实验研究
基于深层卷积神经网络近视性黄斑病变筛查系统的研究
中华实验眼科杂志, 2021,39(7) : 602-608. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20191115-00495
摘要
目的

研究一种基于深层卷积神经网络(DCNN)全自动近视性黄斑病变(MMD)筛查及其严重程度评估系统。

方法

收集安徽省第二人民医院6 068张眼底图像构建训练集,并选取公开的眼底图像数据集构建测试集。对眼底图像进行预处理及扩增、MMD病变等级标注、数据清洗。构建全自动MMD筛查系统,该系统由两级网络结构组成,第一级网络结构用于识别MMD是否存在,第二级网络结构用于判断MMD病变的严重等级。比较VGG-16、ResNet50、Inception-v3和Densenet这4种常用的DCNN方法在MMD筛查及严重程度识别任务中的准确率、特异性、敏感度、精确率、F1值、曲线下面积(AUC)、Kappa系数性能。

结果

Densenet网络模型在MMD筛查任务中表现最优,其敏感度、特异性、精确率、F1值和AUC分别为0.898、0.918、0.919、0.908和0.962。Inception-v3网络模型在MMD严重程度识别任务中表现最优,其敏感度、特异性、精确率、F1值和AUC分别为0.839、0.952、0.952、0.892和0.965。可视化结果显示,本研究所采用的网络结构模型可自动学习MMD严重等级判断的临床特征,准确识别弥漫性和局灶性脉络膜萎缩区域。

结论

基于DCNN的眼底图像MMD筛查方法可自动化提取MMD的有效特征,并准确进行MMD筛查及其严重等级判断,可有效辅助临床。

引用本文: 史春生, 刘磊, 王亚茹, 等.  基于深层卷积神经网络近视性黄斑病变筛查系统的研究 [J] . 中华实验眼科杂志, 2021, 39(7) : 602-608. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20191115-00495.
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随着全球近视患病率逐年攀升,近视性黄斑病变(myopic maculopathy,MMD)已成为世界普遍关注的公共卫生问题[1]。病理性近视(pathological myopia,PM)是一种以屈光度进行性加深、眼轴不断增长、视网膜脉络膜组织进行性损害引起视功能障碍为特征的眼病[2,3]。MMD是PM不可忽视的眼底并发症,主要表现为脉络膜视网膜萎缩、漆裂纹、Fuchs斑、脉络膜新生血管相关黄斑萎缩、后巩膜葡萄肿等[4,5,6]。有研究表明,高度近视占成人近视患病人群的20%~24%[7,8]。研究显示,日本地区40%的高度近视患眼在平均12.7年的随访期间发生MMD[6]。北京眼科研究所一项针对40岁以上人群的纵向随访研究中也发现了类似的进展模式[5]。及时诊断是预防和控制MMD的有效手段,其中高质量的眼底图像及经验丰富眼科医师的临床分析起着关键作用。目前,眼科医生数量仍严重不足[9],无法实现MMD筛查;且现有的MMD分级多为临床医生的主观判断。建立一种精准的人工智能识别系统来辅助MMD筛查并定量分析其严重程度对预防和治疗PM具有十分重要的意义。深层卷积神经网络(deep convolution neural network,DCNN)是目前广泛应用的深度学习算法,可直接实现对图像、视频、文本或音频的学习并执行分类任务。DCNN可对图像进行分类,部分替代了手动提取图像特征的步骤,产生比简单的卷积神经网络更先进的识别结果,也可以在现有的模型基础上进行新的特征学习以实现更细化的分类[9]。本研究拟建立一种基于DCNN的MMD筛查系统,以期实现对MMD的筛查及严重程度评估。

 
 
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