » a fait de ce lien entre nature et culture, une notion fondamentale à inculquer aux étudiants. « C’est un sujet qui implique de nombreux impacts sociaux et philosophiques et une montée en compétences en biologie des élèves et du corps enseignant. Dans les années 50, on s’est construit une vision écopaternaliste, considérant que toute nature qui ne serait pas dressée et contenue par l’homme n’aurait pas de valeur. C’est une vision issue de l’après-guerre, arrivée avec la mécanisation et les pesticides dans l’agriculture. On a cru qu’on pourrait dompter la nature avec des champs de monoculture et avec la technologie. Aujourd’hui, on se rend compte que cette agriculture industrielle rend nos champs improductifs et infertiles. Les questions que l’on veut adresser à nos étudiants sont : quelle est la valeur de cette nature dite « sauvage » ? Pourquoi et comment la soigner ? », poursuit l’animateur et scientifique.

Trop souvent polarisée sur les enjeux climatiques, la crise de l’érosion de la biodiversité menace la vie de l’Homme sur la planète et selon l’IPBES¹, il existe 5 causes principales à cette crise : la destruction des habitats, la surexploitation des ressources, le changement climatique, la pollution et les espèces envahissantes. « Le changement d’usage des sols en est l'une des causes majeures. L’urbanisation, l’industrialisation et l’agriculture intensive ont dégradé la terre nourricière, garante d’un air pur et d’un sol fertile. Par ailleurs, des maladies de société liées à la dégradation de l’écosystème terre sont apparues telles que les cancers, les maladies cardio-vasculaires, les maladies respiratoires liées aux pollutions, et les épidémies… Elles sont les signaux faibles de l’urgence écologique, car il est illusoire de vouloir soigner l’Homme sans soigner l’écosystème : sans écosystèmes en bonne santé, pas d’êtres humains en bonne santé. C’est le principe de santé globale », poursuit l’enseignant.

C’est à cette interface entre biologie et sciences humaines que s’inscrit la réflexion de l’évolution de la formation des ingénieurs INSA sur les enjeux du vivant autour de quatre thèmes : la biodiversité, la santé, l’alimentation et la relation Homme-nature. Les futurs ingénieurs doivent comprendre que tout animal, n’existe pas en tant que tel. « L’homme notamment est un écosystème à part entière. Il ne survit que grâce aux relations qu’il entretient avec les microorganismes qui le colonisent et avec les autres espèces de l’écosystème dans lequel il vit ». 

Initier les élèves ingénieurs aux enjeux du vivant est donc une étape clé dans la compréhension globale de l’urgence écologique. En reconnectant l’ingénieur INSA à la réalité de la nature, on lui permet d’avoir le recul nécessaire pour repenser la technologie et d’en réduire son impact sur le vivant. « Si nous voulons former des ingénieurs humanistes, il est de notre devoir d’enseignants de transmettre les bonnes valeurs du développement humain. Et quand je parle de développement, je parle d’amélioration de la qualité de vie et non pas forcément de l’extension de la colonisation de la planète. Il ne faut pas oublier que l’Humanité n’a que 500 000 ans. Parmi toutes les espèces de la planète, l’espèce humaine est très jeune et elle est la seule autant responsable que menacée. Tenter de faire perdurer l’espèce humaine durablement me paraît donc légitime. Pour cela, nous avons besoin de notre capacité à œuvrer collectivement, mais aussi de réaliser une transition technologique pour accéder à la durabilité à l’échelle du vivant. »

Ainsi, le travail collégial réalisé par le groupe de travail a permis de définir les éléments d’un programme pédagogique sur 5 ans ; objectifs dont les enseignants devront s’emparer pour les appliquer dans les départements de spécialité de la formation. « Nous avons initié ce travail au FIMI² en première année au sein de l’équipe ETRE (Enjeux de la TRansition Écologique) avec un cours de 3h sur le concept de santé globale. En deuxième année à partir de l’année prochaine, nous sortirons de la salle de cours, sur le campus, observer les réseaux de pollinisateurs, la formation du sol, les espèces invasives, les aménagements du territoire et de l’espace naturel pour observer les écosystèmes et mesurer les impacts de l’homme. »

S’il reste encore beaucoup à faire comme le prévient Hubert Charles, ce petit pas est prometteur pour amener à la transition technologique nécessaire pour permettre une durabilité de notre développement à l’échelle du vivant et non à l’échelle temporelle de notre économie. « Faire évoluer la formation de l’ingénieur vers une réelle prise en compte du vivant est indispensable : la crise de la biodiversité ne résulte pas seulement de choix humains et de pratiques techniques, mais aussi de valeurs sur lesquelles s’est fondée notre modernité. C’est là toute la complexité du sujet. »

