人工智能阅片诊断系统在山西省糖尿病视网膜病变筛查中的应用评价

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目的:对山西部分地区成人糖尿病(diabetes mellitus,DM)人群进行糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)的筛查,并应用一款基于深度学习(deep learning,DL)的人工智能(artificial intelligence,AI)阅片诊断系统对DR进行分析,与专家诊断进行一致性检验,评估AI阅片诊断系统在DR筛查中的应用价值。方法:2019年6月至2019年8月期间依托中国糖尿病并发症研究项目,在中国慢性病及其危险因素监测点,采用多阶段分层随机抽样方法在山西省随机抽取4个点(2个区,2个县)开展糖尿病并发症流行病学调查,分别为山西省太原市杏花岭区、晋中市榆次区、长治市壶关县、运城市绛县;每个监测点内各随机抽取4个街道(或乡镇),每个街道(或乡镇)按照性别、年龄组成,随机抽取120名患者,共计1920名患者。收集患者基本情况、双眼彩色眼底图像及其它疾病情况等信息。由一名受过专业眼底照相培训的眼科医师对每位DM患者进行双眼眼底拍照检查(佳能免散瞳眼底照相机,每只眼均拍摄两张45°彩色眼底图像,一张以视盘为中心,一张以黄斑部为中心),对每只眼的两张彩色眼底图像进行图片可信度评价,对可信度差的眼底图像样本进行舍弃。由两位眼科副主任医师在双盲状态下,以眼为单位,对单眼两张眼底图像进行DR分级综合诊断,诊断一致时,直接得出专家诊断,诊断不一致时,由第三位眼科主任医师参与共同诊断,得出最终专家诊断,并计算各个地区DR患病率。将彩色眼底图像上传至AI阅片诊断系统,对单眼两张彩色眼底图像分别诊断及比较,较严重的诊断作为AI阅片诊断系统的最终诊断,以专家诊断为金标准,将AI阅片诊断系统的诊断与专家诊断在DR分级、有无DR、是否需要转诊的DR三方面进行一致性检验,分别计算该AI阅片诊断系统的特异度及灵敏度。以上数据均用统计学方法处理。运用SPSS 25.0统计软件进行分析。计数资料以眼数和百分数表示,计量资料以均数±标准差(`x±s)表示。以专家诊断为金标准,将AI阅片诊断系统与专家诊断在DR分级、有无DR、是否需要转诊的DR三方面进行一致性检验,分别计算该AI诊断系统的特异度及灵敏度。P值<0.05具有统计学差异。结果:1.根据彩色眼底图像可信度评价标准最终纳入3722只眼(其中男935人1870只眼,女926人1852眼;平均年龄56.63±10.40岁)7444张彩色眼底图像,其中长治壶关县934只眼1868张彩色眼底图像,运城绛县930只眼1860张彩色眼底图像,晋中榆次区924只眼1848张彩色眼底图像,太原杏花岭区934只眼1868张彩色眼底图像。2.山西省四个地区成人DM患者中DR患病率为20.6%(767/3722),轻度非增生期糖尿病视网膜病变(non-proliferative diabetic retinopathy,NPDR)患病率为10.7%(397/3722),中度NPDR患病率为5.6%(207/3722),重度NPDR为3.3%(123/3722),增生期糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy,PDR)患病率为1.1%(40/3722),县乡镇地区DR患病率(22.3%(415/1864))高于区街道地区(18.9%(352/1858))。3.专家诊断结果中有2955只眼无DR状态,767只眼患有不同程度的DR;AI阅片诊断系统与专家诊断的一致性诊断符合率为81.0%,特异度为86.4%,与专家诊断分级一致的DR诊断符合率为60.4%,一致性检验Kappa系数为0.541(P<0.001),AI阅片诊断系统在DR分级方面与专家诊断具有中等的一致性。AI阅片诊断系统在有无DR方面,与专家诊断结果相比,特异度为86.4%,灵敏度为85.7%,一致性检验Kappa系数为0.632(P<0.001),具有高度的一致性。AI阅片诊断系统在是否需要转诊的DR方面,与专家诊断结果相比,特异度为90.6%,灵敏度为91.4%,一致性检验Kappa系数为0.612(P<0.001),具有高度的一致性。结论:山西省四个地区成人DM人群中的DR患病率为20.6%,且县乡镇地区高于区街道地区,是我省尤其是县乡镇地区眼科医师需要重点防治的眼科疾病。基于深度学习AI阅片诊断系统与专家诊断结果在有无DR和是否需要转诊的DR方面具有高度的一致性,可用于基层医疗机构针对DR进行筛查。
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