临床研究
基于人工智能自动分析技术的视网膜血管形态参数测量及特征分析
中华实验眼科杂志, 2024,42(1) : 38-46. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220715-00326
摘要
目的

基于人工智能技术对视网膜血管形态学参数进行全自动定量测量,分析我国北方50岁以上人群视网膜血管参数及分布特征。

方法

采用横断面研究方法,纳入2011年1月至2021年12月就诊于北京同仁医院的50岁以上无眼底病的患者1 842例,对纳入的受试者进行标准化问卷调查、抽血和眼科检查;收集各受试者任意一眼以视盘为中心的彩色眼底照片,采用基于深度学习的语义分割网络ResNet101-Unet构建血管分割模型,进行全自动视网膜血管参数定量测量,主要测量指标包括视网膜血管分支夹角、血管分形维数、血管平均管径和血管平均弯曲度。比较不同性别间各视网膜参数的差异。采用多元线性回归分析法分析最佳矫正视力、眼压、眼轴长度等眼部因素和性别、年龄、高血压、糖尿病、心血管疾病等全身因素是否是各视网膜血管参数的影响因素。

结果

模型对于血管分割和视盘分割的准确度均高于0.95。1 842例受试者血管分支夹角为(51.023±11.623)°;血管分形维数为1.573(1.542,1.592);血管平均管径为64.124(60.814,69.053)μm;血管平均弯曲度为(0.001 062±0.000 165)°。男性血管分支夹角大于女性,血管平均管径和血管平均弯曲度小于女性,差异均有统计学意义(均P<0.05)。全身因素多元线性回归分析结果显示,患有心血管疾病的人群较无心血管疾病的人群血管平均管径增大1.142 μm(B=1.142,P=0.029,95%CI:0.116~2.167);血管平均弯曲度与高血压(B=3.053×10-5P=0.002,95%CI:1.167×10-5~4.934×10-5)和饮酒量(B=1.036×10-5P=0.014,95%CI:0.211×10-5~1.860×10-5)呈正相关,与高脂血症呈负相关(B=-2.422×10-5P=0.015,95%CI:-4.382×10-5~-0.462×10-5)。眼部因素多元线性回归分析结果显示,眼轴长度每增加1 mm,血管分形维数减小0.004(B=-0.004,P<0.001,95%CI:-0.006~-0.002),血管平均管径减小0.266 μm(B=-0.266,P=0.037,95%CI:-0.516~-0.016),血管平均弯曲度减小-2.45×10-5°(B=-2.45×10-5P<0.001,95%CI:-0.313×10-5~-0.177×10-5)。BCVA每增加1.0,血管分支夹角增大3.992°(B=3.992,P=0.004,95%CI:1.283~6.702),血管分形维数增大0.090(B=0.090,P<0.001,95%CI:0.078~0.102),血管平均管径减小14.813 μm(B=-14.813,P<0.001,95%CI:-16.474~-13.153)。

结论

成功构建视网膜血管分割模型。视网膜血管参数与性别、年龄、系统性疾病和眼部因素存在关联。

引用本文: 史绪晗, 董力, 邵蕾, 等.  基于人工智能自动分析技术的视网膜血管形态参数测量及特征分析 [J] . 中华实验眼科杂志, 2024, 42(1) : 38-46. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220715-00326.
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视网膜血管作为体内唯一可以非侵入方式观察的人体血管,对于全身血管系统的研究具有重要意义。近年来越来越多的研究表明,视网膜血管形态学参数,如视网膜血管管径、弯曲度、分支夹角、分形维数等的改变不仅受眼部因素影响,也与高血压、糖尿病、心血管疾病、脑卒中等全身疾病密切相关,并可以作为高血压、糖尿病等疾病远期预后的预测指标。现有的视网膜血管形态学参数的检测方法主要为使用视网膜图像血管评估和测量平台软件进行半自动定量分析,如英国爱丁堡大学的VAMPIRE测量软件和新加坡国立眼科研究所的SIVA分析软件。半自动分析需要对眼底照片进行手动标注和校准,学习周期长,分析速度慢,难以进行大样本数据的测量分析。本研究提出了一种基于人工智能的全自动视网膜血管形态学参数分析方法,利用彩色眼底照相对视网膜血管分支夹角、分形维数、平均管径、血管平均弯曲度等指标进行全自动定量检测,描述各参数在我国北方人群中的分布特点,并分析相关影响因素。

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