Google et le DoD ont construit un microscope alimenté par l’IA pour aider les médecins à détecter le cancer

Dans son cabinet de l’hôpital VA de Seattle, le Dr Nadeem Zafar avait besoin de régler un débat.

Zafar est un pathologiste, le genre de médecin qui effectue des tests cliniques en laboratoire sur les fluides corporels et les tissus pour diagnostiquer des maladies comme le cancer. Il s’agit d’une spécialité qui opère souvent en coulisses, mais qui constitue un élément essentiel des soins médicaux.

À la fin de l’année dernière, un collègue de Zafar l’a consulté au sujet d’un cas de cancer de la prostate. Il était clair que le patient souffrait d’un cancer, mais les deux médecins n’étaient pas d’accord sur la gravité du cancer. Zafar pensait que le cancer était plus agressif que son collègue.

Zafar s’est tourné vers son microscope – un outil canoniquement apprécié en pathologie sur lequel les médecins s’appuient pour les aider à poser leurs diagnostics. Mais cet appareil n’est pas un microscope ordinaire. Il s’agit d’un microscope alimenté par l’intelligence artificielle, construit par Google et le département américain de la Défense.

Les deux hommes ont examiné l’affaire au microscope spécial, et Zafar avait raison. En quelques secondes, l’IA a identifié la partie exacte de la tumeur que Zafar croyait être la plus agressive. Après que la machine l’ait soutenu, Zafar a déclaré que son collègue était convaincu.

« Il avait le sourire aux lèvres et il était d’accord avec ça », a déclaré Zafar à CNBC dans une interview. « C’est la beauté de cette technologie, c’est une sorte d’arbitre. »

L’outil alimenté par l’IA s’appelle un microscope à réalité augmentée, ou ARM, et Google et le ministère de la Défense y travaillent tranquillement depuis des années. La technologie en est encore à ses débuts et n’est pas encore utilisée activement pour aider à diagnostiquer les patients, mais les premières recherches sont prometteuses et les responsables affirment qu’elle pourrait s’avérer être un outil utile pour les pathologistes qui n’ont pas facilement accès à un deuxième avis.

Il existe actuellement 13 ARM, et l’un d’entre eux est situé dans une installation Mitre juste à l’extérieur de Washington, DC. Mitre est une organisation à but non lucratif qui travaille avec des agences gouvernementales pour résoudre de gros problèmes liés à la technologie. Les chercheurs travaillent avec l’ARM pour identifier les vulnérabilités qui pourraient causer des problèmes aux pathologistes en milieu clinique.

À première vue, l’ARM ressemble beaucoup à un microscope que l’on pourrait trouver dans une classe de biologie au lycée. L’appareil est beige avec un grand oculaire et un plateau pour examiner les lames de verre traditionnelles, mais il est également connecté à une tour d’ordinateur carrée qui abrite les modèles d’IA.

Lorsqu’une lame de verre est préparée et fixée au microscope, l’IA est capable de déterminer où se situe le cancer. Le contour apparaît sous la forme d’une ligne verte brillante que les pathologistes peuvent voir à travers leur oculaire et sur un moniteur séparé. L’IA indique également la gravité du cancer et génère une carte thermique en noir et blanc sur le moniteur qui montre les limites du cancer sous une forme pixellisée.

CNBC a fait une démonstration de l’ARM avec des chercheurs de l’installation Mitre en août.

Patrick Minot, ingénieur principal en systèmes autonomes chez Mitre, a déclaré que puisque l’IA est superposée directement sur le champ de vision du microscope, elle n’interrompt pas le flux de travail établi des pathologistes.

L’utilitaire simple est un choix de conception intentionnel. Ces dernières années, les pathologistes ont été confrontés à une pénurie de main-d’œuvre, tout comme de nombreux autres aspects des soins de santé. Mais la charge de travail des pathologistes augmente également à mesure que la population vieillit.

C’est une combinaison dangereuse pour la spécialité. Si les pathologistes sont trop sollicités et oublient quelque chose, cela peut avoir de graves conséquences pour les patients.

