基于眼底荧光血管造影的视网膜静脉阻塞人工智能分型诊断系统及其应用

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z344121483
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
【目的】探索人工智能在视网膜静脉阻塞(RVO)患者眼底荧光血管造影(FFA)阅片中的应用价值,为RVO患者的临床管理提供人工智能解决方案。首先建立基于RVO患者FFA影像图片的人工智能深度学习神经网络模型,使其自动识别并定量分析无灌注区,自动定位视盘与黄斑位置。其次利用所建人工智能模型定量分析视网膜中央静脉阻塞(CRVO)无灌注区面积与发生新生血管并发症的关系,为CRVO分型诊断提供可靠有效的预测指标。最后利用该模型定位视网膜分支静脉阻塞(BRVO)需激光治疗的具体区域,指导其临床精准靶向激光治疗。【方法】本课题分三部分进行:第一部分建立RVO患者FFA图像深度学习神经网络模型,第二部分及第三部分分别研究其在CRVO及BRVO中的应用价值。1、以海德堡HRA+OCT多功能眼底影像诊断仪55°视野镜头下以黄斑为中心的FFA图像为研究对象,通过前期预实验测试确定图像分割任务为无灌注区、视盘及黄斑。选取170张RVO患眼的FFA图像用于无灌注区分割模型的构建,对170张图像进行标注及预处理后,按照8:1:1比例随机分配为训练集136张、验证集17张、测试集17张。选取505张后极部FFA图像用于视盘黄斑定位模型的构建,对505张图像进行标注及预处理后,按照8:1:1比例随机分配为训练集404张、验证集50张、测试集51张。以全卷积神经网络U-Net网络为框架建立了针对3种目标任务的人工智能图像分割模型。以像素精度(PA)及交并比(Io U)作为无灌注区识别的评价指标,以模型预测的视盘及黄斑中心位置与其实际位置之间的距离作为评价视盘黄斑定位指标。选取同一设备同一视野镜头下正常眼底的红外线图像583张,标注其视盘区域,经统计分析得出正常眼底FFA图像的视盘面积值。2、2017年1月至2018年12月经确诊并行FFA检查的CRVO患者343例343只眼病历资料及FFA图像纳入本研究。追溯其自发病之日起至少12个月发生新生血管事件的风险。利用Photoshop软件对其中行FFA改良五视野检查的327例327只眼CRVO患者图像进行拼图处理。应用所建的基于深度学习的RVO模型,定量分析55°视野后极部FFA图像及改良五视野拼图下的无灌注区面积,采用ROC曲线评价无灌注区面积对CRVO发生新生血管事件的诊断价值,根据约登指数的最大值得出新生血管事件发生的最佳临界值。3、2018年3月至2018年6月经确诊并行FFA检查的50例BRVO患眼的55°视野后极部FFA图像纳入本研究。应用所建的基于深度学习的RVO模型,对所有纳入的BRVO患眼的后极部FFA图像进行无灌注区自动识别,并定位其视盘及黄斑位置。参照治疗增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)时全视网膜激光光凝(PRP)的激光禁区,根据自动定位的视盘及黄斑位置确定激光治疗禁区。自动识别的无灌注区范围减去激光治疗禁区即为模型自动预测的需要激光治疗的无灌注区范围。由眼底病专家对模型预测的激光治疗范围进行评估来确定其与实际需要治疗范围是否一致。【结果】1、模型的预测能力:所建模型对无灌注区识别的PA平均值为0.988,Io U平均值为0.909。模型预测的视盘中心与实际视盘中心的距离为11.783±5.657像素。模型预测的黄斑中心与实际黄斑中心的距离为7.616(4.472,13.892)像素。平均每张图像的预测时间约为3.4秒。2、CRVO无灌注区与新生血管事件的关系:55°镜头单视野下FFA图像中,343只CRVO患眼中有26只眼发生了新生血管事件,发生率为7.58%。无灌注区面积诊断CRVO发生新生血管事件的曲线下面积(AUC)为0.889,最佳临界值为20.997DA,灵敏度为0.808,特异度为0.946。改良五视野拼图中,327只CRVO患眼中有23只眼发生了新生血管事件,发生率为7.03%。无灌注区面积诊断CRVO发生新生血管事件的AUC为0.921,最佳临界值为80.834DA,灵敏度为0.783,特异度为0.947。3、模型预测BRVO激光治疗区域的准确性:模型对该50例BRVO图像无灌注区识别的PA为0.911±0.067,Io U为0.875(0.819,0.917)。模型预测的视盘中心与实际视盘中心的距离为15.657±8.061像素。模型预测的黄斑中心与实际黄斑中心的距离为7.343(0,14.079)像素。模型对50例BRVO图像的激光治疗范围预测结果中,有47张图像预测范围与实际需要治疗范围一致,占94%;3张图像预测范围与实际需要治疗范围不一致,占6%。【结论】1、应用全卷积神经网络U-Net网络结构搭建了基于FFA影像图片的识别并定量RVO无灌注区、定位视盘及黄斑中心位置的人工智能深度学习模型。测试结果显示模型性能优秀。2、人工智能与CRVO患者FFA图像的结合可为其分型诊断提供决策依据。55°视野镜头下后极部无灌注区>20DA或改良五视野拼图下无灌注区>80DA可作为CRVO缺血分型的阈值标准。3、人工智能与BRVO患者FFA图像的结合可为临床激光光凝无灌注区划定具体治疗范围,为临床精准靶向激光治疗提供人工智能解决方案。
