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Journal de radiologie
Vol 88, N° 1-C1  - janvier 2007
pp. 27-37
Doi : JR-01-2007-1-88-0221-0363-101019-200609510
pratique professionnelle
L’informatisation du signe radiologique
 

V Bertaud [1], I Belhadj [1], O Dameron [1], N Garcelon [1], L Hendaoui [2], F Marin [3], R Duvauferrier [1 et 3]
[1] EA 3888, Faculté de Médecine, IFR 140, Université de Rennes I, Rennes.
[2] Service d’imagerie médicale, faculté de médecine de Tunis.
[3] Département de Radiologie et Imagerie Médicale, Hôpital Sud, BP 90347, Rennes cedex 2.

Tirés à part : R Duvauferrier,

[4]  regis.duvauferrier@chu-rennes.fr

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L’objectif de cette mise au point est de présenter au radiologue les différentes théories du signe et les implications de ces théories sur la représentation de celui-ci dans nos systèmes informatiques.

Si toutes les théories du signe sont présentées, nous privilégions celles qui nous semblent les plus pertinentes pour expliquer les grands systèmes de représentation actuels comme DICOM SR (Digital Image Communication in Medicine — Structured Reporting) ou UMLS (Unified Medical Language System). Ainsi, une place particulière est faite à l’approche constructiviste de la notion de maladie, au processus de sémiose qui à partir de signes produit de nouveaux signes et à l’analyse structuraliste du signe au travers du langage.

La finalité de cette analyse est de montrer à quoi pourrait aboutir une représentation consensuelle du signe compréhensive par l’homme et traitable par les machines. Cette représentation dite ontologique a pour raison d’être une structuration sémantique du langage avec comme corollaire l’évolution de la médecine vers un statut de discipline réellement scientifique.

Abstract
Computerizing the radiological sign

The goal of this article is to present to the radiologist the different theories of the sign and their consequences for sign representation in computer systems.

All the theories of the sign are presented, but the most relevant are highlighted in order to explain the great modeling systems currently in use (such as DICOM-SR or the UMLS). The constructivist approach of the notion of disease, the semiosis process, which starting from signs produces new signs, and the structuralist analysis of sign through language are emphasized.

The purpose of this analysis is to end up with a consensual representation of the sign that can be understood by human beings and processed by machines. Such a representation, also known as an ontology, is based on a semantic organization of language, thus allowing medicine to become a truly scientific discipline. It aims at disambiguating the symbols given to machines, which will help us in our reasoning.


Mots clés : Signes , Ontologies , Informatique , Radiologie

Keywords: Sign , Ontology , Computer science , Radiology


Le signe est central en médecine, objet commun de notre pratique, nous l’utilisons sans trop nous en soucier. Cependant, donner sa signification au signe lui-même n’est pas chose aisée [1]. On pourrait s’en passer, sauf qu’on a décidé de le faire transiter par des ordinateurs et que maintenant on souhaiterait que ces ordinateurs nous aident à le retrouver et à l’analyser. L’objectif de la formalisation sémantique du signe en vue de son informatisation se retrouve dans plusieurs projets concernant directement le radiologue et pouvant dans un proche avenir venir modifier profondément sa manière de travailler. Ces projets destinés à lever les ambiguïtés du discours ont pour objet la recherche opérationnelle et ciblée sur le web, le compte rendu standardisé (DICOM SR), et leurs corollaires l’aide à la décision en ligne. Cette mise au point a comme but de donner à la communauté radiologique française les éléments lui permettant de comprendre les enjeux du traitement de l’information qui se met en place au niveau international et ses principes sous jacents.

La réflexion sur le signe en vue de son informatisation passe par de multiples voies, c’est probablement ce qui en fait la difficulté. Nous explorerons successivement toutes les réflexions actuelles pouvant avoir un impact sur la formalisation du signe : les réflexions philosophiques, logiques, structuralistes, normatives, terminologiques, pour terminer par la réflexion ontologique qui inclut les précédentes et conduit vers ce que l’on appelle maintenant le web sémantique.

L’œuf et la poule — Le signe et la maladie

La querelle des Universaux du Moyen-Âge perdure a l’âge du silicium. Cette querelle entre les tenants d’une vision idéaliste du monde et les tenants d’une vision réaliste a même pris une consistance inattendue dans la mesure où à chaque perspective correspond une manière de traiter les données médicales. De ce point de vue, la définition des concepts de maladies et de signes a une importance capitale pour l’informatisation du diagnostic médical et conditionne sa modélisation. Comme le dit A. Fagot-Largeault [2] : « Qu’est-ce qui fait l’unité d’une maladie, à travers la diversité de ses manifestations ? Sur ce point, les constructeurs d’automates diagnostiques se partagent entre deux tendances philosophiques respectables. Pour les réalistes, les maladies sont des espèces naturelles, qui expriment à travers la diversité de cas singuliers l’unité de leur étiologie ; nous ajustons au mieux nos concepts nosologiques aux variations évolutives de ces espèces naturelles. Ceux qui tiennent les entités nosologiques pour des regroupements plus ou moins artificiels de signes, qui doivent leur unité au consensus des experts, se rattachent à la tradition idéaliste. On pourrait imaginer que ce sont les logiciens et informaticiens qui cherchent les paradigmes dans la tête des experts, tandis que les médecins voient dans les maladies des êtres de nature plus que de raison, mais la réalité des choses est plus nuancée ».

