眼底病人工智能展望

第四节 眼底病人工智能展望

回顾国内外眼底病人工智能辅助诊断的研究历史,分析其现状和水平,结合本团队的研究成果,我们可以对眼底病人工智能研究未来的一些发展趋势做如下推测和分析。

1.糖尿病视网膜病变的人工智能辅助诊断研究成果广泛落地

2020年8月,国家药品监督管理局经审查,批准了深圳硅基智能科技有限公司生产的创新产品《糖尿病视网膜病变眼底图像辅助诊断软件》注册,以及上海鹰瞳医疗科技有限公司生产的创新产品《糖尿病视网膜病变眼底图像辅助诊断软件》注册。2021年6月,北京致远慧图科技有限公司的《糖尿病视网膜病变眼底图像辅助诊断软件》正式获批国家药品监督管理局医疗器械三类证。上述产品均采用基于卷积神经网络的自主设计网络结构,基于分类标注的眼底图像数据,对算法模型进行训练和验证。通过获取眼底照相机拍摄的患者眼底彩照,利用上述深度学习算法对图像进行计算、分析,得出对于糖尿病视网膜病变的辅助诊断建议,提供给具有相应资质的临床医生作为参考。

随着国家管理部门、医疗机构和社会公众对智能眼科成果的认可,国内DR的人工智能辅助诊断研究成果迟早会广泛落地应用,将成为基层眼科医生和眼健康机构的得力助手,不难发现其首先取得示范效应必定是在基层医疗单位。因为仅能提供单病种诊断的限制,其应用场景有限。

2.基于眼底图像的AI辅助诊断系统研究是我国防盲治盲工作的发展趋势

DR、ROP、AMD等眼底疾病的诊断离不开眼底图像分析,基于眼底图像的AI辅助诊断系统研究是我国防盲治盲工作的发展趋势。利用人工智能技术进行眼底图像的辅助诊断可以大幅提高诊断效率,同时结果的客观性与一致性较好,为大规模筛查提供精准、高效的技术手段,辅助防盲治盲工作。

以DR智能辅助诊断为应用龙头,已经带动其他常见眼底病的人工智能研究和实践。眼底照相的检查便捷性、对检查者的无损性以及图像的标准性,必将带来眼底图像的大数据特性以及结构化数据转化的可操作性,从而注定会引起医学人工智能专家的广泛关注,成为眼底病AI辅助诊断系统的研究热点。在DR智能辅助诊断的成功应用之后,常见眼底病如年龄相关性黄斑变性、青光眼、高度近视等的人工智能辅助诊断系统研究会紧随其后取得突破,最终实现常见眼科多疾病的眼底影像智能诊断,成为临床医生的得力助手。

尽管眼底图像辅助诊断技术在很多眼底病种中取得了进展,但由于眼底病种类多、眼底病变复杂多样及眼底图像采集的差异性,相应的算法泛化能力低,难以适应多场景应用。随着眼底病人工智能诊断技术应用的发展,需要加强眼科知识和人工智能技术的融合研究,优化整合利用,使之在合适的场景下发挥出最大的作用。

3.近视防控中的眼底AI研究会成为未来研究的一个方向

我国儿童青少年总体近视发病形势严峻,2020年,我国儿童青少年总体近视率为52.7%,总体近视率较2019年(50.2%)上升了2.5个百分点。2020年上半年受新冠肺炎疫情影响,儿童青少年线上学习时间加长,户外活动减少,近视防控面临挑战。为积极应对疫情影响,毫不松懈、务实真抓、务求实效推进儿童青少年近视防控工作,教育部等十五部门联合制定《儿童青少年近视防控光明行动工作方案(2021-2025年)》。

儿童青少年近视防控任务艰巨,已经成为关系健康中国的核心问题。近视一旦发生,则难以彻底治愈。近视会使眼轴增长,视网膜变薄。近视患者中约15%有视网膜裂孔、视网膜出血、视网膜脱离等并发症。如果不及时进行科学干预,中低度近视将进展为高度近视,最终致盲。针对此项亟待干预的儿童青少年公共卫生问题,需要建立一套完整、科学、智能的儿童青少年近视防控体系。人工智能技术在其中能够发挥巨大的作用。

智能近视防控领域的研究和应用会成为未来智能眼科的一个热点。智能近视防控相关的产品会涌现出来、进入市场,比如用眼习惯检测、屈光智能检测、大数据预测等方面的新产品,已经有企业取得了一些进展,正在接受市场的检验。视力健康档案的智能化、可穿戴设备在近视防控中会发挥重要作用,相关近视大数据可能会带来相关研究的突破。除此之外,以眼底为主要研究对象的近视发生和发展预测、近视风险预测也会受到越来越多的关注。

