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清华大学医学院黄天荫团队合作研发DeepDR Plus系统助力糖尿病视网膜病变精准预测与防控

2024-02-07  浏览人数:

清华新闻网1月31日电 糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病最常见的微血管并发症,也是全球可预防失明的主要原因。该病初期症状隐匿,病情严重时可能导致永久视力损伤甚至失明。由于不同患者病情进展存在较大差异,每位糖尿病病人患DR的风险和时间难以准确预测。目前,以深度学习为代表的人工智能技术已被用于DR筛查,然而基于眼底图像来预测DR发生风险仍是全球关注的重难点问题。在糖尿病等相关慢病诊疗和管理的临床实践流程中,糖尿病患者往往只会按照相对固定的时间间隔进行筛查或随访,并发症的确切发生或进展时间无法知晓,这也导致传统深度学习模型无法实现疾病进展时序轨迹的精准建模,进而无法预测个体的发病和进展时间点。

针对这一困扰全球糖尿病管理的关键技术瓶颈与临床需求,清华大学医学院黄天荫教授团队,上海交通大学医学院附属第六人民医院内分泌代谢科、上海市糖尿病重点实验室贾伟平教授和李华婷教授团队,上海交通大学电院计算机系/教育部人工智能重点实验室盛斌教授团队首次基于大规模医学影像纵向队列,涵盖多国多种族的超20万名糖尿病患者的眼底图像和临床数据,创新性提出了基于Weibull混合分布模型的疾病进展分析深度学习框架,创造性地将糖尿病视网膜病变的进展和发生时间视为筛查区间内的随机变量,通过生存分析与时序分布概率建模,成功实现了对糖尿病视网膜病变进展的风险预警和时间预测。研究团队通过将该系统应用于中国和印度的真实临床流程,证实该系统可在大幅降低筛查频率和公共卫生成本的情况下仍保持极低的漏诊率,从而为将来的糖尿病并发症防控实践提供了个性化筛查和管理决策的依据。

1月4日,该研究成果以“用于预测糖尿病视网膜病变进展时间的深度学习系统A deep learning system for predicting time to progression of diabetic retinopathy)为题发表于《自然医学》(Nature Medicine)上。该成果是医工交叉团队继2021年成功完成糖尿病视网膜病变辅助智能诊断系统“DeepDR”的研发之后,进一步构建的基于时序影像序列深度学习的糖尿病视网膜并发症预警系统“DeepDR Plus"。该系统可基于眼底图像精准预测糖尿病视网膜病变进展,成果为推动全球糖尿病并发症的智能防控贡献了中国力量,有望为全球糖尿病视网膜病变的筛防新策略的制定提供指引。

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DeepDR Plus系统概览和研究设计

早期筛查和干预对于DR的预防和管理至关重要。国内和国际组织大多建议无或轻度DR的糖尿病患者每年进行常规眼底摄片检查,以便及时发现视网膜病变并进行干预。然而,由于经济和医疗资源等因素的限制,尤其是在中、低收入国家,糖尿病患者常规眼底摄片检查的实施和普及困难重重。本研究首次实现了个体化糖尿病视网膜病变风险和时间预测,DeepDR Plus系统仅根据基线眼底图像,准确预测未来5年DR进展的个体化风险和时间,优于传统临床参数模型。此外,DeepDR Plus系统可以准确识别高、低风险人群,提供了人工智能驱动的个性化的推荐随访间隔(低风险患者给予相对更长时间的随访间隔建议而几乎不导致威胁视力DR的漏诊)和管理策略(高风险患者给予相对更严格的综合干预建议)。

人工智能驱动的个性化筛查间隔纳入糖尿病视网膜病变筛查系统,特别在发展中国家,可以极大地提高眼底摄片筛查的效率、公平性和可及性。该研究为糖尿病视网膜病变筛查、预防和诊疗指南提供了新的证据,有望对未来糖尿病视网膜病变的临床诊疗流程和医疗费用等产生重要影响。

贾伟平、黄天荫、李华婷、盛斌为该论文的共同通讯作者。上海交通大学医工交叉方向2020级博士生戴领(联合导师为贾伟平与盛斌)、华东疗养院主任陈婷丽、上海交通大学医学院附属第六人民医院主任吴强、上海交通大学刘茹涵博士为该论文共同第一作者。

研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委“一带一路”国际联合实验室建设项目、上海市内分泌代谢疾病研究中心及上海交通大学“交大之星”计划医工交叉研究基金等的支持。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41591-023-02702-z

转自:清华大学

2024年01月31日 12:01:50


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