文|創(chuàng)瞰巴黎 Pablo Andres
編輯|Meister Xia
一覽：
- 全球視覺(jué)殘障者中，1000萬(wàn)余人的病因是角膜渾濁。
- 角膜渾濁現(xiàn)有的診斷手段是依靠醫(yī)生的主觀判斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)早期診斷或病情發(fā)展的定量分析。
- 巴黎綜合理工大學(xué)博士生Ma?lle Vilbert的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一款基于AI的眼科OCT掃描影像分析工具，讓診斷過(guò)程更客觀。
- 經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練的AI模型，能在影像中發(fā)現(xiàn)人眼難以辨別的病變跡象，幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)角膜病變，制定更有效的治療方案。
根據(jù)世衛(wèi)組織統(tǒng)計(jì)，約有80%的失明都是可避免的。全球視覺(jué)殘障者中，有超過(guò)1000萬(wàn)人的病因是角膜渾濁。雖然角膜渾濁不如白內(nèi)障（晶狀體渾濁）、青光眼（眼壓過(guò)高）發(fā)病率高，但仍然是人類視覺(jué)衰退乃至喪失的主要原因之一。
眼睛是人體最復(fù)雜精密的器官之一。正常、清晰的視覺(jué)有賴于眼內(nèi)多個(gè)結(jié)構(gòu)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)，但隨著年齡的增加，眼內(nèi)組織衰老退化難以避免。角膜渾濁是退化的一種形式，也是人類致盲一大因素。健康的角膜是透明、透光的，覆蓋眼球壁外層前部，一旦發(fā)生渾濁，會(huì)直接影響視力。
“角膜渾濁是一種影響全球約1000萬(wàn)人的疾病。”
如今，角膜移植是最常見(jiàn)的人體組織移植手術(shù)，可治療晚期角膜渾濁，但手術(shù)畢竟存在風(fēng)險(xiǎn)，而且全球角膜移植庫(kù)供不應(yīng)求現(xiàn)象嚴(yán)重，供需比缺口高達(dá)1:70，所以應(yīng)重視角膜渾濁的預(yù)防，以防患于未然。
據(jù)巴黎綜合理工大學(xué)博士生Ma?lle Vilbert介紹，當(dāng)前評(píng)判患者角膜渾濁度仍以定性分析、醫(yī)生主觀判斷為主，難以準(zhǔn)確地開(kāi)展早期診斷以及病情發(fā)展的定量分析?！把劭芆CT掃描成像圖，全靠醫(yī)生目測(cè)分析，評(píng)估眼組織健康度缺乏標(biāo)準(zhǔn)化手段，診斷過(guò)程中主觀因素影響大，不明顯的病灶容易被醫(yī)生忽視?！?/p>
“所幸，多年來(lái)積累的大量眼科OCT影像構(gòu)成了龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于AI學(xué)習(xí)。” Vilbert當(dāng)前正在以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)新型圖形分析技術(shù)，可客觀評(píng)估角膜透明度，以避免主觀因素影響疾病診斷。最終的結(jié)果將在博士論文中發(fā)表。
“理解了為何角膜透明，則可知為何角膜渾濁”
眼角膜的透明組織十分獨(dú)特，其透光性源于其結(jié)構(gòu)特質(zhì)。結(jié)締組織基質(zhì)層占角膜厚度的90%，由納米級(jí)膠原纖維組成，纖絲在角膜薄片內(nèi)有序排列，直徑一致，因此除了直接透射光之外，其他方向射入的光線都會(huì)被嚴(yán)重散射，故體現(xiàn)為高度透明。只有直接通過(guò)角膜和晶狀體進(jìn)入眼球的光線才能在視網(wǎng)膜上成像。
圖片來(lái)源：Ma?lle Vilbert博士論文《利用光學(xué)相干斷層掃描 (OCT) 進(jìn)行角膜透明度的體內(nèi)光學(xué)診斷》
注：從左至右，正常角膜、水腫角膜、眼白（鞏膜）的膠原纖維絲排列，OCT掃描影像。
Vilbert指出：“介質(zhì)可透光，也可吸收光或者散射光。而角膜完全不吸收光，所以進(jìn)入的光線要么徹底通過(guò)，要么被散射。但如果散射程度異常高，角膜就會(huì)變得渾濁，不再透明?！被|(zhì)層膠原纖維絲的有序排列對(duì)于角膜透明度至關(guān)重要，一旦排列打亂、纖維絲的直徑不一致（變得像眼白一樣），光線就無(wú)法直接達(dá)到眼球內(nèi)部。
