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L’IA et l’imagerie médicale alliées dans la lutte contre la COVID-19

Une équipe canadienne est au cœur de ce combat.

On voit deux paires de poumons, visualisées à l'aide de l'imagerie médicale. Ceux de gauche sont plus foncés, apparaissent normaux. Ceux de droite sont pâles, ce qui indique qu'ils sont affectés par la maladie.

À gauche, des poumons normaux; à droite, les poumons d'une personne qui a la COVID-19.

Photo : Vancouver Coastal Health/The University of British Columbia

Mathieu Gobeil

Le virus de la COVID-19 sera parmi nous encore longtemps. Les hôpitaux doivent dès lors se doter d’outils performants pour se préparer aux prochaines vagues d’infections. En plus d’aider au diagnostic, l’imagerie médicale couplée aux algorithmes intelligents permettraient de mieux prendre en charge les patients et de sauver des vies.

Début janvier, alors que les nouvelles des premiers cas de COVID-19 commençaient à peine à circuler, le Dr Savvas Nicolaou sentait que quelque chose d’inhabituel se passait.

Il venait de participer à un séminaire de radiologie à Singapour et rentrait au Canada en faisant escale à Hong Kong et à Taïwan.

On entendait ces messages dans les aéroports au sujet d’une nouvelle maladie. [...] Puis, à Taiwan, ils vérifiaient la température des voyageurs. J’ai réalisé qu’il se passait quelque chose d’anormal, explique le Dr Nicolaou.

Directeur du service d'imagerie d'urgence à l’Hôpital général de Vancouver, il a été, avec ses collègues, parmi les premiers à décrire les symptômes du SRAS, en 2003, au moyen de l’imagerie médicale. Face au nouveau coronavirus, son expérience et son intuition ne lui ont pas menti.

J’ai vu les radiographies des premiers cas de COVID-19 et j’ai dit, mon Dieu, ça ressemble beaucoup au SRAS! [...] Cette maladie très virulente a tué beaucoup de personnes, des patients, des travailleurs de la santé.

Dr Savvas Nicolaou, professeur de radiologie à l’Université de la Colombie-Britannique et directeur du service d'imagerie d'urgence à l’Hôpital général de Vancouver

De retour à Vancouver, il contacte son collaborateur, le Dr William Parker, médecin résident en radiologie et cofondateur de SapienML, une petite entreprise qui a développé un logiciel pour anonymiser les données d'imagerie médicale. Le Dr Nicolaou contacte aussi des connaissances chez Amazon Web Services et des firmes d’intelligence artificielle (IA).

Et j’ai dit : pourquoi on n'essaierait pas de mettre nos énergies en commun pour créer un algorithme intelligent qui ne servirait pas seulement au diagnostic, mais surtout à améliorer le sort des patients atteints de la maladie?

Le Dr Savvas Nicolaou et le Dr William Parker sont debout dans une salle d'imagerie médicale, à côté d'un appareil. Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Le Dr Savvas Nicolaou et le Dr William Parker à côté d'un appareil d'imagerie médicale qui sert aux examens de tomodensitométrie.

Photo : Michael Mudri, Head of IT, for Vancouver Imaging

L’équipe, qui anticipe la vague d’infections, profite des contacts du Dr Nicolaou dans la communauté médicale partout dans le monde pour commencer à construire une base de données d’images des poumons de patients atteints de la COVID-19 prises au moyen de la tomodensitométrie (TDM) et aussi des rayons X. Des images leur parviennent de Chine, puis d’Italie, de Corée du Sud et d’ailleurs.

Alimenter l'algorithme

S’amorce alors un travail de moine qui consiste à identifier et étiqueter les zones affectées des poumons sur chaque image, pour que l'algorithme apprenne à les reconnaître.

