基于深度学习和智能手机的眼病预防与远程诊疗
英文标题dmeo
发布时间:2022-12-01 浏览:91
杨玉微,云东源,李龙辉,陈睛晶
当下,我国眼科的发展存在失衡现象,大城市与农村及偏远地区在眼科相关诊疗设施水平、诊疗技术等方面存在巨大差异,仍需探寻新的智能诊疗模式
以解决失衡问题。由于眼球是唯一可以直接观察人体血管和神经的器官,眼部可反映其他脏器的健康状态,部分眼科检查的医学图像可对眼部疾病做出
诊断等特点,眼科开展人工智能(artificial intelligence,AI)具有独到的优势。此外,人工智能可在一定程度上提高跨时间空间传递信息的精准度及效率。
人工智能在眼科及远程信息传递的优势为解决眼科发展失衡状况提供了助力。本文从眼科人工智能在眼科远程医疗相关应用的角度,主要分析并总结当
下我国人工智能在眼科相关疾病远程医疗中的发展程度、所具优势以及存在问题,并讨论眼科人工智能在远程医疗的应用展望。
前言
目前,我国医疗发展存在失衡问题,医疗资源分配偏倚,大城市拥有更多更优质医疗资源,而偏远地区及农村则出现一定程度的医疗资源短缺。这一情
况在眼科领域尤为严重。以近视防控为例,据中华医学会眼科分会统计,到2014年底,我国眼科医师约3.6万名,视光师不足4000人,而且全国70%的
眼科医生集中在大中型城市,基层眼科医生数量很少,远不能满足患者需求[1]。因此,寻求解决之法尤为重要。医学人工智能的引入,被认为是解决这
一问题的好方式。目前人工智能在眼科领域的运用多在影像学检查方面,比如眼底视网膜图像、光学相干断层扫描(optical coherence tomography,
OCT)、裂隙灯检查等。眼部图像检查的优势是图像精细、信息量大,依据医学图像可对的大部分眼科疾病做出诊断,比如年龄相关性黄斑变性[2]、糖
尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)[3]、早产儿视网膜病变(retinopathy of prematurity,ROP)、白内障、青光眼[4]等。由于眼球是人体上唯
一可以直接观察血管和神经的器官,眼部图像还可以提供很多血管和神经方面的信息以辅助其他疾病的诊断,如糖尿病、高血压、阿尔茨海默病等。随
着人工智能的推进,这些眼部图像检查还可以逐渐运用于眼科的各个场景,眼科远程医疗也囊括其中。人工智能在眼科领域的发展优势使得其在解决我
国眼科发展失衡问题方面提供了有效方法,并在眼科远程医疗的防筛诊治中予以应用。与此同时,随着人工智能在眼科远程医疗多个场景中得到使用,
在其优势得到不断放大的同时也暴露出许多潜在问题与挑战,这仍需要研究者不断探索予以解决。
一、人工智能在两种远程医疗研究常见眼病中的应用进展
1.1 人工智能在 DR 远程医疗筛查诊疗中的进展
DR为糖尿病并发症之一,血糖水平升高可损害患者视网膜微血管,导致视力下降或失明,危害患者的身心安全[5]。中国糖尿病患者DR患病率为24.7%
~37.5%[6]。早期筛查、诊断和及时治疗可避免98%的DR[7]。由于DR的患病率高、后果严重以及仅依据单一模式影像(眼底彩色照相)即可确诊等特点,
其因此成为眼科最早开展AI研究的疾病,也是研究最多最成熟的疾病[8]。鉴于此,AI在DR远程医疗的应用也相对其他眼科疾病更深入。目前,在早期
筛查方面,眼底照相技术能够在较短时间内获取不同视野范围的眼底及周边视网膜彩色图像,实现100°甚至120°超广角成像,简单易行。通过眼底照
相技术获取眼底图像,借助互联网数字传输视网膜图像,并进行DR诊断及分级[9]。这一方式可为DR的远程诊断提供更清晰准确的意见,提升医生效率
。在远程诊疗方面,视网膜激光导向治疗(navigated retinal laser therapy) [10]可运用图像叠加、运动稳定激光传输与图像跟踪,以治疗后极和周围视
网膜病变。通过将相关检查结果(眼底照片、眼底荧光血管造影或光学相干断层扫描厚度图)叠加到患者视网膜的实时活体图像上,从而运用到视网膜疾
病的治疗中[11]。Kozak等[12]经研究得出:视网膜激光导向治疗在远程治疗中已具有安全性和可行性。通过其辅助诊疗,可以在远距离情况下提高医生
治疗效果。
1.2 人工智能在 ROP 远程医疗筛查诊疗中的进展
ROP是早产儿和低体重儿发生的一种视网膜血管增生性病变,是目前导致婴幼儿视功能受损或盲的主要原因之一[15]。在全球范围内,估计有1900万儿
童患有视力障碍。其中,ROP占儿童失明的6%~18%,对儿童和家庭造成重大的社会心理影响[16]。ROP病情发展较快,如果能及时诊断治疗,则可较
快恢复,一旦错过最佳治疗时间,将会产生不可逆性损伤。ROP是目前小儿眼科中最受关注的AI研究和应用领域[17],这使得AI在ROP远程医疗中的研
究相对其他小儿眼科疾病更为广泛。在ROP筛查方面,Brown等[18]通过收集数据、图像分级、算法开发等步骤构建基于深度学习的算法用以进行ROP
诊断,并与ROP专家进行临床诊断对比,发现其所建立的算法诊断疾病熟练度可与专家媲美。由此提出将基于深度学习的筛查用于ROP远程医疗可能会
提高卫生保健提供的客观性、准确性和效率。
二、眼科人工智能在远程医疗中的优势
随着医疗科学技术的进步,眼科人工智能得到长足发展,其在远程医疗中的应用逐渐被发现并得以重视。人工智能的引入为远程医疗提供了发展的新方
向,具有诸多优势。
1) 减轻医生负担,提高工作效率。未引入人工智能进行远程医疗时,医生需人工对大量患者病情进行分析,而引入人工智能后,这一情况得到改善。例
如,在DR的远程筛查上,现如今可利用计算机图像自动识别与分析技术解决。如英国的iGradingM和ARIASs[22],美国的EyeArt[23]等,可显著降低
筛查工作的人力成本,减轻眼科医师的负担,减少检查者间的差异,扩大了筛查人群范围[24]。此外,Wu等[25]的一项关于AI平台在白内障的三级转诊
中应用的研究显示:与传统模式相比,若运用转诊模式使30%患者转诊后,眼科医生的服务人数将提高10.2倍。因此,人工智能与眼科远程医疗结合的
方式可有效提高眼科医生的工作效率。
2) 提高患者忠诚度及随诊率。人工智能的引入使得患者诊疗数据得到系统的监控。Long等[26]的一项关于先天性白内障的研究,利用个性化预测和远程
医疗计算的优势,创建AI代理的模式,同时引入一个预测-远程医疗云平台,用于白内障患者的长期治疗。这样的方式给患者提供了个性化的服务,及
时预测、推断患者情况,制订个体化的随访时间表,并可实现患者的远程就诊。这与传统的患者适应医院随访安排并到院就诊的模式相比,缩短了距离
,减少了就诊时间、成本,并使患者随访更具个性化,进而增加患者的依从性。
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