中山大学中山眼科中心研发Ai-Doctor系统，有望实现缺血性视网膜疾病的全程智能辅助诊疗 | Cell Press对话科学家

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2023年9月20日，中山大学中山眼科中心林浩添/梁小玲/林铎儒团队合作在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Medicine上在线发表题为“An artificial intelligence system for the whole process from diagnosis to treatment suggestion of ischemic retinal diseases”的研究论文，基于眼科临床上解读难度最大的荧光素眼底血管造影检查，研发了常见缺血性视网膜疾病的全程智能辅助诊疗系统Ai-Doctor。本研究由中山大学中山眼科中心的林浩添教授、梁小玲教授和林铎儒副研究员为共同通讯作者，赵欣予博士、林桢哲算法工程师和于珊珊主治医师为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省杰出青年基金项目、广州市校（院）联合项目等资助。

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眼科是医学人工智能研究发展最早和最快的学科之一，目前已有部分智能系统进入临床转化应用阶段。然而，已报道的眼病智能技术多基于眼底照相或光学相干断层扫描等图像。大部分缺血性视网膜疾病的确诊及治疗决策，很大程度上仍依赖荧光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography, FFA)图像的解读。FFA图像的解读难度大且流程复杂，包括了图像分期、疾病诊断、病灶特征识别、缺血程度评估及治疗决策等，需要经验丰富的眼底病专科医生投入大量时间精力。此外，由于缺乏客观定量的缺血程度分析方法，不同医生阅片的主观性较强，结果差异较大。因此，亟需开发基于FFA图像的缺血性视网膜疾病智能诊疗辅助系统。

目前已有部分基于FFA图像的疾病智能诊断研究报道。然而，这些研究多数仅具有病灶识别或疾病诊断等单一功能，远不能满足缺血性视网膜疾病的临床诊治需求。此外，大部分已报道研究均基于30°FFA图像模式，性能及应用上存在局限，而临床上广泛应用的55°FFA图像的相关报道鲜见。

图1 Ai-Doctor的各功能模块

为解决上述问题，中山大学中山眼科中心联合多中心医院，共纳入2万余张55°FFA图像，根据临床医生的阅片思路，研发了集成图像分期、疾病诊断、病灶分割及量化分析，以及治疗决策建议等系列功能的智能辅助系统Ai-Doctor。FFA图像分期和常见缺血性视网膜疾病诊断的模型AUC均在0.9以上，无灌注区(non-perfusion area, NPA)等病灶分割模型的Dice系数均在0.8以上。此外，该研究基于NPA模型分割量化的结果，创新性提出了临床适用的缺血指数CAII，并初步探索出糖尿病视网膜病变和眼底分支静脉阻塞患者需要激光治疗的阈值，精准指导激光治疗决策。外部测试结果证实了该模型具有良好的泛化能力，也初步验证了激光治疗阈值的临床可用性和准确性。

以上结果表明，Ai-Doctor在FFA图像解读及缺血性眼底疾病的智能诊疗辅助全过程均具有出色的性能。其中，缺血区的精准分割量化及激光治疗阈值的临床应用是缺血性视网膜疾病从主观到客观量化评估的突破，为疾病的诊疗提供了系统性解决方案。该研究成果的突破，有望真正减少眼科医生的依赖，最终实现各级医院眼病诊疗能力水平的同质化。

作者专访

Cell Press细胞出版社特别邀请三位通讯作者进行了专访，

请他们为大家进一步详细解读。

CellPress：

为什么选择FFA检查进行研究?

