Informatique et métiers de la santé -synthèse-

Nous arrivons à la fin de notre projet de veille technologique  de cette année scolaire 2013-2014. Dans cette dernière publication, nous effectuons un bilan du travail réalisé au fil des articles rédigés. Ceux-ci portaient sur  l’Informatique et les métiers de la santé. Nous présenterons pour finir le plan de notre rapport final.

Notre objectif était de faire un état de l’art approfondi des secteurs d’activité et entreprises dans lesquels l’informatique est liée aux métiers de la santé.

Le champ couvert est d’autant plus large c’est pour cela que dès le début (premier article) nous avons jugé bon de  définir 3 thématiques principales:

  • Biologie de synthèse et la bioinformatique
  • Système d’informations médicales
  • Traitement digital et robotique

Ainsi pour chacune de ces thématiques, nous avons découvert les applications et les enjeux présentés pour la recherche en informatique. Dans notre deuxième article, nous avons approfondi les thématiques bio-informatique et systèmes d’informations. Dans l’article d’après, nous avons parlé plus en détail du thème lié à la robotique dans le milieu de la santé et nous avons évoqué une des motivations majeures du monde de la robotique qui est la nanotechnologie.

A chaque fois, nous nous sommes attachés à rendre compte de l’avancement de la recherche en industrie ou dans des laboratoires  de recherche, ce qui nous a amené par la suite à s’interroger sur les formations mêlant l’informatique et la santé notamment les masters ouverts en France.

Ce quatrième article était un article intermédiaire afin d’aborder par la suite le marché des dispositifs médicaux, il s’agissait là d’éclaircir les acteurs  présents sur le marché  et les enjeux concernant l’avenir sur le secteur. Des constats basés sur des statistiques du conseil national de l’industrie font qu’ en matière de R&D, l’industrie des technologies médicales constitue la deuxième filière industrielle en France . Cependant, le tissu industriel est caractérisé par une majorité de PME souvent absorbées par les multinationales d’origine étrangère.

Finalement, notre dernier article consistait à une réflexion analytique et pratique sur le type de formation que nous aimerions suivre en tant qu’élève-ingénieur à l’Ecole Centrale Nantes. Nous y décrivons les matières qui nous semblent indispensables à introduire voire approfondir afin de répondre aux enjeux médicaux actuels.

Nous espérons que les articles présentées ont été intéressants et partons sur ça voici le plan de notre rapport final

Introduction

  1. Les enjeux de la santé numérique
    1. En France
    2. A l’étranger
  2. Les thématiques à connaitre
    1. La biologie et l’informatique
    2. Les systèmes d’information
    3. La robotique
  3. L’élève ingénieur et la santé
    1. Le marché existant
      1. La recherche
      2. L’industrie et les services
    2. La formation
      1. L’existant
      2. Notre sélection
    3. Les débouchés

Conclusion

Bibliographie

Article 6 – Et si l’on devait effectuer une formation Santé et Numérique ?

A la vue de l’état de l’art effectué dans les articles précédents, nous imaginons ici les connaissances qu’un ingénieur généraliste devrait acquérir en informatique et en sciences médicales.
Dans notre article sur les formations existantes (article 4) , nous avons cité les masters à destination de cadres du milieu de la santé (gestionnaire, médecins, statisticiens…). Nous avons constaté que les formations proposées sont souvent très applicatives ; peu d’offres existent aujourd’hui pour un ingénieur généraliste qui souhaiterait acquérir un spécialisation dans les technologies de la santé et développer de nouveaux outils informatiques.
Ainsi, l’objectif serait double :  d’une part, se spécialiser dans l’ingénierie appliquée aux sciences médicales afin de concevoir et implémenter des stratégies innovantes et mieux répondre aux défis actuels des systèmes de santé ; et d’autre part acquérir de nouvelles connaissances dans ce domaine afin de pouvoir interagir dans un milieu pluridisciplinaire.

Les trois thématiques à aborder transversalement dans cet enseignement sont :

  • La biologie de synthèse et génétique;

  • Le système d’information médical ;

  • Le traitement digital et la robotique.

Il s’agit des thématiques que nous avions dégagées dans notre premier article.

Nous présentons ici chaque module d’enseignement à intégrer dans la formation.

Mathématiques [1]
Ce module regroupe toutes les connaissances théoriques qui sont indispensables à la formation de l’ingénieur en général afin de pouvoir  résoudre les problèmes de manière autonome. On peut considérer certaines connaissances comme pré-requises (exemple : optimisation numérique).

         Bases communes

  • Introduction aux calculs stochastiques

  • Méthodes probabilistes : méthodes de Monte Carlo, chaînes de Markov, processus de diffusion.

    Appliquées au traitement d’image
    Des outils d’analyse fonctionnelles sont nécessaire en traitement d’images. Pour commencer, on pourrait introduire les thématiques suivantes :

  • Optimisation dans les espaces de Banach;

  • Formulation variationnelle des équations aux dérivées partielles (permet de traiter des problèmes exprimés sous forme variationnelle, d’aborder des problèmes non-linéaires, d’obtenir des résultats d’existence et d’unicité de solution, voire des schémas de résolution numérique efficaces);

  • Analyse convexe non lisse.

