Une sonde à ultrasons portative de la taille d'une raclette à vitre peut observer l'intérieur de votre cœur – mais cette étonnante pièce de technologie nécessite toujours un personnel médical hautement qualifié pour la faire fonctionner.
Désormais, les chercheurs ont développé un nouvel outil d’IA qui aide le personnel médical à positionner correctement l’appareil afin de pouvoir voir si le cœur est normal ou non.
Cela pourrait signifier que le personnel médical qui n'est pas un expert en échographie pourrait utiliser l'appareil, dans le cabinet de votre médecin, dans un véhicule d'urgence ou dans des pays où les cliniciens qualifiés en échographie sont rares.
« Nous essayons de simplifier l'échocardiographie pour les cliniciens non experts, afin de pouvoir la diffuser de l'hôpital au reste du monde », a déclaré David Pasdeloup, chercheur au Centre pour les solutions innovantes en échographie (CIUS) de l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU), dont la recherche de doctorat a consisté à développer l'outil.
L'échocardiographie consiste à recueillir des images du cœur battant à l'aide d'ultrasons. Elle peut être utilisée pour des évaluations rapides dans des situations d'urgence, pour des diagnostics plus précis ou, à plus long terme, pour surveiller la fonction cardiaque au fil du temps lorsqu'un patient subit une chimiothérapie, par exemple.
La chimiothérapie peut être toxique pour le cœur. Ainsi, si l'échocardiographie montre que la fonction cardiaque s'est dégradée depuis la dernière visite, les médecins peuvent décider d'arrêter ce traitement.
David Pasdeloup, chercheur au Centre de solutions innovantes en échographie (CIUS) de l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU)
Sommaire
Imaginer le battement du cœur n'est pas si facile
Pour comprendre ce que Pasdeloup a fait, il faut comprendre pourquoi il est si difficile d’utiliser l’échographie pour imager le cœur.
Le cœur est l'un des organes les plus difficiles à échographier. Vous ne voyez qu'une image 2D sur l'écran, mais le cœur est en 3D
Tout d'abord, le cœur humain est protégé par nos côtes et entouré par nos poumons. Les poumons et les côtes gênent la propagation des ondes ultrasonores, ce qui rend très difficile l'obtention d'images claires du cœur.
« Le cœur est l’un des organes les plus difficiles à échographier. On ne voit qu’une image en 2D sur l’écran, mais le cœur est en 3D. Il faut donc avoir une bonne image mentale de ce qu’il y a à l’intérieur du corps pour bien placer la sonde, tout en évitant les côtes. C’est un véritable défi », explique Pasdeloup.
Si la sonde est placée un peu trop haut, un peu trop bas ou mal orientée, les vidéos et les images obtenues sont loin d'être optimales. Des cliniciens qualifiés peuvent surmonter ce défi en positionnant la sonde au meilleur endroit possible pour obtenir une bonne coupe transversale du cœur pendant qu'il bat, mais cela demande une habileté considérable.
Mais ce n’est pas le seul défi, explique Håvard Dalen, cardiologue à l’hôpital St. Olavs et professeur au CIUS.
« C'est le seul organe qui bouge constamment », a-t-il souligné. « Non seulement le cœur lui-même bouge, mais à chaque fois que vous respirez, vous changez légèrement de position. »
Des centaines d'échographies pour apprendre à l'IA
Pasdeloup a relevé ces différents défis en collectant des centaines d’enregistrements d’échographies cardiaques différents, plus ou moins exacts. Il a transmis ces enregistrements à son outil d’IA pour lui montrer à quoi ressemblaient réellement les images correctes et incorrectes.
Finalement, l’outil d’IA a pu déterminer si l’image était bonne ou non. Si la sonde était mal positionnée, l’outil d’IA pouvait aider l’utilisateur à déplacer l’appareil pour améliorer l’image.
« Les systèmes simplifiés comme ces échographes portables n'ont qu'une imagerie bidimensionnelle, il faut donc savoir d'où provient cette image bidimensionnelle dans le cœur tridimensionnel. Et l'outil d'IA est capable de vous le dire », a déclaré Dalen.
Guidage en temps réel sur tablette
L’outil d’IA aide les opérateurs à déterminer comment la sonde doit être tenue afin que les cliniciens puissent obtenir une image parfaite des structures importantes du cœur.
L'outil est un logiciel qui peut fonctionner sur un appareil aussi simple qu'une tablette. L'opérateur de l'échographie peut regarder l'écran de la tablette tout en déplaçant la sonde sur le corps du patient.
L'écran montre le cœur qui bat, tel qu'il est visualisé par l'appareil, en son centre. Les informations fournies par l'IA sont affichées dans le coin supérieur droit. Elles sont mises à jour en temps réel lorsque les opérateurs déplacent l'appareil, afin qu'ils puissent le positionner pour obtenir la bonne image.
