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Journal Français d'Ophtalmologie
Vol 28, N° 4  - avril 2005
pp. 396-400
Doi : JFO-04-2005-28-4-0181-5512-101019-200503696
Diagnostic et traitement des glaucomes
Aide de l’informatique
 

F. Paycha, G. Nepoux (in memoriam), O. Roche, P. Dureau, Y. Uteza, J.-L. Dufier
[1] Service d’Ophtalmologie, Hôpital Necker-Enfants Malades, Paris.

Tirés à part : F. Paycha,

[2] 39, rue Caulaincourt, 75018 Paris. paycha_fra@yahoo.fr

Cette communication orale a été présentée lors du 109e congrès de la SFO en mai 2003.


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Diagnostic et traitement des glaucomes. Aide de l’informatique

Bien que peu familiers aux praticiens, des outils intellectuels dont l’algèbre de Boole, l’analyse combinatoire et leurs techniques informatiques d’application proposent de nouvelles solutions aux problèmes classiques du diagnostic. Quelle que soit la complexité de l’observation, la réponse provient toujours d’un ensemble de connaissances fini et le problème devient dès lors celui de l’exploitation d’un ensemble de données. Il n’y a pas d’invention dans l’établissement du diagnostic. Les raisonnements traditionnels sont variables, personnels et fragiles, mais redondants et ils peuvent donner lieu à quatre sortes d’erreur par omission ou confusion, aux temps séméiologiques et dialectiques. Alors que les capacités physiologiques de l’esprit et de la mémoire limitent les évocations à quelques parties du problème des glaucomes, les solutions informatiques en appréhendent la totalité, soit 3 000 tableaux. À chaque interrogation, le programme examine chacun des 3 000 cas, ce qui élimine les quatre sortes d’erreur. Le caractère probabiliste des données qui obère la fiabilité des conclusions issues de raisonnements complexes est traité par les probabilités ajustée. Ces aides au diagnostic, dont le thesaurus est constamment actualisé, ne peuvent être utilisées que par un ophtalmologiste, seul capable de juger la pertinence des propositions. En retour, elles lui assurent que le patient bénéficie de toutes les connaissances, y compris des plus récentes avancées de la science.

Abstract
Computer-assisted diagnosis and therapy for glaucoma

Boolean algebra, or combinatory analysis and their related computer routines, can provide invaluable help in resolving classic diagnostic problems. However complex each case may be, the diagnosis is always made from a finite set of data, and the fundamental problem is thus how to exploit this data. Invention no longer has a place in ascertaining a diagnosis. Traditional ways of reasoning are numerous, personal, and fragile, but fortunately redundant. They may give rise to four types of error: omission or mistake (an error of judgment), either during the semiotic or the dialectic stages. Whereas the physiological capacity of the human brain and memory only enables it to make a limited number of hypotheses concerning certain aspects of glaucoma, computer programs can take the total number of hypotheses into account, i.e., 3000. For every input the program explores each of the 3,000 items, thus eliminating the four types of error. The probabilistic nature of data, which compromises the confidence one can have in conclusions resulting from such complex reasoning, is treated by the adjusted probabilities. The use of such diagnostic aids, whose thesaurus is updated regularly, is reserved for ophthalmologists, the only authority capable of assessing the pertinence of the computer responses. Consequently, the specialist can rest assured that the patient has benefited from the most comprehensive and updated knowledge in medical science.


Mots clés : Diagnostic , traitement , glaucomes , sémantique , informatique

Keywords: Diagnosis , therapy , glaucoma , semantics , computer assistance


INTRODUCTION

L’analyse sémantique, l’algèbre de Boole, l’analyse combinatoire, le calcul des probabilités et la théorie des graphes proposent de nouvelles conceptions du diagnostic qui sont ici appliquées aux glaucomes. L’informatique les transcrit et la réussite de l’application apporte la preuve de leur justesse. Ces concepts et ces techniques sont radicalement différents des approches classiques. Ils sont transcrits dans des programmes exploités par la puissance, la souplesse et la fiabilité de l’informatique, précisément ici le Visual basic de Microsoft. Ils peuvent à juste raison surprendre et même choquer les cliniciens. En effet, comme les raisonnements qui les justifient utilisent des notions très éloignées des concepts médicaux traditionnels actuels, ils paraîssent aux praticiens plus contraignants que convaincants.