林浩添教授：

人工智能技术最大的作用是使优质医疗资源扩容下沉、拓展专家经验，辅助年轻医生在医疗资源不足的地区也能开展高质量的医疗活动，让广大人民群众享受到均质化的优质医疗服务。FFA检查是诊断缺血性视网膜疾病的金标准，但它的结果解读是所有眼科检查难度最大的检查之一。我们瞄准这个最需要智能技术辅助的方向，研发了FFA图像解读及缺血性眼底疾病智能诊疗的系统Ai-Doctor，让这个金标准检查在眼底专科医师紧缺的医疗机构也可以开展，减少疾病的漏诊并提升治疗的精准性。

CellPress：

该项目的智能诊疗全程辅助有什么优势？

梁小玲教授：

以往报道的智能模型多适用于疾病诊治的其中一个环节，较少模型可以覆盖筛查诊治全流程的智能辅助，容易导致临床应用时仍依赖有经验的眼科医生。我们研发的智能系统Ai-Doctor，具有FFA图像分期识别、多疾病诊断、病灶自动分割、缺血程度定量分析和治疗建议等功能，且目前团队正在努力探索将FFA图像缺血区实时映射至人体眼底以实现精准激光治疗指导，有望做到智能技术对缺血性视网膜疾病诊疗的全程辅助，真正减少眼底专科医生的依赖。

CellPress：

AI医生与人类医生是怎样的关系？

林铎儒副研究员：

人工智能技术在医学中的定位是辅助医生作出更准确的医疗决策。精准的缺血程度评估是缺血性视网膜疾病治疗决策的关键。以往眼底专科医生在很大程度上需要依赖自身的临床经验结合FFA检查结果进行判断，这种主观评价方法个体差异大且不能定量计算。我们根据人工智能的技术优势，创新性提出临床适用的缺血指数的计算方法，可精准分割并客观定量计算缺血区的占比，为医生的治疗决策提供精准的数据支撑。

CellPress：

能否简要介绍一下中山眼科中心人工智能平台?

林浩添教授：

中山眼科中心人工智能平台依托眼病防治全国重点实验室，重点关注眼病及相关系统疾病的智能诊疗技术研发和临床应用，为各专科及合作机构提供智能算法和技术支撑，旨在培养一批具有国际视野的医工交叉创新青年人才，面向服务国家重大战略的需求，提升真正解决临床问题的能力，推动紧缺的优质医疗资源扩容下沉和区域均衡布局，让人人享有健康。

论文作者团队介绍

中山大学中山眼科中心是国家卫健委直属，集眼科医疗、教学、研究、防盲为一体的眼科中心，是眼病防治全国重点实验室依托单位，历年位居中国医院眼科声誉、科技影响力排行榜榜首，是世界卫生组织（WHO）在中国唯一眼科合作机构、亚太眼科学会总部所在地、亚非眼科学会主席所在单位。中心立足眼科学科特色，依托丰富的临床诊疗技术和数据资源优势，于2018年率先建立医学人工智能学科和研发部，以眼病人工智能诊疗的技术研发、临床验证和服务推广为三大目标，凝聚团结了临床医学、人工智能和计算机科学等多领域专业人才联合攻关。在眼病及相关全身疾病筛诊技术研发领域走在国际前列（成果发表在Nature Medicine, Nature Biomedical Engineering, The Lancet Digital Health等），提出并创建基于数字化智能技术的新型“三级诊疗”服务模式，在医学人工智能研发应用方面取得了多项突破。合作单位包括深圳市眼科医院（张国明教授、张少冲教授）、佛山市第二人民医院（卢彦主任医师）以及海南省眼科医院。

作者介绍

林浩添

教授

共同通讯作者，林浩添，中山大学中山眼科中心主任、眼科医院院长，教授、主任医师、研究员、医学人工智能与大数据学科带头人，中山大学中山医学院遗传学与生物医学信息学系主任，眼科学和生物医学工程双学科博导，国家“万人计划”科技创新领军人才，国家卫健委突出贡献中青年专家，中国青年五四奖章获得者，全国青联常委，国家重点研发计划项目首席科学家（优秀结项），兼任亚非眼科学会亚洲办公室主任，国家药品监督管理局人工智能医疗器械评审专家，广东省医学会医学人工智能分会首届主任委员，中国人工智能学会智慧医疗专委会副主任委员。致力于创研致盲眼病数字化智能化诊疗技术体系，提出并建立基于数字智能技术的新型“三级诊疗”服务模式并推广应用。以第一/通讯作者发表SCI收录文章100余篇，涵盖Nature, Nature Medicine, Science, The Lancet, BMJ等国际顶级期刊，主编专著4部，参与编写专著6部，申请并获得30余项国内外专利和软件著作权，牵头编制首批湾区标准2项（医学人工智能领域仅此两项），获2021年吴文俊人工智能科技进步一等奖、首届钟南山青年科技创新奖。

