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Santé

Laurence Goussu - 12/10/2015

Médecine, données de santé, santé à domicile et sciences du numérique : des enjeux majeurs pour Inria

Aujourd’hui, médecine et sciences numériques vont de pair. Mieux comprendre le fonctionnement du corps grâce à des techniques de modélisation, contribuer à élaborer des outils de diagnostic, des dispositifs médicaux et des traitements de plus en plus personnalisés, fournir des supports d'apprentissage et d'enseignement pour les professionnels de santé, gérer un nombre croissant de données de santé sont autant d’enjeux sur lesquels sont mobilisées les équipes-projet Inria.
A la croisée des enjeux de santé, des enjeux économiques et des problématiques sociétales, la santé à domicile, ou l’aide pour le handicap sont également des axes de recherche particulièrement importants.

L’implication d’Inria dans les sciences de la vie et de la santé

Depuis de nombreuses années Inria s'implique dans les sciences de la vie et la santé. Aujourd’hui, plus de 20% de ses équipes se consacrent à ces thématiques.
Concevoir de nouveaux outils d’aide à la prévention, au diagnostic, et à la prise en charge de pathologies comme le cancer, les maladies cardiovasculaires ou les maladies neurodégénératives, modéliser des organes pour évoluer vers des traitements plus personnalisés et plus adaptés aux patients sont parmi les axes de recherche des équipes d’Inria. D’autres projets portent sur le développement de simulateurs chirurgicaux, de plus en plus souvent utilisés pour apprendre des gestes complexes ou de nouvelles techniques, dans des conditions aussi proches que possible de la réalité, ou l’imagerie médicale. Enfin, les soins s’effectuant de plus en plus en dehors de l’hôpital, Inria développe avec ses partenaires des solutions d’assistance à l’autonomie qui permettent et facilitent le maintien à domicile des personnes fragiles ou à risque.

Parmi les projets des équipes Inria :

  • Modéliser la croissance de tumeurs et prédire leur évolution
  • Restaurer la fonction motrice et aider à la rééducation
  • Mieux comprendre le fonctionnement du corps humain grâce à l’imagerie médicale
  • Modéliser et comprendre le fonctionnement du cerveau
  • Développer des dispositifs médicaux et des objets connectés
  • Assurer l’interopérabilité des équipements et systèmes d’information de santé

Inria et le transfert de technologies

Depuis sa création en 1967, Inria a toujours eu pour mission d’associer recherche et impact économique et sociétal. L’institut s’est ainsi démarqué dès ses premières années d’existence par l’importance accordée au transfert de connaissances et de compétences de ses équipes-projet ainsi qu’au transfert de technologies vers l’industrie. Depuis 1984, plus de 120 startups ont été créées par des chercheurs et des ingénieurs d’Inria.

Les Inria Innovation Labs :
Pour accélérer le transfert à destination des PME et PMI, Inria a mis en place le dispositif Inria Innovation Lab. L’idée est d’associer dans un laboratoire conjoint une équipe-projet Inria et une PME partenaire. Il existe plusieurs Inria Innovation Labs dans le domaine de la santé :

  • SIWA, entre l’équipe-projet Asclepios et la PME Mauna Kea Technologies : pour la conception et le développement d’outils innovants de traitement d’images endomicroscopiques permettant d’assister l’exploration des systèmes digestifs et pulmonaires.
  • SoftSim, entre l’équipe-projet Demar et la société MXM : pour mettre en place les bases numériques pour le développement de futurs outils de stimulation cérébrale profonde.
  • Lollipox, dont le cœur technologique repose sur des innovations de rupture en estimation et modélisation statistique provenant de l'équipe Popix que la société Lixoft intègre et industrialise.
  • CardioXcomp : ce LabCom (dispositif ANR) est dédié à la mise en place d’une offre logicielle innovante à destination de la recherche pharmaceutique et de l’industrie des cellules souches.

