清華新聞網(wǎng)1月31日電 糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy,DR）是糖尿病最常見(jiàn)的微血管并發(fā)癥，也是全球可預(yù)防失明的主要原因。該病初期癥狀隱匿，病情嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致永久視力損傷甚至失明。由于不同患者病情進(jìn)展存在較大差異，每位糖尿病病人患DR的風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。目前，以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)已被用于DR篩查，然而基于眼底圖像來(lái)預(yù)測(cè)DR發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)仍是全球關(guān)注的重難點(diǎn)問(wèn)題。在糖尿病等相關(guān)慢病診療和管理的臨床實(shí)踐流程中，糖尿病患者往往只會(huì)按照相對(duì)固定的時(shí)間間隔進(jìn)行篩查或隨訪(fǎng)，并發(fā)癥的確切發(fā)生或進(jìn)展時(shí)間無(wú)法知曉，這也導(dǎo)致傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)疾病進(jìn)展時(shí)序軌跡的精準(zhǔn)建模，進(jìn)而無(wú)法預(yù)測(cè)個(gè)體的發(fā)病和進(jìn)展時(shí)間點(diǎn)。
針對(duì)這一困擾全球糖尿病管理的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸與臨床需求，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院黃天蔭教授團(tuán)隊(duì)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科、上海市糖尿病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賈偉平教授和李華婷教授團(tuán)隊(duì)，上海交通大學(xué)電院計(jì)算機(jī)系/教育部人工智能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室盛斌教授團(tuán)隊(duì)首次基于大規(guī)模醫(yī)學(xué)影像縱向隊(duì)列，涵蓋多國(guó)多種族的超20萬(wàn)名糖尿病患者的眼底圖像和臨床數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性提出了基于Weibull混合分布模型的疾病進(jìn)展分析深度學(xué)習(xí)框架，創(chuàng)造性地將糖尿病視網(wǎng)膜病變的進(jìn)展和發(fā)生時(shí)間視為篩查區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)變量，通過(guò)生存分析與時(shí)序分布概率建模，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)糖尿病視網(wǎng)膜病變進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和時(shí)間預(yù)測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將該系統(tǒng)應(yīng)用于中國(guó)和印度的真實(shí)臨床流程，證實(shí)該系統(tǒng)可在大幅降低篩查頻率和公共衛(wèi)生成本的情況下仍保持極低的漏診率，從而為將來(lái)的糖尿病并發(fā)癥防控實(shí)踐提供了個(gè)性化篩查和管理決策的依據(jù)。
1月4日，該研究成果以“用于預(yù)測(cè)糖尿病視網(wǎng)膜病變進(jìn)展時(shí)間的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)”（A deep learning system for predicting time to progression of diabetic retinopathy）為題發(fā)表于《自然醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）上。該成果是醫(yī)工交叉團(tuán)隊(duì)繼2021年成功完成糖尿病視網(wǎng)膜病變輔助智能診斷系統(tǒng)“DeepDR”的研發(fā)之后，進(jìn)一步構(gòu)建的基于時(shí)序影像序列深度學(xué)習(xí)的糖尿病視網(wǎng)膜并發(fā)癥預(yù)警系統(tǒng)“DeepDR Plus"。該系統(tǒng)可基于眼底圖像精準(zhǔn)預(yù)測(cè)糖尿病視網(wǎng)膜病變進(jìn)展，成果為推動(dòng)全球糖尿病并發(fā)癥的智能防控貢獻(xiàn)了中國(guó)力量，有望為全球糖尿病視網(wǎng)膜病變的篩防新策略的制定提供指引。
DeepDR Plus系統(tǒng)概覽和研究設(shè)計(jì)
早期篩查和干預(yù)對(duì)于DR的預(yù)防和管理至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)和國(guó)際組織大多建議無(wú)或輕度DR的糖尿病患者每年進(jìn)行常規(guī)眼底攝片檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜病變并進(jìn)行干預(yù)。然而，由于經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療資源等因素的限制，尤其是在中、低收入國(guó)家，糖尿病患者常規(guī)眼底攝片檢查的實(shí)施和普及困難重重。本研究首次實(shí)現(xiàn)了個(gè)體化糖尿病視網(wǎng)膜病變風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間預(yù)測(cè)，DeepDR Plus系統(tǒng)僅根據(jù)基線(xiàn)眼底圖像，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)5年DR進(jìn)展的個(gè)體化風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間，優(yōu)于傳統(tǒng)臨床參數(shù)模型。此外，DeepDR Plus系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識(shí)別高、低風(fēng)險(xiǎn)人群，提供了人工智能驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化的推薦隨訪(fǎng)間隔（低風(fēng)險(xiǎn)患者給予相對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間的隨訪(fǎng)間隔建議而幾乎不導(dǎo)致威脅視力DR的漏診）和管理策略（高風(fēng)險(xiǎn)患者給予相對(duì)更嚴(yán)格的綜合干預(yù)建議）。
人工智能驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化篩查間隔納入糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查系統(tǒng)，特別在發(fā)展中國(guó)家，可以極大地提高眼底攝片篩查的效率、公平性和可及性。該研究為糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查、預(yù)防和診療指南提供了新的證據(jù)，有望對(duì)未來(lái)糖尿病視網(wǎng)膜病變的臨床診療流程和醫(yī)療費(fèi)用等產(chǎn)生重要影響。
賈偉平、黃天蔭、李華婷、盛斌為該論文的共同通訊作者。上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉方向2020級(jí)博士生戴領(lǐng)（聯(lián)合導(dǎo)師為賈偉平與盛斌）、華東療養(yǎng)院主任陳婷麗、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院主任吳強(qiáng)、上海交通大學(xué)劉茹涵博士為該論文共同第一作者。
研究得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委“一帶一路”國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目、上海市內(nèi)分泌代謝疾病研究中心及上海交通大學(xué)“交大之星”計(jì)劃醫(yī)工交叉研究基金等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41591-023-02702-z
供稿：醫(yī)學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
