基于智能手機(jī)的非接觸眼底成像篩查糖尿病視網(wǎng)膜病變

曾依云 董文韜 鄧鉑林

四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院眼科（成都 610072）

糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是全世界工作年齡人群第一位的致盲性疾?。?］。根據(jù)中國的社區(qū)調(diào)查研究，9.4%～43.1%的糖尿病患者預(yù)計有DR，5.2%～6.5%的患者可能有威脅視力的DR［2-5］。DR 嚴(yán)重威脅著糖尿病患者的生存質(zhì)量。通過定期眼科檢查和及時管理，DR 導(dǎo)致的視力喪失和失明基本可以預(yù)防［6-7］。若不及時治療可造成不可逆的視力損害，同時給社會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［8-9］。

傳統(tǒng)的眼底篩查模式不利于基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展DR 篩查，因?yàn)檫@些檢查設(shè)備往往價格昂貴或者不便于攜帶。這可能會隨著基于智能手機(jī)眼底成像技術(shù)的出現(xiàn)而改變。智能手機(jī)眼底成像是通過智能手機(jī)內(nèi)置攝像頭進(jìn)行視網(wǎng)膜成像。與傳統(tǒng)篩查方法相比，其設(shè)備價格低廉、攜帶方便且易于操作［10-11］。然而目前國內(nèi)外研究中使用的智能手機(jī)眼底成像技術(shù)往往依靠附加的外置設(shè)備，且通過不同附加設(shè)備的成像技術(shù)采集到的眼底圖像質(zhì)量和DR 檢測的準(zhǔn)確性均存在差異。無任何附加外置設(shè)備的相關(guān)成像技術(shù)尚無報道。因此，本研究嘗試使用無附加外置設(shè)備的智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)進(jìn)行DR 篩查，并與使用雙目間接眼底鏡篩查的結(jié)果進(jìn)行比較，評估其篩查DR 的敏感性和特異性。

1 資料與方法

1.1 招募參與者2021年4月1日至2021年6月31日于四川省成都市新津區(qū)人民醫(yī)院招募確診糖尿病的患者，進(jìn)行散瞳后的眼底篩查。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡>18 歲；（2）患有2 型糖尿病。糖尿病的診斷通過既往明確的醫(yī)療記錄或者由內(nèi)分泌科轉(zhuǎn)診；（3）愿意接受散瞳后的眼底檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）對散瞳眼藥水過敏；（2）瞳孔散大的禁忌癥，如淺前房；（3）屈光介質(zhì)混濁影響眼底檢查（如嚴(yán)重的白內(nèi)障，玻璃體積血等）。共納入糖尿病患者143 例276 眼。其中男51 例97 眼，女92 例179 眼；年齡36～88 歲，平均年齡為（67.6±10.1）歲；糖尿病病程1～30年；平均病程為（12.1±7）年。本研究經(jīng)四川省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)（倫理編號：倫理（研）2021年第449 號），符合《赫爾辛基宣言》的宗旨。所有參與者均獲知情并簽署書面知情同意書。

1.2 眼底檢查所有參與者接受詳細(xì)的病史評估和眼科檢查。在散瞳檢查前，先用裂隙燈檢查眼前節(jié)，排除淺前房。隨后用復(fù)方托吡卡胺滴眼液擴(kuò)張瞳孔。散瞳后使用智能手機(jī)（iphone12pro max），Volk+20 D 前置鏡，通過Filmic Pro 的應(yīng)用程序（應(yīng)用程序來源于蘋果應(yīng)用程序商店）在視頻模式下進(jìn)行眼底檢查。檢查方法與間接眼底鏡類似：一手持前置鏡，距離患者眼睛約5 cm。另一手持智能手機(jī)，距離患者眼睛約10～15 cm。根據(jù)手機(jī)屏幕上的視頻顯示，調(diào)整智能手機(jī)、前置鏡，檢查眼之間的相對距離以獲取最清晰的眼底圖像（圖1）。可通過受檢者眼球的轉(zhuǎn)動以檢測周邊眼底。視頻錄制完成后，使用智能手機(jī)中的屏幕截圖選項(xiàng)從視頻中提取選定的高質(zhì)量圖像，用于DR 的診斷和分期。另一位眼科醫(yī)生再次使用雙目間接檢眼鏡進(jìn)行評估。為盡量減少任何可能的偏差，對檢查者掩蓋了以前臨床檢查結(jié)果。