Quelques startups créées par des chercheurs d’Inria

  • Therapixe l : cette startup développe une solution interactive de visualisation et d’analyse d’images médicales en salle d’opération basée sur une solution sans contact. Elle apporte un gain de productivité et d’efficacité, tout en évitant aux chirurgiens de perdre leur concentration en cours d’intervention et en permettant une réduction des risques de contamination par la minimisation des interactions tactiles en milieu stérile.
  • Mensia Technologies : entreprise impulsée par Inria, Mensia Technologies possède une expertise de pointe dans le contrôle en temps réel de l'activité cérébrale à partir de l'électro-encéphalographie (EEG). Mensia technologies peut proposer tout simplement de commander des machines par la pensée. Cette nouvelle start-up vise essentiellement des applications thérapeutiques mais propose d'ores et déjà d'autres services et produits.
  • Pixyl : cette startup met au service de la recherche médicale une nouvelle solution informatique pour tirer le meilleur parti des informations contenues dans les IRM cérébrales. Cette solution a la particularité de localiser, identifier et quantifier, à partir de séquences d'IRM, plusieurs types de lésions cérébrales liées à des pathologies telles que la sclérose en plaque, le traumatisme crânien, l'accident vasculaire cérébral ou les tumeurs cérébrales.
  • InSimo : éditeur de logiciels pour la simulation médicale, InSimo propose une plateforme logicielle, développée entre autres par Inria qui permet d’introduire une nouvelle génération de simulateurs médicaux sur le marché, plus précis et plus rapides à développer. Ces simulateurs, permettront d’étendre les champs d’applications pour répondre aux nouveaux besoins d’aide à la planification et à la réalisation d’opérations chirurgicales de plus en plus complexes.
  • Eligo Bioscience : créée par un doctorant Inria, passé au MIT et aujourd'hui installé à l’Institut Pasteur, Eligo Bioscience développe des antibiotiques intelligents qui s’adaptent à la bactérie pour en bloquer les mécanismes d’action, sur la base de modèles fins des mécanismes de régulation et d’expression dans les micro-organismes.

Médecine et sciences du numérique

Les sciences du numérique omniprésentes de la recherche à l’exercice quotidien de la médecine
La recherche médicale de pointe repose de façon massive sur les sciences du numérique. La modélisation et la simulation numériques permettent de réaliser de façon répétée des expériences in silico (sur des patients virtuels). La connaissance du fonctionnement, normal et pathologique des organes les plus complexes (cœur, cerveau) a tiré parti des approches numériques permettant de conjuguer des informations à toutes les échelles (molécules, cellules, tissus, organes, corps tout entier). Les méthodes numériques permettent d’intégrer, de traiter et d’analyser des données de santé toujours plus hétérogènes, foisonnantes et complexes (génomique, imagerie, analyses biologiques, mesures de l’activité électrique).
Les sciences du numérique sont également omniprésentes dans l’exercice de la médecine, de la détermination des diagnostics, à la conception et à l’évaluation de nouvelles thérapies (nouveaux médicaments, chronothérapie), en passant par le suivi médical (monitoring), ou la chirurgie (assistance ou robotique chirurgicale). Elles contribuent à la formation des jeunes praticiens notamment grâce aux outils de simulation.

Modéliser le vivant
Les premiers défis scientifiques concernent la modélisation du vivant, du génome aux organes complexes : avec des enjeux d’extraction de données (notamment dans l’imagerie de type IRM), d’analyse des images, de description automatique et d’interprétation, puis de représentation.
La construction et la validation de modèles mathématiques sont centrales, qu’il s’agisse de modèles d’écoulements physiologiques, de modèles multi-échelle du cerveau ou du système nerveux, ou bien encore de modèles pour l’épidémiologie et l’immunologie. Ces modèles tendent à être de plus en plus complets, intégrant des dimensions anatomiques et biophysiques, et de plus en plus personnalisés. Les modélisations spatio-temporelles et les simulations complexes permises par ces modèles, sont mises à l’épreuve et optimisées dans différents contextes : prévisions de santé (météo du cœur), planification préopératoire, formation des praticiens, stratégie thérapeutique, mouvement artificiel et réparation. Elles visent la construction de patients virtuels.

Adapter les traitements à chaque patient
Le développement de la médecine personnalisée nécessite l’exploitation massive de données structurées. Pour adapter un traitement à chaque patient, il faut déterminer de nouveaux bio-marqueurs et combiner dans un seul modèle un ensemble d’informations personnelles hétérogènes (données cliniques, biologiques, anatomiques ou fonctionnelles). Actuellement ces données sont disséminées à travers différentes bases de données qui ne sont ni interopérables ni homogènes.