 

 

 

[1] :  IPBES - Rapport de l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques - Résumé à l’intention des décideurs
[2] Formation Initiale aux Métiers d'Ingénieur

Le cœur a ses raideurs … Que les chercheurs n’ignorent pas. Avec ses fluides, ses tensions, ses pressions, l’organe de la vie est un système mécanique dont il faut étudier l’intégrité, surtout lorsque l’on y place un corps étranger. Située dans la partie gauche du cœur, la valve mitrale participe au bon fonctionnement de celui-ci, se contractant pour faire passer le sang du ventricule gauche à l’oreillette gauche. Mais parfois, le mouvement s’affaiblit. Pour soulager une valve fatiguée, déficiente dans son rôle mécanique, les chirurgiens peuvent opter pour l’annuloplastie, une intervention consistant à fixer un anneau en polymère sur l’anneau biologique.

Benyebka Bou-Said, enseignant-chercheur au LaMCoS¹, se consacre à un projet de réparation de cette pièce du cœur qui fait souvent défaut à travers le projet « RHU Iceland ». Autour d’un consortium d’envergure nationale, ce projet s’apprête à réunir des chercheurs d’entités universitaires, des équipes hospitalières et des experts industriels pour développer une nouvelle solution d’annuloplastie de la valve mitrale. La solution se veut ambitieuse car elle proposera un implant personnalisé et tout-en-un inséré par la veine fémorale, c’est-à-dire depuis la cuisse du patient. Explications avec l’enseignant-chercheur du LaMCoS.

C’est un petit entonnoir d’à peine plus de trois centimètres qui impose un sens unique à la circulation sanguine. La valve mitrale peut régulièrement se trouver endommagée avec le temps et conduire à une dégradation progressive de la fonction cardiaque. Comme un clapet anti-retour, ses mouvements sont soumis au rythme du cœur. Ainsi, ses feuillets s’ouvrent lorsque celui-ci se relâche et se rejoignent quand il se contracte. Cependant, certaines pathologies ou des prédispositions génétiques peuvent affecter son bon fonctionnement. On parle alors « d’insuffisance mitrale » ou de « régurgitation ». Depuis plusieurs années, des formes de chirurgies reconstructrices permettent de réparer l’élément défaillant. Parmi elles, la « valvuloplastie mitrale » qui consiste à fixer un anneau sur la tête de la valve pour assurer son intégrité. 

La valve mitrale vit au rythme des mouvements diastoliques (relâchement) et systoliques (contractions) alternatifs de l’organe.

 

Toucher en plein cœur, depuis la cuisse
« Aujourd’hui, l’annuloplastie constitue une réfection chirurgicale dont le taux de succès n’est pas optimum et la formation des chirurgiens sur ce type d’intervention est très fastidieuse. Le projet RHU Iceland réunit des universitaires, des équipes hospitalières et un partenaire industriel pour proposer des avancées conséquentes sur la valvuloplastie mitrale », explique Benyebka Bou-Said, enseignant-chercheur à l’INSA Lyon. Et pour proposer des avancées conséquentes, il faut être ambitieux. « Iceland a la prétention de permettre de délivrer l’anneau prothétique à la valve mitrale depuis la cuisse du patient. Dans un même cathéter, l’anneau, les outils de fixations et la sonde d’observation devront monter par la veine fémorale, qui rejoint le côté droit du cœur. Une fois arrivé dans la zone d’intérêt, le tube traversera la paroi de l’atrium droit à l’atrium gauche pour entamer la réparation de la valve », ajoute le chercheur du LAMCoS.

Passer l’anneau à la valve mitrale
Avant que les ancres guidées par le chirurgien ne fixent l’anneau mitral de substitution, il faudra à l’équipe du projet RHU Iceland, développer un implant sûr et robuste. C’est une des missions des chercheurs et doctorantes du LaMCoS impliqués dans le projet. « Pour développer un anneau adaptable à la morphologie de chaque patient, il faudra étudier la rhéologie des matériaux et des tissus biologiques, la durée de vie de la sangle et des agrafes, envisager peut-être une nouvelle forme de l’anneau… Les enjeux scientifiques et techniques pour traiter efficacement l’insuffisance mitrale sur le long terme sont nombreux. C’est un projet transdisciplinaire ambitieux qui occupera dans un second temps, au sein de l’INSA, des collègues du laboratoire MatéIS² »

