L’intelligence artificielle au secours de la détection des AVC

Atlantico : Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley) et de l’Université de Californie à San Francisco (UCSF) ont développé un nouvel outil pour aider à détecter les hémorragies cérébrales. En quoi consiste cette technologie et en quoi l'IA est-elle utile dans ce cas-là?

Stéphane Gayet : Le cerveau est l'organe suprême du corps humain. Nous n'en avons qu'un, malgré ce que les grands titres de certains magazines veulent nous faire croire « Le microbiote digestif, notre deuxième cerveau ». Le microbiote digestif interagit avec le cerveau par divers mécanismes, mais il ne produit ni de la pensée, ni même de l'influx nerveux.

Le cerveau humain fait partie des organes nobles avec le cœur, les poumons, le foie et les reins. Ce sont les organes vitaux du corps ; bien que naturellement résistants, la multiplicité de leurs agressions fait qu'ils peuvent assez souvent défaillir.

Le cerveau est bien protégé, par la boîte crânienne osseuse qui est solide et l'épaisse couche de méninges qui l'enveloppe.

Cependant, la rigidité de la boîte crânienne osseuse est parfois un inconvénient : en cas d'œdème ou d'hémorragie, deux situations qui augmentent la pression intracrânienne et contribuent de ce fait à faire souffrir l'ensemble du cerveau. Un exemple bien connu des professionnels de santé est l'hématome extra-dural aigu, qui fait suite à un violent traumatisme crânien : en l'absence d'intervention chirurgicale pratiquée de toute urgence, le décès est pratiquement inéluctable.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont des affections neurologiques graves et fréquentes. Ils sont des urgences, à la fois diagnostiques et thérapeutiques. Un AVC est caractérisé par un début soudain (accident). C'est une affection en fait très hétérogène, car on distingue les accidents ischémiques et les accidents hémorragiques, très différents l'un de l'autre.

Les accidents ischémiques (ischémie : privation de sang) sont de loin les plus fréquents : 80 à 90 % des AVC. Ils sont le plus souvent dus à une occlusion (obstruction) d'une artère cérébrale (en général, une branche de l'artère carotide interne). Un AVC ischémique peut donner lieu (en l'absence de traitement) à une perte de substance cérébrale (infarctus cérébral) qui produit fatalement un déficit séquellaire ; un AVC ischémique est parfois réversible (accident ischémique transitoire ou AIT).

Les accidents hémorragiques sont moins fréquents que les ischémiques (10 à 15 % des AVC), ils sont plus variés et bien plus difficiles à diagnostiquer et à traiter. Leur mécanisme est en principe la rupture d'une petite artère (saine ou plus souvent pathologique, comme un anévrysme) ou celle d'une malformation congénitale (anévrysme artérioveineux). Un anévrysme est une déformation pathologique et localisée d'une artère : c'est une dilatation fragile, en quelque sorte.

On distingue l'hémorragie intracérébrale (HIC), généralement la plus grave, et l'hémorragie sous-arachnoïdienne souvent appelée hémorragie méningée (les trois – ou deux - méninges qui enveloppent le cerveau sont, de l'os jusqu'au cerveau : la dure-mère ou méninge dure ; l'arachnoïde et la pie-mère ou méninges molles). Les hématomes sous-duraux chroniques et les hématomes extra-duraux aigus ne sont pas à proprement parler des AVC. Il faut également citer les rares thromboses veineuses cérébrales (TVC, moins de 1 % des AVC).

Les AVC hémorragiques : complexité diagnostique et difficultés thérapeutiques

Alors que les AVC ischémiques sont plutôt bien connus et que la population y est dans l'ensemble sensibilisée, les AVC de type hémorragique sont mal connus et leur expression clinique (symptômes et signes) est particulièrement protéiforme.

Ils surviennent souvent chez des personnes plus jeunes que les AVC ischémiques. Ils sont plus fréquents chez les hommes, les personnes à peau noire et il existe souvent des cas semblables dans la famille (antécédents familiaux). Ils sont favorisés par l'hypertension artérielle, l'inactivité physique, l'alcool, le diabète et l'hypercholestérolémie (fort taux de cholestérol).

Lors d'un AVC hémorragique, certains symptômes sont plus fréquents que lors d'un AVC ischémique : les céphalées ou mal de tête, la survenue précoce de troubles de la vigilance, une pression artérielle très élevée (supérieure à 220 millimètres de mercure) et une progression du déficit neurologique que l'on voit s'aggraver plus ou moins rapidement ; les hémorragies intracrâniennes profondes donnent le plus souvent un tableau (ensemble de symptômes et de signes) d’hémiplégie, tandis que les formes corticales (superficielles dans le cerveau) produisent des symptômes plutôt cognitifs ou comportementaux.

Mais en réalité, aucun symptôme (ce que le patient ressent) ni signe (ce que l'on constate) ne peut permettre de distinguer formellement un AVC hémorragique d'un AVC ischémique. Pourtant, la conduite à tenir est radicalement différente dans les deux cas. C'est pourquoi, un examen d'imagerie cérébrale est indispensable devant un déficit neurologique localisé et soudain (paralysie partielle d'un membre, perte de sensibilité d'un membre, trouble brutal de la vue qui prédomine d'un côté, difficultés à parler, absence psychique…), cela pour en préciser le mécanisme, soit ischémique, soit hémorragique.

L'imagerie (radiologie) cérébrale urgente en cas d'AVC : la tomodensitométrie (TDM) ou scanner

Un scanner doit en principe être pratiqué en urgence devant un AVC. Il permet de préciser la localisation et l'étendue des lésions cérébrales, ainsi que d'en comprendre le mécanisme (ischémique ou hémorragique).

