糖尿病视网膜病变筛查分析及自动分级平台的开发和验证

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目的:1、分析基于医院的多中心糖尿病视网膜病变(Diabeticretinopathy,DR)筛查的中国糖尿病人群DR、威胁视力的糖尿病视网膜病变(Sightthreateningdiabeticretinopathy,STDR)患病率、危险因素;2、开发和验证基于深度学习算法(Deeplearningalgorithms,DLA)的自动检测眼底彩照是否有需转诊的糖尿病视网膜病变(Referablediabeticretinopathy,RDR),检测频域光学相干断层扫描(Spectral-domainopticalcoherencetomography,SD-OCT)是否有糖尿病黄斑水肿(Diabeticmacularedema,DME)的双模自动分级平台(Automatedgradingplatform,AGP),探讨采用人工智能进行大规模DR筛查的可行性和科学性。
  方法:1、收集整理2014年4月至2016年7月全国八家医院的DR筛查中心的16305例糖尿病患者资料,进行描述性和分析性统计,报道中国糖尿病患者的DR患病率、危险因素;2、收集整理多个DR筛查中心糖尿病患者的病例资料和眼底彩照,SDOCT数据集;采用DR英国分期标准,人工标注51618张眼底彩照的眼别、图像质量、DR分级,人工标注9315眼的SDOCT是否存在DME;将标注数据集用于DLA的训练、验证,开发用于自动检测眼底彩照是否有RDR的DLA(DLA-RDR),检测SD-OCT中是否有DME的DLA(DLA-DME),并部署至AGP。
  结果:基于医院的多中心DR筛查的DR和STDR的年龄-性别标准化患病率分别为27.90%和12.63%。其中,背景期DR(R1)、增殖前期DR(R2)、增殖期DR(R3)和黄斑病变(M1)的年龄-性别标准化患病率分别为22.10%、3.77%、2.08%和11.24%;八家医院的DR年龄-性别标准化患病率从23.05%到47.17%不等,STDR的年龄-性别标准化患病率从8.45%到28.56%不等。二元Logistic回归分析显示糖尿病病程长(Oddratio(OR)1.093),糖化血红蛋白高(OR,1.115),空腹血糖高(OR1.074),收缩压增高(OR1.014),心率快(OR1.010),低密度脂蛋白增高(OR,1.149),血尿素氮增高(OR,1.012)和血清肌酐水平升高(OR,1.003)是DR的危险因素。外部数据集验证结果显示DLA-RDR判断眼底彩照是否有RDR的结果分别为:Messidor2数据集:接收者工作特征曲线下面积(Areaunderreceiveroperatingcharacteristiccurve,AUC)为0.987,灵敏度为93.51%,特异度为99.03%;IDRiD数据集:AUC为0.993,灵敏度为97.43%,特异度为96.88%;来自柳州的外部数据集:AUC为0.984,灵敏度为95.55%,特异度为97.45。外部数据集验证结果显示DLA-DME判别SDOCT中是否有DME的AUC为0.992,灵敏度为96.32%特异度为97.43%。
  结论:中国大约有三分之一的糖尿病患者患有DR,超过10%的糖尿病患者有STDR。中国糖尿病患者DR、STDR的危险因素与发达国家相似。采用人工智能检测RDR和DME的灵敏度和特异度高,大规模DR筛查引入双模人工智能进行辅助可能是一种趋势。
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