Omówienie artykułu pt. „Waskulometria z funkcją głębokiego uczenia się przedstawia etapowe wzorce zmian w postępie wysokiej krótkowzroczności” opublikowanego Asia Pac J Ophthalmol (Phila) w 2024 roku [1].
Prof. dr hab. med. Andrzej Grzybowski
Kierownik Katedry Okulistyki, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn
Kierownik Instytutu Okulistycznych Badań Naukowych, Fundacja Okulistyka 21, Poznań
Streszczenie artykułu: Deep Learning-Enabled Vasculometry Depicts Phased Lesion Patterns in High Myopia Progression
Wprowadzenie
Wysoka krótkowzroczność (HM) stanowi poważny problem zdrowotny, szczególnie w krajach Azji Wschodniej, gdzie przewiduje się, że do 2050 roku będzie dotyczyć ponad 175 milionów osób w Chinach. Schorzenie to nie ogranicza się jedynie do konieczności stosowania korekcji optycznej, ale wiąże się z ryzykiem poważnych patologii okulistycznych, takich jak jaskra, odwarstwienie siatkówki i zwyrodnienie plamki żółtej. Zrozumienie mechanizmów progresji HM jest kluczowe dla skutecznej profilaktyki ślepoty i poprawy rokowań pacjentów.
Cel badania
Głównym celem badania było przeanalizowanie morfologicznych zmian w naczyniach siatkówki podczas progresji HM oraz określenie etapów tych zmian. Do tego celu wykorzystano model sztucznej inteligencji do precyzyjnej analizy zdjęć dna oka.
Metodologia
W badaniu retrospektywnym uwzględniono 14 066 fotografii dna oka od 5775 pacjentów z HM. Badani mieli średnią wieku wynoszącą 41,2 ± 18,6 lat, a 61,2% stanowili kobiety. Wykorzystano inteligentny system analizy obrazów (EVisionAI), który przeprowadził kompleksową segmentację i kwantyfikację parametrów naczyń siatkówki, takich jak:
- średnica naczyń,
- stosunek tętniczo-żylny (AVR),
- skrętność,
- kąt łuku naczyniowego (AVA),
- odległość łuku naczyniowego (DVA),
- gęstość naczyń,
- wymiar fraktalny,
- długość żył.
Analizowano także zanik okołotarczowy (PPA), mierząc jego szerokość i stosunek do średnicy tarczy nerwu wzrokowego.
Wyniki
Dane demograficzne: Analiza różnic między płciami wykazała, że mężczyźni byli młodsi, a ich naczynia siatkówki cechowały się mniejszymi średnicami, mniejszym AVR, ale większą skrętnością i gęstością.
Fazy zmian morfologicznych: Zidentyfikowano dwa etapy zmian w naczyniach siatkówki:
- Faza początkowa (0-0.3 stosunku szerokości PPA): W tej fazie dominowały zmiany trakcyjne, charakteryzujące się szybkim spadkiem skrętności (0.5–1.0 PD) i kąta AVA (1 PD).
- Faza późna (0.3-1.2 stosunku szerokości PPA): Odnotowano wolniejszy spadek parametrów trakcyjnych, ale gwałtowny spadek gęstości naczyń i wymiaru fraktalnego, co sugeruje przewagę zmian zanikowych.
Dyskusja
- Zmiany trakcyjne: Są one wynikiem mechanicznych naprężeń spowodowanych wydłużaniem osi oka. Powoduje to prostowanie naczyń i zmniejszenie kąta AVA.
- Zmiany zanikowe: W fazie późnej cienienie siatkówki prowadzi do degeneracji komórek śródbłonka naczyniowego i zmniejszenia produkcji VEGF, co skutkuje spadkiem gęstości naczyń.
- Porównanie z innymi schorzeniami: Zmiany w naczyniach siatkówki w HM wykazują podobieństwa do jaskry, co może wyjaśniać zwiększoną podatność na tę chorobę u pacjentów z HM. Natomiast odmienna morfologia naczyń w HM może tłumaczyć mniejsze ryzyko rozwoju retinopatii cukrzycowej.
Różnice między płciami: Kobiety z HM miały większe średnice naczyń, większe AVR, większą skrętność i większą gęstość naczyń, co sugeruje, że ich układ naczyniowy jest bardziej odporny na zmiany patologiczne związane z HM.