Des dispositifs médicaux communicants
Aujourd’hui, le design des dispositifs médicaux innovants intègre les questions liées à la modélisation et à la personnalisation. Ceci est d’autant plus vrai que les dispositifs médicaux sont rendus davantage communicants par l'utilisation de tablettes, de téléphones portables et d’objets connectés qui recensent toutes sortes de paramètres pouvant être des données de santé.
Ces données, doivent être recueillies, sécurisées, partagées, analysées et parfois même directement intégrées aux systèmes d'information des cabinets médicaux et des établissements de santé.
Ce continuum devenu numérique, depuis la récolte de la donnée jusqu’à son partage, en passant par son traitement pose des questions essentielles et nécessite de relever de vrais défis technologiques.

Les apports de la bioinformatique
Le volume d’informations à traiter, analyser, stocker et représenter croît sans cesse. Ces données doivent ensuite être intégrées, comparées et mises en relation, pour améliorer les connaissances et produire de la valeur ajoutée.Au-delà de la gestion de ces données et des performances nécessaires pour leur traitement, le challenge consiste à améliorer les capacités à émettre de nouvelles hypothèses, à produire de nouveaux modèles et à les confronter à l'expérimentation.
De nouvelles méthodologies apparaissent donc grâce à l’intégration des outils in silico . Dans ce contexte, les sciences du numérique apportent aujourd’hui leur contribution pour la conception même des expériences.

Focus sur quelques projets de recherche Inria

  • SOFA : de la recherche à la salle d'opération

Equipe MIMESIS (Inria Nancy - Grand Est) -
SOFA est un logiciel open source développé depuis plusieurs années chez Inria.
Il vise à créer des simulations physiques reproduisant des procédures chirurgicales. Ces simulations peuvent être utilisées pour aider les étudiants au cours de leur formation, mais également pour assister un clinicien à la planification de l'acte chirurgical.

  • Modélisation cardiaque, sismocardiogramme et applications connectées

Equipe M3DISIM (Inria Saclay - Île-de-France) - Sur la base d’un modèle biophysique fin du cœur et du thorax, une application tire parti de l’accéléromètre du smartphone pour suivre le rythme cardiaque du porteur à partir des mouvements du sternum.

  • Nenuphar : système d’évaluation et de surveillance de l’agressivité tumorale

Equipe MONC (Inria Bordeaux - Sud-Ouest) -
Le but du projet est d'évaluer l'agressivité d'une tumeur ou sa réponse au traitement. L’équipe utilise un modèle mathématique calibré sur les données du patient et adapté à chaque indication.

  • OrphaMine - Plateforme de fouille de données pour les maladies rares

Equipe ORPAILLEUR (Inria Nancy - Grand Est) -
La plateforme OrphaMine, développée dans le cadre du projet ANR Hybride, permet la visualisation ainsi que l'intégration des algorithmes de fouille de données liées aux maladies rares. Les données étudiées proviennent de l'ontologie OrphaData.

  • Algorithmes efficaces pour le séquençage de nouvelle génération

Equipe GENSCALE (Inria Rennes - Bretagne Atlantique)
L’équipe développe des outils informatiques pour répondre aux besoins apportés par les nouvelles technologies de séquençage et traiter les données sur des ordinateurs du marché. A titre de démonstration l’équipe a pu assembler le génome de la framboise sur un ordinateur Raspberry PI (framboise en anglais) à 30 €.

  • Traitement d’images médicales

Equipe VISAGES – (Inria Rennes - Bretagne Atlantique)
Développement de nouveaux algorithmes de traitement d’images médicales et de systèmes d’aide aux interventions guidées par ordinateur pour des applications traitant de pathologies liées à la tête et au cerveau.

  • Comprendre la structure du cerveau

Equipe PARIETAL – (Inria Saclay - Ile-de-France)
Modélisation de la structure, du fonctionnement et de la variabilité du cerveau à partir d'IRM à haut champ, pour une meilleure compréhension de certaines maladies du cerveau.

