眼科人工智能在遠(yuǎn)程醫(yī)療中的應(yīng)用

楊玉微 綜述 云東源，李龍輝，陳睛晶 審校

(1.中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東 深圳 518107；2.中山大學(xué)中山眼科中心，眼科學(xué)國家重點實驗室，廣東省眼科視覺科學(xué)重點實驗室，廣州 510060)

目前，我國醫(yī)療發(fā)展存在失衡問題，醫(yī)療資源分配偏倚，大城市擁有更多更優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源，而偏遠(yuǎn)地區(qū)及農(nóng)村則出現(xiàn)一定程度的醫(yī)療資源短缺。這一情況在眼科領(lǐng)域尤為嚴(yán)重。以近視防控為例，據(jù)中華醫(yī)學(xué)會眼科分會統(tǒng)計，到2014年底，我國眼科醫(yī)師約3.6萬名，視光師不足4 000人，而且全國70%的眼科醫(yī)生集中在大中型城市，基層眼科醫(yī)生數(shù)量很少，遠(yuǎn)不能滿足患者需求[1]。因此，尋求解決之法尤為重要。醫(yī)學(xué)人工智能的引入，被認(rèn)為是解決這一問題的好方式。目前人工智能在眼科領(lǐng)域的運用多在影像學(xué)檢查方面，比如眼底視網(wǎng)膜圖像、光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)、裂隙燈檢查等。眼部圖像檢查的優(yōu)勢是圖像精細(xì)、信息量大，依據(jù)醫(yī)學(xué)圖像可對的大部分眼科疾病做出診斷，比如年齡相關(guān)性黃斑變性[2]、糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)[3]、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(retinopathy of prematurity，ROP)、白內(nèi)障、青光眼[4]等。由于眼球是人體上唯一可以直接觀察血管和神經(jīng)的器官，眼部圖像還可以提供很多血管和神經(jīng)方面的信息以輔助其他疾病的診斷，如糖尿病、高血壓、阿爾茨海默病等。隨著人工智能的推進(jìn)，這些眼部圖像檢查還可以逐漸運用于眼科的各個場景，眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療也囊括其中。人工智能在眼科領(lǐng)域的發(fā)展優(yōu)勢使得其在解決我國眼科發(fā)展失衡問題方面提供了有效方法，并在眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療的防篩診治中予以應(yīng)用。與此同時，隨著人工智能在眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療多個場景中得到使用，在其優(yōu)勢得到不斷放大的同時也暴露出許多潛在問題與挑戰(zhàn)，這仍需要研究者不斷探索予以解決。

