Sztuczna inteligencja i machine learning w okulistyce

Natalia Gołuchowska1

Piotr Rzepniewski1

lek. Karol Taradaj2

Oliver Jendro1

1Studenckie Koło Naukowe ProNeo przy Klinice Neonatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

2Katedra i Klinika Okulistyki, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Adres do korespondencji:

lek. Karol Taradaj

Katedra i Klinika Okulistyki I Wydziału Lekarskiego

Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego,

Uniwersyteckie Centrum Kliniczne WUM, Szpital Kliniczny Dzieciątka Jezus

ul. W. Lindleya 4, 02-005 Warszawa

e-mail: karol.taradaj@wum.edu.pl

  • Jakie są perspektywy dla machine learningu i sztucznej inteligencji jako narzędzi wspierających współczesną diagnostykę chorób oczu?
  • Omówienie możliwości wykorzystania machine learningu w diagnostyce zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem, jaskry i retinopatii cukrzycowej
  • Proces automatyzowania diagnostyki przed punkcją lędźwiową – jakie korzyści dla pacjenta, a jakie dla lekarza?

Dynamiczny rozwój technologii w ciągu ostatnich lat nie mógł pozostać bez wpływu na rozwój medycyny. Największy postęp dzięki nowym zdobyczom technologii dokonał się m.in. w diagnostyce medycznej. Coraz więcej słyszy się o wykorzystaniu sztucznej inteligencji (AI – artificial inteligence) oraz machine learningu (ML), czyli samouczenia się maszyn.

Machine learning jest jedną z gałęzi sztucznej inteligencji. W swoim podstawowym założeniu bazuje na algorytmach, które przetwarzają dostarczane im dane w poszukiwaniu powtarzalnych wzorców, schematów i na ich podstawie się uczą. Po wprowadzeniu danych system tworzy złożone modele analityczne, opierające się na schematach wyuczonych dzięki wcześniejszym informacjom, aby ulepszyć i zoptymalizować dokładność predykcji1.

Machine learning dzielimy na uczenie nadzorowane (supervised learning) i nienadzorowane (unsupervised learning). Uczenie nadzorowane polega na dostarczaniu oprogramowaniu zarówno danych klinicznych, jak i oczekiwanego rezultatu diagnostycznego, np. badania rezonansu magnetycznego (MR – magnetic resonance) z widoczną zmianą ogniskową w mózgu. Dzięki tej technologii oczekujemy, że możliwe będzie ustalenie przesłanki diagnostycznej dla opisującego lekarza radiologa, sugerującej obecność zmiany ogniskowej w obrazie MR głowy, którego nie było wcześniej w zbiorze danych i które nie było znane oprogramowaniu. W przypadku uczenia nienadzorowanego nie dostarczamy wyniku, a jedynie dane komputerowi. Dane te mogą obejmować np. liczne obrazy MR głowy z różnymi zmianami patologicznymi. Dzięki machine learningowi system grupuje badania na podstawie podobieństw między zmianami na grupę artefaktów oraz zmiany łagodne i złośliwe.

Celem niniejszego artykułu jest omówienie zastosowania machine learningu i sztucznej inteligencji w nowoczesnej diagnostyce medycznej, ze szczególnym uwzględnieniem okulistyki. Opisano w nim perspektywy dla tej technologii jako narzędzia wspierającego współczesną diagnostykę chorób oczu1. Na początku przedstawiono możliwości wykorzystania machine learningu w diagnostyce zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem (AMD – age-related macular degeneration), jaskry oraz retinopatii cukrzycowej przy użyciu badań optycznej koherentnej tomografii (OCT – optical coherence tomography) i fotografii dna oka. Omówiono również korzyści płynące z automatyzowania diagnostyki przed punkcją lędźwiową.

Pełna wersja artykułu omawia następujące zagadnienia:

Machine learning w okulistyce

Okulistyka stanowi drugą po radiologii i diagnostyce obrazowej specjalizację lekarską, w której wykonuje się najwięcej nowoczesnych, wykorzystujących technologie informatyczne badań diagnostycznych. Techniki diagnostyki [...]

Zwyrodnienie plamki związane z wiekiem (AMD)

Pierwszą chorobą, której diagnostyka opiera się na obu wymienionych badaniach, jest AMD. AMD to jedna z głównych przyczyn ślepoty wśród pacjentów w wieku [...]

Jaskra

Machine learning znalazł też zastosowanie w procesie diagnostycznym jaskry.

Retinopatia cukrzycowa

Kolejną chorobą, w przypadku której zwraca się uwagę na możliwość użycia machine learningu, jest retinopatia cukrzycowa, będąca najczęstszym mikroangiopatycznym powikłaniem cukrzycy. Zgodnie [...]

Wykrywanie objawu tarczy zastoinowej

Ciekawą koncepcją byłoby również użycie machine learningu oraz sztucznej inteligencji do poszukiwania objawu tarczy zastoinowej przed planowaną punkcją lędźwiową. Jak wiadomo, [...]

Smartfonowy system oftalmoskopowy

Dodatkowym usprawnieniem wyżej opisanego toku diagnostycznego byłoby zastosowanie smartfonowego systemu oftalmoskopowego. Jest to nic innego jak nakładka na kamerę do smartfona [...]

Podsumowanie

Na podstawie badań prowadzonych w ostatnich latach śmiało można stwierdzić, że machine learning i sztuczna inteligencja są przyszłością okulistyki. Z niniejszego artykułu płyną następujące [...]

Do góry