    Appliquées à l’intelligence artificielle
    Dans le cadre de l’IA, les mathématiques servent à analyser les données et de les classifier selon des méthodes spécifiques aux quelles on pourrait initier l’ingénieur.

  • Décrire les méthodes de classification et de clustering;

  • Introduire les arbres de décisions et l’analyse discriminante paramétrique et non paramétrique;

  • Initier aux modèles de mélanges et savoir déterminer quand les utiliser, ainsi que les algorithmes espérance-maximisation (utilisés pour la classification de données, l’apprentissage automatique, ou la vision artificielle).

    Appliquées à la biologie

  • Étudier les algorithmes de la biologie structurelle computationelle;

  • Méthodes formelles appliquées aux systèmes complexes.

Outre l’acquisition d’une base solide de connaissances mathématiques, on pourrait envisager des cours dédiés à une spécialité. Nous avons pensé au  traitement digital et à la robotique, à  l’imagerie médicale et l’ingénierie virtuelle.

Imagerie médicale et ingénierie virtuelle [3]

Le module d’imagerie médicale apporte une connaissance générale sur le traitement d’images et ses applications. Un ingénieur pourra se pencher sur ses enjeux numériques comme la rapidité d’acquisition d’image médicale ou le développement de nouvelles technologies d’imagerie pour créer des modèles physiologiques personnalisés.

Imagerie médicale

  • Physique et  technologie de l’imagerie médicale ;

    • imagerie nucléaire, par laser, par résonance magnétique(IRM), ultra-sons(échographie), tomodensitométrie(scanners) etc…

  • Traitement d’image ;

    • Quantification et caractérisation de formes, filtrage et segmentation, recalage, fusion, compression etc..

    • Modélisation surfacique

    • Présentation de logiciels de traitement d’images médicales

  • Systèmes de stockage et de diffusion d’images médicales.

Réalité virtuelle

La réalité virtuelle révolutionne l’imagerie médicale en permettant l’instantanéité de l’acquisition d’image lors d’une opération chirurgicale par exemple. Le cours de réalité virtuelle est principalement introductif et permet d’apprendre les différentes formes de réalité virtuelle :

  • Visualiser par augmentation de l’image;

  • Découvrir des moteurs de rendu 3D.

Robotique et intelligence artificielle
Nous pensons, suite à notre article n°3 qui établit un état de l’art sur la robotique, que l’intelligence artificielle est directement reliée à la robotique et qu’elle est notamment l’enjeu majeur du développement de machines plus performantes en terme de précision, sécurité et adaptabilité à son environnement et aux situations inattendues.

Robotique
Des pré-requis en automatique et de commande sont demandés. La robotique est un sujet vaste. Nous aimerions que cette matière pousse à l’apprentissage des connaissances de bases de la robotique et qu’en complément soit démontré son impact concret grâce à des visites d’entreprise et démonstrations de nouvelles technologies robotiques du médical.

  • Introduire la robotique médicale (état de l’art en robotique chirurgicale et d’assistance, classification de la robotique, les enjeux comme la télé-opération)

  • Enseigner la modélisation et la programmation pour la robotique : modélisations géométrique, cinématique et dynamique des manipulateurs, étude de la commande des robots manipulateurs, simulations.

  • Visites (laboratoire de recherche, entreprise médicale, établissement de soin)

Intelligence artificielle
Dans ce cours, l’objectif est d’acquérir des techniques plus avancées de modélisation et d’ingénierie des systèmes intelligents et d’aide à la décision.

  • Se perfectionner dans l’analyse et la représentation des connaissances;

  • Introduire la notion de datamining et de machine de décision ;

  • Règles d’apprentissage et techniques de modélisation prédictive :  appliquer les algorithmes connus du monde médical comme les réseaux de neurones ou  la régression logistique, les nomogrammes, les réseaux bayesiens.

Concernant les modules qui peuvent être intégrés dans une formation plus orientée système d’informations médical, nous estimons intéressant d’introduire les deux modules suivants.

Systèmes d’information

Le cours de SI est appliqué directement au secteur de la santé.

  • Présenter les SI nationaux pour la santé;

  • Définir les aspects métiers et applicatifs “santé” (processus, schéma directeur, urbanisation);

  • Présenter l’architecture matérielle des SI modernes;

  • Introduire les nouveaux concepts de la télésanté, e-santé via un intervenant extérieur par exemple;

  • Définir le cycle de vie d’un médicament, validé par le SI;

  • Normer et évaluer la qualité d ‘un SI.

  • S’interroger sur les moyens de conduire le changement.

Sécurité et fiabilité des SI
Un apport approfondi en terme de sûreté, sécurité et  confidentialité, est exigé pour les systèmes d’ informations de santé. Ce qui nécessite des connaissances présentés ci-dessous.

  • Robustesse des systèmes (modèles statistiques, analyse des risques etc.. );

  • Sécurité des réseaux;

  • Théories des codage et cryptage des données;

  • Management de la sécurité de l’information;

  • Systèmes concurrents et distribués;

    • programmation concurrente ;

    • programmation paralèlle;

    • Temps réel etc…

Enfin, ces enseignements techniques  sont  caractérisés par une forte transversalité avec une formation médicale. D’où la nécessité d’intégrer au sein de l’enseignement un module de culture générale dans le secteur de la santé.