On peut illustrer ces deux points de vue sur une représentation du monde telle qu’elle est admise par la communauté informatique dans le cadre du projet SUMO (Suggested Upper Merged Ontology) [3]. Cette représentation SUMO peut être séparée en une partie abstraite (ou idéelle) et une partie physique (ou réelle) (fig. 1) . Soit on se place dans la partie physique (symptôme et maladie sont alors considérés comme des entités du monde réel) et on considère que les maladies sont des processus qui sont les causes des symptômes, soit on se place dans la partie abstraite (signes et diagnostics sont alors considérés comme des représentations abstraites que chaque homme se fait d’une réalité) et on considère que les signes sont des propositions à partir desquelles on construit des diagnostics. Ces deux visions ne sont cependant pas contradictoires, mais elles imposent des précisions sur la terminologie.

Pour préciser la terminologie de la sémiologie médicale, nous pouvons suivre Rolland Barthes [4] dans les définitions du symptôme, signe, syndrome et de la maladie :

  • « Le symptôme, ce serait le réel apparent ou l’apparent réel ; disons le phénoménal ; mais un phénoménal qui précisément n’a encore rien de sémiologique, de sémantique. […]
  • En face du symptôme, le signe qui fait partie de la définition de la sémiologie médicale serait le symptôme additionné, supplémenté de la conscience organisatrice du médecin ; Foucault a insisté sur ce point : le signe, c’est le symptôme en tant qu’il prend place dans une description ; il est un produit explicite du langage en tant qu’il participe à l’élaboration du tableau clinique du discours du médecin ; le médecin serait alors celui qui transforme, par la médiation du langage — je crois que ce point est essentiel — le symptôme en signe. […]
  • Il me semble qu’une configuration stable et répétée des mêmes signes médicaux pourrait être appelée précisément le syndrome, qui serait alors linguistiquement l’équivalent de ce que l’on appelle le syntagme figé, c’est-à-dire le groupe de mots stéréotypés qui revient tout le temps congloméré de la même façon dans des phrases différentes, et qui, par conséquent, quoique étant lui-même composé en toute rigueur de plusieurs mots, deux, trois ou quatre, offre absolument la même valeur fonctionnelle qu’un seul mot. […] Ainsi, on pourrait se demander si le langage médical est soumis lui aussi, à une double articulation. Je dirai, dans un certain sens, oui, puisqu’il y a des unités distinctives et insignifiantes, des signes qui, à eux seuls, n’arrivent pas à signifier, qui sont combinés en unités signifiantes, et que, comme les phonèmes, chaque signe peut participer à plusieurs syndromes. […]
  • Le médecin rattache tous ces symptômes morbides, c’est-à-dire les signes, à une maladie ayant sa place dans le cadre nosologique. Le lieu du cadre nosologique est alors tout simplement un nom, c’est la maladie comme nom. […] En médecine, ce qui arrête cette espèce de recul ou de conversion du signifié en signifiant, c’est la pratique médicale, c’est le fait que le signifié, étant saisi en tant que nom de la maladie, on convertit dès lors le système sémiologique en problème de thérapeutique, on essaie de guérir la maladie et, par conséquent, à ce moment-là, on échappe à cette espèce de circuit vertigineux du signifiant et du signifié, par l’opératoire, par l’intrusion de l’opératoire qui est une sortie hors du sens. »

L’informatique traitant des symboles, il est sûrement préférable de placer le signe du côté « idéel » et de considérer que les diagnostics sont des constructions à partir de propositions que sont les signes. Ce choix peut aussi être motivé pragmatiquement par ses conséquences. En effet, la construction des « maladies » à partir des signes permet à celles-ci d’évoluer en fonction des connaissances nouvelles. Dans le cas inverse, on est obligé d’admettre le risque d’une remise en cause totale de la construction dès lors que les connaissances nouvelles remettent en cause la nosologie. Cette conception d’une maladie construite a été reprise par Hoffmann [5] qui considère que la maladie est une invention technologique dans la mesure où la technologie crée de nouvelles entités, change et différencie les entités existantes. Cette capacité des technologies à fabriquer des maladies est liée à leur capacité de produire de nouveaux signes. Pour ces raisons elles modifient les taxonomies médicales. Par ailleurs, en augmentant la sensibilité du diagnostic la technologie augmente aussi la prévalence des maladies.

