L'Intelligence Artificielle: la belle ou la bête? - Dr Gaspard d'Assignies Groupe SFR IA - Collège des Enseignants ...
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IA en médecine Système expert Machine learning Règles …………..Conclusions Données -------------Règles Données cliniques - Pas de théorie - Grand nombre de variable Étudiant idéal - Model de régression - Sources de données divers
Deep learning Deep Learning = Deep Neural Network Intelligence artificielle Machine Learning Deep Learning
L’apprentissage machine, comment ça marche ?... Comme une boîte On rentre des données réponse D L Bonne ... Ou mauvaise L D X D D D le label D L D Entrainement L D L D L D L L L L L
Machine Learning - Contours - Densité - Texture Chat Deep Neural Network Chat
Exemples : radio/nature dermato
IMAGE NET
Réseau de neurones
Mc Cullog & Pitt - Formal Neurone Sortie 1953 X1 W1 W2 X2 Fonction Y d’activation W3 X3 Bengio Hinton LeCun - Deep Neural Network 2006 Couche d’entrée Couches cachées Couche de sortie
1. Algorithmes Backpropagation 2. Data 3. Puissance de calcul
Deep learning Entrée Classification Sortie Régression Signal d’ Entrée Sortie Son Reconnaissance vocale Texte NLP, traduction Reconnaissance d’image Image Vidéo Analyse 4D, voiture autonome
Deep Neural Network = Super Classifieur Couche Couches Couche de d’entrée cachées sortie Pas Chat Chat Siamois Angora
Deep Neural Network = Super Classifieur Couche Couches Couche de d’entrée cachées sortie Pas de lésion lésion bénin malin
3. Applications Cliniques du Deep Learning Détection / Caractérisation Classification Segmentation Suivi/Pronostic
Autres ? Thorax Tuberculose Lajhani et al. Radiology 2017 Neuro MicroBleed Dou Q et ql. Trans Med Imaging 2016 Dermato Mélanome (Esteva A. Nature 2017) Ophtalmo Rétinopathie (Gulshan V et al, JAMA 2016) Fracture MSK Olczac J et al. Acta othopaedica2017 …
Sein Étude rétrospective Screening année 2012 n= 3228 (n=143 KC) 3 radiologues = ground truth Beckers AS et al, Invest Radiol 2017 Jul;52(7):434-440
Poumon Détection de nodule n = 1010 (base publique LIDC) Sens : 92-98 % FP : 1.0 / patient Setio et al. Med Image Anal. 2017 Jul Challenge 2017
Poumon Classification TDM 6 en catégories : - Normal - Emphysème - Verre dépoli - Fibrose - Micro nodule - Condensation Shin et al.Trans Med Imaging 2016 Diagnostic de tuberculose : N = 1007 Rx AUC = 0.99 Lajhani et al. Radiology 2017
Neurologie Détection des micro-saignements N : 320 Sens : 93.16 % FP: 2.74/ patient Dou Q et ql. IEEE Trans Med Imaging 2016 Feb
MSK Detection de fracture 256 000 Rx Poignet, main, cheville Acuracy : 83 %
Interprétation/classification A Jun-Goo rapporte un travail d’analyse automatique de la radio de thorax par des réseaux de type Faster Régional-CNN Image A montre les propositions par la machine de régions d’intérêt sur la radio de thorax Image B : Détection automatique des « lésions » - Nodules - Consolidations B - Intersticial opacity - Cardiomégaly - Pleural effusion … Jun-Goo et Al. KJR 2017
Segmentation La segmentation automatique d’organe est un A important domaine de recherche qui connaît une rapide progression grâce au Deep learning et aux compétitions mondiales organisées autour de data en open-source. Image A : Segmentation sémantique automatique des structures ostéo-cartilagineuses du genou Jun-Goo et al. KJR 2017 Le pancréas est un organe particulièrement difficile à segmenter. Ici une des premières études utilisant le DL montrant de très bons résultats Image B : - Contours verts : segmentation auto par DL B - contours rouge : référence manuelle Summers et al. AJR Am J Roentgenol. 2016 Jul
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Occurrence « Deep Learning » dans PubMed
CT Data Etat de santé d’un patient / prédiction de sa longévité • Deux profils phénotypiques • Prédiction de la mortalité 5 ans 87 % vs 8 %
Intégration avec les données massives de santé Génome, protéome, métabolome Internet des objets Imagerie, radiomic monitoring Médecine de précision basée sur les méga-données Jun-Goo et Al. KJR 2017
4. Comment faire du Deep Learning A. La boite à outils - Les algorithmes - Les données - Le matériel B. Comment se former ?