Au milieu du xix e siècle, lors de l’introduction des statistiques en Médecine, les conditions intellectuelles d’incompréhension étaient comparables car les travaux mathématiques dans le domaine des probabilités, tels ceux de Laplace (Théorie analytique des probabilités, 1812), de Poisson (loi de Poisson, 1812), ou de Gauss (courbe en cloche, 1830), ne faisaient pas partie de la culture médicale. Les applications médicales qui en découlaient, présentées en 1836 par Louis à l’Académie Royale de Médecine, avaient suscité quelque intérêt mais surtout l’incompréhension et l’opposition d’esprits pourtant éclairés comme Claude Bernard qui tenait ces applications pour « un empirisme paresseux ». Mutatis mutandis, la culture médicale traditionnelle actuelle faisant peu de cas des méthodes modernes du traitement de l’information, leurs applications en Médecine sont souvent mal comprises et dès lors ignorées par les praticiens.

Ce texte vise à montrer l’utilité, puis la nécessité d’utiliser en Médecine ces idées nouvelles qu’entérine la rigueur de l’informatique.

LE DIAGNOSTIC CLASSIQUE
Nécessité, buts et limites du travail

Tous les problèmes de diagnostic sont des problèmes de documentation et de mémorisation. Or, ils vont se compliquant avec l’accroissement constant du volume des données que les solutions traditionnelles ne peuvent plus maîtriser, d’où cette nouvelle réponse. Ce travail strictement limité à l’étude objective de l’établissement du diagnostic tient pour avérées les données qu’il utilise, qui sont tirées des traités et des articles publiés dans les revues ophtalmologiques et s’interdit tout jugement de valeur. Il étudie une consultation à l’exclusion des épreuves thérapeutiques.

Le diagnostic traditionnel ; description schématique : structure et mécanismes

Il existe autant de formes de diagnostic que de consultations [1]. À cette diversité anecdotique s’oppose l’identité ou au moins la convergence des conclusions diagnostiques de plusieurs ophtalmologistes, au sujet d’un même patient. Cet accord démontre l’existence d’un raisonnement rationnel, commun à tous les praticiens et à toutes les variétés de diagnostic. Le but de la première partie de ce travail est la description de ces éléments communs. Dans toutes ces formes, dont la complexité quelquefois en apparence inextricable, paraît défier l’analyse, il est toujours possible d’individualiser deux phases régulièrement présentes, constantes, souvent intriquées, d’importance très variable [2] :

  • la phase séméiologique comporte le recueil des symptômes et la recherche des signes. La distinction classique entre symptômes relevés et signes mis en évidence n’a qu’un intérêt formel : signes et symptômes sont tenus pour synonymes ;
  • la phase dialectique est l’interprétation des signes. Les signes que présente le patient sont rapprochés de ceux de maladies décrites. Le diagnostic est posé lorsque le cas du malade est identifié signe par signe à un cas déjà connu, ou tout du moins, rapproché d’un cas connu.

Cette description individualise plusieurs facteurs : l’observation, les données générales, les connaissances du praticien, et deux mécanismes : le rapprochement et l’identification.