Santé à domicile et e-santé

Répondre aux attentes de la société
La demande dans le secteur de la santé à domicile est forte et ne cesse de progresser, en particulier en raison de l’augmentation de l’espérance de vie. Elle vise à répondre à la volonté de maintenir chez eux, autant qu’il est possible, pour des raisons de confort et de coût, les personnes âgées ou porteuses de handicap, et les patients susceptibles d’être suivis médicalement à distance (maladies chroniques notamment).
Les évolutions en cours s’accompagnent de modification de la pratique médicale et de l’émergence de nouveaux modèles socio-médico-économiques, intégrant les notions de qualité de soins bien sûr, mais aussi de bien-être et d’autonomie. Dans ce contexte, les sciences du numérique contribuent à concevoir des environnements personnalisés et sécurisants. Elles visent le maintien du lien, social et médical, grâce au déploiement de technologies (surveillance à distance, domotique) fiables, discrètes et respectueuses de la vie privée.
Le stockage, le traitement, le partage et la gestion des données de santé font évidemment l’objet d’attentions particulières (confidentialité, accès restrictifs pour les acteurs de la santé). Sur ces sujets, la dimension financière constitue une contrainte forte quand des déploiements massifs sont envisagés.

Des équipes multidisciplinaires
Différents champs de recherche des sciences du numérique sont mobilisés sur le sujet de l’aide au maintien à domicile et la e-santé :

  • les travaux sur les capteurs que l’on cherche à rendre sensibles à des variations infimes (comportements, mouvements), tout en restant non-invasifs, peu coûteux et économes en énergie ;
  • la recherche sur les systèmes interconnectés (hiérarchie, contrôle, interopérabilité) et sur les réseaux ;
  • l’étude du transport, du traitement temps réel des données collectées (sécurité, fiabilité, conception de systèmes d’alertes) ;
  • la cryptographie et les protocoles d’échanges, pour assurer la confidentialité des informations de santé.

Ces problématiques conduisent à repenser les environnements numériques pour les adapter aux situations complexes de fragilité, de déficience des utilisateurs, toujours singulières (ingénierie des modèles, ergonomie, interaction hommes-machines). Les applications développées doivent investir des équipements existants (intelligence ambiante, logiques d’interopérabilité) et être évidentes pour des utilisateurs sans familiarité avec la technologie numérique. La recherche s’attache également à rendre ces environnements auto-adaptatifs (apprentissage automatique).
Enfin, l’aide à la mobilité (se déplacer, se relever d’un lit) est appréhendée à travers les travaux de robotique, d’accompagnement ou de service à la personne.

Focus sur quelques technologies Inria

  • HomeAttendant : Une plateforme d'assistance numérique

Equipe Phoenix (Inria - Bordeaux - Sud-Ouest) -
Maintien des personnes âgées à domicile, avec HomeAttendant, une boîte à outils de services d’assistances numériques permettant de rendre intelligents les objets du quotidien. Cette plateforme est en cours de déploiement pilote au domicile de personnes âgées et les premiers résultats d’évaluation scientifique viennent d’être dévoilés (Projet DomAssist)

  • PersoBalance : Une évaluation personnalisée de l’équilibre à domicile

Equipe DEMAR (Inria Sophia Antipolis - Méditerranée) -
L’objectif de ce logiciel est de mettre en place une évaluation personnalisée de l’équilibre pouvant être facilement utilisée au domicile du patient à partir d’un système portable tel que la Kinect et le Wii board.

  • Systèmes d’information sécurisés et mobiles, l’exemple du dossier médical

Equipe SMIS (Inria Paris-Rocquencourt)
L’équipe Smis conçoit de nouvelles techniques de gestion de données embarquées dans des
calculateurs sécurisés. Elle développe en particulier un dossier médicosocial portable et sécurisé favorisant la coordination des soins auprès des personnes dépendantes. Une expérimentation est en cours dans le département des Yvelines.

  • Plateforme Gazelle

Ex-équipe IHE-DEVELOPMENT – (Inria Rennes - Bretagne Atlantique)
Gazelle est une plateforme logicielle dont l’objectif est de tester l’interopérabilité des logiciels médicaux. La plateforme est utilisée lors de session de tests organisés par l’initiative internationale IHE (Integrating the Healthcare Enterprise) qui regroupe plus de 300 entreprises et institutions de toutes tailles au niveau mondial.

Mots-clés : Medecine Médecine numérique Données de santé Santé Santé connectée Startup Imagerie médicale Inria Innovation Lab E-santé Bio-informatique

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