Bausch + Lomb visualise la chirurgie de la cataracte avec SIMULIA

A 80 ans, plus de 50% des américains auront développé une cataracte, et ils sont chaque année plus de 3 millions à subir une chirurgie corrective. La chirurgie moderne de la cataracte est née à la fin des années 1960, mais la première lentille intraoculaire artificielle (LIO) étant rigide, son insertion dans l'oeil nécessitait une incision de grande taille et les résultats étaient très variables.

Aujourd'hui, les taux de réussite de cette opération avoisinent 95%, principalement grâce au développement de matériaux déformables (souples) tels que l'acrylique hydrophobe et le silicone, qui ont permis de réduire notablement la dimension des incisions : les lentilles actuelles n'exigent plus que des incisions d'1,8 mm.

Implantés à Rochester, dans l'Etat de New York (Etats-Unis), les ingénieurs de Bausch + Lomb se sont récemment fixé l'objectif ambitieux de réduire encore davantage les incisions, à 1 mm. La R&D est centrée sur les nouveaux matériaux et l'amélioration de la géométrie des lentilles, ainsi que l'optimisation de la conception des outils d'insertion. L'analyse par éléments finis (FEA), capable de simuler avec réalisme une grande variété de phénomènes physiques, est essentielle dans leur démarche.

La simulation voit ce qui ne peut être mesuré

Les ingénieurs de Bausch + Lomb utilisent Abaqus FEA de SIMULIA, la marque de Dassault Systèmes dédiée à la simulation réaliste, pour tester plus rapidement un nombre accru de conceptions et parvenir à des solutions optimales.

L'équipe de Bausch + Lomb commence généralement par des modèles de CAO 3D créés dans SolidWorks de Dassault Systèmes, et utilise ensuite l'interface associative du logiciel pour importer le modèle dans Abaqus.

Au début d'un nouveau projet de conception, « obtenir des données d'essais biologiques suffisantes peut être problématique », explique Robert Stupplebeen, Ingénieur Concepteur et Analyste chez Bausch + Lomb. « Comme pour tout développement de produit ou de processus biomédical, un grand nombre d'hypothèses doit être produit. »

Dans le cas de la chirurgie de la cataracte, l'équipe de développement produit de Bausch + Lomb se concentre sur deux points de modélisation fondamentaux qui peuvent être confirmés par des essais : la force d'insertion requise pour implanter la lentille, et la géométrie de la lentille à sa sortie de l'outil. Elle étudie également ce qui au contraire ne peut pas être mesuré physiquement, par exemple la géométrie et les contraintes internes induites sur la lentille par l'injecteur.

« Nous validons notre modèle sur les éléments que nous connaissons, puis utilisons le reste de ce que ce modèle nous apprend pour mieux comprendre le comportement physique du produit », précise R. Stupplebeen. « Sans FEA, ces aspects demeureraient simplement des inconnues. »

Le modèle : lentille, injecteur, incision

Pour l'ophtalmologiste, la procédure opératoire de la cataracte est relativement simple : prendre une LIO standard, constituée d'une lentille circulaire dotée de quatre appendices (haptiques) servant à maintenir la lentille en place dans l'oeil ; introduire l'implant dans l'injecteur et remplir l'outil de lubrifiant viscoélastique ; pratiquer une petite incision cornéenne et retirer le cristallin endommagé à l'aide d'un dispositif à ultrasons ; enfin, placer l'injecteur dans l'incision et pousser le piston pour insérer la LIO. L'opération ne prend généralement pas plus de 10 minutes.

Du côté de l'ingénierie en revanche, la procédure présente de nombreuses difficultés liées à la géométrie. Une lentille de précision standard a un diamètre de 6 mm, une épaisseur au centre de 1 mm et quatre haptiques ; la taille d'une incision de précision est de 2,8 mm.

« C'est comme essayer de faire passer un Frisbee à travers un tuyau d'aspirateur », illustre R. Stupplebeen. « Au cours de l'insertion, la lentille peut subir des déformations de plus de 60%. »

Valider les contraintes sur la lentille et les forces de l'injecteur

En utilisant Abaqus, l'équipe a réussi à calculer la force appliquée à l'injecteur en regard du déplacement subi par la lentille, qu'elle a ensuite comparés à des données d'essais physiques. Les résultats de l'analyse ont bien corrélé ceux des essais, ce qui a permis de valider les simulations.

« Les résultats de la simulation, des essais physiques et des observations étant concordants, le modèle validé est utilisé pour réduire la probabilité de modes de défaillance, réduire la force d'insertion et développer la prochaine génération de LIO et d'injecteurs », détaille R. Stupplebeen.

“Cela nous a incontestablement aidés à réduire nos délais de commercialisation, diminuer nos coûts de développement et améliorer la performance de nos produits.”

Robert Stupplebeen,
Ingénieur Concepteur et Analyste Bausch + Lomb

FEA, des avantages clairement visibles

Quelle que soit l'orientation du développement produit, Abaqus FEA de SIMULIA aide les concepteurs et ingénieurs de Bausch + Lomb à prévoir avec exactitude ce qui fonctionnera ou non. Le cycle de conception d'un produit pour la chirurgie de la cataracte représente généralement un an et demi, avec une année supplémentaire pour les essais cliniques. La possibilité d'accélérer le prototypage grâce à la simulation réaliste est un atout considérable pour l'ensemble du processus.

« Nous devons reconnaître que nos investissements constants dans la simulation ont porté leurs fruits », constate R.Stupplebeen. « Cela nous a incontestablement aidés à réduire nos délais de commercialisation, diminuer nos coûts de développement et améliorer la performance de nos produits. »