Dans l’établissement du diagnostic, quatre sortes d’erreurs possibles

Dans la phase séméiologique, un signe peut ne pas être vu : par exemple, une atrophie du feuillet pigmenté peut échapper à la transillumination, il s’agirait d’une erreur par omission ; un signe peut être mal interprété : par exemple, un angle étroit peut être pris pour un angle fermé ; il s’agirait d’une erreur par confusion. Dans la phase dialectique, un tableau a pu être omis devant une hétérochromie ; l’éventualité d’une cyclite de Fuchs n’a pas été évoquée [3]. Un tableau peut être mal interprété ; on peut citer en exemple une subluxation du cristallin à zonule étirée qui a été rapportée à tort à une homocystinurie, celle-ci rompant la zonule alors que sa distension relève d’une maladie de Marfan. Le diagnostic est posé par une identification entre l’observation et un cas antérieurement connu.

L’hypothèse inverse confirme ce mécanisme : on ne saurait poser le diagnostic d’une maladie qu’on ignore. Quelquefois, lorsque l’identification n’est pas possible faute de cas de référence suffisamment proche de l’observation, le diagnostic est posé par approximation ou rapprochement utilisant des notions le plus souvent pathogéniques, elles-mêmes fragiles et utilisant une logique différente.

Les diagnostics posés par identification utilisant des descriptions sont plus sûrs. Si Ob désigne l’observation, Ma, Mb, les différentes maladies, la logique du diagnostic positif est Ob = Me accessoirement confirmée par celle du diagnostic différentiel dont la forme est : Ob > ≪ Mc, Ob > ≪ Md où Mc, Md, sont différentes maladies.

En effet, dans la pratique courante, et avec une probabilité très proche de 1, il n’y a pas d’invention dans l’établissement du diagnostic.

Les données : structure, volume, complexité, évolution

Les données utilisées dans l’établissement du diagnostic consignent la présence des signes dans les maladies sous la forme d’énonciations. Ce mot ancien est très diversement interprété par les sémanticiens qui en ont donné de nouvelles acceptions.

Pragmatiquement, en médecine, une énonciation se définit comme une structure logique qui se compose de trois éléments : un sujet, le plus souvent un nom ; une copule, liaison logique, égale dans le cas le plus simple ; et un prédicat qui est l’ensemble des données rattachées au sujet.

Par exemple, la maladie de Graefe comporte des altérations du champ visuel, signe sv ; une excavation de la papille, signe se ; un angle ouvert, signe so, et quelquefois, des hémorragies sur la papille, signe sh. L’énonciation correspondante est : maladie Ma = les signes sv, se et so, et quelquefois le signe sh.

Toutes les connaissances descriptives sont de la forme de l’énonciation ou peuvent se mettre sous cette forme. Le volume des données mesuré empiriquement en nombre de pages des traités, et en nombre de publication croît constamment. Et leur complexité croît encore plus vite par le jeu des rappels croisés comme le montre la théorie des graphes. Enfin, toutes les causes sont réunies pour que cette évolution au moins continue sinon s’accélère.

Les connaissances du praticien : nature, structure, volume et conséquences

– À coté des données livresques, le praticien utilise aussi des données acquises par expérience : elles ont la structure d’un tableau où tous les signes sont sur un même plan.

L’hypothèse la plus simple, confirmée par l’observation, est que la mémorisation mêle les données livresques et les données d’expérience. Pour preuve, un ophtalmologiste qui, lors de ses stages hospitaliers, n’aurait jamais vu de glaucome aigu le diagnostiquerait quand même. En effet, la forme livresque qui note la fréquence d’un signe dans une maladie donnée : « si Ma, alors souvent signe sc » n’est pas adaptée aux mécanismes du diagnostic.

Or, le raisonnement qui établit le diagnostic suit un sens inverse basé essentiellement sur des relations qui vont du signe au diagnostic : « si signe sf, alors maladie Mc ».

– Si la plasticité de l’esprit et les diversités personnelles de mémorisation et de réflexion excluent les descriptions trop formelles, il est possible cependant d’ébaucher quelques schémas. Pour des raisons pratiques, nous mémorisons vraisemblablement nos connaissances sous forme de modules.