L’outil pourra ainsi comparer l’image des poumons d’un patient potentiellement atteint de la COVID-19 qui se présente à l’hôpital aux milliers d’images contenues dans la base de données, ainsi que les informations issues de l’examen médical, les résultats du test de dépistage et des paramètres comme l’âge et le sexe. L’algorithme sera en mesure de déterminer non seulement si le patient est atteint, mais aussi la gravité de son état et l’évolution probable de la maladie.

Notre système permettrait d’aider à la prise en charge : est-ce que le patient peut retourner chez lui et surveiller ses symptômes? Est-ce qu’il faut l’hospitaliser? Est-ce qu’on doit l’envoyer aux soins intensifs sous ventilation?, explique le Dr Nicolaou.

On commence à créer la technologie qui aidera tout le système de santé à gérer cette menace.

Dr William Parker, médecin résident en radiologie à l’Université de la Colombie-Britannique et à l’Hôpital général de Vancouver

Le logiciel analyse l’image, mesure le volume des poumons et détermine le pourcentage qui est atteint – des études ont montré une corrélation entre le volume atteint et l’évolution de l’état du patient. Dans les premiers stades de la COVID-19, on voit des zones opaques en “verre dépoli”. Les cas plus graves présentent un aspect de “dallage irrégulier” (crazy paving). Ensuite ça devient très “consolidé”, avec beaucoup d’infection et de pus. C’est tout un spectre de la gravité à prendre en compte, dit le Dr Parker.

Les spécialistes commencent tout juste à saisir la complexité de ce virus : l’état des poumons peut varier grandement d’un patient à l’autre, mais aussi des particularités peuvent se manifester selon le pays, l’origine ethnique, le sexe et d’autres paramètres, d’où l’importance d’avoir des données internationales, ajoute le médecin.

Le but du projet est aussi de rendre cette plateforme disponible gratuitement aux chercheurs et aux médecins pour qu’ils puissent s’en servir et aussi pour y verser éventuellement leurs données.

Des coupes transversales des poumons d'un patient COVID-19 montrent la progression de la maladie au fil des jours.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Ces images tirées d'examens de TDM montrent les poumons d'un patient gravement atteint de la COVID-19 au fil des jours. On voit se développer, en gris pâle et blanc, les zones affectées par la maladie.

Photo : The Lancet/Heshui Shi et al.

Les tests de dépistage du virus ne disent pas tout

Les Drs Nicolaou et Parker soulignent que les résultats des tests actuels de dépistage du virus par prélèvement nasal peuvent prendre du temps et que leur précision n’est pas parfaite. L’imagerie TDM est un outil supplémentaire qui peut donner une idée de l’état du patient, et ce, avant même d’avoir le résultat du test.

Il ne faut toutefois pas se fier uniquement à l’imagerie pour le diagnostic, remarque pour sa part la Dre Carole Dennie, qui est radiologue thoracique à l'Hôpital d'Ottawa et présidente de la Société canadienne de radiologie thoracique.

20 % à 50 % des patients qui ont un test positif à la COVID-19 ont une imagerie du thorax, soit la radiographie du poumon ou la TDM, qui est normale, surtout dans les stades précoces de la maladie. Donc, ça peut être moins sensible que le test de dépistage. On ne peut alors pas vraiment utiliser l’imagerie pour exclure la maladie. Il ne faut pas se sentir rassuré que le patient n’ait pas la COVID-19 quand on a une imagerie normale, souligne-t-elle.

Aussi, les complications de la COVID-19 peuvent s’apparenter à d’autres pneumonies d’origine virale, dont celles causées par le virus de la grippe, qui atteint des milliers de Canadiens chaque année. Il faut être en mesure de bien attribuer les symptômes au coronavirus, ce qui n’est pas toujours évident à l’aide de l’imagerie. Il faut avoir accès à une énorme banque de données d’images pour pouvoir comparer l’apparence de cette infection-là à d'autres maladies pulmonaires et d’autres genres de pneumonies virales. Donc il faudra du temps pour valider ces techniques-là.