Un projet de la médecine 4P : un anneau personnalisé
Puisque chaque cas de chirurgie est différent, l’anneau du projet RHU Iceland se veut être une prothèse personnalisée et adaptable à chaque problématique mitrale. Pour proposer une solution de précision, le projet de recherche hospitalo-universitaire s’appuiera sur l’imagerie médicale pour caractériser les propriétés mécaniques des tissus de chacun des patients. « Avant l’intervention, les équipes médicales étudieront la rigidité, la souplesse et les potentielles réponses des tissus biologiques du patient à partir d’IRM de flux. Cela permettra de pronostiquer les réponses du corps face à une annuloplastie et améliorer ainsi le diagnostic sur la nécessité d’une telle opération », ajoute Benyebka.

Un joystick pour faciliter l’apprentissage chirurgical
Au-delà des difficultés proprement techniques et chirurgicales qu’impose une intervention de cet ordre, l’annuloplastie mitrale soulève un enjeu de formation au geste endovasculaire. Pour faciliter l’apprentissage des chirurgiens novices et résoudre les problèmes éthiques que suscitent les méthodologies actuelles, les chercheurs du LaMCoS et du laboratoire AMPERE se pencheront également sur un simulateur numérique de précision. « L’apprentissage sur joystick existe déjà pour plusieurs types d’opération, mais n’est pas encore appliqué à celle de la valve mitrale. Le simulateur haptique permet de préparer les gestes chirurgicaux de manière précise, grâce à des images statiques et dynamiques. Grâce à la mécanique-robotique, chaque mouvement du joystick devra faire ressentir la réalité biologique au chirurgien apprenant. La manette sera une sorte de traducteur haptique. »

Le programme du projet RHU Iceland s’annonce donc vaste et ambitieux. Les nombreuses équipes impliquées sur le projet espèrent que les premiers résultats, attendus à l’horizon 2027, permettront d’améliorer la prise en charge des patients présentant une valve mitrale défaillante. Affaire à suivre.

 

 

 

 

 

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[1] Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (INSA Lyon/CNRS/UdL)
[2] MATÉriaux : Ingénierie et Sciences (INSA Lyon/CNRS/Université Lyon 1)
 

La 12ᵉ édition de cette conférence internationale est accueillie à Lyon du 19 au 22 juin 2023.

Elle permettra de faire état de la recherche de pointe et des dernières innovations en imagerie cardiovasculaire, analyse d'images et modélisation du cœur. Organisée en local par CREATIS (Centre de recherche en acquisition et traitement de l'image pour la santé), elle comprendra trois jours de présentations, ateliers et discussions.

À l’occasion d’Octobre rose, il est important de rappeler que le cancer du sein touche un peu plus d'une femme sur dix en France¹. Selon une étude de la Haute Autorité de santé, sur les 20 000 femmes subissant une mastectomie chaque année en France, 30%² choisissent d’entamer une reconstruction mammaire. Parmi les multiples techniques existantes, on trouve les implants en gel silicone cohésif.

François Ganachaud, directeur de recherche CNRS au laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères³ et Raphaël Brunel, ingénieur transfert technologique au sein d’INSAVALOR, ont participé à la résolution d’une affaire sanitaire liée à ces dispositifs médicaux. Leurs travaux de contrôle ont permis d’en comprendre plus sur les risques accrus de rupture de certaines prothèses. C’est pourquoi, après cette expérience, ils souhaitent participer à offrir un parcours de reconstruction mammaire post-mastectomie plus facile avec des matériaux plus sûrs.

Une fabrication artisanale
C’est un objet plutôt curieux de prime abord. Une poche arrondie, remplie d’une matière ni liquide, ni compacte. On pourrait aisément croire qu’un implant, qui utilise du silicone à la fois pour son enveloppe et son gel de remplissage, est fabriqué à la chaîne par un bras robotisé tant il semble avoir été confectionné au millimètre. Pourtant, François Ganachaud l'assure : « parmi toutes les entreprises que j’ai eues l’occasion de visiter, la fabrication d'implants reste un vrai travail d’artisan. Tout est fait à la main, du moulage au trempage en passant par le contrôle de l’étanchéité des couches barrières. Même lorsqu’il s’agit d’implants texturés, ils sont imprégnés de gros sel parfaitement calibré en taille pour façonner la surface », explique le chercheur de l’IMP. D'abord cuite pour assurer la réticulation qui permet d’obtenir la dureté désirée, la matière composant l'enveloppe est ensuite démoulée avant d’être remplie d’un gel cohésif. « Ces dispositifs médicaux doivent être mécaniquement et chimiquement irréprochables. Une fois placée dans le corps, la prothèse doit avoir une tenue précise selon les profils et la souplesse désirés par la patiente et le praticien. Mais ils doivent surtout être complètement sûrs médicalement », ajoute François Ganachaud.