A. La boite à outils : Les algorithmes Source : https://www.svds.com/getting-started-deep-learning/
Il a été notamment utilisé avec succès pour différencier automatiquement les naevus des mélanomes avec des performances comparables aux dermatologues experts lors d’une parution très remarquée dans Nature en 2017 (Esteva A. Nature 2017) Tensorflow propose une visualisation de son fonctionnement
A. La boite à outil : Le matériel La société Nvidia vient d’annoncer une nouvelle génération de GPU dédié au deep learning, le Tesla GV100. Il intègre 21,1 milliards de transistors dans 5376 cœurs, le tout ayant une puissance de calcul de 120 TFLOPS. Sources : http://www.lesnumeriques.com/
A. La boite à outil : Les données Le Deep learning a besoin de nombreuses données pour capturer la variabilité des images rencontrées en pratique. En radiologie cela correspond a une très grande quantité d’images labellisées. Le set de données se divise en 3 catégories : - Set d’entrainement (grande taille) entrainer le modèle - Set de Validation (petite taille) choix de l’architecture opt. - Test évaluer la performance du modèle : - généralisable à de nouvelles données ? - ou trop collé au jeu d’entrainement (overfitting) ? Le nombre exact d’images nécessaires pour entrainer un réseau en fonction de la tâche n’est pas précisément connu. On retient en première approximation la règle des 10 : Le nombre de données doit être 10X supérieur au nombre de paramètres de l’algorithme Courtesy Chartrand G.
A. La boite à outils : Les données Des jeux de données gratuites sont accessible pour la communauté des chercheurs sur des plateformes d’échange publiques. C’est ce qu’on appelle l’Open Data. Sur ces données s’organisent des « challenges » mondiaux durant lesquelles s’affrontent les meilleurs « deep learner » de la planète. Les principales plateformes : - The Cancer Imaging Archive http://www.cancerimagingarchive.net/ - Grand-Challenge https://grand-challenge.org/All_Challenges/ - Data science Bowl https://www.kaggle.com/c/data-science-bowl-2017 - Dream Challenge http://dreamchallenges.org/ Les sujets couvrent un large panel de tâches à automatiser : détection et caractérisation lésionnelle en Colon/Prostate/sein/poumon ; segmentation d’organes ; radiomic … Les vainqueurs des challenges se partagent jusqu’à 1 000 000 $
A. La boite à outils : Les données Malgré la présence de ressources en open data le nombre d’image disponible reste faible, de quelques centaine à quelques milliers (< 5000) limitant la puissance des algorithmes. De très larges bases d’images correctement labellisées ne sont pas encore disponibles. Pour s’affranchir de ces limites les chercheurs élaborent d’autres méthodes : - Apprentissage non supervisé pur visant à labelliser automatiquement les données - Méthode croisant l’analyse automatique des comptes rendus radiologique (Texte) avec les images pour réaliser une labellisation automatique. Ces techniques, bien que prometteuses, restent du domaine expérimental. Shin et al. IEEE, CPVR 2015
B. Se former au Deep learning De multiples ressources existent online permettant d’augmenter sa culture générale (vous venez de le faire ) jusqu’à obtenir une formation diplômante… Citons à titre d’exemple, et du plus simple au plus compliqué : Vidéo Youtube : je vous conseille l’excellent DeeplearningTV, des petites vidée d’animation de 2 à 8 minutes Mooc : - Le mythique cours d’Andrew Ng à Stanford - Le cours de Columbia sur le machine learning - Le cours d’Udemy sur le Deep learning Congrès : Conférence MICCAI et SIIM Formation : ENS, Master Mathématique / Vision / Apprentissage
Limites actuelles… 3 problèmes principaux freinent le Deep Learning en médecine : 1. La difficulté à constituer des larges bases de données labellisées de bonne qualité 2. L’effet « black box », les critères de décision produits dans l’algorithme n’étant souvent pas accessibles à notre connaissance, difficile à accepter à l’ère de l’évidence based radiology. 3. Des considérations légales et éthiques multiples concernant : - les données de santé - la sécurité de ces logiciels et la responsabilité en cas de défaillance
Tang A, CAR Journal 2018
Remplacement ?
Tang A, CAR Journal 2018
Messages IA = Réseau de neurones Tout le monde nous regarde ! Pas magique et complexe Il faut s’emparer du sujet ! Détecter des éléments sémiologiques
Enjeux Implémentation Cas d’usage Groupe de Validation travail … SFR-IA Éducation (JFR 2017) Impact économique Éthique et légal
Rôle majeur à jouer en France – écosystèmes Mission Standards Recherche Enseignement cas d’usage Radiologues – chercheurs Algorithme – industriels White Paper Validation clinque Intégration Workflow Data center
Les acteurs de demain … …. C’est vous !
Conclusion Et grâce à notre connaissance du sujet vous éviterez ceci Pour aller vers cela … Et si le sujet vous intéresse vous retrouverez bientôt MERCI DE VOTRE pleins d’information sur le site : ai-radiology.fr ATTENTION
Tang A, CAR Journal 2018
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