Plusieurs organisations ont tenté de numériser les flux de travail des pathologistes afin d’accroître leur efficacité, mais la pathologie numérique comporte son lot de défis. La numérisation d’une seule diapositive peut nécessiter plus d’un gigaoctet de stockage, de sorte que l’infrastructure et les coûts associés à la collecte de données à grande échelle peuvent rapidement exploser. Pour de nombreux petits systèmes de santé, la numérisation n’en vaut pas encore la peine.

L’ARM n’est pas destiné à remplacer les systèmes de pathologie numérique, mais Minot a déclaré qu’il peut aider les organismes de santé à en contourner le besoin. Les pathologistes ont par exemple la possibilité de réaliser des captures d’écran de diapositives à l’aide du logiciel ARM, dont le stockage est beaucoup moins coûteux.

L’ARM coûtera généralement aux systèmes de santé entre 90 000 et 100 000 dollars.

Minot a ajouté que l’ARM garantit que le microscope physique, et pas seulement un ordinateur, reste une partie intégrante du processus des pathologistes. Beaucoup l’ont prévenu de ne pas jouer avec leurs microscopes, a-t-il plaisanté.

Rares sont ceux qui comprennent les défis auxquels sont confrontés les pathologistes comme le Dr Niels Olson, médecin-chef de la Defense Innovation Unit, ou DIU, du ministère de la Défense.

Le DIU a été créé en 2015 pour permettre aux militaires d’intégrer les technologies de pointe développées par le monde commercial. L’organisation négocie des contrats avec les entreprises afin qu’elles puissent collaborer et éviter de longs blocages bureaucratiques.

Olson est pathologiste et avant de commencer ses fonctions au DIU, il a servi dans la marine américaine. En 2018, il a été envoyé à Guam, une île américaine située en Micronésie, où il a travaillé comme directeur médical de laboratoire et directeur de la banque de sang à l’hôpital naval.

Au cours de ses deux années à Guam, Olson était l’un des deux pathologistes de l’île et le seul pathologiste de l’hôpital naval. Cela signifiait qu’il prenait souvent lui-même des décisions et des diagnostics importants.

« Ce n’est pas seulement votre travail de dire ‘C’est un cancer, c’est ce genre de cancer.’ Une partie du travail consiste à dire ‘Ce n’est absolument pas un cancer’, et cela peut être angoissant lorsque vous êtes seul », a déclaré Olson à CNBC dans une interview. « J’aurais adoré avoir un microscope à réalité augmentée à Guam, juste pour que quelqu’un, quelque chose d’autre puisse m’aider. »

L’ARM est censé servir de deuxième ligne de défense aux pathologistes, et Olson a déclaré qu’il ne remplacerait pas les médecins eux-mêmes. Il a ajouté que le cas d’utilisation initial évident du microscope se situerait dans des laboratoires plus petits et éloignés, et qu’il pourrait également servir de ressource pour les résidents en pathologie en formation.

Mais Olson avait imaginé un outil comme l’ARM bien avant son séjour à Guam. Le 10 août 2016, alors qu’il travaillait comme résident au centre médical naval de San Diego, Olson a décidé d’envoyer un message à Google. Dans l’e-mail consulté par CNBC, Olson a décrit une idée générale de ce que pourrait être un microscope comme l’ARM.

Pendant un moment, Olson a déclaré qu’il n’avait rien entendu. Mais quelques mois plus tard, il se trouvait dans un immeuble de bureaux de Google à Mountain View, en Californie, entassé dans une pièce verrouillée à laquelle seules quelques personnes de l’entreprise avaient accès. Là, il a vu un des premiers microscopes alimentés par l’IA identifier avec succès le cancer sur un petit jeu de lames qu’il avait apporté avec lui.

Olson a déclaré que la pièce était étouffante parce que tout le monde à l’intérieur était tellement « excité ».

« Je ne veux pas dire que c’est comme voir votre enfant pour la première fois, mais c’était un peu comme si c’était génial, ça allait être une chose », a déclaré Olson.