L’hypothèse la plus probable est qu’un module regroupe les notions relatives, à la clinique du GCAO du jeune, un autre les indications des bêtabloquants et leurs contre-indications, un autre les descriptions des glaucomes du vieillard… Ainsi, lorsque certaines données changent, pour mettre à jour nos connaissances, nous n’avons à modifier seulement qu’un module. L’inconvénient de cette fragmentation est qu’elle limite parfois le diagnostic différentiel.

– Mais le volume des connaissances mémorisées est toujours inférieur au volume des données connues, et donc l’exhaustivité nécessaire dans les raisonnements risque de pas être atteinte.

De plus, comme tous les faits mnésiques sont sujets à l’oubli, ils doivent périodiquement être rafraîchis. Ainsi la fragilité du raisonnement traditionnel tient à plusieurs causes dont les unes relèvent de la nature de notre science, et les autres des contraintes imposées par les limites de nos capacités mnésiques et intellectuelles. Ce sont, en particulier :

  • le caractère probabiliste des énonciations ;
  • la structure d’exposition livresque inverse de leur utilisation ;
  • l’absence de contrôle de l’exhaustivité de l’observation ;
  • les difficultés séméiologiques techniques ;
  • l’absence de raisonnements de contrôle de la phase dialectique ;
  • le fractionnement des connaissances ;
  • la nécessité de rafraîchissement et d’actualisation constantes ;
  • la difficulté de l’esprit de faire des revues générales sans faille ;
  • le cumul possible de plusieurs causes d’erreur.

Enfin l’absence de contrôle systématique dérobe toutes ces erreurs à l’attention de celui qui les commet, c’est le mécanisme psychologique du poisson d’avril.

Cependant, l’étude du raisonnement traditionnel est utile par la mise en évidence de ses points faibles qui, d’une part, désignent les circonstances où l’attention du médecin doit être particulièrement vigilante, et d’autre part, décrivent le cahier des charges d’une approche informatique. Ce programme d’aide au diagnostic et au traitement ADT satisfait point par point ces conditions et évalue la fiabilité des propositions qu’il avance.

AIDE AU DIAGNOSTIC ET AU TRAITEMENT : ADT
Nouveaux moyens et nouveaux principes

L’analyse combinatoire, l’algèbre de Boole, la théorie des graphes ouvrent de nouvelles voies au diagnostic que l’informatique confirme.

Cette application choisit de conserver les termes cliniques traditionnels.

Définition et écriture du problème

Le problème et la solution de trouver un tableau d’après sa description sont des classiques informatiques étudiés et résolus par les banques de données. La solution s’obtient par comparaisons et inclusions successives.

Une bibliothèque exhaustive, un ensemble fini

Depuis 1992 où Nash et Lindquist [3] ont rapporté un cas de glaucome aigu bilatéral par effusion ciliaire chez un sidéen, il n’a pas été publié une nouvelle forme de glaucome. En pratique, il est possible d’écrire des traités exhaustifs tels ceux de Epstein [4] ou de Ritch [5], qui décrivent tous les glaucomes sous forme de tableaux jointifs et qui contiennent donc la réponse à tous les cas. Ils sont au nombre d’environ 3 000. La densité des échanges entre ophtalmologistes et les revues qui les transcrivent garantissent cette exhaustivité. La capacité de la mémoire permet de consigner dans un fichier infaillible chacune des maladies dont l’ensemble constitue le corpus.

Signes classiques

Les signes issus de techniques actuelles de laboratoire, les potentiels évoqués visuels, par exemple, sont exclus au moins pour le moment en attendant la preuve qu’ils sont utiles ou indispensables. Les signes retenus sont de pratique quotidienne, objectifs, décrits précisément ou quantifiés et leurs normes sont fixées. Ils sont indépendants les uns des autres. Ces signes qui forment le thesaurus sont choisis de manière à ce qu’aucune forme de glaucome n’existe qui n’en comprenne au moins un. Cette condition élimine les erreurs par omission. Ils sont au nombre de 85. Ces signes, dans un premier temps, sont considérés comme équivalents.