圖1 使用智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)進(jìn)行眼底篩查Fig.1 Noncontact fundus imaging based on smartphone for diabetic retinopathy screening

1.3 DR 的定義與分期根據(jù)《我國糖尿病視網(wǎng)膜病變臨床診療指南（2014年）》［12］對DR 進(jìn)行診斷和分期。威脅視力的DR（VTDR）定義為重度非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變（NPDR）或增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變（PDR）［13］。糖尿病性黃斑水腫（DME）定義為黃斑區(qū)內(nèi)毛細(xì)血管滲漏致黃斑中心兩個視乳頭直徑內(nèi)視網(wǎng)膜增厚。分別評估每只眼的眼底圖像，并進(jìn)行分期。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 26.0 進(jìn)行統(tǒng)計分析。連續(xù)數(shù)據(jù)表示為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，分類數(shù)據(jù)以例表示。以雙目間接檢眼鏡的檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，對使用智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)進(jìn)行DR 診斷的敏感性和特異性進(jìn)行了計算。利用Kappa（κ）統(tǒng)計數(shù)據(jù)對兩種篩查方式的診斷一致程度進(jìn)行量化和評估。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 智能手機(jī)和間接眼底鏡篩查糖尿病患者視網(wǎng)膜分級比較對276 眼使用智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)進(jìn)行DR 篩查的臨床診斷結(jié)果進(jìn)行分析，并與使用雙目間接檢眼鏡的診斷結(jié)果進(jìn)行比較。253 眼（91.7%）有一致性：195 眼（70.7%）均未檢測到DR；58 眼（21%）被診斷為相同程度的DR。23眼（8.3%）診斷結(jié)果不一致：智能手機(jī)診斷12 眼（4.3%）為輕度至中度NPDR，間接眼底鏡沒有診斷為DR；11 眼（4.0%）智能手機(jī)診斷為正常，而間接眼底鏡診斷為輕度至中度NPDR（表1）?？紤]到DME 可能存在于DR 的各個時期，本研究評估了所有診斷為DR 的患者中的DME。在同時被智能手機(jī)和間接眼底鏡診斷為DR 的58 眼中，5 眼（8.6%）有DME。智能手機(jī)和間接眼底鏡診斷結(jié)果100%一致。

表1 通過智能手機(jī)和間接眼底鏡篩查糖尿病患者視網(wǎng)膜分級比較Tab.1 Comparison of diabetic retinopathy severity based on smartphone and binocular indirect ophthalmoscope

2.2 智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)DR 篩查的準(zhǔn)確性以使用間接眼底鏡的檢查結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，使用智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)診斷DR 的總敏感性和特異性分別為84.1%和94.2%。假陰性率為15.9%，假陽性率為5.8%。使用智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)診斷DR 和使用間接檢眼鏡的診斷結(jié)果在敏感性和特異性上沒有差異（P<0.05）。兩種篩查模式下DR 的不同等級見表2。

表2 智能手機(jī)和間接眼底鏡篩查DR 的敏感性和特異性比較以及一致性分析Tab.2 Comparison of sensitivity，specificity and consistency between smartphone and binocular indirect ophthalmoscope in screening diabetic retinopathy

