Biomarqueurs d'émission acoustique pour la détection et la surveillance de l'arthrose précoce du genou

Contexte de la maladie L'arthrose (OA) est une maladie très répandue et invalidante qui touche plus de 7 % de la population mondiale (528 millions de personnes). Cela limite considérablement leur mobilité et leur mode de vie indépendant. L'arthrose est principalement décrite par une perte de cartilage, des modifications structurelles des os et une inflammation de la synoviale et de la capsule articulaire. Les facteurs de risque courants comprennent le vieillissement, l’obésité, les lésions articulaires antérieures et la surutilisation. L'arthrose prend plusieurs années à se développer, avant que le patient ne consulte le médecin lorsque la douleur s'intensifie. Aux stades précoces, les patients sont asymptomatiques ou ne ressentent que des douleurs liées à l'activité. La douleur devient constante au fil du temps avec des épisodes de douleur intense et intermittente. Dans les régions du monde, le coût annuel moyen de l’arthrose pour un individu est estimé entre 700 et 15 600 dollars américains (2019). Par conséquent, l’arthrose a un impact socio-économique important en raison de ses coûts médicaux élevés, de ses retraites anticipées et de son absentéisme élevé au travail.

L'arthrose affecte généralement les hanches, les genoux, les mains, les pieds et la colonne vertébrale, avec une prévalence élevée d'atteinte polyarticulaire. Cette étude se concentre sur l'arthrose du genou.

Norme d'évaluation actuelle L'évaluation de référence actuelle de la gravité de l'arthrose du genou est basée sur une radiographie simple, utilisant le système de notation de Kellgren-Lawrence (KL), qui a été accepté comme norme par l'Organisation mondiale de la santé en 1961. Ce système n’évalue pas le tissu primaire affecté – le cartilage – mais uniquement l’aspect global de l’articulation. Il est donc impossible de détecter les stades précoces de l'arthrose et le diagnostic est souvent établi à un stade tardif, avec peu d'options thérapeutiques en dehors de l'arthroplastie du genou.

Méthodes d'évaluation alternatives Un diagnostic plus précoce et une meilleure stratification des patients sont nécessaires pour déployer des traitements préventifs contre l'arthrose. Les options de diagnostic précoce possibles comprennent l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et les marqueurs biochimiques. L'IRM peut être utilisée pour évaluer les modifications du volume, de l'épaisseur ou même de la qualité du cartilage. Cependant, son utilisation généralisée est limitée par son coût élevé, sa disponibilité et l'absence d'un score international validé. De nombreux marqueurs biochimiques sont actuellement à l'étude, mais jusqu'à présent, ils manquent de spécificité pour les tissus articulaires et pour des articulations particulières, et la sensibilité et la spécificité ne sont toujours pas suffisamment élevées pour une utilisation clinique généralisée.

Récemment, l’analyse acoustique a suscité un intérêt croissant comme alternative aux biomarqueurs conventionnels, en particulier pour l’articulation du genou où les surfaces articulaires mobiles mal lubrifiées génèrent des sons anormaux que l’analyse acoustique pourrait révéler.

Pertinence du projet La genouillère inmodi, développée à l'ETH Lausanne, est un dispositif conçu pour une évaluation de la santé du genou en mouvement. Sa technologie de base combine des capteurs acoustiques, thermiques et cinématiques et une analyse de données basée sur l'intelligence artificielle (IA) pour extraire des biomarqueurs pertinents de la fonction articulaire.

Les données préliminaires suggèrent que cette approche combinée pourrait permettre un diagnostic précoce non invasif de l'arthrose. Chez les chevaux, une forte association a été trouvée entre l’état de l’articulation et la puissance des signaux d’émission acoustique (AE) analysés. La combinaison de données (données acoustiques/données de mouvement) contient probablement plus d'informations sur la santé fonctionnelle du genou, mais ces données sont très lourdes (informatiquement) et une approche algorithmique comme l'IA semble la meilleure option pour extraire des paramètres significatifs et les combiner en biomarqueurs cliniquement utiles. . Récemment, les enquêteurs ont testé un prototype d'orthèse de genou inmodi chez dix-sept patients de la clinique peu avant l'arthroplastie totale du genou (PTG). Ces patients souffraient d’arthrose sévère sur la jambe opérée et légère à modérée sur la jambe controlatérale. Un algorithme d’apprentissage automatique a pu discriminer les états des jambes avec une spécificité de 0,96 (parfait = 1).

L'objectif de ce nouveau projet est d'explorer davantage le potentiel du système inmodi pour diagnostiquer l'arthrose à des stades précoces. Pour cela, les enquêteurs développeront une base de données de référence préliminaire dans une sous-population à risque de développer l'arthrose. L'identification et la validation de nouveaux biomarqueurs avec un algorithme d'IA nécessitent un ensemble de données de formation et un ensemble de données de test, tous deux comportant des biomarqueurs potentiels et des résultats cliniques de référence pour la validation. Cette base de données nécessitera une taille d'échantillon suffisamment grande pour être statistiquement solide afin d'éviter un surajustement statistique.

Les diagnostics non invasifs de la santé du genou devraient permettre d'identifier les patients à risque à un coût relativement faible et sans exposition aux radiations et permettre de mettre en œuvre des mesures préventives plus tôt qu'avec des mesures radiographiques standards.

Catégorie de risque A (minimal) : les procédures d'imagerie contiennent (1) une IRM des deux genoux, qui est non ionisante et (2) un scanner EOS de la jambe complète avec une dose de rayonnement beaucoup plus faible que la radiographie conventionnelle. Une autre procédure est le test fonctionnel avec la genouillère inmodi des deux jambes. La probabilité qu’un effet biologique sur les cellules se produise à cause du rayonnement X est très faible. D'autres risques sont d'ordre psychologique, liés au « surdiagnostic de dépistage », au stress claustrophobe et à l'inconfort sonore de l'IRM. Il existe en outre un risque pour la confidentialité des données, que les enquêteurs tentent de minimiser en respectant les règles légales et internes en matière de protection des données.