基于AI眼科診療技術(shù)發(fā)展的研究

陳澤君，趙靖康，何媛

（西安醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院，陜西 西安）

0 引言

在政府工作報告中已經(jīng)將“人工智能”列入，并已經(jīng)成為國際競爭力和經(jīng)濟關(guān)注重點，在各個領(lǐng)域逐漸滲透，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。很多眼部疾病主要依據(jù)眼科檢查結(jié)果進行診斷，影像學(xué)檢查是眼科輔助檢查的主要方式。眼部圖像比較復(fù)雜，具有較大信息量，還會受醫(yī)生臨床經(jīng)驗和知識水平影響，使得人力物力不斷增加。給予人工智能技術(shù)，可對診治效率進行提高，降低了醫(yī)生的工作壓力，有利于醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展和進步。當(dāng)前，大量智能化應(yīng)用技術(shù)在眼科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對疾病各個環(huán)節(jié)診治具有非常重要意義，本研究以早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變?yōu)槔?，主要圍繞人工智能技術(shù)的眼科診療技術(shù)發(fā)展方向進行探討，內(nèi)容如下。

1 疾病預(yù)測

1.1 早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變預(yù)測模型與篩查

早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變是低體重和早產(chǎn)兒常見的一種疾病，對患兒視力造成嚴(yán)重影響，是視力損害的重要原因[1]。早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變不僅病情發(fā)展迅速，同時具有非常短的最佳治療時間，如果患者病變惡化，則會對患者預(yù)后產(chǎn)生嚴(yán)重影響。對患者進行及時治療和篩查，可降低早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變誤診率[2]。我國當(dāng)前對早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變具有非常單一的篩查模式，不僅費用較高，同時會增加醫(yī)生工作量，治療效果欠佳。當(dāng)前對患者篩查面臨非常多的問題，相關(guān)學(xué)者對已經(jīng)對篩查預(yù)測模型進行建立，例如兒童醫(yī)院早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變模型、新生兒早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變模型和早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變評分等[3]。早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變診治水平、發(fā)病率和疾病特點存在明顯地區(qū)差別，因此模式具有非常低普適性。傳統(tǒng)Logistic回歸分析方法建立在預(yù)測模型中應(yīng)用較多，Logistic回歸模型不僅使用廣泛，但是也存在一定缺陷，出現(xiàn)復(fù)雜錯綜非線性關(guān)系和多變量時，則會對預(yù)測能力產(chǎn)生影響[4]。

1.2 預(yù)測疾病方法

疾病預(yù)測的經(jīng)典回歸分析方法主要包括Cox比例風(fēng)險回歸和Logistic回歸，雖然應(yīng)用比較廣泛，但仍需對模型可解釋性和預(yù)測準(zhǔn)確度進行提升。預(yù)測建模、數(shù)據(jù)補全、特征選擇和特征表示是疾病預(yù)測技術(shù)包含的主要步驟[5]。當(dāng)前，在疾病預(yù)測方面，學(xué)習(xí)監(jiān)督建模和特征選擇方法越來越多。另外，機器學(xué)習(xí)也可對預(yù)測建模解釋性進行提高[6]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機也具有非常高的預(yù)測性能，當(dāng)前人工智能研究的重要領(lǐng)域為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)對外界事物進行處理是其主要原理，同時對神經(jīng)元可通過關(guān)系負責(zé)的處理器進行模擬[7]。能夠?qū)Υ硇暂^強的實際案例進行有效了解和體會，進而對事物的內(nèi)在特征進行理解，能夠?qū)ψ兞块g復(fù)雜非線性關(guān)系進行識別，可對疾病進行預(yù)測，為患者的臨床治療提供了較好理論依據(jù)[8]。

1.3 發(fā)展方向

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理是當(dāng)前疾病的主要預(yù)測技術(shù)，并且具有多模態(tài)醫(yī)療數(shù)據(jù)，包括流數(shù)據(jù)、文本和影響數(shù)據(jù)。接下來指望對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)建立，并與多模態(tài)數(shù)據(jù)進行融合和處理，對預(yù)測性能進行提升[9]。另外，應(yīng)景機器學(xué)習(xí)方法越醫(yī)學(xué)知識進行結(jié)合，對具有可理解性的預(yù)測模型進行構(gòu)建[10]。

1.4 小結(jié)

及時治療和篩查是眼科診療的關(guān)鍵，可對視網(wǎng)膜損傷進行預(yù)防，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對患者疾病進行推測，能夠?qū)^去模型缺點進行避免，可進一步提高篩查有效率和準(zhǔn)確度，具有非常好的緩解醫(yī)療資料資源作用，可提供及時有效的早期疾病預(yù)防[11]。