1 人工智能在兩種遠(yuǎn)程醫(yī)療研究常見眼病中的應(yīng)用進(jìn)展

1.1 人工智能在DR 遠(yuǎn)程醫(yī)療篩查診療中的進(jìn)展

DR為糖尿病并發(fā)癥之一，血糖水平升高可損害患者視網(wǎng)膜微血管，導(dǎo)致視力下降或失明，危害患者的身心安全[5]。中國糖尿病患者DR患病率為24.7%～37.5%[6]。早期篩查、診斷和及時治療可避免98%的DR[7]。由于DR的患病率高、后果嚴(yán)重以及僅依據(jù)單一模式影像(眼底彩色照相)即可確診等特點，其因此成為眼科最早開展AI研究的疾病，也是研究最多最成熟的疾病[8]。鑒于此，AI在DR遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用也相對其他眼科疾病更深入。目前，在早期篩查方面，眼底照相技術(shù)能夠在較短時間內(nèi)獲取不同視野范圍的眼底及周邊視網(wǎng)膜彩色圖像，實現(xiàn)100°甚至120°超廣角成像，簡單易行。通過眼底照相技術(shù)獲取眼底圖像，借助互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字傳輸視網(wǎng)膜圖像，并進(jìn)行DR診斷及分級[9]。這一方式可為DR的遠(yuǎn)程診斷提供更清晰準(zhǔn)確的意見，提升醫(yī)生效率。在遠(yuǎn)程診療方面，視網(wǎng)膜激光導(dǎo)向治療(navigated retinal laser therapy)[10]可運用圖像疊加、運動穩(wěn)定激光傳輸與圖像跟蹤，以治療后極和周圍視網(wǎng)膜病變。通過將相關(guān)檢查結(jié)果(眼底照片、眼底熒光血管造影或光學(xué)相干斷層掃描厚度圖)疊加到患者視網(wǎng)膜的實時活體圖像上，從而運用到視網(wǎng)膜疾病的治療中[11]。Kozak等[12]經(jīng)研究得出：視網(wǎng)膜激光導(dǎo)向治療在遠(yuǎn)程治療中已具有安全性和可行性。通過其輔助診療，可以在遠(yuǎn)距離情況下提高醫(yī)生治療效果。此外，我國相關(guān)的遠(yuǎn)程篩查診療系統(tǒng)通過建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或平臺與人工智能相結(jié)合的方式推動DR遠(yuǎn)程醫(yī)療的進(jìn)步。廣州中山眼科中心聯(lián)合澳大利亞相關(guān)機構(gòu)在兩個城市(St Vincent’s Hospital，Melbourne &University Hospital Geelong，Bar won Health)內(nèi)分泌科開展基于人工智能的糖網(wǎng)遠(yuǎn)程篩查系統(tǒng)，經(jīng)測試該系統(tǒng)正確轉(zhuǎn)診的敏感性和特異性分別為92.3%和93.7%。同時，對患者進(jìn)行AI遠(yuǎn)程醫(yī)療態(tài)度調(diào)查問卷顯示，96%的受訪者表示他們對AI遠(yuǎn)程醫(yī)療感到滿意或非常滿意[13]；北京協(xié)和醫(yī)院使用基于5G的遠(yuǎn)程會診平臺結(jié)合實時自動視網(wǎng)膜激光設(shè)備對相隔1 200 km的中國浙江省湖州市第一人民醫(yī)院招募的DR患者進(jìn)行遠(yuǎn)程眼科治療，結(jié)果顯示所有治療計劃均順利完成，光凝期間未發(fā)生不良事件。平均(SD)網(wǎng)絡(luò)延遲時間為20(3) ms，沒有觀察到明顯的信號損失，也沒有任何圖像緩沖或像素化的跡象。實現(xiàn)了相隔兩地的眼科醫(yī)生在無需任何可感知的時間延遲情況下，通力合作為DR患者提供較為精準(zhǔn)的治療及護(hù)理，提高了治療的精準(zhǔn)性和實時性，進(jìn)而提高了患者的依從性[14]。上述系統(tǒng)或平臺各有特點，但都具有較好的篩查或治療效果，可以實現(xiàn)在DR遠(yuǎn)程篩查診療中提供較準(zhǔn)確的診斷意見或為DR患者提供實時遠(yuǎn)程治療。