Des symptômes inhabituels

Le Dr Nicolaou rappelle que beaucoup de patients atteints de la COVID-19 sont peu ou pas symptomatiques; un outil d’imagerie permet de creuser plus loin et de découvrir ce que nos sens et nos autres outils actuels ne peuvent faire.

Il y a un phénomène qu’on appelle l’hypoxémie silencieuse chez certains patients. Ils sont capables de parler, ils ont l’air normaux, mais leur taux d’oxygène dans le sang est en chute, car le virus affecte les poumons d’une façon bien particulière. Et avant de le savoir, il est trop tard, la personne a besoin d’assistance urgente et elle peut même mourir très vite. Mais cela peut seulement être élucidé en faisant un examen approfondi des poumons à l’aide de la TDM, explique le Dr Nicolaou.

Dans cette vidéo, les zones en rouge sont celles touchées par la maladie.

Aussi, beaucoup de patients ont des symptômes qu’il est difficile d’associer à la COVID-19, qu’on considère avant tout comme une maladie des poumons. Certains développent des caillots dans les poumons (jusqu’à un quart des patients gravement atteints), des problèmes cardiaques, des AVC, ou des problèmes abdominaux. Dans toutes ces situations, la TDM s’avère utile pour détecter ces problèmes, assure le radiologue.

Il faut comprendre la puissance de la TDM. C’est très inclusif, de la tête aux pieds. C’est donc un atout très utile dans le combat contre cette maladie.

Selon lui, il faudrait envisager de faire un examen de TDM des poumons à beaucoup plus de patients, surtout compte tenu du grand nombre de gens dont les chirurgies ont été reportées et qui recommenceront à fréquenter les hôpitaux. Le risque de voir se multiplier les éclosions cet été et cet automne est énorme, selon lui.

À notre urgence, nous faisons systématiquement passer un scan du thorax à ceux qui viennent consulter pour des douleurs abdominales aiguës, pour s’assurer que ce n’est pas dû à la COVID-19, cite-t-il en exemple.

Changer le cours de la pandémie?

Il faut penser au patient hospitalisé, mais aussi au suivi et à son rétablissement. Le coronavirus peut laisser des séquelles.

[L’intelligence artificielle et l’imagerie] pourraient peut-être prédire ou nous aider à prédire si le patient a besoin d’être admis à l’hôpital, aux soins intensifs, si on devrait considérer un traitement ou une observation plus poussée, et aussi prédire ceux qui auront peut-être des problèmes pulmonaires chroniques après l’infection, affirme la Dre Dennie.

À moyen terme, je verrais aussi un rôle où la TDM pourrait alerter le radiologue qu’une radiographie parmi des centaines qu’on a parfois dans une liste est anormale. Donc ça pourrait diriger le radiologue à prioriser l’interprétation de cette radiographie plutôt que d’autres, poursuit la radiologue, ce qui est crucial lorsque le temps et les ressources sont limités.

Elle note tout de même des freins à l’emploi systématique de la TDM : cette technologie demeure moins accessible dans certains centres hospitaliers et il y a des risques de contamination des patients entre eux et des membres du personnel lors des examens d'imagerie. Il faut que les appareils soient bien nettoyés après chaque patient et que ceux-ci soient gardés séparés les uns des autres, ce qui demande une logistique importante, explique la Dre Dennie.

Pour contourner le problème, le Dr Nicolaou cite l’exemple de la Chine, où des unités temporaires servant aux examens d’imagerie ont été aménagées à l’extérieur des hôpitaux pendant la pandémie pour justement éviter la contamination des hôpitaux et améliorer l’efficacité.

L’équipe des Drs Nicolaou et Parker vise quant à elle une homologation par Santé Canada pour rendre l'algorithme et la base de données utilisables dans les hôpitaux avant la fin de l’année.

C’est un effort collectif mondial, à but humanitaire. On a vu beaucoup de bonne volonté dans la lutte contre un ennemi commun.

Dr Savvas Nicolaou

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