Initiation aux Sciences médicales

  • Etre sensibilisé au droit de la santé (légalité du SI, sécurité);

  • Terminologie médical : s’approprier le langage des sciences biologiques et médicales.

  • Comprendre l’organisation économique des établissements de santé publics et privés

 

Finalement, l’idéal serait que pour chaque module proposé des intervenants extérieurs participent et que des visites d’entreprises soient réalisés afin d’apporter un regard concret et un complément d’information sur les débouchés existants.

Bibliographie :

[1]http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/handle/2042/1976/nondispo.pdf?sequence=1 [Mathématiques et Traitement d’images]

https://www.ljll.math.upmc.fr/mbio/enseignement-s2.php  [Exemple de master Mathématiques appliquées aux sciences biologique & médicales]

[2] http://www3.imperial.ac.uk/computing/teaching/pg/mcsai http://www.univ-lyon2.fr/formation/masters-2/master-2-intelligence-artificielle-et-decision-iade-428005.kjsp?RH=M2 [Intelligence Artificielle]

[3] http://www.sfrnet.org/cerf/recherche/formations-selectionnees/liste-masters/index.phtml

http://www.e-mmi.eu/media/document/EMMIPlaquette09.pdf  [Traitement d’images]

[4]http://isis.univ-jfc.fr/sites/isis.univ-jfc.fr/files/syllabusthmatiqueisis_07122009.pdf

http://www.telecom-physique.fr/uploads/media/leafletFIPTIS.pdf [Informatique pour la santé]

 

Auteurs : Olfa Koubaa & Flore Massoullié

Encadrant : Morgan Magnin

Licence Creative Commons
Article 6 – Et si l’on devait effectuer une formation Santé et Numérique ? de Olfa Koubaa et Flore Massoullié est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 non transposé.

Article 5 – L’industrie des technologies médicales

 

Maintenant que nous avons parlé dans les articles précédents des technologies médicales et des formations qui y sont reliées, nous avons eu un aperçu de la filière dans son ensemble et nous passons dans ce qui suit à la description du marché des dispositifs médicaux.

Ainsi, nous réalisons en première partie une étude du marché afin d’éclairer le rôle acteurs actuels et nous aborderons en deuxième partie les enjeux concernant l’avenir sur secteur de l’informatique médicale.

Le marché des dispositifs médicaux

L’industrie des dispositifs médicaux bénéficie en France d’un potentiel collaboratif de R&D important constitué de laboratoires au sein des universités, de CHU, et de grands organismes de recherche (CEA, CNRS, INRIA, INSERM, etc…). D’après des données du Conseil national de l’industrie, la filière ”industries et technologies de la santé”  “représente près de 200 000 emplois, soit 4,6% des effectifs de l’industrie en France, auxquels s’ajoutent plus de 100 000 emplois indirects. Elle réalise un chiffre d’affaires d’environ 75 MD€ en France.  En matière de R&D, elle constitue la deuxième filière industrielle en France.” [1]

Outre cette dynamique d’innovation, les équipes de recherche de qualité et le tissus industriel dense, la France dispose d’un certain nombre d’atouts lui favorisant de jouer un rôle important dans le secteur des technologies médicales. Cependant, dans ce secteur, le tissu industriel français est caractérisé par une majorité d’ entreprises souvent de petite taille, ou sont absorbées par les multinationales d’origine étrangère.

Actuellement, le marché de l’e-santé se compose de près de 300 opérateurs privés et d’une dizaine d’acteurs publics. Des experts de Xerfi-Percepta[2] ont distingué cinq catégories d’acteurs dans le marché de l’ e-santé :

  • Les éditeurs de logiciels ou opérateurs de services ;
  • Les prestataires de services informatiques ;
  • Les fabricants de dispositifs médicaux ;
  • Les hébergeurs de données de santé à caractère personnel ;
  • Les autres intervenants  comme les opérateurs télécom, les spécialistes de télésanté/ télémédecine, les fournisseurs de services etc…

Parmi ces cinq catégories, les éditeurs de logiciel disposent du poids de marché le plus important. Pour répondre à la demande de plus en plus croissante, de nombreuses sociétés et opérateurs publics se sont développés. Certains groupes français comme Medasys ou IMS Health ont su s’imposer mais la plupart des éditeurs disposent d’une taille modeste et reste les principaux acteurs sont des groupes étrangers comme McKesson , InterSystem, Simens  etc…

Selon les estimations, le segment de la télé-médecine enregistrera la plus forte croissance. On distingue les grands groupes industriels  qui ont  des activités liées à l’imagerie médicale mais ceci ne représente que une part mineure de leurs chiffres d’affaires, néanmoins il existe des PME  spécialisées comme Olea Medical, considérée comme la 63ème entreprise la plus prometteuse de France[4] .

Une nouvelle tendance accompagne l’émergence du numérique, il s’agit du conseil des acteurs pharmaceutiques et hospitaliers. IMS Health a développé une nouvelle branche d’activités de consulting en innovation pour ses clients. Il s’agit d’auditer leur structure et de les orienter en fonction de leurs acquis vers l’innovation médicale. Jama, une PME française, a fait le choix de constituer des équipes de consultants aux parcours complémentaires (ingénieurs, médecins, pharmaciens, commerciaux), elle intervient entre autre dans l’accompagnement de la mise en place de nouvelles technologies de la santé ou dans des projets de transformation de Système d’Information dans ce secteur.