Un système à base de connaissances médicales fondé sur l’élaboration du diagnostic de maladie à partir de signes laissera cependant toujours une question concernant l’interprétation des signes appelés « diagnostics » et des réalités appelées « maladie » [6]. Sans parler d’erreur diagnostique, le diagnostic ne sera toujours qu’un certain point de vue plus ou moins complet sur une maladie dont on ne connaîtra jamais tous les aspects. Ceci n’empêche cependant pas de faire de la médecine et d’en faire de mieux en mieux en contrôlant les croyances issues des signes et des connaissances par nos actions thérapeutiques et diagnostiques. C’est le pragmatisme au sens de Peirce qui valide nos connaissances en les confrontant au réel [7]. C’est d’ailleurs la justification de « l’evidence based medicine ».

Les ou la théorie des signes

« Un signe est tout objet ou évènement qui renvoie à un autre objet ou évènement ». Cette définition du dictionnaire permet d’exprimer toutes les sortes de renvois qui ont justifié différents courants de pensées. Pour illustrer ces écoles de pensées et ces renvois on peut reprendre le triangle sémiotique et donner les différentes dénominations de ses sommets [8] (fig. 2) .

Pour préciser la définition du signe en médecine, nous en resterons à la sémiotique de Peirce déjà bien décrite par A. Wackenheim [9] pour les radiologues. L’importance de cette sémiotique de Peirce dans la conception informatique a par ailleurs été étudiée par B. Morand [10].

Le postulat central fondant le projet sémiotique de Peirce pourrait se ramener à l’affirmation suivante : le monde (au sens du cosmos) ne nous est accessible que comme représentation, sous la forme d’artefacts où les signes sont construits. Le monde réel, référentiel n’est pas directement accessible par l’intelligence. Ceci est bien en accord avec les définitions idéalistes du signe et du symptôme vues précédemment. Peirce se considère cependant comme un réaliste notamment parce qu’il appuie sa théorie sémiotique sur le pragmatisme : par sa transformation en action le signe est confronté à la réalité ce qui permet de juger de sa vérité… et par voie de conséquence de la réalité.

Pour Pierce « Un signe est une relation conjointe avec la chose dénotée et avec l’esprit ». C’est une relation ternaire entre trois « sous-signes » : un objet, un représentant et un interprétant. Autrement dit, un signe est « quelque chose, tenant lieu de quelque chose pour quelqu’un, sous quelque rapport, ou à quelque titre ». Cette définition a le mérite de montrer qu’un signe entretient une relation solidaire entre trois pôles au moins (et non pas seulement deux comme chez Saussure) : la face perceptible du signe : « representamen » ou signifiant (St), ce qu’il représente « objet » ou référent, et ce qu’il signifie : « interprétant » ou signifié (Sé). Cette triangulation représente bien aussi la dynamique de tout signe en tant que processus sémiotique, dont la signification dépend du contexte de son apparition comme de l’attente de son récepteur : une photographie (St) représentant un groupe de personnes (référent) peut signifier, selon le contexte « photo de famille » ou, dans la publicité, « joie » ou « convivialité » (Se).

Par ailleurs, dans la lignée d’Aristote et de Kant, Peirce a cherché à rendre compte de toute l’expérience humaine. Comme eux il retient le principe de catégories fondamentales mais n’en retient que trois comme essentielles contrairement à Aristote qui en retenait cinq (l’essence, le quantifié, le relatif, la qualité, l’agir et le pâtir) ou Kant qui retenait quatre jugements fondamentaux (le jugement de qualité, de quantité, de relation et le jugement de modalité). Ces catégories existentielles sont désignées par Peirce comme « priméité », « secondéité », « tiercéité ». Ce sont des « modes d’être » qui relèvent de la phénoménologie. En première approche, la Priméité est la catégorie de ce qui est tel qu’il est, indépendamment de quoi que ce soit d’autre : c’est l’être ou l’essence ou bien un possible ; la Secondéité est l’être de ce qui est par autre chose : c’est l’existence et la nature ; la Tiercéité est l’être de ce qui est en mettant en relation un premier et un second : en somme, c’est la pensée et la culture.

Partant de cette définition du signe et des trois catégories existentielles de Peirce, il est possible de faire une classification prenant en compte son niveau catégoriel et son rapport à lui-même, à l’objet et à l’interprétant (tableau I) .

Cette pensée est complexe, elle est actuellement abondamment reprise par Umberto Eco dans son œuvre de sémioticien, elle avait semblé extrêmement prometteuse à Auguste Wackenheim pour la radiologie. Pour la rendre plus facile à comprendre on peut essayer de décomposer les signes de la sciatique vus par un médecin généraliste dans ces trois trichotomies (tableau II) .

Il est important de voir que les catégories des signes ne sont pas exclusives. La relation indiciaire à l’objet présuppose la relation iconique ; la relation symbolique à l’objet présuppose les deux relations indiciaires et iconiques. En fait, ce tableau est orienté de gauche à droite et de haut en bas, les signes les plus avancés dans le tableau reposent sur des signes de plus bas niveau.