Bazując na naszych wynikach i poglądach z poprzednich badań, proponujemy: hipoteza wyjaśniająca mechanizm zmian naczyniowych siatkówki podczas progresja HM: w początkowej fazie progresji HM, główną siłą, która sprzyja zmianom trakcyjnym w dnie jest siła prostopadła. Jednakże naprężenie rozciągające na tym etapie jest względne ograniczone, co może prowadzić jedynie do prostych naprężeń trakcyjnych, takich jak prostowanie naczyń i redukcja AVA. Dodatkowo tkanka siatkówki może nie być wystarczająco cienki, aby doszło do atrofii komórek. W rezultacie dno charakteryzuje się głównie zmianami trakcyjnymi w obrębie pierwszy etap. W miarę ciągłego zwiększania się osiowej długości oka, w drugiej fazie zaczyna rosnąć naprężenie styczne dna oka, powodując zaburzenie i ścieńczenie warstwy siatkówki. To może prowadzić do zwyrodnienia komórek śródbłonka naczyń i komórek RPE zmniejszenie zapotrzebowania na tlen i metabolizm, co ostatecznie prowadzi do: znaczne zmiany zanikowe w naczyniach siatkówki w dnie oka. Oprócz, powód minimalnej zmiany uszkodzenia trakcyjnego podczas drugiej etapem może być to, że krętość naczyń i AVA są bardzo wrażliwe naprężone i zostały już rozciągnięte do granic możliwości w pierwszym etapie. W związku z tym dostępność resztkowa jest ograniczona dalsza zmiana podczas większego naprężenia w drugiej fazie. Szeroko opisywano zwężenie naczyń siatkówki zaawansowanie HM,28–30, jednak podstawowa przyczyna pozostaje przedmiotem dyskusji. Grupa B charakteryzuje się głównie zmianą średnicy naczyń siatkówki w zakresie 0,5–1,0 PD w trakcie progresji PPA. Ogólnie, średnica naczynia wykazuje w początkowej fazie gwałtowny spadek, a następnie znacznie wolniejszym spadkiem w drugiej fazie. Opierając się na naszej hipotezie, proponujemy, aby główny wpływ na średnicę naczynia miał siły prostopadłe wynikające z wydłużenia osi oka, w szczególności odkształcenie ciągnące wywołane rozciąganiem mechanicznym, a nie zmian zanikowych wynikających ze zmniejszonego zapotrzebowania na tlen. Co ciekawe, oddzielne obserwacje zmian w tętniczkach i żyłkach ujawniło, że tętniczki wykazywały minimalne zmiany w drugim etapie po znacznym zwężeniu w pierwszym etapie, natomiast średnice żyłkowe nadal spadał przez cały drugi etap, co doprowadziło do rosnący trend w AVR. Ta różnica w zmianach tętniczo-żylnych ma przykuł naszą uwagę. W biomechanice moduł definiuje się jako stosunek naprężenia do odkształcenia występującego w materiale, odzwierciedlający jego odkształcenie cechy. Poprzednie badania wykazały, że żyłki mają mniejszy moduł w porównaniu do tętniczek, co czyni je bardziej podatnymi na odkształcenia pod wpływem sił mechanicznych.31 Co więcej, jako tętniczki z natury mają mniejsze średnice niż żyłki, tętniczki mogą osiągnąć ich próg odkształcenia wcześniej. Dlatego zjawisko tętnicze odkształcenie prawie ustało pod koniec pierwszego etapu, podczas gdy zwężenie średnic żylnych trwa nadal w drugim etapie, było pokazane w naszym badaniu Nasze badanie potencjalnych etapów waskulopatii siatkówki mogłoby pomóc dostarczają wglądu w mechanizmy patologii dna oka podczas postęp wysokiej krótkowzroczności i może dodatkowo przyczynić się do rozwoju przyszłych modeli sztucznej inteligencji do dokładnego oceniania, monitorowanie i przewidywanie uszkodzeń dna oka u pacjentów z wysokim poziomem krótkowzroczność, zwiększając w ten sposób efektywność postępowania klinicznego i poprawa trafności ocen prognostycznych.
Wnioski
Badanie dostarczyło nowych informacji na temat etapów zmian morfologicznych w naczyniach siatkówki podczas progresji HM. Faza początkowa charakteryzuje się dominacją zmian trakcyjnych, podczas gdy w fazie późnej przeważają zmiany zanikowe. Te odkrycia mogą pomóc w opracowaniu narzędzi sztucznej inteligencji do monitorowania i prognozowania zmian w dnie oka u pacjentów z HM, poprawiając zarządzanie kliniczne i rokowania.
Ograniczenia badania
- Retrospektywny charakter badania ogranicza możliwość ustalenia związku przyczynowo-skutkowego.
- Dane pochodzą z jednego ośrodka medycznego, co ogranicza ich uogólnienie.
- Brak szczegółowych danych o chorobach ogólnoustrojowych u badanych pacjentów.
Podsumowanie
Artykuł ukazuje potencjał zastosowania sztucznej inteligencji w okulistyce, oferując precyzyjne narzędzia analityczne do oceny morfologii naczyń siatkówki. Uzyskane wyniki mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów patologicznych HM oraz umożliwić skuteczniejsze metody profilaktyki i leczenia.
Podsumowując, ilościowo i kompleksowo oceniliśmy cechy morfologiczne naczyń dna oka u pacjentów z HM przy użyciu a system głębokiego uczenia się oparty na dużym zbiorze danych według różnych płci pierwszy raz. W badaniu dokładniej zbadano korelację między nimi parametrów za pomocą PPA i przeanalizował szczegółowe trendy naczyniowe wskaźniki umożliwiające zbadanie potencjalnego istnienia jego etapowej morfologii zmian, co wskazywało, że we wczesnym okresie wysokiej krótkowzroczności zmiany dna oka, zmiany trakcyjne mogą dotyczyć przede wszystkim naczyń siatkówki, podczas gdy w ostatnim etapie zmian w dnie oka o dużej krótkowzroczności – siatkówce naczynia mogą wykazywać głównie zmiany zanikowe. Wyniki tego badania mogłoby dostarczyć dalszego wglądu w mechanizm rozwoju HM z punktu widzenia zmian w naczyniach siatkówki.
Piśmiennictwo
1. He HL, Liu YX, Liu H, Zhang X, Song H, Xu TZ, Fang Y, Ma Y, Ren HY, Ling SG, Dong Z, Xu J, Qin L, Wong TY, Ang M, Jin ZB. Deep Learning-Enabled Vasculometry Depicts Phased Lesion Patterns in High Myopia Progression. Asia Pac J Ophthalmol (Phila). 2024 Jul-Aug;13(4):100086.