Logiciel d aide à l interprétation des complications pulmonaires en cancérologie sur les scanners thoraciques

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1 Logiciel d aide à l interprétation des complications pulmonaires en cancérologie sur les scanners thoraciques Cédric de Bazelaire, Radiologie, Hôpital Saint-Louis, APHP Résumé L objectif de ce projet était de programmer un logiciel d aide { l interprétation des scanners thoraciques réalisés pour rechercher des complications pulmonaires en cancérologie. Les principales situations cliniques et 6 syndromes radiologiques ont été définis par trois experts. Les gammes diagnostiques ont été associées à chaque situation clinique et à chaque syndrome radiologique. Les algorithmes reprenant le raisonnement appliqué au cours de l interprétation des scanners pulmonaires en cancérologie ont été programmés. Ils permettent de croiser les gammes diagnostiques en fonction du contexte. La navigation dans le logiciel se fait en répondant à des questions par des liens hypertextes. Le logiciel comprend une partie théorique expliquant le raisonnement suivi par les experts, une aide au diagnostic permettant d obtenir une liste d hypothèses adaptées au contexte clinique et thérapeutique et compatibles avec les images scannographique, et une aide { l interprétation des images avec les gammes diagnostiques correspondant à chaque syndrome radiologique et des exemples d images typiques. Ce logiciel devrait constituer un outil pédagogique utilisant différentes modalités d enseignement et d apprentissage. Il s adresse aux internes de radiologie et de cancérologie. Mots clefs Scanner thoracique, cancérologie et hématologie, aide à l interprétation, pédagogie 1

2 Introduction Les complications pulmonaires chez les patients non-vih suivis en cancérologie sont fréquentes. L aspect des anomalies en scanner haute résolution (HRCT) est rarement spécifique et les diagnostics différentiels nombreux. Le radiologue qui interprète ces examens doit croiser la gamme des hypothèses diagnostiques possibles avec les lésions scannographiques détectées et la gamme des hypothèses diagnostiques compatibles avec le contexte clinique en tenant compte du type de cancer et des traitements reçus. En d autre terme, il ne doit retenir qu une liste d hypothèses diagnostiques dont chaque item est compatible avec toutes les données cliniques et radiologiques. Par exemple, le diagnostic d Aspergillose invasive ne doit être retenu qu en cas d immunodépression profonde et prolongée. Devant une condensation alvéolaire, cet item peut être retenu dans un contexte clinique d allogreffe récente chez un patient suivi pour une leucémie aigue alors qu il doit être écarté chez une patiente traitée par chimiothérapie pour un cancer du sein. L enseignement de l interprétation des scanners pulmonaires en cancérologie chez les radiologues juniors est donc relativement complexe. Il faut apprendre au radiologue junior à avancer étape par étape en répondant à de nombreuses questions qui lui permettent de réduire la gamme diagnostique en écartant les hypothèses les moins plausibles. Ce raisonnement suit des algorithmes qui peuvent être enregistrés dans un ordinateur avec les listes de diagnostics correspondant à chaque cas de figure. En pratique, le logiciel pose une série de questions dont les réponses conduisent à une gamme diagnostique la plus courte possible. L objectif de ce travail était d établir un logiciel d aide { l interprétation des complications pulmonaires découvertes sur les scanners des patients suivis en cancérologie ou en hématologie. Le logiciel comprend une première partie expliquant le résonnement suivi par un radiologue sénior spécialisé devant des lésions pulmonaires chez un patient suivi en cancérologie. La seconde partie correspond au logiciel d aide au diagnostic et { l interprétation des images. Matériel et méthode Ce travail a été réalisé avec l aide d un pneumologue spécialisé en cancérologie (Professeur Anne Bergeron), d un cancérologue (Docteur Stéphane Vignot) et d un hématologue (Docteur Emmanuel Raffoux) en s appuyant sur plusieurs publications retrouvées dans la littérature L utilisateur dispose de deux outils : (1) Un outil d aide au diagnostic qui présente les gammes diagnostiques compatibles à la fois avec un contexte thérapeutique et un aspect 2