Au-delà de cette représentation logique, le projet sémiotique est une théorie complète de la connaissance : à la fois une logique et une théorie cognitiviste. La connaissance, la compréhension, l’intelligibilité des signes sous lesquels le monde se présente à nous se font par un traitement ou manipulation des signes à l’aide d’autres signes. Ce nécessaire enchaînement des signes, Peirce l’appelle la sémiose. C’est en ce sens que la théorie des signes (sémiotique) est une théorie cognitiviste. Le travail de traitement des signes, par d’autres signes, est un processus, un mouvement d’avancée des signes, du savoir. Nous sommes individuellement et collectivement l’occasion donnée à des signes de poursuivre leur mouvement de sémiose : c’est en ce sens que les signes sont pensée. Le caractère infini de l’analyse sémiotique s’accorde ainsi à la nature du signe, en tant qu’il renvoie à un autre signe, son interprétant, lui-même renvoyant à un autre interprétant, et ceci, ad infinitum. Dans notre exemple, le mouvement de sémiose peut s’apprécier dans la communication du signe de sciatique analysé par un généraliste et communiqué au radiologue pour confirmation (tableau III) .

Cette théorie du signe a des conséquences sur l’informatisation des signes en médecine. Au-delà d’une simple description, le signe est une proposition (vraie ou fausse) et peut même être un argument. Par ailleurs, le signe ne peut être limité dans sa représentation : il doit inclure non seulement ce que nous appelons communément le signe, mais aussi son contexte d’apparition dans toutes ses composantes et notamment les connaissances déjà présentes de celui qui le reçoit. La structure du signe s’il est décomposé en unités élémentaires est complexe.

La structure du signe

Pour un signe donné (que ce soit un terme simple ou une description) il est possible de le représenter par un ensemble de traits sémantiques [11] :

  • homme = Animé + Humain + Mâle + Adulte
  • femme = Animé + Humain + Femelle + Adulte
  • garçon = Animé + Humain + Mâle – Adulte
  • fille = Animé + Humain + Femelle – Adulte

On peut décomposer des sémèmes (unités de sens) par leurs sèmes (unités minimales de sens). Cela peut se faire comme ci-dessus par un tableau faisant apparaître leurs propriétés sémiques comme précisions sémantiques. Si les sèmes retenus sont discriminants (absent ou présent pour chacun des sémèmes), il est possible de représenter tous ces sémèmes sous forme d’arbres (autrement appelé taxonomies).

L’aspect inévitablement encyclopédique de telles représentations oblige à ne considérer les traits sémantiques définitoires que dans une unité culturelle donnée, c’est-à-dire en fonction de la représentation du monde de l’interprétant. Cette représentation peut d’ailleurs être elle-même pragmatiquement limitée à la représentation utile pour l’interprétant. Comme le dit Eco [12] « pour décrire les propriétés d’un individu dans un monde textuel, notre intérêt est de privilégier les propriétés qui apparaissent comme essentielles aux buts du topic […] L’essentialité d’une propriété est topico-sensible. » Partant de là Eco définit l’interprétation [13] : « par interprétation on entend l’actualisation sémantique de tout ce que le texte, en tant que stratégie, veut dire à travers la coopération de son Lecteur Modèle. »

Cette représentation d’un signe par ses traits sémantiques peut être rapprochée des phrases de Carnap-Ramsey [14] qui ont pour but d’éliminer les termes théoriques de nos représentations (exprimant des objets non observables) en les remplaçant par les termes empiriques (exprimant les objets directement observables). Les phrases de Carnap-Ramsey sont une manière de définir des termes dans un énoncé quelconque sans faire appel à des termes extérieurs à l’énoncé. Il s’agit d’une méthode qui permet d’ajuster la définition d’un terme présent dans un énoncé selon la fonction linguistique qu’il remplit par rapport aux autres termes. En prenant, à titre d’exemple, l’énoncé suivant « On a visualisé sur un cliché de télé thorax une image ronde, de tonalité hydroaérique, à contour net », on aura :

  • Définition de cliché : serait ce sur quoi nous avons visualisé une image ronde de tonalité hydroérique…
  • Ronde : la forme de l’image qu’on a visualisé sur…
  • Hydroérique : la texture de l’image ronde… qu’on a visualisée sur…

Les phrases de Carnap-Ramsey peuvent être aussi perçues comme une théorie fonctionnelle de la représentation des connaissances. La pensée fonctionnaliste que recouvre les phrases de Ramsey traduit d’une certaine manière les divers états mentaux de la connaissance et leur capacité à déterminer notre manière d’interpréter différemment les choses du monde selon qu’on soit médecin, informaticiens, ou physicien : pour un médecin une image ronde dans un cliché est une lésion qu’on a pu observer, pour un informaticien c’est un ensemble de pixels avec des niveaux de gris différents, pour un physicien ce sera une partie de la matière qui a absorbé une certaine quantité de rayons X.

