LL’Intelligence artificielle au service de l’imagerie médicale : Des apports majeurs | #4 Dossier Pop’Sciences « Diagnostic 2.0 : Quand l’IA intervient »

Article #4 – Dossier Pop’Sciences Diagnostic 2.0 : Quand l’IA intervient

Améliorer l’interprétation de l’imagerie médicale (IM) pour en optimiser l’exploitation est au cœur des enjeux de l’intelligence artificielle (IA). L’IA n’est plus “seulement” un domaine de recherche en plein essor et ses applications en sont, aujourd’hui, multiples. Objectifs affichés : augmenter la précision du diagnostic afin d’améliorer la prise en charge thérapeutique, en évitant les erreurs potentiellement lourdes de conséquences. La guerre des algorithmes est ouverte pour aller toujours plus loin !

Un article de Nathaly Mermet, journaliste scientifique, rédigé
pour Pop’Sciences – 5 septembre 2023

Améliorer l’interprétation de l’imagerie médicale pour en optimiser l’exploitation est au cœur des enjeux de l’intelligence artificielle ©Unsplash

Initialement réservée au diagnostic des fractures des os, l’imagerie médicale a bénéficié d’avancées majeures dans l’ensemble des domaines thérapeutiques. Aujourd’hui, cette spécialité comprend la radiologie diagnostique (radiographies, scanners, IRM, échographie) et la radiologie interventionnelle, à savoir une forme de chirurgie mini-invasive qui utilise l’imagerie pour se repérer, comme pour déboucher une artère en cas d’AVC (accident vasculaire cérébral).

L’imagerie fonctionnelle en est le dernier exemple. Encore émergente et faisant l’objet de projets de recherche, elle vise à révéler les propriétés d’une zone étudiée, notamment sa fonctionnalité (par IRM, Rayons X…) ou à restituer des informations fonctionnelles (par TEP, IRM Fonctionnelle…).

“ L’IA d’aujourd’hui n’est pas la même que celle d’il y a 10 ans, et également différente de celle dont on disposera dans 10 ans” souligne le Dr Alexandre Nérot, médecin radiologue issu de l’Université de Lyon, spécialiste de radiologie interventionnelle et auteur d’une thèse d’exercice sur l’IA (développement d’intelligences artificielles par réseau de neurones). Actuellement en activité au Centre Hospitalier d’Annecy, il nous indique qu’en radiologie, l’usage de l’IA pour l’analyse d’image est attendu et à la fois craint depuis la révolution technologique qu’elle a généré en 2012. “L’évolution se fait par marche, déclenchant à chaque fois des développements de manière exponentielle, mais l’IA actuelle reste un outil et est encore loin de remplacer le radiologue” déclare-t-il, indiquant que si un jour la radiologie venait à être renversée par l’IA alors le problème sera sociétal et pas uniquement cantonné à la radiologie.

En pratique, “l’intérêt, déjà énorme, de l’IA en imagerie médicale est double : elle permet à la fois l’analyse des images, mais peut aussi améliorer de la qualité d’image, grâce à ses « connaissances » acquises en anatomie. Cela nous permet un gain de temps considérable dans la réalisation des images, jusqu’à 14 fois plus rapide ” reconnaît-il, indiquant que pour une fracture, par exemple, le radiologue n’interprète que rarement la radio, mais analyse davantage l’échographie, l’IRM et le scanner. Autre exemple, une mammographie bénéficiera quant à elle d’une double lecture : par le radiologue et par une IA. “L’intérêt n’est pas de remplacer le radiologue, mais d’apporter une nouvelle lecture” insiste Alexandre.

Parmi les perspectives d’applications séduisantes de l’IA pour l’IM : la surveillance de l’activité cérébrale et notamment ses réactions aux stimuli moteurs, émotionnels et mentaux. L’extension de l’IA au service de l’IM dans tous les champs médicaux est donc vertigineuse !

<Les biais à l’épreuve des algorithmes

Les algorithmes ont pour “mission” d’apprendre à repérer des anomalies sur les images, et à détecter de manière fiable et rapide certaines structures subtiles. ©Pexel

Les algorithmes de machine learning, ou apprentissage automatique, ont pour “mission” d’apprendre à repérer des anomalies sur les images, et à détecter de manière fiable et rapide certaines structures subtiles. Grâce aux applications de l’IA à la médecine, il est désormais possible d’analyser massivement toutes sortes d’images dans le but de dépister les tumeurs et autres anomalies. Mais paradoxalement, les algorithmes ne sont pas toujours cliniquement pertinents. C’est ce qu’explique l’étude « Machine learning for medical imaging: methodological failures and recommendations for the future » (en français : Apprentissage automatique pour l’imagerie médicale : échecs méthodologiques et recommandations pour l’avenir), qui décortique les mécanismes à l’œuvre derrière ce paradoxe ^[1]. Selon les auteurs, face aux biais qui faussent les modèles, en particulier l‘insuffisance des données (quantitative et/ou qualitative) pour entraîner l’algorithme, l’informaticien doit sortir de sa zone de confort et communiquer avec le médecin qui est l’utilisateur de ces algorithmes. “Le manque de données est plutôt de l’imprécision, mais peut créer des biais si les données ne sont pas représentatives du cas réel” précise Alexandre Nérot.

