Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins veulent créer un modèle 3D de votre cœur pour prédire un problème potentiellement mortel avant qu'il ne se produise.
Ferez-vous un arrêt cardiaque ? Une nouvelle technologie peut prédire si et quand
Par Natalie Sabin
Le 26 avril 2022 C Les décès dus au COVID-19 ont peut-être attiré davantage l'attention ces derniers temps, mais les maladies cardiaques restent la principale cause de décès aux États-Unis.
Plus de 300 000 Américains mourront cette année d'un arrêt cardiaque soudain (également appelé mort cardiaque subite, ou MSC), lorsque le cœur cesse brusquement de fonctionner.
Ces événements surviennent soudainement et souvent sans avertissement, ce qui les rend presque impossibles à prévoir. Mais cela pourrait changer, grâce à l'imagerie 3D et à la technologie de l'intelligence artificielle (IA) étudiées à l'université Johns Hopkins.
Là-bas, les chercheurs travaillent à la création de modèles plus précis et personnalisés du cœur C et pas n'importe quel cœur, votre cœur, si vous souffrez d'une maladie cardiaque.
À l'heure actuelle, un clinicien peut seulement dire si un patient est à risque ou non de mort subite, explique Dan Popescu, docteur en sciences, chercheur à l'université Johns Hopkins et premier auteur d'une nouvelle étude sur la capacité des IA à prédire les arrêts cardiaques soudains. Avec cette nouvelle technologie, vous pouvez avoir des prédictions beaucoup plus nuancées de la probabilité d'un événement dans le temps.
En d'autres termes : Grâce à l'IA, les cliniciens pourraient être en mesure de prédire non seulement si une personne risque de subir un arrêt cardiaque soudain, mais aussi à quel moment il est le plus probable qu'il se produise. Pour ce faire, ils pourront examiner de manière beaucoup plus claire et personnalisée le câblage électrique de votre cœur.
Votre cœur, le conducteur
Votre cœur n'est pas seulement un métronome chargé de maintenir un flux régulier de sang vers les tissus à chaque battement. C'est aussi un conducteur dans lequel circule l'énergie vitale.
Pour que le cœur batte, des impulsions électriques circulent du haut vers le bas de l'organe. Les cellules cardiaques saines relaient cette électricité de manière transparente. Mais dans un cœur endommagé par une inflammation ou une crise cardiaque antérieure, le tissu cicatriciel bloque le flux d'énergie.
Lorsqu'une impulsion électrique rencontre une zone cicatricielle, le signal peut devenir erratique, ce qui perturbe le chemin établi du haut vers le bas et provoque des battements cardiaques irréguliers (arythmies), qui augmentent le risque de mort cardiaque subite.
Voir le cœur en 3D
Les tests actuels permettent de mieux comprendre la constitution du cœur. Par exemple, l'IRM peut révéler des zones endommagées. Le PET scan peut montrer une inflammation. Et les électrocardiogrammes peuvent enregistrer les signaux électriques du cœur d'un battement à l'autre.
Mais toutes ces technologies n'offrent qu'un instantané, montrant la santé du cœur à un moment donné. Elles ne peuvent pas prédire l'avenir. C'est pourquoi les scientifiques de Johns Hopkins vont plus loin en développant des répliques numériques en 3D du cœur d'une personne, appelées modèles cardiaques informatiques.
Les modèles informatiques sont des répliques simulées par ordinateur qui combinent les mathématiques, la physique et l'informatique. Ces modèles existent depuis longtemps et sont utilisés dans de nombreux domaines, allant de la fabrication à l'économie.
En médecine cardiaque, ces modèles sont peuplés de cellules numériques, qui imitent les cellules vivantes et peuvent être programmées avec différentes propriétés électriques, selon qu'elles sont saines ou malades.
L'imagerie et les tests actuellement disponibles (IRM, TEP, ECG) donnent une certaine représentation de la cicatrisation, mais il est impossible d'en déduire ce qui va se passer au fil du temps, explique Natalia Trayanova, PhD, du département d'ingénierie biomédicale de Johns Hopkins.
Avec les modèles cardiaques informatiques, nous créons une image numérique dynamique du cœur. Nous pouvons ensuite donner à l'image numérique un stimulus électrique et évaluer comment le cœur est capable de réagir. On peut alors mieux prédire ce qui va se passer.
Les modèles 3D informatisés permettent également d'améliorer et de préciser le traitement des maladies cardiaques.
Par exemple, un traitement courant pour un type d'arythmie connu sous le nom de fibrillation auriculaire est l'ablation, ou la combustion de certains tissus cardiaques. L'ablation arrête les impulsions électriques erratiques à l'origine de l'arythmie, mais elle peut également endommager des cellules cardiaques par ailleurs saines.
Un modèle cardiaque informatique personnalisé pourrait permettre aux médecins de voir plus précisément quelles zones doivent être traitées ou non pour un patient donné.
Utiliser l'apprentissage profond de l'IA pour prédire les résultats en matière de santé
Popescu, le collègue de Trayanova, applique l'apprentissage profond et l'IA pour faire plus avec les modèles cardiaques informatisés afin de prédire l'avenir.
Dans un article récent paru dans Nature Cardiovascular Research, l'équipe de recherche a montré que son algorithme a évalué la santé de 269 patients et a pu prédire les risques d'arrêt cardiaque soudain jusqu'à 10 ans à l'avance.
Pour autant que nous le sachions, c'est vraiment la première fois que la technologie d'apprentissage profond permet d'analyser avec succès les cicatrices cardiaques, explique M. Popescu.
Popescu et Trayanova expliquent que l'algorithme d'IA rassemble des informations provenant des modèles cardiaques informatiques en 3D avec les données du patient, comme les IRM, l'origine ethnique, l'âge, le mode de vie et d'autres informations cliniques. L'analyse de toutes ces données peut produire des estimations précises et cohérentes sur la durée de vie des patients présentant un risque de mort subite.
Vous ne pouvez pas vous permettre de vous tromper. Si vous vous trompez, vous pouvez avoir un impact considérable sur la qualité de vie du patient, explique M. Popescu. Le fait que les cliniciens utilisent cette technologie dans le processus de prise de décision leur donnera confiance dans un meilleur diagnostic et un meilleur pronostic.
Si l'étude actuelle portait spécifiquement sur des patients atteints d'un type particulier de maladie cardiaque, M. Popescu affirme que son algorithme peut également être entraîné à évaluer d'autres problèmes de santé.
Quand pourrait-on voir cette technologie utilisée en dehors d'une étude de recherche ? Selon Mme Trayanova, l'imagerie 3D des modèles cardiaques pourrait être disponible dans deux ans, mais la technique doit d'abord être testée dans le cadre d'autres essais cliniques, dont certains sont en cours actuellement.
L'ajout de l'intelligence artificielle aux modèles cardiaques nécessitera davantage d'études et l'approbation de la FDA, de sorte que le calendrier est moins clair. Mais le plus gros obstacle est peut-être qu'après l'approbation, les technologies devront être adoptées et utilisées par les cliniciens et les soignants.
La question à laquelle il est beaucoup plus difficile de répondre est la suivante : quand les médecins seront-ils parfaitement à l'aise avec les outils d'IA ? Et je ne connais pas la réponse, dit M. Popescu. La manière d'utiliser l'IA comme une aide à la prise de décision est une chose qui n'est pas enseignée actuellement.
