La modélisation et la simulation 3D in-silico vont aider les services de réanimation à définir exactement les canules qu’ils utilisent lorsqu’ils pratiquent des trachéotomies. C’est l’objectif de la plate-forme logicielle T3D qui est en fin de développement. Paul Pham, qui coordonne le projet à la SATT Paris-Saclay, nous en dévoile les grandes lignes.

La trachéotomie est une technique d’ouverture de la trachée, conduit constitué de tissus fibreux et cartilagineux reliant le larynx aux bronches, maintenue par un tube, la canule, qui est mise en œuvre pour améliorer la ventilation d’un patient en court-circuitant ses voies respiratoires hautes. Il s’agit de la procédure chirurgicale la plus fréquemment réalisée en réanimation.

Cependant si la canule utilisée n’est pas bien adaptée à la morphologie de la trachée du patient, elle exerce des contraintes mécaniques sur la paroi trachéale, ce qui entraîne des complications : inconfort ; douleurs ; saignements ; granulomes ; hypersécrétions, et parfois décanulation accidentelle pouvant être fatale.

« Aujourd’hui, la canule est choisie parmi un certain nombre de modèles standard de formes et de dimensions différentes. Le problème de ces canules standard c’est, qu’en fait, elles frottent contre la trachée du patient. Et ces frottements génèrent de complications médicales, qui peuvent être fatales. D’où l’idée de créer des canules sur mesure, parfaitement adaptée à la morphologie de chaque patient, pour limiter les efforts lors de leur introduction, puis les frottements sur les tissus de la trachée lors des mouvements du patient, notamment chez les enfants. C’est ainsi qu’est né le projet T3D, voici 3 ans, sous la houlette du professeur Jean Bergounioux, qui officie à l’Université de Versailles/Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ/Inserm – Laboratoire Infection et inflammation – 2I/U1173) et à l’AP-HP (Hôpital Raymond Poincaré de Garches) », explique Paul Pham, qui coordonne le projet à la Société d’Accélération de Transfert Technologique du Cluster Paris-Saclay (SATT Paris-Saclay), qui a financé depuis 2 ans le développement des briques technologiques du projet T3D à hauteur d’environ 400 K€.

De l’imagerie 3D à la canule sur-mesure

Lorsqu’un praticien estime qu’une trachéotomie est indispensable pour un patient, il lui fait passer un scanner, afin d’obtenir un modèle 3D exact de sa trachée en vue de sélectionner ou de concevoir la canule la plus adaptée. « Mais la géométrie 3D ne suffit pas. Nous ne sommes pas sur de la mécanique ‘‘dure’’ où il s’agit d’enfiler un tuyau dans un conduit rigide. La trachée est une structure vivante, souple et déformable qu’il ne faut pas léser mécaniquement. C’est pourquoi nous avons dû développer, avec des ingénieurs bio-mécaniciens, un logiciel ‘‘métier’’ spécifique, dont le procédé est aujourd’hui breveté. Il s’agit en fait, à partir de l’imagerie 3D et de critères physiologiques propres à chaque patient introduits par le praticien, de paramétrer des modèles de trachées existants en bibliothèque, afin d’obtenir rapidement un jumeau numérique 3D bio-mécanique exact de la trachée du patient. ».

Cela a été possible grâce au travail avec les équipes du professeur Jean Bergounioux, qui a aussi permis de définir des niveaux maximum de pression lors de l’introduction de la canule dans la trachée, puis de frottement lors de son utilisation quotidienne, permettant d’éviter toutes lésions de la trachée et toutes formes de complications médicales.

Le logiciel cherche dans la base de données de canules standard du marché, celle qui est la plus adaptée à la trachée du patient. C’est alors un outil d’aide à la décision pour sélectionner un équipement. « Il permet aussi de s’assurer que le mouvement d’insertion de celle-ci ne génèrera pas de lésions délétères pour le patient. »

Si aucune solution standard ne convient, le logiciel définit alors la forme optimale de canule compatible avec la trachée du patient, tant du point de vue géométrique que physiologique. Ce modèle 3D servira à la fabrication d’une canule sur-mesure propre au patient.

Mais, il ne s’agit pas d’imprimer en 3D la canule, car dans le cas d’un usage à long terme, un patient a besoin d’environ d’une vingtaine de canules dans l’année. Le modèle 3D va donc servir à imprimer un outillage spécifique, qui sera utilisé pour injecter les canules en matière plastique sur-mesure.

Transfert de technologie en cours

Le développement du projet T3D lancé voici environ 2 ans, va encore nécessiter 6 à 12 mois de travail, notamment pour obtenir l’autorisation de lancer les essais cliniques avec l’AP-HP, qui devraient ensuite déboucher sur la certification DM (Dispositif Médical) de la solution.

Mais la SATT Paris-Saclay cherche à faire d’ici fin 2023 un transfert technologique avec un partenaire stratégique pour diffuser ce produit. De fait, T3D s’adresse aux patients trachéotomisés qui rencontrent des complications, généralement des enfants ou des personnes avec des malformations, dans les services hospitaliers d’anesthésie,  réanimation, pneumologie, ORL…

Un bel exemple du 3D au service de la médecine !

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : La SATT Paris-Saclay valorise le projet T3D (satt-paris-saclay.fr)