其他文献
学位
脓毒症是指由感染引起的全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)[1],在临床上尤其在重症监护病房内是造成病人死亡的一个重要因素,尽管抗感染治疗和器官功能支持技术已有长足的进步,但是病人的死亡率仍高达30~70%[2]。右美沙芬(DM)作为一种非处方止咳剂,由于其较高的安全性,在成人及儿童的呼吸系统疾病治疗中已被广泛的应用。在之前
研究目的:烟草危害是当今世界最严重的公共危害之一。越来越多的科学研究证实,吸烟与糖耐量异常、胰岛素抵抗、血脂紊乱以及脂肪分布异常等密切相关,是代谢综合征的主要危险因素。微囊泡(Microvesicles,MVs),作为在细胞激活或者凋亡过程中产生的一种细胞膜结构,是细胞自我调节的机制,可以参与多种病生理过程的信号激活、传导、免疫调节以及修复功能。本研究观察烟草提取物(tobacco smoke e
研究目的:创伤性颅脑损伤(Traumatic Brain Injury,TBI)是目前全球导致人类死亡和残疾的重要病因。神经炎症是创伤性脑损伤后急性神经功能缺损和慢性创伤性脑病的特征性病理改变。其在颅脑创伤后数分钟发生,并且可以持续较长时间,贯穿TBI起始及发展变化的整个过程,因此寻找一种能有效抑制过度神经炎症反应的手段对于改善神经功能预后至关重要。外泌体是细胞内的腔内囊泡与细胞膜融合后,主动分泌
研究目的:创伤性脑损伤(Traumatic brain injury,TBI)是全球性的致死率和致残率都极高的一种疾病,除原发的机械性损伤外,其继发损伤可带来包括脑水肿、神经凋亡、神经炎症等一些列病理损害,进一步加剧原发损伤所造成的患者神经功能障碍甚至死亡。但目前在临床上尚缺乏有效的治疗手段,亟需对其发生发展机制进行进一步的探索。Semaphorin 3A(SEMA3A)作为semaphorin家
目的:颅脑创伤(traumatic brain injury,TBI)导致认知功能障碍的发生率不断上升,其引发的神经退行性变机制多种多样,例如,弥漫性轴索损伤破坏微管功能,为tau和淀粉样蛋白病的发展提供了潜在的环境。轻度颅脑损伤(mild traumatic brain injury,mTBI)占头部外伤的大部分,与痴呆症(Alzheimer’s Disease,AD)和神经退行性变相关。重复性
目的:目前国际上尚缺乏颅脑创伤(TBI)引发的凝血功能障碍的有效治疗方法。临床常用的抗凝药因抗凝效果不佳、治疗手续繁琐及药物不良反应多而在实践中受到了诸多限制。新型抗凝剂ANV-6L15因其能靶向结合损伤部位并特异性的抑制组织因子(TF)/Ⅶ而发挥局部抗凝作用。但其在TBI中的抗凝作用疗效未知。本实验通过在体外与TBI小鼠体内验证ANV-6L15的抗凝作用,并探索ANV-6L15与微粒(MP)及T
目的:牙周炎是一组包含牙龈炎症和牙周组织破坏的慢性感染性疾病。目前在人群中的患病率很高,影响着人们的生活质量。在前期研究中发现:血清淀粉样蛋白(Serum amyloid A,SAA)与牙周炎的关系密切,但具体的调节机制需进一步研究。本研究旨在借助体外原代培养的健康人牙龈成纤维细胞(Human gingival fibroblasts,HGFs)和体内小鼠实验探究SAA在牙周炎症发展过程中对免疫细
目的:采用基于体素的形态学测量(多元分析方法)、扩散张量成像(基于纤维束的分析方法)研究Leber遗传性视神经病(Leber’s hereditary optic neuropathy,LHON)基因突变携带者脑组织的早期改变及其与视网膜神经纤维层厚度的相关性。方法:采用基于体素的形态学测量、扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)和神经眼科学评价方法评估14名Le
目的后发性白内障(posterior capsular opacification,PCO)是现代白内障手术后常见并发症之一,残留的晶状体上皮细胞(lens epithelial cells,LECs)发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是PCO发生的病理基础。EMT也是恶性肿瘤发生的关键机制,Notch信号的上调、下调或结构改变与多种