1.2 人工智能在ROP 遠(yuǎn)程醫(yī)療篩查診療中的進(jìn)展

ROP是早產(chǎn)兒和低體重兒發(fā)生的一種視網(wǎng)膜血管增生性病變，是目前導(dǎo)致嬰幼兒視功能受損或盲的主要原因之一[15]。在全球范圍內(nèi)，估計有1 900萬兒童患有視力障礙。其中，ROP占兒童失明的6%～18%，對兒童和家庭造成重大的社會心理影響[16]。ROP病情發(fā)展較快，如果能及時診斷治療，則可較快恢復(fù)，一旦錯過最佳治療時間，將會產(chǎn)生不可逆性損傷。ROP是目前小兒眼科中最受關(guān)注的AI研究和應(yīng)用領(lǐng)域[17]，這使得AI在ROP遠(yuǎn)程醫(yī)療中的研究相對其他小兒眼科疾病更為廣泛。在ROP篩查方面，Brown等[18]通過收集數(shù)據(jù)、圖像分級、算法開發(fā)等步驟構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的算法用以進(jìn)行ROP診斷，并與ROP專家進(jìn)行臨床診斷對比，發(fā)現(xiàn)其所建立的算法診斷疾病熟練度可與專家媲美。由此提出將基于深度學(xué)習(xí)的篩查用于ROP遠(yuǎn)程醫(yī)療可能會提高衛(wèi)生保健提供的客觀性、準(zhǔn)確性和效率。這表明在ROP遠(yuǎn)程診斷方面，人工智能的運用已可以與醫(yī)生現(xiàn)場診斷呈現(xiàn)同樣效果，這既提高了醫(yī)生診斷效率，也給患者帶來更多便利。隨著廣角成像設(shè)備在眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療中運用，Jackson等[19]從ROP治療成本的角度對經(jīng)驗豐富的眼科醫(yī)生進(jìn)行傳統(tǒng)眼科檢查與非眼科人員使用廣角成像設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療檢查，并由遠(yuǎn)程眼科醫(yī)生進(jìn)行解釋兩種診療方式進(jìn)行對比，得出對于ROP的系統(tǒng)治療，遠(yuǎn)程醫(yī)療比傳統(tǒng)眼科檢查更具成本效益。這說明在ROP的診療中，與傳統(tǒng)模式相比運用人工智能進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療可給患者帶來更多利益。此外，在ROP的遠(yuǎn)程篩查診療中，相關(guān)人工智能系統(tǒng)正投入運用。陳亦棋等[20]采用第三代兒童廣角數(shù)碼視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)(RetCam III)及便攜式廣域眼底成像系統(tǒng)(PanoCam)進(jìn)行的一項ROP現(xiàn)場和遠(yuǎn)程篩查得出：遠(yuǎn)程診斷治療性ROP的靈敏性、特異性、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為100.0%、98.59%、95.45%、100.0%。Wang等[21]通過分析斯坦福大學(xué)運用RetCam II/III對ROP進(jìn)行6年的遠(yuǎn)程醫(yī)療計劃結(jié)果得出，對篩查治療性RO P 的靈敏性、特異性、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為100.0%、99.8%、95.5%、100.0%。兩項研究說明：運用相關(guān)人工智能系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療具有較高的敏感性和特異性，且通過這些系統(tǒng)可以提供較準(zhǔn)確的診斷結(jié)論，這使得患者身處異地也可接受先進(jìn)的醫(yī)療診斷，為患者帶來較多便利。

2 眼科人工智能在遠(yuǎn)程醫(yī)療中的優(yōu)勢

隨著醫(yī)療科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，眼科人工智能得到長足發(fā)展，其在遠(yuǎn)程醫(yī)療中的應(yīng)用逐漸被發(fā)現(xiàn)并得以重視。人工智能的引入為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了發(fā)展的新方向，具有諸多優(yōu)勢。

1)減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān)，提高工作效率。未引入人工智能進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療時，醫(yī)生需人工對大量患者病情進(jìn)行分析，而引入人工智能后，這一情況得到改善。例如，在DR的遠(yuǎn)程篩查上，現(xiàn)如今可利用計算機圖像自動識別與分析技術(shù)解決。如英國的iGradingM和ARIASs[22]，美國的EyeArt[23]等，可顯著降低篩查工作的人力成本，減輕眼科醫(yī)師的負(fù)擔(dān)，減少檢查者間的差異，擴大了篩查人群范圍[24]。此外，Wu等[25]的一項關(guān)于AI平臺在白內(nèi)障的三級轉(zhuǎn)診中應(yīng)用的研究顯示：與傳統(tǒng)模式相比，若運用轉(zhuǎn)診模式使30%患者轉(zhuǎn)診后，眼科醫(yī)生的服務(wù)人數(shù)將提高10.2倍。因此，人工智能與眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療結(jié)合的方式可有效提高眼科醫(yī)生的工作效率。

2)提高患者忠誠度及隨診率。人工智能的引入使得患者診療數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)的監(jiān)控。Long等[26]的一項關(guān)于先天性白內(nèi)障的研究，利用個性化預(yù)測和遠(yuǎn)程醫(yī)療計算的優(yōu)勢，創(chuàng)建AI代理的模式，同時引入一個預(yù)測-遠(yuǎn)程醫(yī)療云平臺，用于白內(nèi)障患者的長期治療。這樣的方式給患者提供了個性化的服務(wù)，及時預(yù)測、推斷患者情況，制訂個體化的隨訪時間表，并可實現(xiàn)患者的遠(yuǎn)程就診。這與傳統(tǒng)的患者適應(yīng)醫(yī)院隨訪安排并到院就診的模式相比，縮短了距離，減少了就診時間、成本，并使患者隨訪更具個性化，進(jìn)而增加患者的依從性。