角膜水腫是混濁的原因之一，因?yàn)樗[會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)的膠原薄片之間出現(xiàn)微米級(jí)的水性間隙，從而發(fā)生光線異常散射。
AI+光學(xué)精準(zhǔn)分析病情
Vilbert課題的基本假設(shè)是：健康的角膜基質(zhì)具有均質(zhì)性，可通過(guò)物理參數(shù)描述其透明度。“病變的角膜存在非均質(zhì)性，導(dǎo)致OCT掃描時(shí)信號(hào)衰減發(fā)生局部波動(dòng)。對(duì)角膜基質(zhì)的一致性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析后，即可用相干光穿透率這一單一參數(shù)描述其透明度。之所以這么做，是為了讓OCT影像的評(píng)判有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，客觀地區(qū)分健康角膜和散射異常的病態(tài)角膜?，F(xiàn)有的臨床手段還難以做到這一點(diǎn)?！?/p>
然而，存在局部渾濁的角膜無(wú)法用單一參數(shù)描述。因此，Vilbert 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了可自動(dòng)分類眼球OCT影像的AI工具，能檢測(cè)出角膜發(fā)炎情況（如角膜內(nèi)皮營(yíng)養(yǎng)不良癥、屈光手術(shù)后角膜混濁所致的炎癥）。經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練的AI模型，能在影像中發(fā)現(xiàn)人眼難以辨別的病變跡象。
圖片來(lái)源：PI France
Vilbert團(tuán)隊(duì)采用了9個(gè)參數(shù)訓(xùn)練AI模型，其中一個(gè)被稱為sigma的參數(shù)反映角膜炎癥區(qū)的深度，基于sigma的圖像分辨準(zhǔn)確率可高達(dá)93%。其余8個(gè)參數(shù)與sigma共同輸入，可將準(zhǔn)確率提高至97%?！爱?dāng)然，醫(yī)生仍然可以人工對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行判斷——保留醫(yī)生的判斷權(quán)，有利于數(shù)字化診斷工具的接受和推廣。”有了AI，醫(yī)生能在癥狀出現(xiàn)早期，甚至肉眼還無(wú)法觀測(cè)到時(shí)就及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而制定更具針對(duì)性的后續(xù)診療方案。
Vilbert團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以作為裂隙燈檢查、OCT掃描等傳統(tǒng)診斷方式的輔助。將角膜透明度表示為一個(gè)精確的百分比數(shù)字，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病變，且有利于病情的量化追蹤，從而早干預(yù)，避免病情惡化到需要角膜移植或侵入性手術(shù)的地步。
"經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練的AI模型，能在影像中發(fā)現(xiàn)人眼難以辨別的病變跡象。"
“鑒于世界人口不斷老齡化，以及全球80%的致盲病例皆可避免，開(kāi)發(fā)新診斷手段尤其重要。病發(fā)時(shí)和治療期間準(zhǔn)確診斷病情，能讓預(yù)防更得力，療法更有效?！庇捎诮Y(jié)合了人工智能自主功能，Vilbert團(tuán)隊(duì)的工具操作容易，即使非專業(yè)人士也能掌握，接受短期培訓(xùn)后便能上崗，以較低價(jià)格為廣大患者提供診斷服務(wù)。
光線在人體組織內(nèi)傳播的物理學(xué)原理結(jié)合AI技術(shù)，除了能診斷角膜渾濁，還可以有多種臨床用途。全球超過(guò)一半的視覺(jué)障礙由白內(nèi)障導(dǎo)致，新工具或能在白內(nèi)障診斷和病情檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。