Dans les phrases de Carnap-Ramsey, les termes théoriques peuvent être récursivement décomposés en phrases de Carnap-Ramsey jusqu’à ce qu’elles ne contiennent plus que des termes observables. Les phrases de Carnap-Ramsey sont donc un mélange de termes théoriques, de termes observables et de relations entre ces termes : les termes observables et les relations permettent de définir les termes théoriques. Concernant le signe, les phrases de Carnap-Ramsey ne sont rien d’autre que la définition d’un signe complexe (arthrite) par sa description (épanchement associé à une déminéralisation et des géodes péri-articulaires…). Il est à noter que les phrases de Carnap-Ramsey contiennent les phrases de Ramsey qui au-delà de la définition des termes théoriques à partir des termes observables permettent de définir une théorie en évitant les paradoxes d’une définition basée sur une représentation taxonomique des concepts. Il est dit que cette représentation des types est non pas Ramifiée, mais Ramseyfiée [15]. Ramsey nous dit « The best way to write our theory seems to be this (∃ α, β, γ) : dictionary axioms [16] ». L’énoncé de Ramsey d’une théorie nous dit simplement qu’il y a des propriétés qui ont diverses relations entre elle et avec les termes d’observation de la théorie. La théorie est ainsi remplacée par des phrases générales existentielles dont les termes spécifient les relations de ces entités à des observations. Les phrases de Ramsey s’écrivent sous la forme existentielle suivante :

x1 … xn [S1(x1 … xn) ∧ S2(x1 … xn) ∧ … ∧ Sj (x1 … xn)]

Cette formulation indique qu’il existe un ensemble x1 … xn qui manifeste les propriétés S1, S2, …, Sj. La constitution de cet ensemble est contingente, c’est-à-dire n’est issue que de l’expérience, et donne une définition explicite des variables justifiant l’argument. L’ensemble des variables n’influant en rien sur la structure de la description elle-même peut changer au long de l’investigation sans problème. Ceci permet de supporter la sémiose. En effet, il faut considérer que le processus de sémiose engendrant de nouvelles connaissances dans cet univers modifie les ensembles de traits sémantiques définitoires. Pour ce qui nous concerne on peut donc écrire une théorie du diagnostic radiologique de la façon suivante :

Théorie du diagnostic radiologique : … le motif de l’examen, les caractéristiques du patient, le ou les signes radiologiques, ses connaissances antérieures, permettent au radiologue de produire un nouveau signe radiologique et/ou une recommandation d’action.

Les mots en gras représentant les termes théoriques sont alors transformés en variables : Motif de l’examen x1, Caractéristiques du patient x2, Signes radiologiques x3, Connaissances antérieures x4, Recommandation d’action x5. La phrase existentielle de Ramsey est alors : ∃x1 ; ∃x2, ∃x3, ∃x4, ∃x5 […le x1 , les x2 , les x3 , ses x4 permettent au radiologue de produire une x5 ]. On peut alors définir chacun des termes : Un signe radiologique = un x3 tel que ∃x1 ; ∃x2, ∃x3, ∃x4, ∃x5, ∃x6 [… et le x1 , les x2 , les x3 , ses x4 permettent au radiologue de produire une x5 ].

De la même façon, on peut en reprenant les phrases de Carnap-Ramsey définir les signes radiologiques interprétés par rapport aux signes directement observables de la description radiologique.

Théorie du signe radiologique : … Un signe radiologique peut être : soit observé, c’est alors un signe élémentaire avec des caractéristiques visuelles et une localisation anatomique, vu sur une modalité d’imagerie ; soit interprété avec un niveau de certitude à partir d’un signe élémentaire ou d’une collection de signes élémentaires partiellement ou totalement regroupés en un ou plusieurs signes composites.

Les mots en gras sont comme précédemment transformés en variables : Signes radiologiques x3, Signe élémentaire x6, Caractéristiques visuelles x7, Localisations anatomique x8, Modalité d’imagerie x9, Niveau de certitude x10

Signe composite x11. La phrase de Carnap-Ramsey se présente comme l’association de termes observables et de termes interprétés, ses derniers étant définis par rapport aux premiers : ∃x3 ; ∃x6, ∃x7, ∃x8, ∃x9, ∃x10, ∃x11 […Un x3 peut être : soit observé, c’est alors un x6 avec des x7 et une x8, vu sur une x9 ; soit interprété avec un x10 à partir d’un x6 ou d’une collection de x6 partiellement ou totalement regroupés en un ou plusieurs x11].

Avec les phrases de Ramsey, une classe correspond à une combinaison de propriétés, et une propriété peut être utilisée dans différentes combinaisons. Les classes sont donc des descriptions plus ou moins affinées mais sans hiérarchie. Il s’agit donc d’une taxonomie descriptive bien différenciable des taxonomies hiérarchiques. Le système n’est pas un système ensembliste, mais un système combinatoire plat (non hiérarchique) de propriétés sous formes de prédicats. Il répond aux exigences formelles de non contradiction et aux exigences pragmatiques de descriptions précises. La logique de premier ordre n’est pas mise en défaut dans cette représentation. Les phrases de Ramsey permettent de constituer a posteriori des regroupements de signes élémentaires ou de comparer des classes sur la base d’une partie de leurs propriétés sans référence à ce qu’elles représentent ce qui évite les paradoxes.