Or, comme nous l'avons vu, c'est avec les AVC hémorragiques que le diagnostic est le plus difficile, pourtant indispensable à une prise en charge urgente et efficace.

Plus le diagnostic est précoce et précis, plus le traitement pourra être pertinent et satisfaisant et meilleur sera le pronostic.

Le diagnostic radiologique est – on doit le reconnaître – fonction de la qualité des images numériques et de la performance des radiologues qui les examinent. Cette performance dépend elle-même de leur facultés intellectuelles ce jour-là, de leur état de fatigue ou de préoccupation, du temps passé à regarder et regarder les images et beaucoup de leur expertise ainsi que de leur expérience (les deux étant liées).

Pourquoi faire appel à un système informatique expert (SIE), expression nettement préférable à celle populaire d'IA que de plus en plus de scientifiques reconnaissent comme impropre ? (Car l'intelligence vraie vient du cerveau humain et les SIE ne sont en réalité que le prolongement de l'intelligence humaine : on préfère parler d'intelligence humaine augmentée ou IHA). Les SIE sont à la fois infiniment plus rapides, plus précis et plus fiables que le cerveau humain.

Il faut commencer par constituer une énorme banque d'images numériques de scanner pour AVC, à la fois ischémiques et hémorragiques. Ces milliers d'images sont analysées par des radiologues ayant un haut niveau de compétence, puis sont classées selon une logique mathématique et enfin sont mises en mémoire pour être utilisées par le SIE diagnostique AVC.

Le SIE diagnostique AVC comporte une fonction d'apprentissage en profondeur, grâce à un réseau d'algorithmes. S'il n'a pas d'intelligence à proprement parler, le SIE diagnostique AVC a une mémoire sans limite et une vitesse de raisonnement prodigieuse. Fort de ces capacités surhumaines, le SIE reconnaît les AVC hémorragiques infiniment plus vite et avec plus de fiabilité que les plus grands radiologues experts en ce domaine. Mais répétons-le, la véritable intelligence provient des concepteurs et des développeurs du SIE qui n'est qu'un automate surdoué mais sans capacité de penser par lui-même.

Dans l'étude citée en référence, le SIE diagnostique AVC est indiscutablement plus performant que les meilleurs experts. Il faut aussi insister sur un gros avantage des SIE : ils ne se fatiguent pas, sont insensibles au manque de sommeil et ils n'ont pas de soucis ni d'émotions qui pourraient les perturber. En somme, une magnifique application de la puissance de calcul et de mémoire de l'informatique à une maladie grave et urgente.

Pourquoi la détection des hémorragies cérébrales est-elle délicate?

Elle est délicate, parce qu'il existe mille et une façons de saigner pour le cerveau. Cet organe est d'une très grande richesse en vaisseaux de tous types et de toutes tailles ; il est lui-même anatomiquement très complexe, et un saignement cérébral n'a pas un aspect tomodensitométrique possible, mais des centaines d'aspects possibles. Chaque individu est différent, car il existe des variations anatomiques à n'en plus finir. Et puis, il faut aller très vite : on ne peut pas, comme avec les cancers, reporter à demain le diagnostic, sachant que l'on sera plusieurs. De plus, l'image tomodensitométrique n'est qu'une image de synthèse : elle est reconstituée par un logiciel à partir de l'empreinte que forment des rayons X après avoir traversé le cerveau (il y a souvent des artefacts, ce sont de fausses images radiologiques n'ayant pas de signification anatomique). Il faut donc être conscient des limites de l'image générée par un scanner ; or, on apprend également au SIE à reconnaître les fausses images, fausses images qui peuvent parfois piéger les radiologues, même expérimentés. Il paraît clair en effet que la banque de données qui alimente un SIE est constituée, non par un expert, mais par un collège d'experts et que chaque image est expertisée par plusieurs spécialistes, ce qui n'est pas toujours possible lors d'un scanner pratiqué en urgence.

Pour toutes ces raisons, le SIE diagnostique AVC est nettement plus performant que le cerveau humain, et il s'agit là d'une superbe avancée en matière de prise en charge en urgence des AVC. C'est vraiment magnifique et même prodigieux.

Peut-on imaginer l'expansion de ce type de technologie à d'autres domaines médicaux?

Les SIE diagnostiques sont déjà utilisés pour le diagnostic de cancers difficiles à identifier. Une application magistrale est le diagnostic des cancers de la peau. Les SIE commencent à être utilisés pour le diagnostic d'autres cancers.

On les utilise également pour le diagnostic de maladies complexes et rares. Par exemple, quand une personne se présente en consultation avec une fatigue, des douleurs buccales, des troubles de la vue et des taches rouges sur les cuisses, il est en pratique impossible pour un médecin n'ayant jamais vu un tel cas de le rattacher à une maladie rare décrite dans les livres. Or, le SIE peut faire facilement ce diagnostic, sous réserve d'une bonne collecte de symptômes et de signes.

On utilise également des SIE pour des aides à la décision thérapeutique, dans des maladies graves avec plusieurs options très différentes de traitement ; mais ils ne constituent qu'une aide, car ce sont les médecins et les patients qui décident.

Les SIE sont l'une des plus utiles applications de l'informatique à la santé (E-santé) avec cette autre application que sont les bases de données gigantesques qui permettent de formidables études épidémiologiques : elles permettent de détecter des corrélations imperceptibles à l'esprit humain.