Au moment où il a été envoyé à Guam, un chef de produit du DIU a découvert les recherches d’Olson. Le couple a écrit un article ensemble en 2019 sur la manière dont le ministère de la Défense et la Silicon Valley pourraient travailler ensemble pour tirer parti de l’IA. Ils ont déclaré que des millions de patients étaient inscrits dans les systèmes de santé du gouvernement fédéral, ce qui signifie qu’il possède « l’ensemble de données sur les soins de santé le plus complet au monde ». Ces données ont une utilité commerciale évidente.

« Le Big Data est ce que la Silicon Valley fait de mieux, et le potentiel de débordement sur les systèmes de santé civils est vaste », écrivent-ils.

Peu de temps après, la DIU a commencé à rechercher des partenaires commerciaux pour l’aider à construire et à tester l’ARM. L’organisation a choisi la société de technologie optique Jenoptik pour gérer le matériel et, après avoir évalué 39 entreprises, elle a choisi Google pour développer le logiciel.

Aashima Gupta, directeur mondial de la stratégie et des solutions de soins de santé chez Google Cloud, a déclaré que la société avait depuis lancé quatre algorithmes pour l’ARM capables d’identifier le cancer du sein, le cancer du col de l’utérus, le cancer de la prostate et la mitose. Les modèles d’IA sont formés sur les données du DIU, et Gupta a déclaré que ni les employés de Google ni l’infrastructure de Google n’y ont accès.

« C’est entièrement crypté », a déclaré Gupta à CNBC dans une interview. « De la façon dont les données sont collectées, dont elles sont stockées et comment elles sont analysées, et tout le reste. »

Une fois le matériel et les logiciels en ordre, la DIU a mené des premières recherches pour tester l’efficacité de l’ARM.

À l’automne 2022, l’organisation a publié un article évalué par des pairs dans le Journal d’informatique pathologique. L’article a révélé que l’algorithme d’IA pour le cancer du sein fonctionnait raisonnablement bien sur un large domaine d’échantillons, mais il y a des réserves, a déclaré David Jin, l’auteur principal de l’article et directeur adjoint de l’évaluation de l’IA au sein du département numérique et artificiel du ministère de la Défense. Bureau de renseignement.

L’article examine spécifiquement les performances de l’IA lors de la détection des métastases du cancer du sein dans les ganglions lymphatiques, et Jin a déclaré qu’elle fonctionnait mieux sur certains types de cellules que sur d’autres. Il a déclaré que l’étude est prometteuse, mais qu’il reste encore une quantité « énorme » de tests rigoureux à effectuer avant de pouvoir aider les pathologistes à prodiguer de véritables soins aux patients.

« Quelque chose comme celui-ci présente un potentiel de bénéfice extrême, mais comporte également de nombreux risques », car cela modifierait la manière dont le diagnostic du cancer est effectué, a déclaré Jin à CNBC dans une interview.

Olson, qui est revenu de Guam et a commencé à travailler au DIU en 2020, est également répertorié comme auteur du journal. Il a indiqué que des évaluations indépendantes des trois autres modèles, pour le cancer de la prostate, la mitose et le cancer du col de l’utérus, n’ont pas encore été réalisées au DIU.

La recherche avec l’ARM est en cours et le DIU sollicite également les commentaires d’organisations comme Mitre et de systèmes de santé comme Anciens Combattants. Il y a du travail à faire, mais depuis que la DIU a validé le concept initial, l’organisation commence à réfléchir à la manière de faire évoluer la technologie et de collaborer avec les régulateurs.

La DIU a négocié des accords avec Google et Jenoptik qui permettront à la technologie d’être distribuée par l’intermédiaire de l’armée et commercialement. La DIU espère rendre l’ARM accessible à tous les utilisateurs gouvernementaux via le site Web de l’Administration des services généraux cet automne.

Zafar de VA Puget Sound a déclaré qu’en fin de compte, même si l’ARM aidera certainement les pathologistes, c’est le grand public qui bénéficiera le plus de la technologie. Il a déclaré que la précision, la rapidité et la rentabilité de l’ARM contribueront toutes à de meilleurs soins.

« L’IA est là et elle va continuer à se développer », a déclaré Zafar. « Le but n’est pas d’avoir peur de ces technologies, mais de les trier afin de les utiliser au mieux pour nos besoins médicaux et de soins de santé. »