4.眼底病人工智能研究百花齐放,可以成为智能医学研究的主力军

眼科是最早实现数字化影像的临床科室,具备实现智能化的基础和优势。眼底图像可由裂隙灯显微镜照相系统、眼底照相系统、眼部B型超声、OCT及FFA等客观辅助检查设备获得。随着手机、互联网通信领域技术的进一步发展,移动终端获取图像便捷快速,图像质量不断提高,传输速度越来越快,拓展了眼科图像的来源。眼科诊断和治疗依靠大量标准的图像,具有数据量多、规范、适合图像处理等特点。基于上述优势,眼底病人工智能研究已经成为眼科人工智能研究的主力军,未来的研究百花齐放,成果不断。

5.多方合作推进眼底病人工智能发展,眼科专家主导眼底病人工智能研究占比加重

眼科专家参与甚至主导眼底病人工智能研究的作用愈发重要。眼科医生如果理解了人工智能,就能准确地选择人工智能应用的场景,避免研究工作走弯路。

初期医学人工智能研究中眼科在内的医务人员深度参与不多,导致很多医学人工智能研究成果限于论文,不能贴合临床需要,无法在医学诊断中落地应用,对临床工作帮助甚小,无法引起广大临床医务工作者的关注和参与。近几年国内眼科专家主导的重大智能眼科研究越来越多,大大加速了智能眼科的研究和应用进展。

眼科学+人工智能要求我们每一个眼科医生转变思想,根据自身的工作任务,提出个性化的需求,一点一滴地开始眼底病人工智能研究和应用。在国际竞争的大形势下,随着更多的眼科专家深度参与或主导眼底病人工智能研究,将提供更多的人工智能技术在眼科领域的应用场景,使未来的眼底病人工智能研究更加符合眼科临床客观和实际需求,能够解决眼科临床工作中眼底病的早期发现、早期诊断与早期干预的迫切问题,保障人民的眼健康。

6.眼底病人工智能研究成果短期内主要以智能辅助诊断系统为主

眼科或者医学人工智能研究成果短期内主要以智能辅助诊断系统为主。目前AI在医疗领域的应用尚处于初步阶段、弱人工智能阶段,离广泛应用还有很长一段距离。尽管AI能够完成指定任务,在图像识别、语音识别等领域已得到卓越成绩,但是医疗场景极端复杂,疾病诊断考虑的依据众多,检查手段多样化,诊断思维也是千变万化。对于医生们而言,目前的智能技术是远远不够的,在医疗复杂场景中只能选择较为单一的场景,其作用更多是辅助诊断,比如担任医疗助手等。虽然眼底病人工智能研究已经取得了先机,但要想全面渗透,应用到治疗、手术等领域,路途还十分遥远。

7.眼底病人工智能研究的两个主要系统方向互相促进

眼底病人工智能研究的两个主要系统方向:①注重适合眼科场景的人工智能技术研究;②以商业应用为主要目的的眼底病人工智能研究。未来的眼底病人工智能研究大多以上述两个方向为主导,互相促进,推进眼底病人工智能发展。高校、研究所等研究团队会以前者为主,智能眼科领域的企业则以后者为主。研究思路上从单一病种向多病种或全病种发展,从单一模态向多模态发展,提高人工智能成果在眼科的辅助作用。

8.法律法规、医学伦理保障眼底病人工智能健康发展

2021年6月10日,第十三届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过《中华人民共和国数据安全法》,自2021年9月1日起施行。《中华人民共和国数据安全法》是为了规范数据处理活动,保障数据安全,促进数据开发利用,保护个人、组织的合法权益,维护国家主权、安全和发展利益,制定的法律。法律法规为眼底病人工智能研究的数据管理提供了法律依据,有利于整个智能医学的发展。

同时,医学人工智能的发展越来越成熟,随之带来的伦理和道德问题也已成为社会讨论的焦点。比如人工智能的自动化对未来经济会造成什么影响,以及人类开发的智能系统需要遵循哪些伦理、道德、价值观等。不可忽视的是,眼底病人工智能发展的一些不确定性也会带来新挑战。人工智能是影响面广的颠覆性技术,可能带来改变眼科医疗结构、冲击法律与医学伦理、侵犯个人隐私等问题,将对医院管理、患者安全产生深远影响。在大力发展眼底病人工智能的同时,必须高度重视可能带来的安全风险挑战,加强前瞻预防与约束引导,充分规划眼底病人工智能研究和应用中的医学伦理问题,确保眼底病人工智能安全、可靠、可控并且健康发展。