Enfin, sur le plan mondial, l’Allemagne constitue le plus grand marché de technologies médicales, il est deux fois plus développé qu’en France avec 22 milliards de chiffre généré en Allemagne contre 11 milliards en France. L’Allemagne est par ailleurs le plus grand producteur  de dispositifs médicaux high-tech dans le monde après les États-Unis et plus de  30% de sa production de produits,  techniques et appareils de pointe est localisé dans la région bavaroise. En effet, cette région concentre un grand nombre de compétences entrepreneuriales; aussi bien des PME que des groupes leader comme Siemens Medical Technology (leader dans l’imagerie médicale par exemple).

 

Avenir du secteur de la santé et du numérique en France

Le développement de la filière des technologies  médicales est conditionné  par l’existence d’une offre de formation adaptée aux besoins des différents acteurs. Il est important de favoriser les contacts entre médecins et ingénieurs dès la formation initiale et tout au long de leur parcours professionnel.

Les pouvoirs publics peuvent aussi avoir un rôle déterminant dans la croissance du secteur. En effet, outre l’aspect législatif, la promotion des projets,la création de start-up et même l’implication des usagers permettent  le renforcement de  la compétitivité entre les  entreprises du domaine et promouvoir l’excellence des laboratoires de recherche

Du fait que la concurrence des pays asiatiques, un appui politique et diplomatique à l’export afin de conquérir de nouveaux marchés et un positionnement à l’international  se fait de plus en plus rude, y compris par rapport aux pays traditionnellement forts (l’Allemagne et USA ).

Pour conclure, nous avons rendu compte des différents métiers existants dans le domaine de la technologie médicale. Nous avons souligné l’émergence de certaines activités qui y sont liées et avons finalement rappelé les enjeux d’un point de vue économique et politique dans le développement de ce marché innovant en France.

 

Sources

[1]http://www.redressement-productif.gouv.fr/cni/filiere-industries-et-technologies-sante

[2]http://www.xerfiprecepta.com/

[3]http://www.infodsi.com/articles/138737/sante-marche-porte-bien.html

[4]http://lentreprise.lexpress.fr/gestion-entreprise/palmares-les-72-entreprises-les-plus-prometteuses-en-france_31145.html?xtor=EPR11[ENT_Zapping]20111115%E2%80%93338772@18194365920111115063842

[5]http://www.olea-medical.com/files/files_presse_com/Olea%20Medical%20and%20SOFIRED.pdf?PHPSESSID=1ec3c9a40e72ba83b5a565e78b40fe18

 

Auteurs : Olfa Koubaa & Flore Massoullié

Encadrant : Morgan Magnin

 

 

 

 

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Article 5 – L’industrie des technologies médicales de Olfa Koubaa et Flore Massoullié est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 non transposé.

Article 4 – L’informatique médicale et ses formations

Suite à une présentation générale des trois thématiques en lien avec l’informatique et la santé, nous décrivons ici les formations qui y sont reliées et plus particulièrement pour un ingénieur généraliste ou en informatique.

Formations : pour qui et pour quoi ?

Il existait jusqu’à présent des formations ouvertes à une seule filière ; dés lors la mixité du recrutement est accepté voire recherché.

Les formations fortement représentées mêlant santé et informatique sont les masters de bioinformatique et d’analyse de données, ouverts seulement aux biologistes. Les compétences acquises sont :

  • Utiliser les bases de données et les logiciels de bioinformatique ;
  • Analyser les données post‐génomiques : traitements statistiques, analyse de l’expression des gènes, fouille de données, analyse de réseaux de gènes;
  • Modéliser et traiter le signal biologique ;
  • Concevoir des applications bioinformatique, des web‐services.

Il existe aussi des masters spécialisés à destination des praticiens en médecine et des acteurs environnants tels que les statisticiens ou ingénieurs en informatique. L’objectif est de les former à la pointe de la technologie logicielle dans leur domaine d’activité et de les amener à dialoguer facilement du fait d’une base commune. Les compétences acquises sont à l’interface de l’informatique, des mathématiques et de la physique :

  • comprendre et mettre en œuvre des méthodes de traitement statistique des données biomédicales ;
  • comprendre et modéliser les différentes modalités d’imagerie médicale du point de vue de la formation physique du signal ;
  • mettre en œuvre des méthodes d’extraction interactive ou automatique d’informations à partir de l’image  pour aider au diagnostic ;
  • représenter l’information médicale multimodale sous forme synthétique et intuitive et de proposer des périphériques de visualisation et d’interaction adaptés ;
  • maîtriser les systèmes d’instrumentation dédiés à l’assistance (robotisée ou non) et être capable de proposer des adaptations ou améliorations ;
  • concevoir des systèmes de perception et/ou de localisation et être en mesure de les interfacer pour recaler et augmenter les images médicales natives ;
  • connaître les normes des systèmes d’information hospitaliers, être capable de les analyser et de les faire évoluer en résolvant les problèmes d’interopérabilité.