梁小玲

教授

共同通讯作者，梁小玲，中山大学中山眼科中心眼底外科教授，主任医师，博士生导师，全国防盲技术指导组副组长，广东省防盲技术指导组组长，中华医学会中华眼科学分会会员，中华眼科学会眼底病学组委员，亚太玻璃体视网膜协会理事，一带一路眼科联盟副主席，中国女医师协会眼科专委会委员。从事眼科医教研防工作近40年，专注于眼底疾病的基础与临床研究，以第一/通讯作者发表SCI论文60余篇，涵盖Journal of Pineal Research, Ophthalmology, JAMA Ophthalmology等国际著名期刊。主持国家自然科学基金6项，国家教育部基金项目2项，省级科研项目8项，市科技项目1项，其他临床或基础研究项目若干。曾作为参与人获中华医学科技奖一等奖，教育部科学技术进步奖一等奖、二等奖和广东省科学技术奖二等奖。

林铎儒

副研究员

通讯作者，林铎儒，中山大学中山眼科中心副研究员、硕士生导师、眼科学博士、广东省杰出青年基金获得者、广东省青联委员（医药卫生界别副秘书长）、广东省青年科学家协会成员。主要从事医学大数据、眼病防治的人工智能研发与应用研究，以第一或通讯作者在Lancet Digital Health, Lancet Discovery Science（2篇，亮点研究）, Cell Reports Medicine, JAMA Ophthalmology等期刊发表SCI论著25篇，代表作入选“2021年中国眼科十大研究进展”；主持国家自然科学基金（青年&面上）、广东省自然科学基金杰出青年项目、中国博士后科学基金特别资助和面上项目（一等资助）等10余个项目；申获国家发明专利和软著共18项；执笔首批粤港澳大湾区标准2项；获吴文俊人工智能科技进步奖一等奖、北京市科技进步奖二等奖、中华医学会科学技术奖三等奖。

赵欣予

博士

第一作者，赵欣予，眼科学博士，2023年6月毕业于中山大学中山眼科中心，目前在清华大学深圳国际研究生院从事博士后研究。主要从事儿童和成人眼底病的临床诊疗和科研工作，尤其专注糖尿病视网膜病变、早产儿视网膜病变等常见眼底病的智能诊疗技术研究。以第一作者发表SCI学术论文7篇，包括JAMA Ophthalmology, British Journal of Ophthalmology, Expert Systems with Application等期刊。参编眼科专著1本，获得国家发明专利授权2项。

林桢哲

算法工程师

共同第一作者，林桢哲，中山大学中山眼科中心算法工程师，广东省医学会医学人工智能分会秘书。主要从事眼科人工智能辅助诊疗等算法研发及落地应用。目前已发表SCI论文10篇，获国家发明专利授权1项。

于珊珊

主治医师

共同第一作者，于珊珊，中山大学中山眼科中心眼底外科主治医师、眼科学博士、珠江新城院区眼底综合检查室负责人，海峡两岸医药卫生交流协会眼科学专委会黄斑病学组青年委；广东省眼健康协会影像专委会委员兼秘书；擅长眼底病内外科的综合治疗及眼底影像释义；主要从事眼底病的临床及基础研究，以第一作者/通讯作者发表SCI论文JAMA Ophthalmology, Journal of Pineal Research等杂志；主持广东省自然科学基金1项；《中山眼底病疑难病例解析》副主编，参与编写《临床眼底病》。