2 檢查方式

2.1 早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變檢查方式改變

隨著計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變檢查方式也發(fā)生了不斷改變。早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變篩查金標(biāo)準(zhǔn)為傳統(tǒng)雙目間接眼底鏡，該檢查方式應(yīng)由專門的醫(yī)生進行操作，該檢查方法輸出和采集方法存在一定難度[12]。目前廣角數(shù)碼視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)是比較新型的眼科檢查工具，操作時間和學(xué)習(xí)曲線短，容易接受，可進行各個方位眼底圖像傳輸、拍攝、輸出和儲存，方便會診、隨訪、教學(xué)和科研。圖像的保存與采集應(yīng)由專門人員負責(zé)，并將數(shù)據(jù)對眼科醫(yī)生進行傳輸，診斷讀片，有利于遠程醫(yī)療進步與發(fā)展[13]。

2.2 基于智能手機眼科檢查

智能手機是一種遠程醫(yī)療、豐富檢查手段的較好工具，在眼科檢查方面，基于智能手機建立，對視力檢查可通過手機APP進行，能夠進行眼后段和眼前段圖像采集[14]。將微流控芯片植入微流控芯片，能夠有效測量眼壓。盡管無法對常規(guī)檢查儀器進行取代，但是操作比較簡單，費用較低，能夠?qū)ζh地區(qū)患者進行眼部疾病篩查，可對患者疾病進行檢查和預(yù)測，為患者的臨床治療提供了有效的理論依據(jù)[15]。

2.3 小結(jié)

計算機輔助技術(shù)在患者眼科檢查中發(fā)揮了非常重要作用，不僅可以對病情進行準(zhǔn)確記錄，同時能夠降低漏診和誤診發(fā)生率，有利于疾病遠程會診和隨訪[16]。基于智能手機對患者進行眼科檢查，可較好的對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能和傳感技術(shù)整合，有利于拓展醫(yī)療機構(gòu)服務(wù)能力，對疾病治療具有非常高的臨床意義[17]。

3 遠程醫(yī)療

3.1 遠程眼科醫(yī)療

遠程眼科醫(yī)療主要是把計算機、醫(yī)療技術(shù)和遠程通信相結(jié)合的重要學(xué)科，能夠?qū)^遠患者間進行醫(yī)學(xué)資料共享、傳輸、保存和查詢，在疾病咨詢、醫(yī)學(xué)教育和手術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[18]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，人們對眼科醫(yī)療資源需求越來越多，遠程眼科醫(yī)療在世界范圍內(nèi)進行開展。影像學(xué)在眼科診斷中得到了廣泛應(yīng)用，患者滿意度高。

3.2 早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變遠程醫(yī)療

數(shù)字化圖像系統(tǒng)不斷進步，有利于早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變遠程醫(yī)療進行。在早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變管理質(zhì)量和防治效率提升方法，遠程醫(yī)療發(fā)揮了非常重要作用，能夠有效整合實時轉(zhuǎn)診、圖像采集和遠程解讀，具有非常高的應(yīng)用價值。患者不需要長途跋涉，便可接受良好的醫(yī)療服務(wù)[19]。同時，節(jié)約了時間，提高了診斷有效率。

3.3 展望與缺點

給予現(xiàn)代檢查手段普及，遠程醫(yī)療得到了快速發(fā)展，在前期將大量資金進行投入，后期應(yīng)有效規(guī)范運營，包含操作規(guī)程和技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)診標(biāo)準(zhǔn)、建立和診斷、醫(yī)療責(zé)的分配與承擔(dān)、從業(yè)人員的培訓(xùn)等，同時應(yīng)對患者隱私和安全管理進行保護。隨著配套措施建立和通訊技術(shù)發(fā)展，希望對醫(yī)療服務(wù)進行有效獲得[20]。

3.4 小結(jié)

隨著眼科檢查結(jié)果數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前遠程醫(yī)療得到了快速發(fā)展，不僅能夠?qū)︶t(yī)療失衡狀況進行改善，同時可對專家意見進行有效獲取，不僅節(jié)約了物力人力，同時改善醫(yī)療服務(wù)[21]。

4 自動診斷眼底圖像

4.1 分割眼底圖像

影像學(xué)在眼科診斷中發(fā)揮了非常重要作用，非常多的眼科疾病都需基于眼底圖像。眼底病變自動分析診斷的基礎(chǔ)為眼底圖像分割，應(yīng)用支撐向量機分類、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域分割等，計算機技術(shù)能夠自動測量與分割眼底結(jié)構(gòu)，并且可對病變特征進行判斷和提取[22]。

4.2 自動診斷早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變

后極部視網(wǎng)膜血管擴張迂曲是早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜的主要臨床特征，能夠?qū)颊呒膊〕潭冗M行有效判斷，進而為患者提供指導(dǎo)治療[23]。但是，因為不一致的扭曲程度和血管擴張判斷，在眼科臨床診斷中，具有非常高的可變性和主觀性。對血管特征應(yīng)用計算機輔助技術(shù)進行識別，能夠?qū)υ\斷一致性進行提高[24]。