Aide même les cliniciens en échographie expérimentés
La motivation derrière les recherches de Pasdeloup était de rendre les appareils à ultrasons portables comme le scanner portatif largement disponibles.
Mais au cours de ses recherches, lui et ses collègues ont réalisé que cela pourrait être tout aussi utile pour les cliniciens qualifiés, car cela aiderait à standardiser les images qu’ils capturaient.
« Nous avons constaté que les utilisateurs expérimentés, comme nos échographistes, qui ont effectué des milliers d'examens, continuent de s'améliorer », a déclaré Dalen. « Si vous y réfléchissez, les échographistes expérimentés ont chacun une sorte de signature personnelle lorsqu'ils effectuent leurs examens. Ainsi, pour moi, lorsque je regarde une vidéo, je peux plus ou moins dire qui a réellement effectué l'enregistrement. »
L’outil de Pasdeloup a essentiellement effacé ces différences, a déclaré Dalen.
« Grâce à l'innovation de David, je ne suis pas en mesure de dire qui a réalisé l'imagerie. Et cela permet de passer d'un opérateur à l'autre sans voir les changements liés à l'opérateur sur les images », a-t-il déclaré.
Lorsque les patients viennent voir si un problème cardiaque a changé au fil du temps ou pour voir si leur cœur est affecté par un traitement contre le cancer, il est plus facile pour les cardiologues comme Dalen de détecter des changements petits mais importants, a-t-il déclaré.
« Nous recherchons des détails et des différences très petits », a-t-il déclaré.
Peut également contribuer à réduire le temps consacré à des études plus détaillées
Les chercheurs ont également étudié comment l’IA pourrait aider à effectuer des mesures à partir de ces images standardisées du cœur.
Deux des mesures les plus importantes que les cardiologues examinent régulièrement sont le volume ventriculaire gauche du cœur et la fraction d’éjection.
Le ventricule gauche est la cavité du cœur qui propulse le sang hors du cœur vers tous les organes du corps. La fraction d'éjection indique l'efficacité du cœur à pomper le sang à chaque battement.
Ce qui est le plus important à savoir sur ces deux facteurs, c’est qu’ils aident les cardiologues à comprendre dans quelle mesure le cœur fonctionne bien – ou non.
Lors d’une échographie, un opérateur peut mesurer manuellement le volume ventriculaire gauche et la fraction d’éjection, mais cela prend du temps et la précision de la mesure est limitée par la subjectivité de l’opérateur.
Pasdeloup faisait donc partie d’une équipe qui étudiait comment l’IA pouvait calculer automatiquement ces valeurs à partir des images recueillies lors d’une échographie.
Ils ont découvert que l'IA était comparable à celle des opérateurs qualifiés en matière de mesures, mais qu'elle permettait également de gagner en moyenne 5 minutes pour chaque scan. Cela pourrait faire une différence en termes d'économies de coûts et de flux de travail quotidiens pour les opérateurs qualifiés qui effectuent ces tests.
Pas encore tout à fait prêt pour le cabinet du médecin
Selon Pasdeloup, malgré les résultats prometteurs de ses travaux, il faudra encore du temps pour que l'innovation parvienne jusqu'au cabinet de votre médecin.
Le Centre for Innovative Ultrasound Solutions est un centre d'innovation basé sur la recherche, financé en partie par le Conseil norvégien de la recherche. Le reste du financement provient de partenaires industriels, tels que GE Vingmed Ultrasound, une entreprise norvégienne qui fabrique l'appareil portatif que Pasdeloup a utilisé pour développer son logiciel.
« Nous croyons vraiment à la pertinence clinique de notre outil et espérons que notre partenaire industriel choisira de l’intégrer dans ses scanners », a déclaré Pasdeloup.
Ce n’est qu’une étape. L’autre consiste à obtenir l’approbation réglementaire pour un produit lié à l’IA, a-t-il déclaré.
Dans le cadre de leur première étude clinique, les chercheurs ont testé l’outil d’IA en milieu hospitalier. « L’outil a fonctionné sur tous les patients que nous avons inclus. C’était très positif de voir que nous avons réussi à transférer avec succès nos travaux de recherche en milieu clinique », explique M. Pasdeloup.
Ce type de preuve est important pour obtenir l’approbation, mais le facteur de complication est l’utilisation de l’IA elle-même.
« Il s'agit d'un produit d'intelligence artificielle, et c'est très nouveau pour les organismes de réglementation », a-t-il déclaré. « Il faudra du temps pour qu'il soit approuvé par la Food and Drug Administration aux États-Unis ou pour qu'il obtienne le marquage CE dans l'Union européenne. Il peut donc s'écouler beaucoup de temps entre l'innovation et la commercialisation. »