Majeure ou mineure, la qualité d’un signe n’apparaît qu’après que le diagnostic soit posé. Ainsi, un fuseau de Kruckenberg peut être le signe majeur d’un syndrome traumatique ou le signe mineur d’une irido-cyclite tumorale. Évoquer la qualité d’un signe pour poser le diagnostic revient à utiliser les conclusions dans les hypothèses. Donc dans cet ensemble fini, avant de poser un diagnostic, tous les signes sont tenus pour équivalents [6], [7].

Écriture des 3 000 tableaux du corpus par les 85 signes du thesaurus

Le nombre C des combinaisons possibles écrites avec R des 85 signes est donné par la formule : C = 85 !/R ! (85 – R) !, avec 0 ! = 1.

Pour R = 1, C = 85.

Or, le plus souvent un tableau comporte 2 signes ou plus ; pour R = 2, C = 3 750 ; pour R = 3, C = 98 770, etc., donc bien plus que les 3 000 tableaux observés. Si saa, sab, sac, … sdm désignent chacun des 85 signes, une écriture est possible où chaque énonciation est différente des autres :

Ma = sac, sav ; Mb = saa, scr, sbf ; Mc = saf, sbk, …

Mz = sai, sbt, sca, soit ici 3 000 tableaux, et donc 3 000 énonciations.

Les maladies considérées comme équiprobables

Comme chaque tableau est décrit différemment des autres, une analyse booléenne suffit à l’identification ; les prévalences et les incidences sont inutiles. Les évaluations de fiabilité et de signification sont faites sur le diagnostic positif par le calcul des probabilités ajustées.

Identification par un double mécanisme

L’égalité : Ob = Me classique dans le diagnostic traditionnel est contrôlée par l’ensemble des inégalités puisque le corpus est un ensemble fini : Ob > ≪ Ma, Ob > ≪ Mc, Ob > ≪ Md,… où l’ensemble (Ma, Mb,… Mz sauf Me) représente les (3 000 – 1) maladies.

Prévention des erreurs

Pour éviter les erreurs par confusion, pour chaque signe sont rappelés la définition, les normes et les diagnostics différentiels. Pour éviter les erreurs par omission, le thesaurus comprend 85 signes : aucune forme de glaucome n’existe qui n’en comporte au moins un. Pour éviter les erreurs par confusion, chaque tableau est exactement décrit. Pour éviter les erreurs par omission, à chaque interrogation, chacun des 3 000 tableaux est examiné un à un puis retenu ou rejeté.

Évaluation de la fiabilité des résultats. Les probabilités ajustées

Une donnée statistique de valeur faible, et surtout rapportée à un individu, telle la probabilité absolue du Glaucome chronique à angle ouvert, GCAO p (GCAOabs)# 2 %, n’a aucune application pratique immédiate. Aucun signe n’étant spécifique du glaucome, la probabilité de chacun des signes qui le décrivent est supérieure à celle du GCAO.

Dès lors approximativement, celle d’une excavation de la papille peut être évaluée à p#5 %, une TIO supérieure à 21 mmHg, p#10 %, un angle ouvert, p#95 %, des altérations du CV, p#15 %.

Le cas d’un patient présentant ces quatre signes peut être interprété comme :

  • une coïncidence fortuite d’évènements indépendants. La probabilité de cette coïncidence, pFortuite, est égale au produit des probabilités de chacun des éléments, soit = 5 %*10 %*95 %*15 %.
  • Soit pFortuite = 71250/100ˆ4, soit # 0,07 %.
  • un GCAO, de probabilité absolue pGCAOabs # 2 %. La comparaison de ces deux hypothèses calcule la probabilité ajustée du GCAO, pGCAOajus qui est alors égale à : pGCAOajus = pGCAOabs/(pGCAOabs + pFortuite), soit pGCAOajust = 2/100/(2/100 + 0,07/100), soit environ #96 %.

