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近视智能预测和精准防控

其他  作者:国际眼科时讯  2019/5/13 16:33:00
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内容概要:近视指的是在调节放松的状态下,平行光线经眼球屈光系统后聚焦在视网膜之前,导致患者目视远物模糊。

杨雅涵1; 李睿扬1; 林浩添1#。

 
1中山大学中山眼科中心,金穗路7号,广州,广东,510060, 中国。
 
通讯作者:
 
林浩添
 
中山大学中山眼科中心
 
近视指的是在调节放松的状态下,平行光线经眼球屈光系统后聚焦在视网膜之前,导致患者目视远物模糊。高度近视可能发展为病理性近视,增加视网膜脱离、青光眼等风险。过去50年来,近视在中国学龄期儿童中广泛流行且患病率持续飙升,引起国家和社会的热切关注。2014年全国学生体质健康调研与监测结果显示:我国小学生、初中生、高中生、大学生的视力不良率高达45.71%、74.36%、83.28%、86.36%,且视力不良的原因主要是近视。目前,除了手术治疗外,没有有效途径逆转近视。若不及时干预,近视将会迅速发展。因此,对于近视的预测以及防控尤为重要。
 
近视的智能预测
 
大数据时代,以深度学习为代表的人工智能技术飞速发展,为近视的防控提供了新的方式和手段。屈光度是诊断近视的主要依据,我们用百万数量级以上的按时间序列分布的验光结果来训练机器学习模型,使之可以从海量数据中寻找到导致青少年近视的一般性规律,得到具有泛化性的近视预测算法,对孩子未来的屈光度变化进行预测,并评估高度近视的风险。
 
进一步,通过不断的调节参数,机器学习模型可以达到最佳的近视预测能力水平。第一,可以增强数据来源,比如扩增不同国家和地区的屈光度队列数据,通过丰富数据异源性,增强模型泛化能力。第二,可以通过比对不同机器学习模型,找到最适合用于可行的数据进行近视预测的算法模型。第三,可以在人群使用模型的过程中进行在线学习,提高预测机器人在适用群体中的匹配度和预测准确率。
 
近视的精准防控
 
孩子出生后,眼睛视力是从远视到近视的发展过程,近视约在7岁发生,5到10岁进展最快,20岁左右稳定在600度以内,若超过600度即为高度近视,发展为病理性近视的风险大大提升。目前确认临床有效的减缓近视发生发展的方式,主要包括:1)框架镜;2)角膜接触镜(如OK镜);3)药物(如低浓度阿托品);4)控制环境因素(如增强户外运动、使用Vitamin D、调整室内光线);5)手术治疗(如SMILE)。然而,何时需要采用这些防控措施,以什么样的强度进行防控还未可知。通过对不同个体近视的发生发展轨迹进行精准预测,可以在关键阶段有针对性地采取预防措施。
 
未来,通过数据类型的丰富,可以延展模型的预测功能,进一步辅助近视的防控。第一,通过补充时间序列上的眼底彩超、眼轴等信息,可以预测学生病理性近视的风险。第二,通过补充非近视人群的屈光度,可以预测非近视人群的近视发病风险,从而在近视前期可以对其进行防控。第三,通过补充人群病史信息,可以结合不同患者的近视危险因素暴露进行智能预测,从而提升算法的个体化预测效果。第四,对近视人群,针对近视矫正者和非近视矫正者创建算法模型,可以探索近视预后的大数据规律,从而对近视的治疗提供判断依据。
 
综上所述,目前通过使用人工智能技术对青少年近视情况进行预测,可以尽可能准确地预测未来10年内的近视度数变化与高度近视风险,从而找到近视精准防控的时机,积极采取近视防控措施。未来,还需要全社会通力合作,整合与扩充不同的近视数据类型,丰富机器学习模型预测功能,才能最终实现青少年近视眼有效防控。
 
近期,由中山大学中山眼科中心在全国发起青少年近视防控多中心队列研究项目,目前累计参与的合作单位包括首都医科大学附属眼科同仁医院、中南大学湘雅医院、沈阳兴齐眼科医院、沈阳眼医眼科互联网医院、广西壮族自治区人民医院、内蒙古巴彦淖尔市残联眼科医院和深圳星光眼健康公益服务中心。此项目为青少年进行近视筛查,建立屈光发育档案,定期随访预测屈光变化,并进行近视精准防控的相关系列研究,以成熟的科研成果指导近视防控工作,一起呵护孩子的眼睛,为实现国家2030年近视防控目标共同努力。
 
团队介绍
 
中山眼科中心的人工智能与大数据人工智能专科是全国第一个医学人工智能领域专科,与我国一流的多家单位一起,建立了由20 家单位组成的医、研、企一体的“医学人工智能联盟”,拥有医学和计算机双专业背景的 30 名核心研发骨干,并在广州开启了全球首个眼科人工智能机器人门诊。建立了“CC-Cruiser先天性白内障人工智能平台”(Nature Biomedical Engineering 2017);青少年近视个体智能化预测系统(PLOS Medicine 2018),并牵头全国各地8家顶尖医疗机构共同开展全球首个人工智能多中心临床试验(《EClinicalMedicine》 2019)。目前此团队共获得国家政府财政资助约5000万元,专利16项,近五年发表高质量学术论文48篇,涵盖了国际顶级杂志《Nature》《Science》《Lancet》《BMJ》《PLoS Med》等。

 
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