Pour préciser la description des signes au domaine de l’imagerie médicale on peut reprendre les travaux de Douglas Bell [17] sur la radiologie. Il a étudié le concept de signe en imagerie médicale à partir d’une représentation en graphes conceptuels. Son modèle est basé sur le continuum entre les signes et les diagnostics ce qui est conforme à ce qui a été dit précédemment (fig. 3 et 4) . Pour lui :

  • par définition, un signe (« finding ») est une interprétation (un nodule est un signe, des calcifications non) ;
  • un signe élémentaire est un signe qui ne peut être décomposé (opacité, hypersignal, aspect grossier de la trame osseuse, etc.) ;
  • un signe composé est une interprétation de signes élémentaires : tumeur lytique maligne = tumeur + lyse osseuse + contours irréguliers + rupture corticale ;
  • « has interpretation » est une relation d’un signe élémentaire à un signe composé ;
  • un signe composé peut être associé à un index de certitude ;
  • le diagnostic est un signe composé relié à une étiologie (has etiology).

Les relations des instances du signe se font par rapport aux procédures diagnostiques, et par rapport aux localisations anatomiques (revealed by ; has location).

Les signes peuvent être modifiés par les états d’attributs (qualifier : description de forme/attribute : forme/status : rond, irrégulier).

Ce modèle réalisé en ascendant (« top-down ») a été vérifié par une évaluation descendante (« bottom-up ») sur des comptes rendus radiologiques. Il est apparu robuste notamment parce qu’il prenait en compte le fait, que dans leurs descriptions, les médecins omettent souvent les signes élémentaires et utilisent fréquemment des signes composés déjà très élaborés (aspect scanographique d’angiome vertébral). Les auteurs considèrent que ce modèle conceptuel peut être inclus dans un outil pour construire des bases de connaissances sémiologiques dans différents domaines.

La représentation du signe dans DICOM SR (Digital Image Communication in Medicine — structured reporting)

DICOM SR [21] est un objet DICOM qui permet de gérer des liens entre éléments textuels, images, mesure sur images, etc. et donc d’envisager la création de documents multimédia. En accord avec HL7, DICOM SR est destiné à devenir un élément de l’architecture de données médicales (CDA : Clinical Document Architecture) en cours de développement pour la version 3 d’HL7. DICOM SR n’est pas un simple compte rendu, il n’est pas non plus une simple présentation de compte rendu. Par sa structure il apporte du sens aux termes et peut même les lier aux zones d’une image. Le DICOM SR possède une structure hiérarchique sous forme d’un arbre composé de nœuds de différents types reliés par des relations spécifiées (fig. 5) .

Avec une telle structure il est possible d’envisager tous les types de comptes rendus possibles. Pour chacun des types de compte rendu il est cependant nécessaire d’établir le modèle et le vocabulaire pouvant être utilisé par le modèle (fig. 6) .

La partie 16 de DICOM [19] est apparue en 2001 et évolue très vite depuis. Elle reprend tous les éléments de codage et de terminologie apparaissant sur les objets DICOM (images, comptes rendus structurés, signaux physiologiques…), elle est donc considérée comme le DICOM Content Mapping Resource (DCMR). On retrouve dans ce document les classements des termes en domaines d’application (identifiés par Context groups ID : CID) à partir desquels sont construits des gabarits de données (identifiés par Template ID : TID), qui constituent la base des comptes rendus structurés dans les différents domaines d’application. Pour le moment, les comptes rendu de mammographie, de radiologie pulmonaire et de cardiologie sont décrits. Pour aider à comprendre les structures possibles, nous pouvons représenter l’architecture d’un gabarit général fictif (TID) en précisant les groupements terminologiques qu’il pourrait appeler (CID) et les relations qu’il mettrait en œuvre (fig. 7) .

Un compte rendu a d’abord un contexte d’observation (HAS OBS CONTEXT) qui concerne l’observateur, le sujet et la procédure. Les CID mobilisés pourraient être les suivants :

  • en ce qui concerne l’observateur, le CID 7452 (Organisational Roles), le CID 7453 (Performing Role) ;
  • pour ce qui concerne le sujet, le CID 7455 (sexe), le CID 7457 (Units of measure for age) ;
  • pour ce qui concerne la procédure, la référence est le CID 29 (Acquisition Modality).

Ces procédures peuvent avoir des contextes d’acquisition à préciser (HAS ACQ CONTEXT) qui peuvent concerner la région explorée avec les CID 4 et 4031 (Anatomic Region), ou la projection radiologique explorée avec le CID 4009 (DX Anatomy Image) qui est souvent associé à des modificateurs de concepts (HAS CONCEPT MOD) comme ceux du CID 4010 (DX View) et du CID 4011 (DX View Modifier).

Outre ces éléments que sont les contextes d’observation de l’image et notamment la procédure d’imagerie (Procedure), le compte rendu standardisé reprend l’histoire du patient (History), les résultats de l’examen (Finding), l’impression générale sur l’examen (Impression), la recommandation au correspondant (Recommendation) et la conclusion (Conclusion).