3 討論

本研究為國內(nèi)外首次使用無附加設(shè)備的基于智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)進(jìn)行DR 篩查的報道。TAN 等［14］研究表明，大部分基于智能手機(jī)眼底成像技術(shù)所采集的圖像都超過了英國國家衛(wèi)生局要求的DR 視網(wǎng)膜成像設(shè)備的最低分辨率為600 萬像素或每視網(wǎng)膜度數(shù)30 像素的要求［15］。然而幾乎所有使用智能手機(jī)進(jìn)行DR 篩查的研究都使用了外置設(shè)備來輔助眼底成像，如Peek Retina，D?EYE、Do?it?yourself 以及Paxos 適配器、EyeGo 適配器等。前三種設(shè)備是配合智能手機(jī)攝像頭直接成像；Paxos、EyeGo 適配器類似于手機(jī)支架，一端連接Volk +20 D 前置鏡，一端固定智能手機(jī)，通過手機(jī)攝像頭間接成像。WINTERGERST 等［11］認(rèn)為基于不同外置設(shè)備的智能手機(jī)眼底成像技術(shù)在DR 檢測的敏感性和特異性不同，采集到的眼底圖像質(zhì)量也存在顯著差異。間接成像的眼底成像技術(shù)在檢測DR 時采集的圖像質(zhì)量、視野以及診斷準(zhǔn)確性都明顯優(yōu)于直接成像的眼底成像技術(shù)。既往研究表明［11，16］，基于間接成像的智能手機(jī)眼底成像技術(shù)，檢測DR 的敏感性為50%～79%，特異性為94%～99%；檢測威脅視力DR 的敏感性為59%～100%，特異性為100%。本研究中使用的基于間接成像的智能手機(jī)眼底成像技術(shù)，檢測DR 的敏感性和特異性分別是84.1%和94.2%；對威脅視力DR 的敏感性和特異性均為100%。本研究的DR篩查準(zhǔn)確性優(yōu)于之前的研究，推測可能的原因是：（1）使用智能手機(jī)的型號。本研究使用的智能手機(jī)是iphone12 pro max，之前研究使用的智能手機(jī)是iphone5 和iphone5s。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能手機(jī)攝像性能逐步優(yōu)化，成像質(zhì)量會更好，而眼底圖像質(zhì)量是影響篩查結(jié)果的重要因素［17］；（2）操作技巧。為了提高眼底篩查的準(zhǔn)確性，本研究中負(fù)責(zé)采集圖像的都是具有豐富DR 篩查經(jīng)驗(yàn)的眼科醫(yī)生，能夠熟練使用間接眼底鏡進(jìn)行眼底檢查。其他研究中，部分眼底檢查是由經(jīng)過培訓(xùn)的驗(yàn)光師進(jìn)行的［11］。由于智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)操作類似于間接檢眼鏡，眼科醫(yī)生將更容易應(yīng)用這一熟練技能，準(zhǔn)確性亦會隨之提高［18］。

本研究在檢查過程中沒有觀察到受檢者有不良反應(yīng)的發(fā)生，表明智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)是相對安全的。KIM 等［19］模擬在常規(guī)眼底鏡檢查的條件下，將基于智能手機(jī)的眼底成像技術(shù)在檢查過程中產(chǎn)生的光譜輻照度與間接檢眼鏡（Keeler Vantage Plus LED）檢查過程中產(chǎn)生的光譜輻照度進(jìn)行比較。結(jié)果表明兩者均在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的眼科儀器熱和光化學(xué)危險的安全限值范圍內(nèi)，間接檢眼鏡產(chǎn)生的視網(wǎng)膜輻照度約為智能手機(jī)觀察到的水平的10 倍。側(cè)面反映智能手機(jī)攝像頭光源的亮度低于間接眼底鏡，受試者感覺會更舒適。

本研究存在一定的局限性：（1）樣本量有限；（2）尚未對智能手機(jī)眼底成像技術(shù)在檢測DR 時采集的操作時間、圖像質(zhì)量及視野進(jìn)行分析。需要進(jìn)一步的臨床研究加以完善。盡管如此，本研究初步證實(shí)了使用基于間接成像的智能手機(jī)非接觸眼底成像技術(shù)篩查DR 具有較高的敏感性和特異性。智能手機(jī)具有高分辨率攝像頭、強(qiáng)大的計算機(jī)處理和通訊網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)圖像快速捕獲及傳送，方便遠(yuǎn)程會診，協(xié)助診治［20-21］。與傳統(tǒng)的DR 篩查設(shè)備相比，其成本更低，可以顯著降低DR 篩查的財務(wù)負(fù)擔(dān)，提高醫(yī)療資源匱乏地區(qū)DR 篩查的覆蓋率。隨著智能手機(jī)攝像技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)、附加光學(xué)設(shè)備的簡化以及人工智能自動識別DR 軟件的開發(fā)，將有助進(jìn)一步于縮小巨大的DR 篩查需求與有限的醫(yī)療資源之間的差距［22-24］。相信未來這項(xiàng)技術(shù)能夠在我國DR 篩查中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。