Искусственный интеллект (ИИ), основанный на глубоком обучении (ГО), вызвал огромный интерес во всем мире в последние годы. ГО получило широкое распространение в области распознавания образов, распознавания речи и обработки естественного языка, но только начинает оказывать влияние на здравоохранение.
В офтальмологии ГО применяется для фундусовых фотографий, оптической когерентной томографии и визуальных полей, обеспечивая надежную классификацию при обнаружении диабетической ретинопатии и ретинопатии недоношенности, глаукообразного диска, макулярного отека и возрастной макулярной дегенерации.
ГО в окулярной визуализации может использоваться в сочетании с телемедициной в качестве возможного решения для скрининга, диагностики и мониторинга основных глазных заболеваний у пациентов в учреждениях первичной медико-санитарной помощи и на местах. Тем не менее, существуют также потенциальные проблемы с применением ГО в офтальмологии, включая клинические и технические проблемы, объяснимость результатов алгоритма, медико-правовые вопросы, а также принятие врачом и пациентом алгоритмов "черного ящика" ИИ.
ГО может в будущем коренным образом изменить практику офтальмологии. Данный обзор представляет собой краткий обзор современных систем ГО, описанных для применения в офтальмологии, потенциальных проблем при клиническом применении и дальнейших действий.
Искусственный интеллект (ИИ) является четвертой промышленной революцией в истории человечества. Глубокое обучение (ГО) - это класс самых современных методов машинного обучения, вызвавший огромный глобальный интерес за последние несколько лет.
В ИИ используются методы представления и обучения с несколькими уровнями абстракции для обработки входных данных без необходимости ручной разработки функций, автоматически распознавая сложные конструкции в высокомерных данных через проекцию на низкоразмерные многообразия, по сравнению с обычными методами обработки, ГО достигла значительных высот, в том числе в области природного разнообразия.
В медицине и здравоохранении ГО применяется главным образом для медицинского визуального анализа, в котором системы ГО показали надежную диагностическую эффективность при выявлении различных заболеваний, включая туберкулез грудной клетки, злокачественных меланом на фотографиях кожи и метастазов лимфоузлов, вторичных раку молочной железы из секций тканей.
ГО также применяется для визуализации глаз, в основном для фотографирования дна и оптической когерентной томографии (ОКТ). Основные офтальмологические заболевания, для лечения которых применялись методы ГО, включают диабетическую ретинопатию (ДР) глаукому, возрастную макулярную дегенерацию (ДМС) и ретинопатию недоношенности (РОП). ГО также применялась для оценки ошибок рефракции и факторов риска сердечно-сосудистого заболевания (например, возраст, артериальное давление, состояние курения и индекс массы тела).
Основным преимуществом ГО в офтальмологии может быть скрининг, например, на ДР и СРП, для которых существуют хорошо зарекомендовавшие себя руководящие принципы. Другие заболевания, такие как глаукома, также могут потребовать скрининга и долгосрочного наблюдения. Однако скрининг требует огромных людских и финансовых ресурсов от систем здравоохранения как в развитых странах, так и в странах с низким и средним уровнем дохода.
Использование ГО в сочетании с телемедициной может стать долгосрочным решением для скрининга и мониторинга пациентов в учреждениях первичной офтальмологической помощи. В данном обзоре обобщены новые системы ГО для применения в офтальмологии, потенциальные проблемы в клиническом применении и возможные пути продвижения вперед.
Применение ГО в офтальмологии Диабетическая ретинопатия
К 2040 г. в мире 600 миллионов человек будут страдать диабетом, а треть из них будут страдать диабетом. Общий анализ 22 896 человек, страдающих диабетом, проведенный 35 исследованиями населения США, Австралии, Европы и Азии (в 1980-2008 гг.), показал, что общая распространенность любого ДР (в первом и втором типах) составила 34,6%, а стратегия профилактики диабета, представляющего угрозу для зрения, на 7% состоит в том, чтобы одновременно с лечением слепоты была принята во всех случаях.
Скрининг ДР может проводиться различными специалистами здравоохранения, включая офтальмологов, оптометристов, врачей общей практики, техников по скринингу и клинических фотографов. Методы скрининга включают прямую офтальмоскопию, биомикроскопию с использованием дилатационной щелевой лампы и ручной линзы (90 или 78 Д), мидриатическую или немидриатическую фотографию сетчатки, телеретинальный скрининг и запись видеоизображений с сетчатки.
За последние несколько лет ГО произвело революцию в диагностической эффективности обнаружения ДР. Используя эту методику, многие группы показали отличные диагностические характеристики. Ученые показали, что система ГО смогла достичь области под кривой рабочих характеристик приемника (AUC) 0.980, с чувствительностью и специфичностью 96.8% и 87.0%, соответственно, при обнаружении рефлективных ДР (макабетических или D), определенных как непатроспективные ДР (умеренные). Аналогичным образом, исследователи сообщили, что КАС составляет 0,97, используя перекрестную проверку одного и того же набора данных, и 0,94 и 0,95 в двух независимых испытательных наборах (Messidor-2 и E-Ophtha).