  • L’histoire du patient est un élément essentiel. Elle inclut la raison de l’examen. Pour la mammographie on retrouve le CID 6051 (Breast procedure reason).
  • L’impression est représentée pour le sein par le CID 6027 (Assessment from BIRAD) avec ces 6 niveaux d’évaluation : 0 examen non performant, 1 examen normal, 2 lésion bénigne ne nécessitant pas d’examen supplémentaire, 3 lésion probablement bénigne mais nécessitant une surveillance, 4 lésion probablement maligne nécessitant une biopsie, 5 lésion certainement maligne.
  • La recommandation au correspondant pour le sein est contenue dans le CID 6029 (Recommended follow-up from bi-Rad) et elle précise la conduite à tenir en fonction de l’impression.
  • Les « Findings » sont multiples dans le lexique DICOM. Il s’agit surtout des « lesion finding » (élément lésionnel ou anomalie) éventuellement précisés par un « finding modifier » (modificateur lié à une anomalie visuelle) qui précise par exemple que la ligne vue sur la radiographie est un niveau liquide.

Les standards internationaux DICOM et DICOM-SR sont maintenant incontournables en radiologie et en médecine. Ils constituent une partie importante de l’interopérabilité des machines et des applications. L’analyse de DICOM SR montre que ce modèle de présentation des informations sémiologiques est pertinent par rapport aux contraintes philosophiques, logiques et structurelles du signe en radiologie telles que nous les avons définies précédemment notamment pour les entités concernées et leurs relations. Systèmes de représentations des informations, il manque cependant à DICOM SR une couche sémantique qui permettrait l’interopérabilité totale. Cette couche sémantique nécessite l’utilisation d’une terminologie fondée sur une représentation conceptuelle des connaissances.

Le signe dans les terminologies et la base conceptuelle de l’UMLS (Unified Medical Language System).

L’UMLS® [20] (Unified Medical Language System) de la NLM est composé d’un Metathesaurus regroupant une centaine de terminologies utilisées en médecine (MeSH, SNOMED, ICPC, CIM,…) [21]. Ce Metathésaurus est organisé en un million de concepts. De ce fait, l’UMLS est à ce jour la plus importante ressource de concepts médicaux au monde. Les concepts de cette base sont catégorisés par un ou plusieurs types sémantiques (finding, disease or syndrome sont deux types sémantiques). Les types sémantiques au nombre de 135 sont organisés eux-mêmes en réseau à partir de 54 relations (Semantic Network).

Pour montrer la richesse de cette ressource on peut montrer l’exploitation en ligne du Metathesaurus et du Semantic Network. L’interrogation du Metathesaurus à partir d’un terme médical permet l’affichage du Code de concept auquel il correspond dans la base (CUI : Concept Unique Identifier), ses synonymes, sa définition, ses traductions, ses ascendants et descendants, etc. (fig. 8) . L’interrogation dans les mêmes conditions du Semantic Network donne l’accès à la situation générale du concept dans le réseau (fig. 9) .

L’intérêt d’une représentation conceptuelle des connaissances et de la sémiologie est essentiel. La représentation conceptuelle permet en effet de s’amender des synonymes, d’avoir accès aux traductions, de retrouver les concepts liés hiérarchiquement ou non.

Les types sémantiques impliqués dans la sémiologie sont : « disease or syndrome », anatomical abnormality », « finding », « sign or symptom ». Cependant, lorsqu’on analyse les concepts sémiologiques dans l’UMLS on note un certain flou dans leur catégorisation, certains concepts appartiennent à plusieurs types sémantiques, d’autres trouveraient peut-être mieux leur place dans un autre type sémantique [22]. L’UMLS permet quand même de s’affranchir de l’aspect linguistique et fournit un référentiel d’indexation nécessaire à l’interopérabilité. Cependant, il n’est pas assez formel pour permettre un raisonnement automatique complexe. Cela souligne donc l’intérêt d’une approche complémentaire pour formaliser les signes en radiologie.

Les perspectives de représentation formelle des signes radiologiques

Pour réaliser des raisonnements automatiques, il est nécessaire de disposer d’une représentation formelle et explicite des connaissances. « Une ontologie est une spécification explicite d’une conceptualisation » [23]. C’est une représentation formelle dont le but est d’établir une représentation de la sémantique des informations pour que la machine puisse manipuler ces unités de sens en traitant les symboles qui lui sont fournis. Une ontologie est donc une modélisation des connaissances d’un domaine. Elle définit les concepts du domaine ainsi que les relations entre ces concepts. Les ontologies s’apparentent aux terminologies mais elles sont plus expressives. Généralement, les terminologies sont seulement des hiérarchies de termes dans lesquelles la relation structurante est la seule relation de généralisation-spécialisation. Les ontologies vont bien au-delà en permettant de définir toutes sortes de relations entre les concepts. Les ontologies spécifient généralement beaucoup de relations, ce qui leur confère une grande expressivité. Un autre avantage des ontologies est qu’il existe de nombreux formats traitables par un ordinateur, ainsi elles peuvent être à la fois compréhensibles de manière intuitive par l’homme et traitables par un ordinateur. Les ontologies décrivent un domaine de manière explicite exprimant une vision partagée d’un domaine qui peut être communiquée entre personnes et entre systèmes informatiques. Les ontologies permettent donc de rendre explicites pour les systèmes informatiques les connaissances implicites habituellement uniquement disponibles dans la tête des chercheurs et des cliniciens. Ceci permet de développer des applications informatiques « intelligentes ». Les ontologies sont utilisées de manière extensive par les chercheurs en biologie et en informatique. Envisager une ontologie de signes en radiologie consiste donc à définir les concepts de signes et à en représenter l’organisation en réseau taxonomique et sémantique, c’est-à-dire en formalisant les aspects différentiels et référentiels de ces concepts.

