Newswise — The power of artificial intelligence (AI) in medicine lies in its ability to find important statistical patterns in large datasets. A recently published study is an important proof of concept for how AI can help doctors and brain tumour patients make better treatment decisions.

Meningiomas – tumours that arise from the membranes that surround the brain and spinal cord – are the most common primary central nervous system tumour, with an incidence of 8.14 per 100,000 population. While they generally have better outcomes than other brain tumours, there is a great deal of variability in aggressiveness. Being able to predict malignancy and accurately estimate survival is therefore incredibly important in deciding whether surgery is the best option for the patient. 

In this study, researchers from The Neuro (Montreal Neurological Institute-Hospital) and the Montreal Children’s Hospital of the McGill University Health Centre trained machine learning algorithms on data from more than 62,000 patients with a meningioma. Their goal was to find statistical associations between malignancy, survival, and a series of basic clinical variables including tumour size, tumour location, and surgical procedure. 

While the study demonstrated that the models could effectively predict outcomes in individual patients, the researchers emphasised the need for further refinements using larger sets that include brain imaging and molecular data. 

They also developed an open-source smartphone app to allow clinicians and other researchers to interactively explore the predictive algorithms described in the paper. They hope that making the app entirely free and open source could help future projects translate newly developed machine learning algorithms to real-world clinical practice. The app is available here for demonstration: www.meningioma.app 

Jeremy Moreau, a PhD candidate and the study’s first author, says the idea of the app was to make the predictive models accessible for the average clinician. While more work is necessary before it can be used in clinic, Moreau says putting it in the hands of doctors allows them to give suggestions that will be needed for further development. 

“We have gotten great feedback on how the app can be used to explore how different clinical factors might influence malignancy and survival,” says Moreau. “We believe it provides a unique entry-point for furthering the translatability and transparency of machine learning models, which too often remain impossible for the average clinician to evaluate because of the time and programming knowledge this would require.” 

The study was published in the journal npj Digital Medicine on January 30, 2020. The study was funded by the Foundation of the Department of Neurosurgery and was also undertaken thanks in part to funding from the Canada First Research Excellence Fund, awarded to McGill University for the Healthy Brains, Healthy Lives Initiative. Moreau also received training awards from the Fonds de recherche du Québec – Santé (FRQS) and the Foundation of Stars. Moreau is co-supervised by Sylvain Baillet, a neuroscientist at The Neuro and Dr. Roy Dudley, a clinician-scientist at The Montreal Children’s Hospital. Patient data was accessed through the National Cancer Institute’s Surveillance, Epidemiology, and End Results Database. 

 

The Neuro

The Neuro – The Montreal Neurological Institute and Hospital –  is a world-leading destination for brain research and advanced patient care. Since its founding in 1934 by renowned neurosurgeon Dr. Wilder Penfield, The Neuro has grown to be the largest specialized neuroscience research and clinical center in Canada, and one of the largest in the world. The seamless integration of research, patient care, and training of the world’s top minds make The Neuro uniquely positioned to have a significant impact on the understanding and treatment of nervous system disorders. In 2016, The Neuro became the first institute in the world to fully embrace the Open Science philosophy, creating the Tanenbaum Open Science Institute. The Montreal Neurological Institute is a McGill University research and teaching institute. The Montreal Neurological Hospital is part of the Neuroscience Mission of the McGill University Health Centre. For more information, please visit www.theneuro.ca 

En médecine, le pouvoir de l’intelligence artificielle (IA) réside dans sa capacité à détecter des tendances statistiques dans de grands ensembles de données. Une étude majeure publiée aujourd’hui vient démontrer comment l’IA peut orienter les patients ayant une tumeur au cerveau et leurs médecins dans leurs choix thérapeutiques.

Le méningiome – qui prend naissance dans les membranes entourant le cerveau et la moelle épinière – est le type de tumeur du système nerveux central le plus courant, avec 8,14 cas par 100 000 personnes. Si le pronostic est généralement meilleur que pour les autres tumeurs cérébrales, le degré de virulence est très variable. C’est pourquoi il est extrêmement important de savoir prédire la malignité et le temps de survie pour déterminer si l’intervention chirurgicale est la meilleure option pour le patient. 

