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近視已成為全球公共衛(wèi)生難題，及早發(fā)現(xiàn)并預(yù)測高風(fēng)險(xiǎn)兒童對預(yù)防近視及其并發(fā)癥至關(guān)重要?，F(xiàn)有近視預(yù)測模型大多依賴睫狀肌麻痹后的等效球鏡（SE）和眼軸長度（AL）等參數(shù)，盡管預(yù)測準(zhǔn)確，但在大規(guī)模篩查中面臨局限，尤其是在醫(yī)療資源匱乏的地區(qū)。此外，前期模型主要關(guān)注近視檢測和高度近視風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，未充分考慮干預(yù)需求。

近日，上海市眼病防治中心許迅教授與何鮮桂教授，上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系盛斌教授，及香港中文大學(xué)Chi Pui Pang（彭智培）教授等多地學(xué)者共同在《npj Digital Medicine》（IF:15.2）上發(fā)表了題為A Deep Learning System for Myopia Onset Prediction and Intervention Effectiveness Evaluation in Children的研究論文。該研究開發(fā)了名為DeepMyopia的深度學(xué)習(xí)算法，通過分析兒童青少年的視網(wǎng)膜眼底圖像，預(yù)測近視發(fā)生，并識別高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體，為個(gè)性化干預(yù)提供決策支持。

圖1 本文于2024年8月在《npj Digital Medicine》在線發(fā)表

研究方法 

DeepMyopia基于視網(wǎng)膜眼底圖像、眼軸長度、年齡和性別進(jìn)行輸入，在非睫狀肌麻痹的情況下實(shí)現(xiàn)了高效操作（圖2）。與傳統(tǒng)的睫狀肌麻痹驗(yàn)光相比，DeepMyopia避免了時(shí)間消耗、家長不接受等問題，顯示出在大規(guī)模篩查中的實(shí)際可行性。該系統(tǒng)首先在上海的大型數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了嚴(yán)格的驗(yàn)證，隨后在中國多個(gè)地區(qū)（包括北京、廣州、香港、昆明、呼和浩特、烏魯木齊）的獨(dú)立數(shù)據(jù)集上進(jìn)行外部驗(yàn)證，表現(xiàn)出比較理想的預(yù)測精確性和穩(wěn)定性。

圖2 DeepMyopia示意圖概述

研究結(jié)果

通過結(jié)合兒童的視網(wǎng)膜眼底圖像及非睫狀肌麻痹的眼科參數(shù)，DeepMyopia能夠準(zhǔn)確預(yù)測未來三年內(nèi)的近視發(fā)生（圖3），并在內(nèi)部測試集中實(shí)現(xiàn)0.908、0.813、0.810的AUC值，外部測試集中也保持了穩(wěn)健的表現(xiàn)，優(yōu)于純眼底圖像模型和非睫狀肌麻痹臨床模型，與睫狀肌麻痹臨床模型性能相當(dāng)。

圖3 四種模型預(yù)測未來三年近視發(fā)病的性能

DeepMyopia在近視發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的分層中表現(xiàn)出色，能夠有效區(qū)分低風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)群體，Kaplan - Meier曲線顯示兩組在內(nèi)部和外部測試集上顯著分離（圖4）。

圖4 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分層結(jié)果近視發(fā)生的生存曲線

在后續(xù)的模擬隨機(jī)對照試驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了DeepMyopia在近視風(fēng)險(xiǎn)分層中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明，利用 DeepMyopia區(qū)分高低風(fēng)險(xiǎn)兒童后，基于相應(yīng)強(qiáng)度的干預(yù)措施，可預(yù)防更多近視發(fā)生（圖5）。

圖5 DeepMyopia輔助干預(yù)的模擬隨機(jī)對照試驗(yàn)

此外，研究團(tuán)隊(duì)通過Markov模型評估了DeepMyopia在減少近視疾病負(fù)擔(dān)方面的有效性（圖6）。結(jié)果顯示，與未強(qiáng)化干預(yù)的常規(guī)組相比，DeepMyopia輔助干預(yù)能夠增加0.75（95%CI：0.53,1.04）質(zhì)量調(diào)整生命年（QALYs），避免失明年數(shù)為每100萬人 13.54（95%CI：9.57,18.83）年。

圖6 Markov模型模擬從正常到近視、病理性近視以及近視相關(guān)失明的一生經(jīng)歷

研究結(jié)論

基于眼底圖像和非睫狀肌麻痹眼部參數(shù)的 DeepMyopia 在預(yù)測近視發(fā)病方面表現(xiàn)出色，可預(yù)測未來三年近視發(fā)生，準(zhǔn)確識別近視高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體，針對性開展強(qiáng)化干預(yù)，有效減輕近視疾病負(fù)擔(dān)，為兒童近視的早期檢測和干預(yù)指導(dǎo)提供了一種可靠而高效的工具，在實(shí)際公共衛(wèi)生大規(guī)模篩查中具有巨大潛力。