人工智能輔助糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查

人工智能輔助糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查圖像數(shù)據(jù)采集與標注規(guī)范糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabeticretinopathy，DR)是糖尿病性微血管病變中最重要的表現(xiàn)，是一種具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病的嚴重并發(fā)癥之據(jù)是否出現(xiàn)視網(wǎng)膜新生血管為標志，將沒有視網(wǎng)膜新生血管形成的糖尿病性視網(wǎng)膜病變稱為非增殖性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(nonproliferativediabetic稱單純型或背景型)，而將有視網(wǎng)膜新生血管形成的糖尿病性視網(wǎng)膜病變稱為增殖性圖像標注是指對圖像進行分類或對圖像中的感興趣區(qū)域進行識別并提取制作成對應于原始圖像的標簽過程，經(jīng)過標注后的數(shù)據(jù)可以作為訓練模型的數(shù)據(jù)集。方法主要有人工數(shù)據(jù)標注、自動數(shù)據(jù)標注和外包數(shù)據(jù)標注，人工數(shù)據(jù)標注的好處是標注結果比較可靠，自動數(shù)據(jù)標注一般都需要二次復核，避免程序錯誤，外包數(shù)據(jù)標注很多時進行眼底標注的眼底圖像數(shù)據(jù)應為脫敏（匿名化）數(shù)據(jù)，標注者無法通過標注DR：糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabeticretinopathDICOM：醫(yī)學數(shù)字成像和通信(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，NPDR：單純型或背景型糖尿病視網(wǎng)膜病變(nonproliferativediabeticretinopathy，NPDR)PDR：增殖性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(prolifeDR篩查所使用的眼底照相機要求在成像時可以同時顯示彩色和無赤光或黑白眼底圖像，或具有黑白眼底圖像轉換功能。彩色眼底圖像對于某些細微病變分辨不清時，建議轉換為黑白2）免散大瞳孔拍攝應滿足瞳孔直徑3.0m3）具有內固視標，至少滿足同時拍攝以黃斑為中心和以視盤為了滿足DR篩查和每次隨訪的準確性及便捷性，要求每只眼拍攝2張數(shù)碼眼底圖像。與單1）含有損傷威脅視力的最重要2個區(qū)域，即黃斑和視盤，且2個區(qū)域分別位于眼底圖像的2）雙視野要比單視野覆蓋的視網(wǎng)膜區(qū)域大，約覆蓋60°3）能夠幫助區(qū)分偽影及照相機自身或拍攝過程中的缺陷，如照像視野1(F1):以視盤為中心，展示視盤及以視盤為中心的30°~55°視網(wǎng)膜。照像視野2(F2):以黃斑為中心，展示黃斑，區(qū)及以黃斑為中心的30°~55°視網(wǎng)膜。散大瞳孔模式(要求瞳孔直徑≥5.5mm)和免散大瞳孔模式(要求瞳孔直徑≥3.3～4.0mm)均可。在無禁忌證的情況下，應充分散大瞳孔后檢查。若患者瞳孔無法充分散大，瞳孔直徑>3.3~4.0mm且<5.5mm時，可按下“SmallPupilSwitch”并切換視野角度進行拍攝。若瞳孔直徑<3.3~要求眼底照相對焦準確，正常人的眼底像上視網(wǎng)膜主干血管及1）眼底圖像曝光適度即眼底圖像亮度適中。