Dans cette étude, des chercheurs du Neuro (Institut et hôpital neurologiques de Montréal) et de l’Hôpital de Montréal pour enfants du Centre universitaire de santé McGill ont entraîné des algorithmes d’apprentissage automatique à partir des données de plus de 62 000 patients ayant un méningiome. L’objectif était de déceler des associations statistiques entre la malignité, le temps de survie et d’autres variables cliniques de base telles que la taille de la tumeur, son emplacement et la nature de l’intervention chirurgicale effectuée. 

Bien que l’étude prouve la valeur prédictive des modèles pour chaque patient pris individuellement, les chercheurs insistent sur la nécessité de perfectionner les algorithmes à l’aide d’ensembles de données plus riches, dont des données moléculaires et d’imagerie cérébrale. 

L’équipe de recherche a créé une application ouverte pour téléphone intelligent qui permet aux cliniciens et aux autres chercheurs d’essayer par eux-mêmes les algorithmes prédictifs qu’elle décrit dans son article. Elle espère que la nature entièrement libre et ouverte de l’application favorisera, dans le cadre de projets futurs, l’utilisation des nouveaux algorithmes d’apprentissage automatique sur le terrain. L’application est accessible ici, aux fins de démonstration seulement : www.meningioma.app

Jeremy Moreau, doctorant et auteur principal de l’étude, explique que l’application vise à rendre les modèles prédictifs accessibles au clinicien moyen. Même si l’outil devra être retravaillé avant de servir en contexte réel, l’étudiant-chercheur affirme qu’en le mettant entre les mains des médecins, son équipe peut obtenir leurs suggestions d’améliorations. 

« Beaucoup de gens nous ont expliqué comment ils utilisaient l’application pour se figurer l’influence des différents facteurs cliniques sur la malignité et la survie, poursuit le doctorant. Nous la voyons comme un point d’entrée unique pour accroître l’applicabilité et la transparence des modèles d’apprentissage automatique, trop souvent impossibles à évaluer pour le clinicien moyen, qui ne dispose ni du temps ni des connaissances en programmation nécessaires. » 

L’étude a été publiée le 30 janvier 2020 dans la revue npj Digital Medicine. Financée par la fondation du Département de neurochirurgie, elle a aussi été possible grâce au Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada, qui a versé une subvention à l’Université McGill pour son programme Cerveau en santé, vie en santé. Jeremy Moreau a également reçu des bourses de formation du Fonds de recherche du Québec – Santé (FRQS) et de la Fondation des étoiles. Ses travaux sont supervisés par Sylvain Baillet, neuroscientifique au Neuro, et le Dr Roy Dudley, clinicien-chercheur à l’Hôpital de Montréal pour enfants. Les données des patients proviennent de la base de données du programme Surveillance, Epidemiology, and End Results du National Cancer Institute.

Le Neuro

L’institut et hôpital neurologiques de Montréal – le Neuro – est un chef de file mondial dans les domaines de la recherche sur le cerveau et des soins avancés. Depuis sa création en 1934 par le Dr Wilder Penfield, une sommité en neurochirurgie, il est devenu le plus grand établissement de recherche et de soins cliniques au Canada, et l’un des plus grands sur la scène internationale. Conjuguant recherche, soins aux patients et formation des grands esprits de demain, le Neuro est particulièrement bien placé pour améliorer la connaissance et le traitement des affections du système nerveux. En 2016, il est devenu le premier établissement au monde à adopter sans réserve le concept de science ouverte en créant l’Institut de science ouverte Tanenbaum. Établissement de recherche et d’enseignement de l’Université McGill, l’Institut neurologique de Montréal s’inscrit dans la mission neuroscientifique du Centre universitaire de santé McGill. Pour en savoir plus, consultez le www.mcgill.ca/neuro/fr.

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