Une équipe de chercheurs de UCSF a développé une technologie appelée CathEF qui utilise l'intelligence artificielle (IA) pour évaluer la capacité du cœur à pomper le sang pendant un examen cardiaque courant.
Habituellement, lorsque les médecins soupçonnent qu'une personne pourrait être à risque d'une crise cardiaque, ils réalisent un test appelé coronarographie. Cette procédure vérifie si les vaisseaux sanguins du cœur sont bloqués ou rétrécis, ce qui pourrait indiquer un risque de crise cardiaque.
Pour mieux comprendre comment le cœur pompe le sang, les médecins peuvent également réaliser une autre procédure appelée ventriculographie gauche. Cela implique l'insertion d'un tube dans le côté gauche du cœur et l'injection d'un colorant spécial. Cependant, cette procédure supplémentaire peut présenter des risques supplémentaires pour le patient.
CathEF, peut estimer la capacité du cœur à pomper le sang en analysant les vidéos prises lors d'une coronarographie standard. Cela signifie que les médecins pourraient obtenir ces informations sans nécessiter de procédure supplémentaire, ce qui pourrait rendre la coronarographie plus sûre.
Notre travail démontre que l'IA basée sur la vidéo peut réaliser une estimation entièrement automatisée et précise de la FEVG à partir de coronarographies standard obtenues de manière routinière de l'artère coronaire gauche. Cela offre une opportunité d'estimer la FEVG lors de presque toutes les coronarographies de manière non invasive et sans risque.
Pour développer CathEF, nous avons d'abord analysé les coronarographies réelles en utilisant CathAI - une série de plusieurs algorithmes de réseau neuronal profond - pour identifier automatiquement les vidéos de coronarographie contenant l'artère coronaire gauche (ACG) comme structure anatomique principale.
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Les coronarographies ont été jumelées à une évaluation correspondante de la FEVG par échocardiogramme transthoracique (ETT) réalisée soit 3 mois avant, soit 1 mois après la coronarographie.
Notre ensemble de données final de l'UCSF se composait de 26,087 vidéos LCA dérivées de 3,960 angiogrammes coronariens et de 3,404 patients distincts. Cet ensemble a ensuite été divisé en ensembles de données d'apprentissage, de développement et de test pour développer et valider en interne CathEF.
CathEF a démontré une forte performance pour estimer une FEVG ≤40% dans l'ensemble de données de test de l'UCSF. Nous l'avons ensuite validé dans un ensemble de données de validation externe dans des angiogrammes du monde réel provenant de l'Institut de cardiologie de l'Université d'Ottawa, montrant une performance comparable à celle du jeux de données interne.
Dans l'ensemble de données de test de l'UCSF (n=813), CathEF a montré une forte discrimination pour le FEVG ≤40% avec une aire sous la courbe caractéristique de fonctionnement du récepteur (AUC) de 0.911 (IC 95% 0.887-0.934). Nous avons également testé la discrimination pour le seuil de FEVG ≤50% et AUC=0.879 (IC 95% 0.852-0.907). Il y avait 22.7 fois plus de chances d'avoir un FEVG réduit chez ceux que CathEF prédisait un FEVG ≤40%. La sensibilité et la spécificité étaient respectivement de 83.9% et 81.3%.
CathEF a également estimé des pourcentages continus de FEVG, se comparant bien à la FEVG à l’ETT. L'erreur absolue médiane de CathEF par rapport à TTE-FEVG était de 8.5% (IC 95% 8.1%-9.0%), et elle était de 3.7% (IC 95% 2.7%-9.3%) lors de la moyenne des prédictions de CathEF à travers une étude angiographique d'un patient. Le coefficient de corrélation intraclasse était de 0.77.
CathEF est resté cohérent à travers le sexe, l'IMC, la présence de maladie coronarienne obstructive, l'hypertrophie ventriculaire gauche et la fonction rénale réduite. Cela inclut de nombreux patients pour lesquels le contraste supplémentaire de la ventriculographie gauche peut être nuisible. CathEF a performé de manière similaire pour les patients se présentant en urgence pour une ACS comme pour les non-ACS.
Pour examiner la généralisabilité externe, nous avons validé CathAI dans des angiogrammes du monde réel provenant de l'Institut de cardiologie de l'Université d'Ottawa, une institution de santé distincte dans un autre pays.
Texte17: Dans 4,471 vidéos LCA dérivées de 776 angiogrammes de 744 patients jumelés à ETT-FEVG, CathEF a atteint une AUC de 0.906 (IC 95%: 0.881-0.931) pour identifier le FEVG ≤40%. Il y avait 27.3 fois plus de chances d'avoir un FEVG réduit chez ceux que CathEF prédisait un FEVG ≤40% dans l'ensemble de données de l'UOHI. La sensibilité et la spécificité pour le FEVG ≤40% étaient respectivement de 77.9% et 88.6%.
Lors de la prédiction de pourcentages continus de FEVG, l'erreur absolue médiane était de 7.0% par rapport à ETT-FEVG.
Nous avons utilisé les techniques d'explicabilité de l'algorithme GradCAM guidé pour mieux comprendre comment CathEF prédit le FEVG à partir des angiogrammes.
GradCAM a constamment mis en évidence les artères coronaires épicardiques pendant la systole cardiaque, et très peu pendant la diastole. Cela suggère que CathEF identifie probablement des modèles de flux sanguin coronarien ou de mouvement pendant la systole pour prédire le FEVG.
Notre travail démontre que CathEF, un réseau neuronal basé sur la vidéo, peut estimer avec précision le FEVG, une mesure clé de la fonction de pompage cardiaque, fournissant des informations précieuses à partir d'angiogrammes coronaires standards qui ne sont généralement pas accessibles aux cliniciens, sans procédures supplémentaires ou risques.
CathEF offre l'opportunité d'obtenir des estimations de FEVG en temps réel à partir d'angiogrammes de routine sans risque ou procédures ajoutés.
CathEF pourrait potentiellement changer la manière dont les tests cardiaques sont effectués en fournissant des informations en temps réel sur la capacité de pompage du cœur pendant une angiographie standard. Cela pourrait être particulièrement utile pour les patients qui ont besoin de soins urgents, comme ceux suspectés d'avoir une crise cardiaque. Cela pourrait également bénéficier aux patients qui sont à risque de maladie rénale, car le colorant de contraste utilisé dans la procédure supplémentaire peut leur être nuisible.