Par ailleurs, dès lors qu’interviennent le Deep Learning et les réseaux de neurones artificiels*, on est en « zone d’opacité », dans laquelle l’explicabilité des résultats n’est pas évidente et où le médecin n’est pas toujours en mesure de comprendre comment l’outil a transformé les données en résultat. Il est donc nécessaire que développeurs et professionnels de santé utilisateurs parviennent à adopter un langage commun pour marier performance et sens. “De plus en plus, il y aura besoin de profils hybrides à l’interface des deux mondes” analyse le Dr Nérot, lui-même développeur, en capacité d’échanger avec les sociétés de développement, indiquant que, grâce à la mise en place d’un diplôme d’IA pour les radiologues, il y aura chaque année une promotion dotée de la double compétence. “Sans devenir un spécialiste, mais avec la volonté de s’y intéresser, chaque médecin devra à l’avenir avoir une petite culture d’IA” affirme-t-il.

ÀÀ l’aube de l’IA 4 IM : déjà des apports majeurs, mais tellement plus à attendre encore !

Si en une décennie, la reconnaissance automatique d’images a bénéficié de progrès fulgurants, la puissance des algorithmes reste le nerf de la guerre pour “aller plus loin”. La compétition fait rage pour quantifier l’erreur et réduire l’incertitude en imagerie médicale afin de garantir la fiabilité et la précision des résultats obtenus.

Outre la quantité, il convient de disposer de données de haute qualité, contrôlées, afin d’entraîner des algorithmes d’IA à délivrer des résultats justes et précis… et leur validation reposera nécessairement sur la comparaison avec ceux obtenus par des experts humains, qui doivent rester les référents. CQFD : l’IA reste tributaire à la fois des données et de la puissance des algorithmes. La “data” est donc au cœur des enjeux, et c’est de fait là où le bât blesse si elle s’avère insuffisante, incomplète ou manquante. Composante faisant partie intégrante de l’IA, le machine learning va consister à alimenter le logiciel de milliers de cas cliniques grâce à la contribution des professionnels de santé afin qu’il soit en mesure d’effectuer des tâches de classement, permettant, par exemple, d’identifier des grains de beauté ou des mélanomes malins.

Si on estime que le médecin “réussit à 80%” une identification de cellules, la valeur ajoutée de l’IA n’existe que si elle dépasse largement cette probabilité, pour idéalement s’approcher d’une fiabilité à 100% et apporter une véritable sécurité. Précieux outil pour aider les médecins à diagnostiquer avec plus de précision et de rapidité, l’IA garde pour l’heure le statut… d’outil !

LL’IA appliquée à un monde de variables : l’imagerie médicale

Extrait de la table ronde « IA et santé » organisée par Pop’Sciences le 26 juin 2023. Un rendez-vous professionnel chercheur / journaliste, développé en collaboration avec le Club de la presse de Lyon (Projet LYSiERES²).

—————————————————————

Notes :

[1] Le “machine learning” consiste à apporter une solution à un problème donné en s’appuyant sur un réseau de neurones organisés selon une architecture particulière. Le deep learning est une façon de faire du machine learning en intégrant une quantité importante de données (Big Data)

PPour aller plus loin :

[1] https://www.inria.fr/fr/imagerie-medicale-intelligence-artificielle-apprentissage-automatique

IIRM-LINAC. La radiothérapie gagne en précision et en efficacité

Un IRM-LINAC vient juste d’être installé aux Hospices civils de Lyon (HCL), dans le service du Professeur Olivier Chapet. Cette nouvelle instrumentation combine simultanément un accélérateur – et donc l’émission d’un rayonnement pour le traitement des tumeurs – et un IRM assurant l’acquisition rapide et concomitante d’images de très grande qualité, équivalente à celles obtenues en radiologie.

^{16 décembre 2020}

Jusqu’à présent on se basait principalement sur l’imagerie scanner pour le suivi des tumeurs, une modalité d’imagerie extrêmement performante pour mettre en valeur les éléments lourds (structure osseuse).

L’IRM détecte quant à lui certains éléments légers comme l’hydrogène, présent dans l’eau et les tissus biologiques. Il est, en ce sens, beaucoup plus sensible pour étudier les tissus mous et offre ainsi de nouvelles perspectives.

Dès lors, les avantages de cette technologie IRM-LINAC sont multiples :

Intégration en temps réel d’images de haute qualité permettant la visualisation précise des tumeurs, pour un suivi plus rigoureux des zones à irradier pendant le traitement
Visualisation d’organes et de tumeurs peu visibles au scanner
Adaptation du traitement à chaque séance en fonction de la position et de la forme de la tumeur, de la réponse au traitement et des tissus sains avoisinants

De nouveaux projets de recherche innovants et multidisciplinaires peuvent alors se développer. Ils permettent de créer de futurs outils informatiques faisant appel à l’intelligence artificielle pour une analyse plus rapide des images IRM. D’autres projets permettront d’intégrer des données de radiobiologie dans l’adaptation du traitement, ou encore d’accroître la visibilité de la tumeur par différents moyens de contrastes.

Autant de perspectives positives, qui confirment la place prépondérante qu’occupe la radiothérapie dans les traitements de lutte contre le cancer.

Pour aller plus loin, découvrez l’article du Pop’Sciences Mag :

Radiothérapie : 130 ans d’innovation

L’Intelligence artificielle au service de l’imagerie médicale : Des apports majeurs | #4 Dossier Pop’Sciences « Diagnostic 2.0 : Quand l’IA intervient »