4.3 眼底圖像自動分析價值

人工智能醫(yī)療設(shè)備在糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查和診斷中發(fā)揮了非常重要作用，在大規(guī)模篩查中，醫(yī)生對數(shù)據(jù)處理和分析量變得越來越大，不僅浪費時間，同時具有非常強的主觀性，增加了數(shù)據(jù)分析難度，不能進行定期隨訪[25]。但是，在眼科疾病診斷過程中，眼底圖像自動分析診斷系統(tǒng)能夠避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，可快捷、準(zhǔn)確的對青光眼、黃斑變性眼科疾病、糖尿病視網(wǎng)膜病變進行檢查，同時可為治療效果評價、疾病診療、病理進程的跟蹤和手術(shù)計劃制定提供參考指標(biāo)[26]。眼球可對高血糖、高血脂、心臟病、血液病和高危妊娠等進行有效觀察，在全身性疾病輔助診斷和早期發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了非常重要作用[27]。

4.4 展望與缺點

盡管當(dāng)前在眼底圖像自動診斷方面進行了有效研究，但是因為眼底圖像也存在一定缺陷，不僅具有拍攝差異性，同時存在病變結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，因此增加了對眼科疾病的診斷難度[28]。在對優(yōu)化算法和新概念引入同時，對醫(yī)學(xué)知識進行有效運用，希望可對各種檢查方法進行有效選擇和應(yīng)用[30]。

4.5 小結(jié)

眼底圖像分析在青光眼、黃斑變性眼科疾病、糖尿病視網(wǎng)膜病變診斷過程中發(fā)揮了非常重要作用。利用人工智能技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠?qū)ρ鄣讏D像進行自動診斷和分隔，進而對診斷一致性和客觀性進行提升，方便進行快捷高效的大規(guī)模篩查。

5 治療方式

5.1 早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變治療方法

隨著醫(yī)學(xué)水平的不斷進步和發(fā)展，當(dāng)前，對早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變治療方法越來越多。主要包含玻璃體切割術(shù)、激光光凝、鞏膜扣帶術(shù)等，上述治療方法效果顯著，可改善患者臨床癥狀，不僅能夠?qū)υ绠a(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變進展進行抑制，同時可有效改善患者視力。盡管如此，患者治療后，會出現(xiàn)黃斑，對于晚期早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變患者，患者預(yù)后效果較差。早產(chǎn)兒與成年人比較，眼球比較纖弱，因此應(yīng)對其進行精確、柔和手術(shù)操作。當(dāng)前，隨著27G、 25G微創(chuàng)玻璃體手術(shù)開展，可對患者視網(wǎng)膜功能進行有效改善，有利于患者臨床癥狀改善，提高治療效果[14]。

5.2 眼科手術(shù)機器人臨床價值

顯微手術(shù)在角膜移植術(shù)、視網(wǎng)膜手術(shù)、玻璃體切割術(shù)中應(yīng)用廣泛，但是存在較小手術(shù)操作空間，手術(shù)時間較長，具有非常高的精細度要求，增加了醫(yī)生疲勞程度，可避免眼內(nèi)組織力學(xué)感知缺乏。應(yīng)用人工智能機器人，具有非常高的穩(wěn)定性和運動精度，能夠輔助或代替醫(yī)生進行手術(shù)，有效避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生。眼科顯微手術(shù)機器人可對機器人技術(shù)、生物力學(xué)、顯微外科技術(shù)等學(xué)科進行有效融合，定位精度高，具有非常小的運動范圍，可以在非常小的空間內(nèi)進行準(zhǔn)確操作，能夠降低漏診和誤診發(fā)生率，可對醫(yī)生手工技能進行拓展，提高了眼內(nèi)手術(shù)成功率[15]。手術(shù)機器人能夠提高手術(shù)可行性和精度，為眼部疾病干細胞和基因治療奠定了基礎(chǔ)。另外，將機械臂模塊和控制模塊和在機器人系統(tǒng)中進行分別設(shè)置，能夠提高遠程眼科手術(shù)有效性。將眼科手術(shù)訓(xùn)練與教學(xué)在手術(shù)機器人導(dǎo)入，可為實習(xí)醫(yī)生提供一個聯(lián)系機會，不僅能夠鍛煉顯示操作能力，同時可提高整體素質(zhì)和臨床經(jīng)驗，具有非常高的臨床應(yīng)用價值。

5.3 展望與缺點

人工智能機器人沒有達到成熟階段，存在使用費用太高、調(diào)試復(fù)雜、體積過大等缺點。因此在對其臨床應(yīng)用中仍存在一定難度。所以，在應(yīng)用過程中不僅需要對安全性進行保證，同時應(yīng)實現(xiàn)小型化、實用性和智能化人工智能機器人，不僅具備更強的觸覺反饋功能，同時可更好的進行人機交互設(shè)計，可對影像學(xué)資料進行有效兼容和整合。

綜上所述，當(dāng)前在眼科領(lǐng)域人工智能得到了快速發(fā)展，在眼科疾病治療和診斷過程中不斷改進，并且得到了廣泛應(yīng)用。本次研究從早產(chǎn)嬰兒視網(wǎng)膜病變出發(fā)，對當(dāng)前基于人工智能技術(shù)的眼科診療技術(shù)發(fā)展方向和面臨的問題進行介紹，希望提供更準(zhǔn)確的眼科診斷，同時為患者的臨床治療提供有效的治療依據(jù)，改善患者視力。