3)減少醫(yī)療成本。對于患者而言，人工智能在眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療中的系統(tǒng)應(yīng)用在很大程度上減少了看病的成本。張莉等[27]對外地患者在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院就診，并與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院遠(yuǎn)程眼科會診中心進(jìn)行會診的費用成本，與外地患者到首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院實地就診平均費用支出進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)每例患者使用遠(yuǎn)程會診平臺的平均支出僅為150元，而通過北京同仁醫(yī)院門診的平均支出則需4 450元。顯然，通過遠(yuǎn)程會診平臺進(jìn)行會診可大幅度節(jié)省患者的醫(yī)療成本，從而減少患者家庭及社會醫(yī)療經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。此外，在考慮AI儀器研發(fā)、軟件開發(fā)等一系列人工智能遠(yuǎn)程醫(yī)療開展中所需成本之后，遠(yuǎn)程醫(yī)療在提高社會醫(yī)療資源效率、減少資源浪費等方面具有良好的效益，間接減少了醫(yī)療成本[28]。

3 眼科人工智能的遠(yuǎn)程醫(yī)療仍然面臨許多挑戰(zhàn)

人工智能遠(yuǎn)程醫(yī)療在一定程度上解決眼科醫(yī)療發(fā)展不均問題的同時，其存在的不足也顯現(xiàn)出來。

1)數(shù)據(jù)誤差影響診斷。數(shù)據(jù)誤差即人工智能積累的數(shù)據(jù)樣本信息因不同醫(yī)生的診斷標(biāo)準(zhǔn)不同出現(xiàn)的差異性，這最終可能會影響人工智能診斷的精準(zhǔn)性。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)質(zhì)量的完整性及準(zhǔn)確性涉及到倫理保護(hù)的問題。甚至不同醫(yī)生對同一種疾病的描述都不盡相同[29]。因此，將人工智能引入遠(yuǎn)程醫(yī)療時，要進(jìn)一步規(guī)范疾病診斷標(biāo)準(zhǔn)，以降低數(shù)據(jù)誤差出現(xiàn)的機率。目前已有相關(guān)研究針對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建問題提出了指導(dǎo)性內(nèi)容。例如：翟運開等[30]從層次維、時間維和種類維三個角度進(jìn)行分析研究，構(gòu)建了一個精準(zhǔn)醫(yī)療數(shù)據(jù)融合標(biāo)準(zhǔn)體系，為標(biāo)準(zhǔn)制定人員提供了理論基礎(chǔ)，為規(guī)范精準(zhǔn)醫(yī)療多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合提供理論指導(dǎo)和實踐參考。

2)醫(yī)生與人工智能遠(yuǎn)程醫(yī)療的融合問題。人工智能運用于遠(yuǎn)程醫(yī)療后，對醫(yī)生提出了更高的要求：學(xué)習(xí)使用遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)、保障通過人工智能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的手術(shù)和現(xiàn)場操作具有相同的效果等。這使得醫(yī)生需要不斷接受更多的新興技術(shù)知識。此外，遠(yuǎn)程醫(yī)療更多的是隔著距離和時間的交流診療，會否在人工智能的輔助以及沒有面對面壓力的情況下，醫(yī)生會放松對每個患者的檢查而更多依賴AI給出的結(jié)果？這就需要對醫(yī)生有更高的要求，比如在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段引入人工智能治療相關(guān)專業(yè)課程，在培訓(xùn)階段規(guī)范醫(yī)生行為，嚴(yán)格要求醫(yī)生，確保人工智能的引入不影響醫(yī)生診斷的投入度。

3)隱私安全問題。遠(yuǎn)程醫(yī)療數(shù)據(jù)的潛在價值加大了商業(yè)機構(gòu)盜取患者隱私的風(fēng)險[31]。目前，針對這一問題可以從立法、信息技術(shù)提升等方向不斷完善，予以解決。例如范穎丹[32]從相關(guān)法律建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)安全與隱私安全保障技術(shù)的提升、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)自律、公民信息安全意識強化四個角度針對大數(shù)據(jù)時代的信息安全提出了相應(yīng)對策；趙蓉等[33]著眼于三級醫(yī)院醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的個人信息隱私保護(hù)，提出了一系列基于現(xiàn)有信息技術(shù)的醫(yī)療個人信息隱私保護(hù)體系和加強相關(guān)行業(yè)規(guī)范和法律規(guī)制研究的政策建議。醫(yī)療信息的保護(hù)是一個漫長的過程，需要源源不斷的研究去完善，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療過程中患者隱私信息的保護(hù)。

