Le projet RADIO-AIDE

Le gliome^[1] cérébral de haut grade est la tumeur cérébrale la plus fréquente chez l'adulte avec environ 2400 nouveaux cas par an en France. Au cours des dernières années, le taux de survie des patients a augmenté grâce à l'association de traitements par chirurgie, chimiothérapie et radiothérapie. Cependant, la radiothérapie peut générer des lésions au niveau des tissus sains du cerveau qui sont irradiés lors du traitement de la tumeur ainsi que des déficiences neurocognitives comme des troubles de l'attention, de la vitesse d'exécution ou de la mémoire.  Ces troubles peuvent affecter la qualité de vie des patients.

Pour évaluer la toxicité d'un traitement par radiothérapie du cerveau sur le système nerveux central, l'étude de cohorte EPIBRAINRAD a été initiée en 2015 par l'IRSN en partenariat avec l'hôpital de la Pitié-Salpêtrière, l'Institut de Cancérologie Strasbourg Europe (ICANS) et le Centre Borelli (Unité Mixte de Recherche du CNRS et de l'Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay). Cette cohorte prospective inclut 261 patients volontaires traités par radiothérapie pour un gliome cérébral de haut grade à l'hôpital de la Pitié-Salpêtrière ou à l'ICANS. L'étude vise à estimer, au cours des 3 premières années suivant la radiothérapie, l'incidence et l'évolution de troubles cognitifs.  Pour chaque patient, le suivi comprend une évaluation clinique, plusieurs IRMs cérébrales ainsi que des évaluations neuropsychologiques. En 2019, les premiers résultats de l'étude mettaient en évidence plusieurs associations positives statistiquement significatives entre la distribution de dose délivrée par la radiothérapie et l'altération de certaines fonctions neurocognitives un an après le traitement (évaluation cognitive générale, mémoire épisodique verbale, vitesse psychomotrice).

Le projet de data science RADIO-AIDE (RADIation-induced neurOtoxicity assessed by spatio-temporal modelling combined with Artificial Intelligence after brain radiotherapy) s'intègre dans l'étude EPIBRAINRAD. Il contribue à répondre à certains de ses objectifs en se focalisant plus particulièrement sur l'analyse des IRMs cérébrales des patients de la cohorte.  Ce projet de recherche multidisciplinaire, coordonné par l'IRSN, a démarré en avril 2022 pour une durée de 4 ans.

[1] Tumeur affectant les cellules qui forment l'environnement des neurones.

L'objectif clinique principal du projet RADIO-AIDE est d'étudier les mécanismes neurotoxiques impliqués dans l'initiation et l'évolution temporelle de troubles cognitifs après une radiothérapie du cerveau. Un objectif annexe est d'étudier la radiorésistance à la radiothérapie de certaines structures cérébrales impliquées dans les fonctions cognitives.  

Pour atteindre ces objectifs, le projet RADIO-AIDE est basé sur le développement de modèles mathématiques spatio-temporels et d'algorithmes d'apprentissage automatique, à partir des données de la cohorte EPIBRAINRAD. A terme, RADIO-AIDE fournira aux cliniciens un outil logiciel de traitement automatisé d'IRMs cérébrales acquises en routine clinique. Cet outil permettra d'extraire à partir d'IRMs cérébrales et donc, de détecter précocement, différentes lésions aux tissus sains potentiellement prédictives de l'apparition de troubles cognitifs. Les modèles et algorithmes développés permettront de caractériser les lésions cérébrales extraites en tirant parti de leur dynamique d'évolution (spatiale et temporelle). Ils permettront également d'estimer l'association entre la dynamique d'évolution de ces lésions, la dose de rayonnements ionisants reçue au niveau des structures cérébrales pendant la radiothérapie et la survenue de troubles cognitifs. Enfin, ils permettront de prédire à un stade précoce l'occurrence de troubles cognitifs. Cela permettra à terme une prise en charge précoce et adaptée des patients concernés.

Les résultats obtenus dans RADIO-AIDE apporteront de nouvelles connaissances pour tous les domaines cliniques intéressés par la neurotoxicité potentielle de la radiothérapie cérébrale et pour l'expertise en matière de radioprotection.

Les outils développés auront potentiellement un fort impact pour l'accompagnement clinique des patients atteints de tumeur cérébrale en permettant de :

• Guider les décisions thérapeutiques
• Poser un diagnostic précoce du déclin neurocognitif
• Améliorer la qualité de vie des patients

La partie méthodologique du projet RADIO-AIDE contribuera à différents domaines scientifiques liés à l'analyse, la modélisation et au traitement d'IRMs cérébrales et, plus généralement, à la statistique et à l'intelligence artificielle.

Le logiciel développé pour caractériser automatiquement, à partir d'IRMs, les lésions aux tissus sains après radiothérapie du cerveau sera testé intensivement par les cliniciens au cours du projet. Cela constituera un moyen unique d'affiner et d'adapter l'outil aux besoins réels des cliniciens et d'évaluer son potentiel pour une intégration future dans les hôpitaux et les centres de radiologie.

Enfin, les résultats et les outils développés dans le projet RADIO-AIDE pourront être utiles pour d'autres types de tumeurs cérébrales, comme les gliomes de bas grade, qui surviennent souvent chez des patients plus jeunes avec une espérance de vie beaucoup plus longue et pour lesquels la détection précoce d'anomalies cérébrales et d'un éventuel déclin cognitif est fondamentale pour améliorer leur qualité de vie.

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