Ses masters sont généralement rattachés à la faculté de médecine et ses unités de recherches.

En école d’ingénieur ou en IUT, des cursus Technologie de la Santé ou en Biotechnologie sont proposés en collaboration avec le pôle Santé du campus considéré :

L’Ecole Centrale Paris a lancé un pôle Biotech et Santé, il y a quinze ans. On y étudie l’imagerie médicale, la robotique, prothèses intelligentes et la logistique médicale. Les disciplines enseignées sont

  • Ingénierie des connaissances (gestion, indexation de données, systèmes à base de connaissances médicales) ;
  • Technologies de l’information et de la communication en santé (Modélisation, base de données, réseaux, sureté) ;
  • Organisation en santé et management opérationnel ;
  • Dossier de santé, coordination des soins et gestion organisationnelle ;
  • Exploitation, analyse statistique des données, pilotage opérationnel et décisionnel, info centre et entrepôt ;
  • Les interactions stratégiques avec la gestion des risques, le management des technologies de santé et la bio-ingénierie ;

Ce master est ouvert à tout professionnel ou chercheur dans une discipline en lien avec le monde médical : professionnel de la santé, ingénieurs, responsables d’établissements..

L’Ecole des Mines de St-Etienne ouvre un cursus ingénieur à ses étudiants. Les thématiques abordées sont :

  • Biomécanique ;
  • Imagerie ;
  • Biomatériaux ;
  • Nanoparticules ;
  • Ingénierie du soin ;
  • Bio­électronique ;

Les étudiants y sont formés pour développer les technologies de demain en recherche clinique, sciences biomédicales et technologies de la santé comme la télémédecine et l’usage des tablettes tactiles.

Métiers : quel débouché ? En bref.

La question des débouchés se pose. Les ingénieurs en informatique capables de dialoguer et travailler en équipe avec des médecins ou chercheurs en biologie et vice-versa deviennent des cliniciens qui exercent en hôpitaux.

Il est alors possible de continuer en laboratoire sur les thématiques de recherche en bioinformatique et informatique médicale. Par exemple, les projets réalisés actuellement à l’Université de Lille 2 concernent:

  • Les systèmes d’information : étude et développement de la modélisation, l’optimisation et la mise en œuvre d’un Système d’Aide à la Décision pour anticiper la tension de l’hôpital et d’établir des propositions d’évitement de ces tensions;

  • Interface graphique ergonomique : Conception et évaluation de méthodes et d’outils ergonomiques pour faciliter la saisie et le codage de données textuelles et graphiques dans les dossiers médicaux électroniques;

  • Développement d’outils statistiques : l’évaluation de l’impact de l’outil Scorecards (outil développé dans le cadre du projet européen PSIP qui fournit des informations statistiques d’un ou plusieurs service(s) hospitalier(s) donné(s)  sur les Effets Indésirables liés aux médicaments.

On trouvera dans d’autres laboratoires de recherche l’études de la mise en place d’implants,

D’un point de vue hospitalier, les masters décrient précédemment conduisent aux réseaux,  à la direction des systèmes d’information des établissements de santé (hôpitaux, cliniques…) ou au management de ces établissements.

D’un point de vue plus industriel, ces masters conduisent aussi chez les partenaires industriels qui fournissent les technologies, leur expertise ou un service.

 

http://www.dlsante.fr Laboratoire de biologie médicale

http://simonletellier.adiph.fr blog sur les questions informatiques en hôpitaux

http://etudiant.aujourdhui.fr/etudiant/info/sante-les-etudiants-ingenieurs-au-coeur-de-la-recherche.html Les Ecole d’ingénieurs et la santé

http://medecine.u-clermont1.fr/sof/formation/idFormation/17666 Université de Clermont-Ferrand

http://www.centraleparis-sante.com/site/ingenierie_sante/admission_ics/.html Master de l’Ecole Centrale Paris

http://cerim.univ-lille2.fr Université de Lille

Auteurs : Olfa Koubaa & Flore Massoullié
Encadrant : Morgan Magnin

 

Licence Creative Commons
Article 4 – L’informatique médicale et ses formations de Olfa Koubaa et Flore Massoullié est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 non transposé.

 

Article 3 – Robotique dans le milieu de la santé

Nous entamons la présentation de notre dernier axe de réflexion concernant la santé et l’informatique : la robotique.

Outre les applications militaires, industrielles ou domestiques, la robotique, que l’on définit par l’ensemble des techniques permettant la conception, la réalisation de machines automatiques ou de robots, connaît aussi des applications médicales.