4)AI技術(shù)風(fēng)險及倫理問題。AI技術(shù)雖然已經(jīng)處于發(fā)展迅速的階段，但其仍然存在諸多不確定性，如程序出錯導(dǎo)致診斷結(jié)果出錯、發(fā)出的指令與AI實際操作出現(xiàn)不符、因數(shù)據(jù)本身或算法開發(fā)者和設(shè)計者的問題出現(xiàn)的算法歧視等。在AI的算法歧視問題上，已有相關(guān)研究從技術(shù)規(guī)則構(gòu)建等方面進(jìn)行探討。曹建峰[34]提出可以構(gòu)建技術(shù)公平規(guī)則，通過設(shè)計保障公平的實現(xiàn)。以此促進(jìn)算法歧視的解決。針對AI操作可能出現(xiàn)的誤差問題，除了在AI技術(shù)測試上不斷深入，還要在運用AI診斷時，慎重權(quán)衡風(fēng)險利弊，做出使患者利益最大化的決策，并確保患者知情同意。同時，AI技術(shù)潛在的風(fēng)險使得一系列倫理問題產(chǎn)生，如醫(yī)療事故責(zé)任由誰承擔(dān)、醫(yī)療糾紛由誰解決等。對此，Murdoch等[35]提出需在遠(yuǎn)程醫(yī)療項目開始前就針對可能出現(xiàn)的問題制訂明確的指導(dǎo)方針。相關(guān)倫理問題，還需要多學(xué)科聯(lián)合予以解決。

4 結(jié)語

綜上所述，人工智能結(jié)合遠(yuǎn)程醫(yī)療的模式在眼科領(lǐng)域已得到一定的發(fā)展，相關(guān)研究成果正在積極測試或已運用于實際診療中。目前，我國眼科人工智能遠(yuǎn)程醫(yī)療相關(guān)研究仍主要集中在幾種常見眼科疾病，如DR和ROP等。研究內(nèi)容主要集中在數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)研發(fā)方面。遠(yuǎn)程醫(yī)療人工智能輔助診斷和篩查系統(tǒng)一方面可以在一定程度上改善醫(yī)療條件落后地區(qū)的眼科醫(yī)療水平，另一方面人工智能與遠(yuǎn)程醫(yī)療檢查設(shè)備甚至智能手機技術(shù)的結(jié)合可以大幅減輕地域差異化，實現(xiàn)分級診療，增強醫(yī)療安全性。以上兩方面均為我國眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療方面研究的開展提供很好借鑒[36]。未來，我們?nèi)孕枰ù罅膺M(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理和標(biāo)注，并不斷開發(fā)新的人工智能所需的算法，以優(yōu)化其學(xué)習(xí)效率[37]。除此之外，眼科發(fā)展不均衡的問題使得醫(yī)療技術(shù)不發(fā)達(dá)的地區(qū)對眼科罕見疾病的診療更具難度。因此，我們在對眼科幾種常見疾病的遠(yuǎn)程醫(yī)療相關(guān)內(nèi)容繼續(xù)深入研究的同時，也要更多的關(guān)注一些罕見眼科疾病的遠(yuǎn)程醫(yī)療。可以通過各地區(qū)通力合作，以實現(xiàn)罕見眼科疾病數(shù)據(jù)的收集，不斷深入探究，研發(fā)針對罕見眼科疾病的相關(guān)遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)，進(jìn)一步拓寬眼科遠(yuǎn)程診療的范圍。此外，在分析眼科人工智能在眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療運用的同時，我們還需意識到眼科人工智能的引入及遠(yuǎn)程醫(yī)療的運用雖能一定程度上為眼科醫(yī)療發(fā)展不均衡提供解決的可能性，但并不能解決所有問題。因此，解決我國眼科醫(yī)療發(fā)展不均衡的問題還需要多學(xué)科多領(lǐng)域結(jié)合、多方面多角度以解決不斷涌出的新問題。

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