眼底圖像曝光過強表現(xiàn)為視盤蒼白，視盤表面血管甚至視盤、視杯的邊界不易分辨，后極部視網(wǎng)膜反光增強等。過度曝光時圖像周邊的亮區(qū)可使周邊部視野模糊。若出現(xiàn)此情況，應減小曝光或增益后拍攝額外的圖像，同時保存2張2）老年人及屈光間質混濁者為避免圖像過暗可適當增加曝光強度，但青少年應避免曝光過強。眼底像曝光情況在正常人以視盤表面小血管及后極部視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層可分辨作為參照。對于屈光不正患者，常常需借助屈光補償進行調節(jié)。屈光補償分為+、-、0、A共4個擋位。2）-擋(-9.00～-23.00D):針對高度近視4）無屈光不正患者調整到0位。若屈光補償擋位在+、-或A，當切換到眼底時監(jiān)視器中的裂隙線將不顯示在屏幕上，圖像的清晰度可通過聚焦按鈕進行調節(jié)。圖像清晰度以視網(wǎng)膜血管為了進一步統(tǒng)一DR篩查中眼底圖像的采集和存儲操作，提高DR眼底篩查的規(guī)范化，以下規(guī)定了DR篩查眼底圖像采集、質量判讀及存儲的標準操作規(guī)范。同時，眼底圖像可信度的評免散瞳孔眼底照相機在拍照過程中，由于瞳孔較小或拍攝時曝光瞬間瞳孔收縮，導致眼底圖像周邊區(qū)域不可讀或黃斑區(qū)暗影，影響眼底圖像的閱讀。對眼底圖像的可讀范圍進行評價，對每只眼眼底圖像的整體質量進行評估，采取單獨評定原則，即以“可信度評估”為最終評對于同一只眼2張圖像的拍攝位置、清晰程度、可讀范圍均要進行獨立評估。圖像的3項指標均達到“達標”，評定為整體“可信度良好”；3項指標中任何一項為“未達標”，評定為“可信度拍攝時應即刻檢查所有眼底圖像的質量，對于圖像質量不符合要求者，應予以刪除并重新拍攝時應先拍攝患眼圖像，再拍攝對側眼圖像。拍攝時應即刻審查所有數(shù)碼圖像的質量，選擇最完整清晰的圖像保存，刪除多余圖像。對于眼底像因屈光間質混濁而照不清楚者，應同時提供眼底照相機照的外眼及眼前節(jié)像。眼底圖像異常表現(xiàn)通常與瞳孔較小有關。可通過一眼照相后另一眼間隔數(shù)分鐘待瞳孔復原后再照相以及散瞳縮短患者眼睛暴露在明亮燈光下的時間，降低檢視燈和檢查室房間的亮度，以提高患者拍攝時的依從性。適時要求患者眨眼，以確保角膜清晰。如需散瞳后進行眼底照相，應在眼科醫(yī)高度近視眼患者由于后鞏膜葡萄腫或其他原因，很可能出現(xiàn)整個拍攝視野無法清晰聚焦的眼底照相機鏡頭污跡特點是同一人的雙眼眼底圖像的同一部位以及不同人眼底圖像的同一部位均出現(xiàn)一致性的斑點狀或團霧狀斑塊，輕者不干擾對眼底圖像的判斷，重者可影響閱片結果，甚至可能造成誤診，如誤認為是微血管囊樣病變、出血斑、棉絨斑等。照相機鏡頭表面污拍攝眼底圖像時，若瞼裂睜開有限或眨眼，可導致出現(xiàn)睫毛或毛發(fā)虛影。尤其應注意下眼眼底圖像可以本地存儲或傳輸?shù)骄W(wǎng)絡服務器，眼底圖像在進行標注前可以將多余的黑邊裁拍攝完成所需的眼底圖像后，導出正確格式的相關圖像，即應以全分辨率保存數(shù)字圖像。圖像存儲應至少滿足以下一種格式要求:DICOM、無損壓縮的TIFF、無損壓縮的PNG和JEPG等拍攝完畢的眼底圖像須能夠上傳到電腦或網(wǎng)站進行自動分析、人工分析，并打印報告結果。使用人工智能在進行圖像分類或者對象檢測時候，首先需要對圖像做數(shù)據(jù)預處理，對眼底圖像進行擴充、裁剪和歸一化處理。因為不同設備采集的眼底圖像的亮度與清晰度不同，所以是圖像中像素的總和，K是當前灰度級的像素個數(shù)，L是圖像中可能的灰度級總數(shù)。計算原始圖像的累積直方圖，對圖像進行非線性拉伸，重新分配圖像的灰度值，使一定范圍內圖像的灰度值大致相等。