   1.  Chirurgie et les technologies associées

Depuis 1998, la robotique est présente en salle opératoire dans le cadre d’opérations chirurgicales. Afin de répondre aux enjeux médicaux tels que la minimisation des risques de complication postopératoires, la réduction du temps d’intervention ou d’hospitalisation, des nouvelles technologies médicales se sont développées:

  • La télé-opération,
  • La chirurgie assistée par l’image,
  • Les matériaux et appareillages associés: mise en place de bras mécanique assistée par ordinateur,
    Exemple: Le premier robot utilisé, Da Vinci [1], combine la technologie 3D image de haute définition et des bras mécaniques et instruments miniaturisés qui reproduisent le mouvement des mains du chirurgien. Ce robot est aujourd’hui utilisé aux Etats-Unis pour effectuer 60% des opérations sur la prostate.
  • Les dispositifs de suppléance fonctionnelle : pompes à insuline, pacemaker, environnement intelligent à domicile. [2]

La réalité virtuelle

L’imagerie médicale est particulièrement concernée par ces évolutions avec le développement de la réalité virtuelle. La réalité virtuelle permet de modéliser des organes (simulateur en trois dimensions) et pourra, dans un futur plus lointain, permettre de modéliser le ressenti du toucher d’une forme ou de la texture d’un organe, on parle de technologies haptiques.

Il reste aujourd’hui des améliorations informatiques majeures à apporter aux dispositifs actuels de chirurgie par ordinateur, en voici quelques unes:

  • Automatiser la modélisation 3D des patients ;
  • Interpréter cette modélisation et l’exploiter grâce à un logiciel de planification et de simulation chirurgicale (pour permettre de s’entraîner au geste chirurgical avant opération) ;
  • Implémenter la réalité augmentée lors des opération en replaçant des données préopératoires sur la vue réelle du patient (amélioration du ciblage des pathologies) ;
  • Robotiser la procédure du geste humain par celui d’un robot.

L’intelligence artificielle

La robotisation de l’activité médicale s’accompagne par ailleurs de travaux de recherche en intelligence artificielle. L’IA est une discipline scientifique relative au traitement des connaissances et au raisonnement humain dont l’objectif est de doter les systèmes informatiques de capacités intellectuelles comparables à celles des êtres humains.

Son apparition date de 1989 avec la création de robots semi-actifs présents dans les bloc opératoires. Concernant la robotique actuelle et future, on parle surtout d’une IA forte  qui se base sur l’analyse et la prise de décision dans les les situations concrètes. Ceci est à la base de nouvelles pistes de recherche en informatique  comme:

  • Modèles formels et algorithmes efficaces d’apprentissage ;

  • Mathématiques appliquées calcul et simulation ;

  • Traitement d’image médicale piloté par raisonnement ;

  • Systèmes embarqués et temps réel.

Au delà de la chirurgie opératoire, des innovations en intelligence artificielle ont permis de contourner des pathologies (défaillance de sensi-moteurs) et handicaps chez certains patients. On citera par exemple les travaux réalisés sur la déambulation et le mouvement artificiel à l’INRIA (projet STIC-DEMAR – Déambulation et mouvement artificiel ou le projet). En plus des aspects robotique et automatique, la complexité du corps humain et la nécessité de commander des systèmes non linéaires demandent d’effectuer un travail de recherche et de développement théoriques (comme la modélisation mathématiques de sensori-moteurs).[4]

Image du dispositif Ekso de la société EksobionicsImage: Le dispositif ekso, un exemple de robotique utilisée dans le secteur médical.

    2.  La nanotechnologie

Le terme nano est aussi présent dans le monde de la robotique que dans le monde de la médecine. Le désir d’entrer dans le nano-monde non seulement pour l’observation, mais aussi pour le traitement constitue une des motivations majeures  dans la recherche en  nanomédecine et  nanorobotique. Il s’agit d’un champ de recherche transversal dans le quel interviennent plusieurs disciplines comme la physique, la chimie, les sciences des matériaux, la biologie, l’informatique, etc. Ainsi, la nanotechnologie aura un impact majeur dans le développement de traitements médicaux plus efficaces.

La recherche en  nanosciences  à gagner en visibilité ces dernières années: l’UNIM[5] (Unité NanoRobotique d’Interventions Médicales) est un laboratoire à l’école polytechnique de Montréal dont l’objectif est de concevoir des techniques et des plateformes nanorobotiques novatrices en exploitant les propriétés uniques des entités à l’échelle moléculaire.  Comme exemple de projet, on peut citer :

  • Développement de bio-transporteurs et de brocanteurs IRM navigables dans les vaisseaux sanguins ;
  • Développement de microsystèmes et de bio-capteurs utilisant des phages propulsés par bactérie magnétostatique MC-1 qui sont contrôlées par un système de navigation informatique pour la détection rapide de bactéries pathogènes ;
  • Développement de systèmes microfluidiques et de systèmes « Lab-on-a-Chip » et « micro-Total-Analysis Systems » (µTAS) utilisant la technique des bactéries magnétotactiques contrôlées par système informatique ;
  • Plateforme pour le contrôle informatique de manipulations et d’opérations coordonnées effectuées par des bactéries à l’échelle submicronique.

Les nanosciences sont aussi présentes  dans les activités du CEA [6]. Les recherches menées au CEA en nanomédecine portent sur plusieurs domaines ciblés [7] :

  • Le diagnostic : qui mène à l’identification d’une maladie grâce à la détection de symptômes spécifiques de la pathologie .
  • La thérapie : traitement spécifique d’une maladie .
  • La médecine régénérative : qui vise à permettre une régénération de tissu ou organes humains endommagés ;
  • Et les systèmes de capteurs : ensemble d’interfaces détectant, sous la forme d’un signal électrique, un phénomène physique afin de le représenter et d’acquérir des données sur ce dernier.

