Прогнозирование зрительной функции по автоматически определяемым биомаркерам оптической когерентной томографии у пациентов с географической атрофией с использованием машинного обучения

Jun 23, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15565 (2022) Цитировать эту статью

2407 Доступов

5 цитат

18 Альтметрика

Подробности о метриках

Географическая атрофия (ГА) — угрожающее зрению проявление возрастной макулярной дегенерации (ВМД), одной из ведущих причин слепоты во всем мире. Объективная, быстрая, надежная и масштабируемая количественная оценка ГА по данным оптической когерентной томографии (ОКТ) сетчатки необходима для мониторинга заболевания, прогностических исследований и определения клинических конечных точек для разработки терапии. Такие автоматически определяемые количественно биомаркеры на ОКТ, вероятно, будут способствовать дальнейшему выяснению структурно-функциональной корреляции при ГА и, следовательно, патофизиологических механизмов развития и прогрессирования заболевания. В этой работе мы стремились предсказать зрительную функцию с помощью машинного обучения, примененного к автоматически полученным биомаркерам количественной визуализации при ГА. Был проведен апостериорный анализ данных клинического исследования и обычного клинического лечения. Модель автоматизированной сегментации с глубоким обучением была применена к ОКТ-сканам 476 глаз (325 пациентов) с ГА. Отдельная модель прогнозирования машинного обучения (Random Forest) использовала полученные количественные биомаркеры ОКТ (qOCT) для прогнозирования перекрестной остроты зрения при стандартной (VA) и низкой яркости (LLVA). Первичным результатом был коэффициент регрессии (r2) и средняя абсолютная ошибка (MAE) для поперечной VA и LLVA в письмах исследования раннего лечения диабетической ретинопатии (ETDRS). Параметры ОКТ были прогностическими для VA (r2 0,40 MAE 11,7 букв ETDRS) и LLVA (r2 0,25 MAE 12,1). Важность нормализованного случайного леса как мера прогностической ценности трех составляющих признаков ГА; Потеря пигментного эпителия сетчатки (RPE), дегенерация фоторецепторов (PDR), гипертрансмиссия и их расположение были зарегистрированы как на тепловых картах уровня вокселов, так и в подполях сетки ETDRS. Фовеальная область (46,5%) и потеря РПЭ (31,1%) имели наибольшее прогностическое значение для ВА. Однако для LLVA наиболее важными были нефовеальные области (74,5%) и PDR (38,9%). В заключение, автоматизированные биомаркеры qOCT демонстрируют прогностическую значимость для VA и LLVA при GA. LLVA сама по себе прогнозирует прогрессирование GA, подразумевая, что прогностические биомаркеры qOCT, предоставляемые нашей моделью, также являются прогностическими.

Географическая атрофия (ГА) — хроническая прогрессирующая дегенерация макулы, центральной области сетчатки площадью 24 мм2 (20°), необходимой для центрального зрения. Это определяющее поражение поздней возрастной макулярной дегенерации (ВМД)1,2. ГА связан со значительной необратимой потерей зрения. Для оценки зрительной функции при ВМД острота зрения (ОЗ), измеренная с помощью глазной таблицы при стандартизированном освещении, является признанным ключевым показателем результата, как это определено Международным консорциумом по измерению результатов в отношении здоровья3. Интересно, что на ранних стадиях ВМД острота зрения, измеренная в условиях низкой освещенности (острота зрения при низкой яркости [LLVA]), может снижаться, в то время как стандартная острота зрения остается неизменной4,5. У большинства пациентов изначально наблюдается нецентральный ГА (затрагивающий парафовеальную область макулы) и постепенно переходящий в фовеальное поражение (центральный ГА)6,7,8. В этом контексте LLVA коррелирует с будущим ухудшением остроты зрения, а ее снижение указывает на то, что пациент приближается к началу терминальной стадии заболевания и может надвигаться потеря фовеальной функции. Однако физиологический механизм, лежащий в основе этого показателя результата, неизвестен9,10.

В отсутствие современных методов лечения ГА и перспективных методов лечения на горизонте11,12,13 становится все более важным установить структурно-функциональные взаимосвязи внутри ГА, поскольку они: (i) обеспечивают дальнейшее понимание патофизиологических механизмов, лежащих в основе ГА; (ii) усовершенствовать мониторинг активности заболевания и тем самым диагностическое и прогностическое консультирование на уровне отдельного пациента; (iii) служат для определения клинических конечных точек в клинических исследованиях и позволяют идентифицировать более ранние стадии, т.е. возможности для вмешательств, которые могут предотвратить потерю зрения.