Специалисты из России, Германии и Австралии на основе собранной базы снимков оптической когерентной томографии (ОКТ), позволяющей визуализировать слои сетчатки с гистологической точностью, разработали новый метод выявления патологий на ранней стадии их развития. Собранный датасет, рекордный по количеству заболеваний, с одной стороны, позволит врачам принимать правильные решения о лечении, с другой — сделает более доступным и быстрым выявление социально значимых заболеваний глаз. База данных зарегистрирована и запатентована, доступна для скачивания 1. Описание датасета и результаты тестирования на двух нейросетях исследователи опубликовали в журнале Scientific Data2.
«Мы создали описанный и размеченный датасет снимков оптической когерентной томографии. Снимки собирали на протяжении нескольких лет в екатеринбургской офтальмологической клинике. Набор данных состоит из записей ОКТ пациентов с такими патологиями, как возрастная макулярная дегенерация, диабетический макулярный отек, изменения эпиретинальной мембраны, окклюзия артерий или вен сетчатки, заболевание витреомакулярного интерфейса. Это первый датасет ОКТ-снимков в мире с таким количеством болезней. Мы надеемся, что он поможет построить систему поддержки принятия решений более качественно и точно, а другие исследователи будут использовать нашу базу данных для построения более сложных сетей», — рассказывает доцент кафедры информационных технологий и систем управления Уральского федерального университета Василий Борисов.
Датасет исследователи проверили на двух широко используемых нейросетях — VGG16 и ResNet50, которые являются признанными индустриальными стандартами в системах компьютерного зрения. Предварительно они обучили нейросети на самой крупной базе данных китайских офтальмологов (содержит более 200 тыс. широко распространенных заболеваний). Затем загрузили собственный датасет с 2064 ОКГ снимками с патологиями.
«Вначале надо было научить нейросети выделять базовые особенности изображения, т. е. регулярные признаки. Затем мы уточнили результат работы нейронной сети для конкретных классов заболеваний, показывая уже нужные примеры. В итоге нейросети смогли определять по снимкам распространенные и не очень заболевания. К примеру, по возрастной макулярной дегенерации мы получили высокую точность диагноза — 97%. По окклюзии вен сетчатки — 60–65%. Процент точности определяется в том числе распространенностью заболевания — чем больше кейсов для обучения нейросети, тем выше процент точности диагноза. Над этим мы продолжим работать. Постараемся расширить базу данных в отношении редких заболеваний, включая наследственную дистрофию сетчатки глаз, ретинопатию недоношенных и другие состояния, угрожающие зрению», — объясняет Василий Борисов.
Возрастная макулярная дегенерация — распространенное заболевание, которое встречается у пациентов в возрасте от 55 лет, поясняет главный врач клиники экспертной офтальмологии «Профессорская плюс» Анастасия Никифорова. По ее словам, только 10–15 лет назад в мировой офтальмологии появились методы молекулярной терапии этого заболевания. Ранее пациенты попросту теряли зрение. И чем раньше выявлена болезнь и показания к старту активной терапии, тем лучше прогнозы самого лечения.
Новая база данных и обученные нейросети могут помочь определить, в норме состояние глаз или нет, а также подсказать, какие могут быть патологии.
«Конечно, вести пациента будет врач, но нейросеть может помочь быстрее заподозрить опасный диагноз и организовать быструю маршрутизацию пациента в частную или государственную специализированную клинику, что впоследствии поможет сохранить максимальное качество зрения и жизни пациента, — считает Анастасия Никифорова. — Идеальный вариант — если в томографы будет "вшито" программное обеспечение, которое подскажет, что на 100 из 10 тыс. снимков, выполняющихся за одно исследование, есть проблема, на которую стоит обратить внимание и существует высокая вероятность какого-то заболевания. Мы стремимся к этому».
Аналитики ВОЗ отмечают: заболевания глаз и нарушения зрения широко распространены и слишком часто остаются без лечения. По данным ООН, в 2020 году во всем мире по меньшей мере 2,2 млрд человек жили с той или иной формой нарушения зрения, и из них как минимум 1 млрд человек страдал нарушениями зрения, которые можно было бы предотвратить или устранить.
Пресс-служба Уральского федерального университета