On peut envisager d’autres exemples comme :
La gélule caméra qui est développée depuis 2000 par des chercheurs israéliens de la société Given Imaging[8]. Cette gélule contient une minuscule caméra vidéo permettant d’enregistrer des images qui sont ensuite transmises par télémétrie à un dispositif externe. Cette capsule est considérée comme le résultat d’une convergence technologique entre le progrès de l’informatique et des nanotechnologies.

Image: capsule Given Imaging.

Finalement, nous avons rendu compte des enjeux scientifiques et humains du développement informatique en robotique et nanotechnologies pour le secteur médical. Néanmoins, la robotique a un coût et cette notion en France soulève la  question centrale des investissements financiers à fournir.

[1]http://www.davincisurgery.com/da-vinci-general-surgery/da-vinci-surgery/da-vinci-surgical-system/

[2]http://www.inserm.fr/thematiques/technologies-pour-la-sante/dossiers-d-information/chirurgie-assistee-par-ordinateur

[3] http://www.ircad.fr/institut/

[4] http://www.lirmm.fr/recherche/le-lirmm-et-la-sante

[5] http://wiki.polymtl.ca/nano/fr/index.php/Laboratoire_de_NanoRobotique

[6] http://www.cea.fr/

[7] http://www.cea.fr/technologies/nanomedecine/les-recherches-du-cea-en-nanomedecine

[8]http://www.sfed.org/Given-Imaging/

Auteurs : Olfa Koubaa & Flore Massoullié
Encadrant : Morgan Magnin

 

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Article 3 – Robotique dans le milieu de la santé de Olfa Koubaa et Flore Massoullié est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 non transposé.

Article 2 – Bioinformatique et Système d’information dans le monde de la santé

Fidèles à notre plan initial, nous allons dans cet article détailler d’une manière générale les différents thématiques que nous avons passées en revue dans l’article précédent. Pour cet article, nous abordons les enjeux de deux thématiques: la biologie de synthèse et les systèmes d’information médicaux.

  1. Biologie de synthèse et la bioinformatique

    Définition
    La biologie de synthèse[1] se définit par la conception de systèmes biologiques artificiels, en couplant modélisations mathématiques et méthodes biomoléculaires. Pour ce faire, l’informatique est nécessaire afin de développer des outils et des modèles mathématiques capables d’analyser l’étendu des données lors du séquençage du génôme, de construire des arbres phylogéniques, de modéliser, calculer et simuler les interactions complexes entre organismes vivants et de prédir l’évolution des systèmes vivants étudiés. On parle plus précisément de bio-informatique.

    Applications
    Outre les applications dans la production d’énergie (biocarburant) ou la création d’OGM, le monde médical est fortement touché par cette nouvelle science. Si l’on en croit l’institut national  de la santé et de la recherche médical INSERM[4], les technologies associées aux domaines de la santé ont une contribution décisive à la recherche et à la clinique. Nous citons ci-dessous les applications médicales directement liées à la recherche en bioinformatique :

    • Aide à la création de nouveaux médicaments;

    • Modélisation physiologique et simulation informatique d’organes qui permettraient la régénération de tissu en médecine régénérative et en bio-production;

    • Amélioration de l’imagerie médicale qu’elle soit anatomique ou fonctionelle

    • Interprétation du génome d’êtres vivants (recherche sur les réseaux d’interactions moléculaires, réarrangement chromosomiques et reconstruction du génome, problème de tri) principalement pour améliorer le traitement de maladies génétiques.

    Exemples et réseaux associés
    Depuis 1993, de nombreux projets de ce type sont répertoriés via le réseau européen Virtual Physiological Human[2] (VPH), une plateforme collaborative de recherche sur le corps humain. Une des spécialités médicales très étudiée à l’heure actuelle est la cardiologie. Le projet euHeart par exemple développe des modèles biophysiques pour traiter des maladies cardiovasculaires. Une base de donnée de modèles informatiques génériques multi-échelle a été mise en place avec la modélisation de la fonction électo-mécanique du coeur, de la perfusion des muscles cardiaques et de l’hémodynamique des chambres et artères.

    Par ailleurs, la conférence JOBIM[5] ouverte à toutes les personnes travaillant aux frontières de la biologie, de l’informatique, des mathématiques et de la physique et s’intéressant à l’analyse, la comparaison et l’exploitation des données génomiques et post-génomiques est le lieu de rencontre annuel des chercheurs afin de rendre compte de l’actualité scientifique dans le secteur : nouvelles plateformes et outils de programmation, nouveaux langages de programmation, nouveaux algorithmes etc…

  2. Systèmes d’information médicaux

    Définition
    L’informatique est la science de traitement de l’information. De nos jours, la gestion de l’information touche 100% des secteurs. Notamment dans le domaine médical, la lourdeur des problèmes ainsi que l’élargissement de la notion de santé et l’évolution de la médecine ont englobé beaucoup plus de besoins potentiels. 

