Intelligence artificielle pour la technologie médicale

Phantom vasculaire imprimé avec fil de guidage inséré pour un cathéter. (Source : Fraunhofer IPA ; Photo : Vanessa Stachel)

Construction pour l'entraînement et la validation d'une IA pour la navigation autonome d'un fil guide. (Source : Fraunhofer IPA ; Photo : Vanessa Stachel)

Les entreprises de technologie médicale de taille moyenne en Bade-Wurtemberg devraient bientôt utiliser des méthodes d'intelligence artificielle (IA) pour le développement ou la redéfinition de leurs produits. Le savoir-faire à ce sujet est fourni par le groupe de projet pour l'automatisation en médecine et biotechnologie PAMB du Fraunhofer IPA et la médecine universitaire de Mannheim dans le centre d'application pour machines intelligentes en technologie médicale (ANIMMED). Dans le cadre du forum du centre de santé Bade-Wurtemberg, le land soutient ANIMMED et sept autres projets avec un total de 13,9 millions d'euros.

Avec des méthodes d'intelligence artificielle (IA ou AI – Artificial Intelligence), les machines peuvent analyser, décider ou contrôler automatiquement dans des situations complexes. Ces propriétés rendent les systèmes d'IA particulièrement pertinents pour une utilisation en médecine : des méthodes intelligentes permettent déjà en pratique l'analyse de volumes massifs de données en diagnostic, que l'humain ne peut plus gérer.

Les dispositifs médicaux peuvent également être automatisés grâce à l'utilisation de méthodes intelligentes. Ainsi, les appareils peuvent rendre les applications cliniques beaucoup plus efficaces et soutenir les médecins de manière plus ciblée. Sans l'utilisation de l'IA, l'automatisation des dispositifs médicaux dans la plupart des applications cliniques semble aujourd'hui difficile. La raison réside dans la diversité naturelle de l'organisme humain, sa vulnérabilité et la biologie complexe du corps humain. L'humain maîtrise cette complexité et cette variabilité. Il prend des décisions partielles et régule certains éléments du processus médical, mais ses ressources peuvent être considérablement étendues avec l'aide de machines intelligentes. L'automatisation par des systèmes d'IA est donc aujourd'hui considérée comme une clé technique pour une médecine de précision efficace à l'avenir.

Malgré ces attentes, à l'exception de quelques domaines diagnostiques, comme la radiologie et la dermatologie, seules quelques applications limitées de l'IA sont en phase d'utilisation en clinique. Les possibilités de l'IA pour la commande d'appareils et d'instruments médicotechniques restent encore largement inexploitées dans la pratique clinique aujourd'hui.

Les conditions pour la mise en œuvre de solutions d'IA en technologie médicale sont néanmoins réunies. Les bibliothèques logicielles d'IA et les algorithmes, une capacité de stockage suffisante et la puissance de calcul nécessaire sont déjà disponibles. À cela s'ajoutent une technologie de mesure performante et des ordinateurs abordables, ainsi que de nouveaux matériaux, concepts d'entraînement, mais aussi de nouvelles approches cliniques, permettant de réaliser des machines intelligentes sous forme d'appareils ou d'instruments pour la médecine.

Avantages de l'IA en technologie médicale

Différents projets du groupe de projet de Mannheim ont montré que l'IA est une technologie clé pour la commande intelligente des machines, c'est-à-dire des instruments, appareils ou systèmes comme les robots, en clinique. Avec l'aide de l'IA, les machines pourront à l'avenir soutenir les médecins dans des tâches critiques et la gestion de processus complexes en clinique, en prenant même en charge automatiquement certains processus et en allégeant le personnel selon les besoins. Cela permettra d'adapter et d'optimiser les processus de soins, de diagnostic et d'intervention en fonction de la situation individuelle du patient tout en restant efficaces. Ainsi, malgré les coûts supplémentaires liés à l'infrastructure numérique nécessaire, la prise en charge médicale restera abordable à l'avenir.

Données d'entraînement essentielles

Un point crucial pour l'application de l'IA pour les dispositifs médicaux est l'accès aux données d'entraînement. En effet, les systèmes d'IA capables d'apprendre pour des appareils et instruments intelligents doivent être entraînés avec de grandes quantités de données valides. Cela signifie que les données doivent représenter la réalité avec une précision suffisante et être vérifiables par rapport au résultat calculé. Pour les applications médicales, de telles grandes quantités de données ne peuvent être obtenues que dans la pratique clinique ou dans des scénarios et simulations très proches de la réalité. C'est souvent cette exigence qui limite le développement des systèmes d'IA en médecine. La charge pour les entreprises devient trop importante. Cela crée un cercle vicieux : faute d'applications concrètes, la faisabilité et l'utilité des solutions d'IA ne peuvent pas être démontrées de manière suffisante par des exemples pratiques. Le développement d'applications progresse donc difficilement.

Démo-pratiques et méthodes de développement proches de la clinique

ANIMMED brise ce cercle vicieux grâce à des démonstrateurs de bonnes pratiques et à l'offre de méthodes de développement proches de la clinique : à travers trois démonstrateurs pour des systèmes d'IA en technologie médicale, ANIMMED évalue sa propre méthodologie de développement de l'IA tout en utilisant les résultats comme projets de référence. La collaboration étroite entre les partenaires et leur localisation sur le campus de la médecine universitaire de Mannheim (UMM) offre un écosystème optimal : les médecins et les installations de l'UMM, le Heinrich-Lanz-Zentrum (HLZ) en tant que spécialiste de la collecte de données à partir de sources cliniques, et le groupe de projet Fraunhofer pour l'automatisation en médecine et biotechnologie PAMB, avec son expérience en tant que développeur et opérateur de solutions d'IA pour le centre de transfert médical de Mannheim (M2TC), constituent une structure établie et connectée qui sert de base à une exécution de projets efficace.

Centre d'application pour machines intelligentes en technologie médicale (ANIMMED)

La création du centre de développement et d'application dans les installations existantes du groupe de projet Fraunhofer et du HLZ favorise l'utilisation de l'IA pour la technologie médicale. Sur le site du centre hospitalier universitaire de Mannheim, ANIMMED soutient les entreprises de technologie médicale dans le développement, la formation et l'adaptation de solutions d'IA pour des appareils et instruments médicaux intelligents.

13,9 millions d'euros pour le centre de santé Bade-Wurtemberg

Outre le centre d'application pour machines intelligentes en technologie médicale, le ministère de l'économie soutient sept autres projets pour un total de 13,9 millions d'euros. Après l'approbation par le conseil des ministres le 21 avril, la ministre de l'économie du Bade-Wurtemberg, Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut, a justifié cette décision : « Les idées et projets innovants sont la clé d'un secteur de la santé performant dans le pays. En période de crise, il est essentiel de continuer à développer ces compétences et de les sécuriser pour l'avenir. Avec ces huit premiers projets, nous ferons avancer de manière significative ces technologies clés – au bénéfice des patients et du centre économique du Bade-Wurtemberg. »