RadLex préfigure l’approche ontologique du signe en radiologie. RadLex est une initiative du RSNA [24]. Son objectif est d’offrir une structure unique pour indexer et retrouver des ressources en radiologie. Ce lexique est actuellement conséquent pour la radiologie thoracique mais n’aborde pas les autres spécialités. RadLex unifie et complète les autres lexiques comme ACR Index, Snomed, UMLS, Fleishner Society Glossaries, et DICOM. Le lexique RadLex repose sur une classification multiaxiale. Les catégories sont générales (identifiant patient, histoire clinique), spécifiques de l’imagerie (acquisition, traitement, affichage, image observée, qualité d’image, niveau de certitude, relations, niveau d’expertise), spécifiques de la spécialité radiologique (localisation anatomique, signes, recommandations, conclusions qui expriment le niveau de risque suivant une cotation de type BI-RADS). Depuis son origine en 2003, on observe plusieurs avancées avec l’enrichissement du lexique notamment en matière d’anatomie radiologique. Sur le plan opérationnel on peut considérer RadLex comme une initiative de sociétés savantes de spécialités radiologiques destinée à permettre la création de nouveaux TID et CID dans DICOM-SR pour leur spécialité. C’est d’ailleurs ce qui s’est produit pour la radiologie pulmonaire.

Pour le moment, RadLex n’est qu’un lexique radiologique. Les définitions des termes, les synonymes, les relations entre les termes ne sont pas formalisés comme dans une ontologie. Le passage du lexique Radlex à une ontologieformelle suppose une représentation conceptuelle des termes Radlex dans une hiérarchie unique de façon à ce qu’un concept ne soit qu’à un seul endroit de la représentation et ne corresponde qu’à un type sémantique. Ce n’est qu’à cette condition qu’il sera possible de représenter les signes radiologiques de façon sémantique dans un modèle et qu’ils pourront être reconnus par l’ordinateur.

Les travaux consistant à réaliser des ontologies spécialisées en radiologie sont en cours, ils permettront de proposer un modèle informatique du signe qui ouvrira la porte à des applications d’informatique sémantique telles que l’aide à la décision, ou l’aide à la réalisation de comptes-rendus structurés. L’utilisation des complémentarités des projets DICOM-SR, UMLS, RadLex dans cette perspective est prometteuse d’autant que les langages informatiques existent pour traiter ce nouveau type d’informations (OWL : Web Ontology Langage). Les représentations des hiérarchies de concepts (fig. 10) et de relations (fig. 11) de cette ontologie permettent de comprendre le sens d’un terme inclus dans ce treillis : le signe radiologique est une combinaison de signes relatifs au statut du patient, à l’expertise du radiologue, à la modalité mise en œuvre, au contexte de soin, à la région explorée et enfin à l’image. Le modèle informatique du signe (d’une telle ontologie) dans le langage UML (Unified Modeling Language) destiné à concevoir et produire des applications informatiques peut dès lors être représenté (fig. 12) .

Cette perspective est une conclusion provisoire. Elle permet seulement de comprendre que le signe radiologique comme le signe médical en général a pris un statut formel nécessaire à l’évolution de la médecine en tant que discipline définitivement scientifique et rendu obligatoire avec l’informatisation des données médicales dans DICOM, maintenant DICOM SR et bientôt dans le Dossier Médical Partagé (DMP). Nous sommes peut-être un peu loin des images métaphoriques en « trognon de pomme » et en « tromblon », mais cette évolution nous permettra, sans aucun doute, d’échanger nos informations d’une manière rigoureuse et d’aller interroger avec plus d’efficacité les bases de connaissances en croissance exponentielles sur le Web.

Références

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National Electrical Manufacturers Association. Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM), part 16: Content Mapping Ressource. Rosslyn, Va: NEMA, 2001. Available at: http://medical.nema.org/dicom/2003.html
UMLS Knowledge Source Server Version 4.2.3 available at: http://umlsks.nlm.nih.gov/kss/servlet/Turbine/template/ admin,user,KSS_login.vm
Liste des vocabularies sources de l’UMLS: click Here
Bertaud V, Lasbleiz J, Mougin F, Marin F, Burgun A, Duvauferrier R. Toward a unified representation of findings in clinical radiology. Stud Health Technol Inform 2005;116:671-6.
Grubber T. A translation approach to portable ontology specifications. Knowledge Acquisition 1993;5:199-220.
Radlex. A Lexicon for Uniform Indexing and Retrieval of Radiology Information Resources. available at: click Here




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