En utilisant une seule tomodensitométrie pulmonaire par inhalation, un modèle d'apprentissage profond peut diagnostiquer et mettre en scène avec précision la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), selon une étude publiée aujourd'hui dans Radiologie : Imagerie cardiothoraciqueune revue de la Radiological Society of North America (RSNA).
La BPCO est un groupe de maladies pulmonaires évolutives qui altèrent la capacité respiratoire d'une personne. Les symptômes impliquent généralement un essoufflement et de la fatigue. Il n’existe actuellement aucun remède contre la BPCO et elle constitue la troisième cause de décès dans le monde, selon l’Organisation mondiale de la santé.
Un test de spirométrie, également connu sous le nom de test de la fonction pulmonaire, est traditionnellement utilisé pour diagnostiquer la BPCO. Il mesure la fonction pulmonaire grâce à la quantité d’air pouvant être inhalée et expirée ainsi que la vitesse d’expiration.
Les images tomodensitométriques des poumons peuvent faciliter le diagnostic de la BPCO. La procédure nécessite généralement deux acquisitions d’images, une à l’inspiration complète, appelée inspiratoire, et une à l’expiration normale, appelée expiratoire.
« Bien que des études aient récemment montré que la structure pulmonaire, mesurée quantitativement à l'aide de la tomodensitométrie pulmonaire, peut compléter la stadification, le diagnostic et le pronostic de la gravité de la BPCO, bon nombre de ces études nécessitent l'acquisition de deux images tomodensitométriques », a déclaré l'auteur de l'étude Kyle A. Hasenstab, Ph.D. ., professeur adjoint de statistiques et de science des données à l'Université d'État de San Diego, Californie.
Cependant, ce type de protocole n'est pas cliniquement standard dans toutes les institutions. »
Kyle A. Hasenstab, professeur adjoint, statistiques et science des données, San Diego State University, Californie
Certains hôpitaux ne sont pas en mesure de mettre en œuvre des protocoles de tomodensitométrie expiratoire en raison des exigences de formation supplémentaires.
« La mise en œuvre de protocoles de tomodensitométrie expiratoire peut ne pas être réalisable dans de nombreux établissements en raison de la nécessité d'une formation de technologue pour acquérir les images et d'une formation de radiologue pour interpréter les images », a déclaré le Dr Hasenstab.
De plus, certains patients âgés dont la fonction pulmonaire est altérée ont du mal à retenir leur souffle, comme cela est nécessaire lors de l'acquisition d'images expiratoires. Cela peut avoir un impact sur la qualité des images tomodensitométriques et sur la précision du diagnostic.
Le Dr Hasenstab et ses collègues ont émis l'hypothèse qu'une seule acquisition par tomodensitométrie par inhalation combinée à un réseau neuronal convolutif (CNN) et à des données cliniques serait suffisante pour le diagnostic et la stadification de la BPCO. Un CNN est un type de réseau neuronal artificiel qui utilise l'apprentissage profond pour analyser et classer les images.
Dans cette étude rétrospective, les images de tomodensitométrie pulmonaire d'inspiration et d'expiration et les données de spirométrie ont été acquises auprès de 8 893 patients de novembre 2007 à avril 2011. L'âge moyen des patients inclus dans l'étude était de 59 ans et tous avaient des antécédents de tabagisme.
Le CNN a été formé pour prédire les mesures de spirométrie à l’aide de données cliniques et d’une tomodensitométrie pulmonaire monophasée ou multiphasée.
Les prédictions de la spirométrie ont ensuite été utilisées pour prédire le stade de la Global Initiative for Obstruct Lung Disease (GOLD). Le système GOLD classe la gravité de la BPCO d'un patient en quatre stades, un étant classé comme BPCO légère et quatre comme étant une BPCO très sévère.
Les résultats de l’étude ont montré qu’un modèle CNN développé à l’aide d’une seule image tomodensitométrique d’une seule phase respiratoire diagnostiquait avec précision la BPCO et était également précis au sein d’un stade GOLD.
Le modèle a fonctionné de manière similaire aux diagnostics de BPCO utilisant des mesures combinées de tomodensitométrie d'inspiration et d'expiration.
« Bien que de nombreux protocoles d'imagerie pour le diagnostic et la stadification de la BPCO nécessitent deux acquisitions par tomodensitométrie, notre étude montre que le diagnostic et la stadification de la BPCO sont réalisables avec une seule acquisition par tomodensitométrie et des données cliniques pertinentes », a déclaré le Dr Hasenstab.
Lorsque les données cliniques ont été ajoutées, les prédictions du modèle CNN étaient encore plus précises.
Les modèles CNN qui utilisaient uniquement des données d’inhalation ou d’expiration effectuaient respectivement la même chose. Cela suggère que certains marqueurs utilisés pour le diagnostic de la BPCO peuvent se chevaucher sur les images.
« La réduction à une seule acquisition de tomodensitométrie inspiratoire peut accroître l'accessibilité à cette approche diagnostique tout en réduisant le coût, l'inconfort et l'exposition des patients aux rayonnements ionisants », a déclaré le Dr Hasenstab.
Évaluation du bénéfice cumulatif de la tomodensitométrie inspiratoire, de la tomodensitométrie expiratoire et des données cliniques pour le diagnostic et la stadification de la BPCO grâce à l'apprentissage en profondeur. » Amanda N. Lee, BS, et Albert Hsiao, MD, Ph.D. ont collaboré avec le Dr Hasenstab.