Très stables dans des milieux chimiques et biologiques, les silicones médicaux utilisés sont les acteurs parfaits pour assurer une immunité corporelle, sur le papier. « Une fois implantés, le corps fabrique une barrière fibreuse naturelle autour de la prothèse. Si la capsule est bien faite et que l'implant est conforme, la patiente peut le porter pendant plusieurs années. Même si on ne peut jamais vraiment savoir à l’avance comment le corps réagira face à la présence d'un produit exogène, ces matériaux sont particulièrement bien acceptés. La fabrication des matériaux est par ailleurs très normée, surtout depuis que l’histoire a montré des cas de fraudes dramatiques », ajoute le chercheur. 

Une expertise du matériau mise à l’épreuve
François Ganachaud et Raphaël Brunel sont des experts de la chimie des polymères. Ils ont suivi de très près l’une des plus grosses affaires sanitaires de l’histoire des implants. « L’affaire faisait état de prothèses qui présentaient des ruptures prématurées anormales sur un bon nombre de patientes. Nous étions chargés d’étudier des échantillons de prothèses explantées pour discriminer, par des analyses physico-chimiques, quels échantillons étaient défectueux et lesquels ne l’étaient pas », explique Raphaël Brunel. Pendant plusieurs mois, ils testent et découvrent un grand nombre de dispositifs non-conformes. « Nous avons mis en évidence la présence de petits cycles, des molécules assimilables à des solvants, qui peuvent se disperser dans le corps après la rupture de l’implant. Nous n’avons pas eu l’occasion d’aller plus loin dans l’analyse chimique, mais cette expérience a été un travail très important, pour nous, éthiquement parlant, car nous savions que ces prothèses avaient causé du mal à beaucoup de femmes », ajoute Raphaël Brunel. 

Des alternatives envisagées
En travaillant sur ce cas, François et Raphaël s’interrogent. Peuvent-ils aider ces femmes à retrouver une vie plus sûre dans ce parcours du combattant qu’est la reconstruction mammaire ? Comment innover en la matière ? Ils réfléchissent à des alternatives de matériau comme des mousses solides qui n’exsuderaient pas. Si la balance « bénéfice-risque » d’une telle innovation médicale est au cœur du sujet, les freins sont plus nombreux que seuls ceux liés aux problématiques posées par l’innovation technique. « Pour innover dans le domaine, il faut évidemment s’attarder sur la question de sûreté médicale que l’usage d’un nouveau dispositif soulèverait. Mais au-delà, la conception d’un type de prothèse très différent ne peut pas s’imaginer sans prendre en compte l’une des caractéristiques les plus importantes pour les patientes et les chirurgiens : l’esthétique et la tenue de l’implant. Du fabricant de la matière première à la patiente, les acteurs de la chaîne sont très nombreux ». Parmi les tentatives d’innovation connues sur le marché : la conception ‘à façon’ par impression 3D de l'implant qui permettrait, par exemple, aux femmes ayant subi une mastectomie d’un seul sein de retrouver une certaine symétrie naturelle et plus de liberté esthétique dans la reconstruction. Car c’est tout l’enjeu de tels travaux de R&D : aider ces femmes touchées par une mastectomie à retrouver une liberté et un plaisir d’être, grâce à la reconstruction mammaire plus sûre. 

 

[1] Panorama des cancers en France - édition 2022.
[2] Reconstruction mammaire après mastectomie : une enquête pour connaître les besoins des femmes
[3] INSA Lyon, LYON 1, UJM, CNRS
 

Depuis quelques années, beaucoup de sportifs pratiquant des sports à risques (rugby, VTT, BMX, roller, combat, etc...) sont victimes de commotions cérébrales.

Peu de médecins, d'enseignants d'EPS, d'éducateurs et d'entraineurs sont au courant des protocoles mais aussi des séquelles liées à ces commotions.

Romain Loursac, médecin du LOU Rugby, interviendra sur les commotions cérébrales pour informer et mieux prévenir ce type d'accident.

Ouvert à toutes et tous, athlètes, enseignants, entraineurs, éducateurs.