    Depuis 2004, la commission européenne a adopté un plan d’action eHealth Action Plan[6] qui a pour objectif de soutenir et guider les différentes actions afin de renforcer le rôle des systèmes de technologies de l’information et de la communication (STIC) dans l’amélioration de la qualité des soins en Europe. Compte tenu de l’ adoption croissante  et rapide des smartphones et tablettes , le plan d’action 2012-2020 comprend un accent particulier sur la santé mobile ou mHealth. La convergence entre les technologies de communication sans fil et les dispositifs de soins de santé et entre la santé et la protection sociale favorise l’apparition de nouvelles activités économiques des nouveaux médias numériques, technologies et applications Web et mobiles.

    En outre, l’outil informatique  constitue un outil efficace pour assurer une réalisation plus fiable, mieux organisée et surtout documentée, des traitements. Le champs couvert en est d’autant plus large : des applications classiques de dossiers informatisés jusqu’aux environnements collaboratifs virtuels et systèmes d’aide à la décision ou télémédecine.

    La télémédecine[7] est définie comme “ la fourniture de services de soins de santé” , à travers l’utilisation des TIC , dans des situations où le professionnel de la santé et le patient ne sont pas au même endroit . Elle implique la transmission sécurisée de données médicales et informations nécessaires pour la prévention, le diagnostic, le traitement et le suivi des patients. Elle englobe une grande variété de services tels que la téléradiologie, la téléconsultation , la télésurveillance etc…

    Applications
    Dans le contexte de la mise en place de ses systèmes, plusieurs verrous technologiques peuvent être identifiés. Ces différents verrous constituent autant d’enjeux pour la recherche en informatique médicale  comme :

    • Les systèmes d’imagerie avancés et l’analyse des données 3D;

    • La sécurité des informations et de partage;

    • Les algorithmes de représentation,d’analyse et de codage des données pour assurer le traitement en temps réel et l’échange de très grandes quantités de données;

    • La navigation et l’interaction virtuelle pour les salles de travail collaboratives;

    • La spécification des architectures pour l’échange d’information;

    • Les sciences informatiques pour la médecine numérique, personnalisé et prédictive, y compris la modélisation avancée, la simulation etc…

Bibliographie:

[1] http://www.biologie-de-synthese.fr/fr/ress.html présentation de la biologie de synthèse, les applications et exemples de réalisations

[2]http://physiomeproject.org/ le réseau VPH

[3]http://www.sfbi.fr/thesis/year/2013 Thèses bioinformatique 2013 de la Société Française de Bio-Informatique

[4] http://www.inserm.fr/thematiques/technologies-pour-la-sante/enjeux/enjeux-medicaux site de l’INSERM

[5] https://colloque.inra.fr/jobim2013 JOBIM 2013

[6]http://ec.europa.eu/digital-agenda/en/innovative-healthcare-21st-century

[7]http://eur-lex.europa.eu/Notice.do?val=692764:cs&lang=en&list=738012:cs,737301:cs,
692764:cs,692774:cs,&pos=3&page=1&nbl=4&pgs=10&hwords=&checktexte=checkbox&visu=#texte

Auteurs : Olfa Koubaa & Flore Massoullié
Encadrant : Morgan Magnin

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Informatique et métiers de la santé : panorama du tissu industriel – Introduction

Avec l’essor de l’informatique, nous faisons face depuis une quarantaine d’années à la création de nouveaux champs  de recherche interdisciplinaires, l’informatique appliquée au métier de la santé en fait partie. Nous entendons parler de bioinformatique, de biotechnologie ou de e-Santé. Ces nouvelles sciences impactent  les grands industriels de la santé (industrie pharmaceutique par exemple) et  le monde médical dans son ensemble (médecins, pharmaciens et leurs patients) par leurs nouvelles applications. Start-up, PME et sociétés biotech sont directement sollicités par les grands groupes pour prendre part à ce réseau d’innovation.

L’objectif de notre projet de veille technologique est de dresser le panorama du tissu industriel de ce secteur. Notre problématique principale est : “quel est l’avenir de l’informatique dans la santé ?”. Non seulement nous aborderons des thématiques déjà connues comme la génomique ou les systèmes d’information médicaux mais nous étudierons aussi les applications innovantes en informatique pour le milieu médical. De plus, nous tâcherons de rattacher ces éléments au métier d’ingénieur en informatique. Ainsi, nous souhaitons répondre aux questions suivantes:

  • Quelles sont les thématiques concernées et leurs enjeux ?

  • En quoi est-ce un secteur en croissance ?

  • Quelles entreprises sont concernées ?

  • Quel pourrait-être l’avenir de l’ingénieur en informatique dans ce secteur ?

Nous aborderons les thématiques suivantes:

  • Génétique et biopuces (comme, les questions sur l’interprétation du génôme, la thérapie génique et les “cellules numériques”);

  • Biologie de synthèse (comme, la création de systèmes biologiques en combinant biotechnologie -modélisation informatique- et biologie des systèmes);

  • Système d’information médical (comme, les problématiques de partage de l’information et sécurité des données);

  • Traitement digital et robotique (comme, les médibots et leurs applications dans les blocs opératoires).

Notre travail se déroulera en deux grandes étapes, les premiers articles aborderont le sujet au sens large et les articles suivants seront spécialisés sur une thématique et ses enjeux.

Auteurs : KOUBAA Olfa & MASSOULLIE Flore
Sous l’encadrement de Morgan Magnin.

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