3 scannographique ; (2) Un outil d aide en imagerie qui permet { l utilisateur de connaitre les gammes diagnostics correspondant { un aspect radiologique en fonction du mode d installation de la pathologie pulmonaire. Pour la plupart des items diagnostiques un exemple iconographique est présenté. Outil d aide au diagnostic Pour l outil d aide au diagnostic, la première étape consistait à établir des tableaux cliniques et radiologiques types. Tableaux cliniques Quatre tableaux cliniques ont été retenus. Chaque tableau présente un grand type de traitement anticancéreux administré { un groupe de cancer ou d hémopathie maligne : (1) les chimiothérapies «simples» administrées dans le cadre des tumeurs solides, des lymphomes et des myélomes ; (2) Les chimiothérapie du type «intensification et autogreffe» prescrites pour les lymphomes et les myélomes ; (3) Les «inductions et consolidations» pour traiter les leucémies aigues et (4) les «allogreffes de cellules souches» dans le cadre du traitement des leucémies aigues, des aplasies médullaires et des leucémies myéloïdes chroniques (Figure 1). Figure 1. Contexte thérapeutique : l utilisateur est invité à sélectionner le type de traitement reçu par le patient. Pour chaque traitement, les principaux risques ont été répertoriés : risques liés à l hématotoxicité (infection, saignement ), risques liés au cancer ou { l hémopathie (évolution de la maladie ), risques liés { l administration du produit (surcharge ), risques liés aux autres effets secondaires (GVH, toxicité sur le parenchyme pulmonaire ) Pour évaluer les risques liés { l hématotoxicité, nous avons distingué deux phases au cours desquelles des complications pulmonaires distinctes apparaissaient : (1) Pour les chimiothérapies «simples» administrées au 3

4 patient traité pour une tumeur solide, nous avons distingué les traitements de moins de 6 à 8 cycles où l on observe une neutropénie de courte durée et les traitements de plus de 8 cycles où une lymphopénie modérée apparaît (Figure 2) ; (2) Pour les «Intensifications et autogreffes», les dix premiers jours post greffe marqués par une aplasie profonde mais de courte durée ont été distingués de la période J10 J100 au cours de laquelle on observe une lymphopénie lentement résolutive (Figure 3) ; (3) pour les «inductions et consolidations», les périodes de chimiothérapies ont été distinguées en raison de la profondeur et de la durée de l aplasie (Figure 4) ; enfin pour les «allogreffes», nous avons distingué les 30 premiers jours après la greffe de cellules souches en raison de l aplasie profonde et prolongée, de la période J30 J100 au cours de laquelle la lymphopénie se corrige progressivement (Figure 5). Figure 2. Sélection du cycle de chimiothérapie. L utilisateur doit indiquer si les anomalies sont apparues au cours d un traitement de moins de 6 8 cycles ou pendant un traitement plus long. 4

5 Figure 3. Sélection de la période d apparition des anomalies pulmonaires au cours des autogreffes de moelle. L utilisateur doit indiquer si les anomalies sont apparues pendant ou après les 10 premiers jours post greffe. Figure 4. Sélection de l induction ou de la consolidation au cours desquels l aplasie est profonde et prolongée. 5

6 Figure 5. Sélection de la période d apparition des anomalies pulmonaires au cours des allogreffe de moelle. L utilisateur doit indiquer si les anomalies sont apparues pendant ou après les 30 premiers jours post greffe. Tableaux radiologiques Six lésions «types» correspondant aux anomalies scannographiques les plus fréquemment rencontrés ont été retenues : (1) condensations alvéolaires ; (2) verre dépoli ; (3) épaississements septaux ; (4) micronodules ; (5) masses et (6) anomalies bronchiques (Figure 6). Une liste de diagnostics différentiels a été associée à chaque anomalie scannographique. Figure 6 : Tableaux scannographiques possibles : le lecteur est invité à sélectionner l anomalie scannographique dominante pour connaitre la gamme des diagnostics associés. En croisant les gammes diagnostiques des 6 formes scannographiques prédominantes avec les gammes diagnostiques compatibles avec le traitement reçu le logiciel propose les principales hypothèses validées par 3 spécialistes en accord avec les données de la littérature. 6

7 Outil d aide en imagerie Pour l outil d aide en imagerie, les 6 lésions types scannographiques décrites ci-dessus ont été reprises (Figure 6). Afin de réduire la liste des hypothèses diagnostiques compatibles avec les images, le mode d installation des symptômes pulmonaires a été pris en compte en distinguant les installations aigües, subaigües et chroniques. En revanche, la pathologie sous jacente et le traitement ne sont pas utilisés dans cet outil d aide en imagerie (Figure 7). Figure 7. Exemple de gamme diagnostique observé pour les images en verre dépoli. La liste des items est présentée en trois colonnes en fonction du mode de présentation. Un exemple d image typique est accessible par simple clic pour certains items. Pour que l utilisateur puisse reconnaitre et mémoriser les aspects scannographiques typiques des principales pathologies pulmonaires, des exemples de cas ont été sélectionnés et intégrés dans l outil d aide en imagerie. Au cours de la lecture de la gamme diagnostique correspondant { une des lésions types scannographique, l utilisateur peut sélectionner un item en cliquant dessus et accéder { une présentation d un cas typique (Figure 8). 7

