临床研究
眼底阅片人工智能系统在糖尿病视网膜病变筛查中的临床价值评价
中华实验眼科杂志, 2019,37(8) : 663-668. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.015
摘要
目的

比较基于眼底阅片的人工智能(AI)系统与医生阅片在糖尿病视网膜病变(DR)筛查中的诊断效率和准确性,评价AI系统的临床应用价值。

方法

采用诊断试验研究方法,取2017年3月至2018年11月肇庆市高要区人民医院眼科就诊患者彩色眼底照片13 683张作为图像库,通过迁移学习+NASNet架构算法,对2~3位眼科高级职称医生精确标注的4 465张彩色眼底照片(正常彩色眼底照片2 510张,DR彩色眼底照片1 955张)学习,建立针对DR的AI系统(ZOC-DR-V1)。1 000张确诊的彩色眼底照片(正常彩色眼底照片300张,不同程度DR彩色眼底照片700张),分别交由AI系统组和医生组(包含眼科医生组和内分泌科医生组,均包含初级、中级和高级职称),分别进行阅片,记录AI系统和医生组的单张阅片时间和总耗时,比较AI系统与不同级别医生阅片准确率和效率的差异。将1 000张图片以第500张为界分成前段和后段2个阅片阶段,分别统计医生组和AI系统组的分段诊断符合率和分段平均阅片时间。

结果

眼科AI系统(ZOC-DR-V1)完成训练后测试集的诊断符合率为94.7%,受试者工作特征曲线(ROC)曲线下面积(AUC)为0.994。在人机对抗中,内分泌组初、中、高级职称医生诊断符合率分别为94.0%、91.4%和93.4%,眼科组初、中、高级职称医生诊断符合率分别为92.7%、94.4%和95.6%,AI系统诊断符合率为95.2%。AI系统与眼科高级医生阅片诊断符合率比较,差异无统计学意义(χ2=0.182,P=0.749)。内分泌科组初、中、高级职称医生单张平均阅片时间分别为(4.63±1.87)、(3.74±3.47)和(5.71±3.47)s,总耗时分别为1.29、1.04和1.58 h;眼科医生组初级、中级、高级职称医生单张阅片时间分别为(7.25±6.58)s、(5.18±5.01)和(5.18±3.47)s,总耗时分别为2.02、1.44和1.44 h;AI系统单张平均阅片时间和总耗时分别为(1.62±0.67)s和0.45 h。AI系统单张平均阅片时间明显少于各医生组,差异均有统计学意义(均P<0.01)。内分泌科初级职称、眼科初级职称和眼科中级职称医生前段与后段阅片区间诊断符合率比较,差异均有统计学意义(χ2=11.986、6.517、10.896,均P<0.05);内分泌科中级职称和高级职称医生、眼科初级职称医生后段阅片区间的平均阅片时间较前段明显缩短,差异均有统计学意义(t=4.175、8.189、5.160,均P<0.01);AI系统分段阅片诊断符合率及平均阅片时间均保持稳定,差异均无统计学意义(χ2=3.151,P=0.103;t=0.038,P=0.970)。

结论

基于眼底阅片的眼科AI系统诊断符合率可达眼科专业高级职称医生水平,且平均阅片时间短,阅片质量稳定,可为大规模DR人群筛查提供新的方法与平台。

引用本文: 李萌, 王耿媛, 夏鸿慧, 等.  眼底阅片人工智能系统在糖尿病视网膜病变筛查中的临床价值评价 [J] . 中华实验眼科杂志, 2019, 37(8) : 663-668. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2019.08.015.
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糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病常见的微血管并发症。根据国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation,IDF)报道,中国糖尿病患者人数约有1.1亿[1]。中国糖尿病患者并发DR、非增生性DR(non-proliferative DR,NPDR)和增生性DR(proliferative DR,PDR)的患病率分别达18.45%、15.06%和0.99%[2]。随着糖尿病病程的延长,DR患病风险逐渐增高,病情加重[3]。此外,由于经济条件、医疗资源分布和受教育程度等因素的影响,中国DR患病率分布呈农村地区高于城市地区的特点[4]。由于医院专科设置和医疗资源分布等原因,许多首诊于内分泌科的糖尿病患者未能得到规范的DR诊治和健康建议。另外,在偏远山区和农村地区,受限于经济、卫生、教育条件,很多糖尿病患者并不能认识到DR的危害,往往在视功能严重受损后才寻求眼科医生的救助。2017美国糖尿病学会(American Diabetes Association,ADA)指出,对于糖尿病患者进行定期随访、早期检查,并对威胁视力的DR进行治疗,能够预防98% DR引起的视力丧失[5]。眼底照相是DR筛查的重要手段,不仅可以观察患者的眼底情况,还可以将保存的眼底照片用于随访比对、远程阅片会诊。目前,糖尿病住院患者DR筛查多通过眼科会诊进行,内分泌科医生对于DR的诊断水平参差不齐;同时,社区糖尿病患者DR筛查工作量大,而远程阅片的时效性和质量控制不尽如人意。2017年斯坦福联合研究团队发表Nature封面文章,运用深度学习网络对大量人类皮肤损伤疾病图片进行训练分析可对皮肤癌进行诊断,准确率可达91%[6],这一研究成果标志着人工智能(artificial intelligence,AI)算法在医学领域进入应用型研究阶段。众多学者在DR的AI诊断算法上进行了探索,研究报道AI算法对DR的诊断灵敏度和特异度均可达90%以上[7,8,9,10],但基于AI算法在DR筛查中的具体应用效能及其与专科医生阅片相比的优越性尚未见文献报道。本研究中将AI算法与专业医生在DR筛查中阅片诊断速度、正确率和稳定性进行对比,进一步说明AI系统的应用价值。

 
 
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