Comparé aux données de base, ce chiffre mesure le gain d’information apporté par ces méthodes dans l’état actuel de nos connaissances sur les glaucomes. Ce calcul confirme la notion intuitive qu’un diagnostic est d’autant plus assuré que l’observation est complète.

Le principe de l’hypothèse unique

Une tension intra oculaire peut relever entre autres d’un GCAO ou d’une Hypertonie solitaire ; une séméiologie même affinée ne permet pas de distinguer sûrement une excavation due à une maladie de Graefe de celle due à un GCAO, non plus d’ailleurs que les origines des autres signes.

L’observation précédente pourrait alors s’interpréter comme une somme booléenne par la concomitance d’une maladie de Graefe de probabilité p (Gra)#1 %, et d’un GCAO.

D’où deux hypothèses :

  • il s’agit d’une seule maladie, un GCAO, p (GCAO) = 2 % ;
  • il s’agit de deux maladies indépendantes dont la probabilité de la concomitance, p (conc) est égale au produit des probabilités de chacun des deux évènements : p (Gra)*p (GCAO), soit : p (conc) = 2 %*1 % soit 2/100ˆ2. La probabilité de l’hypothèse unique p (unique) qui seule explique tous les signes de l’observation est : p (unique) = p (GCAO)/(p (GCAO) + p (conc)).

Soit p (unique) # 0,99. Ce calcul explique et justifie le principe traditionnel de l’hypothèse unique, celle qui à elle seule explique tous les signes de l’observation.

Réalisation pratique

Contenu sur une disquette de 3,5 pouces, le programme écrit en Visual Basic est d’un emploi intuitif facile sur un PC modeste, au moins processeur 8086 ou équivalent et Windows® 95. La phase séméiologique et le contrôle des propositions en réservent l’emploi uniquement aux ophtalmologistes.

Limites

Ce programme pose des questions psychologiques, notamment celles touchant la mémorisation des tableaux, et des questions logiques touchant la nature des copules et la structure des énonciations. La définition des signes par plages pathologiques impose des limites arbitraires, celle des quartiles extrêmes de la courbe de Gauss, et empêche le suivi du malade.

CONCLUSION

Immédiatement, les nouveaux outils d’analyse et de maniement de l’information apportent au médecin une solution pratique aux problèmes nés de l’accroissement du volume et de la complexité des données. À côté de ce programme pour les glaucomes, sur ces mêmes concepts, un autre sur la neuro-ophtalmologie est en cours d’écriture. Ils expliquent et confirment des postulats traditionnels souvent implicites. Leurs développements précisent par la réciproque, la structure et le fonctionnement de nos mécanismes intellectuels, puis, éludant le goulot d’étranglement que représentent les limites physiologiques de mémorisation et d’évocation, ils ouvrent la voie à une nouvelle épistémologie de la consultation.

Visual basic est une marque de Microsoft.

Références

[1]
Paycha F. Cybernétique de la consultation, Paris : Gauthier-Villars ; 1963.
[2]
Paycha F. et Paycha A. Un programme d’aide au diagnostic par identification (PADI), système expert pour les hypertonies acquises de l’adulte. J Fr Ophtalmol, 1986;9;485-91.
[3]
Henkind Ph D, Starita R, Tarrant T. Atlas des glaucomes, Toulouse : Alcon; 1987.
[4]
Epstein DL. Glaucoma, 4e édition, Baltimore : Williams et Wilkins ; 1997.
[5]
Ritch R, Shield M, Krupin T. Glaucomas (2nd édition), Saint Louis : Mosby Company ; 1996.
[6]
Paycha F, Paycha A. Ordinateurs pour ordonnances, Paris : Eyrolles ; 1984.
[7]
Paycha F, Paycha A. Système expert clinique pour le diagnostic et le traitement des glaucomes chroniques à angle ouvert. J Fr Ophtalmol, 2001;241:107.




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