8 Figure 8. Exemple d image typique de pneumocystose. Programmation Le logiciel Powerpoint(c) (Microsoft Corporation, Redmont, USA) a été utilisé pour ce projet. Ce logiciel a été sélectionné car il permet une navigation de page en page { l aide de liens hypertextes. Les algorithmes validés par les trois experts ont était programmés a partir de diapositives «de questions» proposant des choix, des diapositives «de réponses» et des liens hypertextes reliant les deux types de diapositives (Figure 9). 8

9 Figure 9. Exemple d arbre décisionnel. Au démarrage, l utilisateur a le choix entre l outil d aide diagnostique (contexte thérapeutique) et l outil d aide en imagerie (Aspect TDM). S il clique sur «intensification autogreffe» dans la diapositive «contexte thérapeutique», il doit ensuite sélectionner la période de survenue des anomalies pulmonaires (avant ou après 10 jours), enfin il peut sélectionner une des six lésions types scannographiques pour obtenir la gamme diagnostique (ici les hypothèses compatibles en cas de survenue des anomalies pulmonaires pendant les 10 premiers jours après autogreffe). Cette image vectorielle est mieux lisible en zoom 500%. 9

10 Discussion Ce logiciel est un exemple des nouveaux outils de pédagogie qu offre l informatique. La première partie présente la théorie qui permet d élaborer le raisonnement suivi pour interpréter les images scannographiques. Cette partie théorique est un outil d enseignement qui comprend de nombreux schémas qui fond appel à la mémoire visuelle et facilitent la compréhension. La seconde partie du logiciel se compose d un outil d aide au diagnostic et d un outil d aide en imagerie. La navigation à travers les pages de l outil d aide au diagnostic vise à montrer à l utilisateur la démarche diagnostique suivie par trois experts des pneumopathies en cancérologie. L utilisation itérative en situation clinique réelle, c.à.d. devant la console d interprétation, de ces outils devrait permettre de mémoriser progressivement les éléments important du raisonnement. Il s agit d une méthode d apprentissage active car l utilisateur doit répondre à une série de questions qui imposent de faire des recherches dans le dossier du patient. Enfin l outil d aide en imagerie devrait permettre d apprendre l aspect scannographique des principales pathologies. Il s agit donc d outils d apprentissage qui s adressent aussi bien aux internes de cancérologie et d hématologie, qu aux internes de radiologie qui débutent dans leurs spécialités respectives. L enseignement des complications pulmonaires en cancérologie est difficile car il nécessite de faire un compromis : simplifier le raisonnement pour établir des arbres décisionnels pas trop compliqués sans négliger pour autant les paramètres importants qui permettent de réduire les gammes diagnostiques en éliminant les hypothèses les moins plausibles. L utilisation de l informatique ne résout pas complètement ce problème. En effet bien que l on soit tenté d entrer des arbres diagnostiques intégrant le plus grand nombre de détails possibles, il apparait rapidement que ces algorithmes deviennent trop compliqués, posant trop de questions et rendant finalement l utilisation du logiciel fastidieuse. Perspectives Ce logiciel sous sa forme actuelle doit être installé sur un ordinateur (PC ou Mac). Il n est pas nécessaire de posséder PowerPoint, pour le faire tourner. Il est en effet exportable sous la forme d un diaporama. Nous envisageons de préparer une version «internet» qui devrait permettre une «consultation» { distance de cet outil. L utilisation par le Web devrait permettre une large diffusion et une évaluation à large échelle de cet outil. L utilisation du logiciel PowerPoint pour la programmation de cet outil { l avantage d être facilement transposable sur internet soit directement soit par conversion en fichier Flash (Adobe Systems, San José, 10