這樣，原來直方圖中間的峰值部分對比度得到增強，而兩側的谷底部分對比度采用公式對圖像進行標準化處理。其中μ是圖像灰度的均值，X表示圖像矩陣，其中，adjusted_stddev=max，其中n表示圖像X的像素數(shù)量，σ表示的是所有像素采用公式對圖像像素灰度的最大最小值歸一化處理。其中xi表示圖像像素眼底圖像的拍攝角度不同，為克服這一差異，可隨機旋轉眼底圖像。隨機旋轉后的眼底圖像保持了其原比例。隨機旋轉眼底圖像在一定程度上也可以降低外在的樣本差異，眼底圖像通過灰度直方圖均衡化處理與旋轉處理后有利于提高后期每張眼底圖像依據(jù)我國DR病變分期標準的各種病灶點標簽數(shù)據(jù)生成直觀的文字描述，形）：）：）：）：V級DR（增殖型）：眼底有新生血管和纖維増殖）：DR的病灶有微動脈瘤（microaneurysm，MAs）、出血斑（hemorrhages，HM）、硬性滲出（hardexudates）和軟性滲出(softexudates)。DR可以大致分為非增殖型DR（nonproliferativeDR，NPDR）和增殖型DR（proliferativeDR，PDR）。完全覆蓋上述病灶目標的最小矩形框，標注信息包括標注病灶名稱、標注框寬度、高度、標注眼底圖像上最早可見的糖尿病視網(wǎng)膜病變，表現(xiàn)為邊界清楚的紅可暗紅斑點，有的位于末梢小動脈或靜脈上，有的位于出血斑中心，大小不等，小如針尖，大至視網(wǎng)膜小血管直徑，邊視網(wǎng)膜硬性滲出（hardexudates）邊界清晰，常有蠟樣或閃光感。位于外層視網(wǎng)膜，可呈孤立點狀，有時圍繞多個微血管瘤呈環(huán)狀排列，還可互相融合呈大斑塊狀。滲出物是視網(wǎng)膜中脂質和蛋白質的積累，在視網(wǎng)膜上通常表現(xiàn)為明亮、反射、白色或奶油色的損傷。標注硬性滲視網(wǎng)膜軟性滲出（softexudates），又稱棉絮狀斑，為形狀不規(guī)則、邊界模糊、大小不等的棉絮或絨毛樣網(wǎng)膜滲出斑，位于視網(wǎng)膜淺層的神經(jīng)纖維層。軟性滲出的出現(xiàn)是發(fā)生增殖型病出血斑一般多為小點狀或圓形出血，多位于視網(wǎng)膜深層。出血可逐漸吸收，但附近可再出現(xiàn)，可以侵犯玻璃體。如果不及時治療，則新生血管變得粗大，且不易消退，破裂后可導致玻增生的纖維組織呈條索狀或膜狀，常和玻璃體后界膜聯(lián)系在一起。纖維增殖的表面可有新視網(wǎng)膜及玻璃體可位于內界膜下或視網(wǎng)膜與玻璃體后界膜之間，可有液平，也可沒有液平呈圓形、橢圓形或片狀。當出血進入玻璃體內可在玻璃體內增殖的新生血管破裂出血時，即形視網(wǎng)膜脫離是視網(wǎng)膜的神經(jīng)上皮層與色素上皮層的兩層潛在間隙的分離，分離后間隙內所[1]許迅.規(guī)范眼底影像檢查數(shù)據(jù)采集、評估行為，提升眼底影像檢查診斷技術應用水平[J].中華[2]李建軍，徐亮，彭曉燕，等.遠程眼科單張眼底像質量標準(征求意見稿)[J].眼科，[4]中華醫(yī)學會眼科學分會眼底病學組，中國醫(yī)師協(xié)會眼科醫(yī)師分會眼底病專業(yè)委員會.我國糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查的圖像采集及閱片指南(2[5]張蕾，許維強，譚榮強，等.糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查方式探討[J].國際眼科雜志，2010，[6]中華醫(yī)學會眼科學會眼底病學組.糖尿病視網(wǎng)膜病變分期標準[J].中華眼科雜志，1985，21(2):113.[7]EarlyTreatmentDistereoscopiccolorfundusphotograph