11 Californie, USA). Nous envisageons également de préparer une version pour «Smartphones» à écran tactile qui se prêtent bien { ce type d application qui utilise une navigation par pression tactile à travers les différentes pages du logiciel. Limites Les algorithmes ont été réalisés par trois experts des pneumopathies en cancérologie. Néanmoins, les arbres décisionnels et les gammes diagnostiques proposées par le logiciel doivent faire l objet d une validation en confrontant les hypothèses du logiciel au diagnostic final retenu au décours de l épisode respiratoire. L absence de validation des diagnostics proposés par le logiciel représente la principale limite de ce projet. La prise en charge des pathologies pulmonaires en cancérologie évolue extrêmement rapidement. La prévention des infections fungiques est de plus en plus efficace. Un certain nombre d items dans les gammes diagnostiques deviendront rapidement obsolètes. Néanmoins, il est possible d envisager des mises { jours plus ou moins fréquente du logiciel pour tenir compte de ces avancées médicales. Cette contrainte rend le format internet { partir d un serveur particulièrement intéressant. Il suffit en effet de faire toutes les modifications sur le serveur, sans qu aucune intervention des utilisateurs ne soit nécessaire. Le format «Smartphone» demandera d avantage d effort de la part des utilisateurs qui devront télécharger et installer une mise à jour. Docimologie Des quiz sont actuellement en cours de préparation. Le support informatique est adapté aux quiz radiologiques. Il permet de présenter facilement et à faible coût des images de bonne qualité. L impression d image sur papier requière des imprimantes «haut de gamme» et l utilisation de feuille de papier «qualité photo» ce qui pose des problèmes pratiques et financiers. Ces quiz sont cependant importants. Ils constituent une méthode d apprentissage qui permet à l utilisateur d évaluer la progression de ses connaissances. De plus le forma informatique permet de rendre les images «interactives», en permettant de cliquer sur une partie de l image. Cette possibilité peut être utilisée pour interroger l utilisateur en lui demandant de montrer précisément les lésions et apprendre ainsi à les reconnaitre. Conclusion Ce projet a permis de réaliser un logiciel d enseignement de l imagerie des complications pulmonaires en cancérologie. Il s adresse aux internes de radiologie et de cancérologie désireux d apprendre de façon ludique comment interpréter ces examens compliqués. Ce projet montre que les outils d aide au diagnostic en imagerie, qui connaissent aujourd hui un grand succès, 11

12 n ont pas seulement vocation { faciliter la pratique courante du radiologue mais peuvent également servir { l apprentissage. Références 1 Leung AN, Gosselin MV, Napper CH, et al. Pulmonary infections after bone marrow transplantation: clinical and radiographic findings. Radiology 1999; 210: Sleijfer S. Bleomycin-induced pneumonitis. Chest 2001; 120: Hiltermann TJ, Bredius RG, Gesink-vd Veer BJ, et al. Bilateral cavitary pulmonary consolidations in a patient undergoing allogeneic bone marrow transplantation for acute leukemia. Chest 2003; 123: Franquet T, Gimenez A, Hidalgo A. Imaging of opportunistic fungal infections in immunocompromised patient. Eur J Radiol 2004; 51: Franquet T, Muller NL, Oikonomou A, et al. Aspergillus infection of the airways: computed tomography and pathologic findings. J Comput Assist Tomogr 2004; 28: Lee P, Minai OA, Mehta AC, et al. Pulmonary nodules in lung transplant recipients: etiology and outcome. Chest 2004; 125: Thomas CF, Jr., Limper AH. Pneumocystis pneumonia. N Engl J Med 2004; 350: Hwang SS, Kim HH, Park SH, et al. The value of CT-guided percutaneous needle aspiration in immunocompromised patients with suspected pulmonary infection. AJR Am J Roentgenol 2000; 175: Pizzo PA. Fever in immunocompromised patients. N Engl J Med 1999; 341: Pizzo PA. Management of fever in patients with cancer and treatment-induced neutropenia. N Engl J Med 1993; 328: Shelhamer JH, Toews GB, Masur H, et al. NIH conference. Respiratory disease in the immunosuppressed patient. Ann Intern Med 1992; 117: Williams D, Yungbluth M, Adams G, et al. The role of fiberoptic bronchoscopy in the evaluation of immunocompromised hosts with diffuse pulmonary infiltrates. Am Rev Respir Dis 1985; 131: Muti G, Cantoni S, Oreste P, et al. Post-transplant lymphoproliferative disorders: improved outcome after clinico-pathologically tailored treatment. Haematologica 2002; 87: Baughman RP. Use of bronchoscopy in the diagnosis of infection in the immunocompromised host. Thorax 1994; 49: Berkman N, Breuer R, Kramer MR, et al. Pulmonary involvement in lymphoma. Leuk Lymphoma 1996; 20: Corey L, Boeckh M. Persistent fever in patients with neutropenia. N Engl J Med 2002; 346: Franquet T. Respiratory infection in the AIDS and immunocompromised patient. Eur Radiol 2004; 14 Suppl 3:E Gow KW, Hayes-Jordan AA, Billups CA, et al. Benefit of surgical resection of invasive pulmonary aspergillosis in pediatric patients undergoing treatment for malignancies and immunodeficiency syndromes. J Pediatr Surg 2003; 38: Martin WJ, 2nd, Smith TF, Sanderson DR, et al. Role of bronchoalveolar lavage in the assessment of opportunistic pulmonary infections: utility and complications. Mayo Clin Proc 1987; 62: Schnell D, Mayaux J, de Bazelaire C, et al. Risk factors for pneumonia in immunocompromised patients with influenza. Respir Med; 104: Tenholder MF, Hooper RG. Pulmonary infiltrates in leukemia. Chest 1980; 78: