基于眼底血管造影深度学习的糖尿病视网膜病变智能诊断研究

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目的:通过深度学习算法自动检测和分类眼底荧光血管造影(FFA)图像中的无灌注区(NPA)、微血管瘤、新生血管荧光渗漏和激光斑这4类糖尿病视网膜病变(DR)病灶,构建造影智能报告系统;对无灌注区进行准确分割,指导眼底激光路径选择。方法:于浙江大学医学院附属第二医院眼科中心收集4067张糖尿病视网膜病变FFA图像建立数据集,每张图像由3名医生标注是否存在无灌注区(NPA)、微动脉瘤、新生血管荧光渗漏和激光斑。通过训练Dense Net、Res Net50和VGG16这3个卷积神经网络(CNNs)实现多标签病灶分类,同时识别上述4种病灶,计算CNNs的敏感性、特异性并绘制接收者操作特征曲线(ROC)以评价其性能。三名眼科医生手工勾画FFA图像中的NPA,训练U-Net网络对NPA进行分割,计算不同的重叠度(Intersection over Union,Io U)下的召回率(Recall)并作精确召回曲线(PrecisionRecall Curve)展示模型性能。将FFA图像与眼底彩照图像配准,根据分割的NPA设计视网膜激光路径。结果:Dense Net识别无灌注区、微动脉瘤、新生血管荧光渗漏和激光斑的ROC曲线下面积(AUC)分别为0.8703、0.9435、0.9647和0.9653;而Res Net50和VGG16识别该4种病灶的AUC分别为0.8140、0.9097、0.9585,及0.9115和0.7125、0.5569、0.9177及0.8537。U-Net分割NPA重叠率的平均精度为0.643。结论:实验结果表明,本研究所训练的Dense Net是一种适用于FFA图像多标签分类自动检测DR造影病灶的有效网络模型,U-Net网络能够实现对FFA图像中NPA的自动分割。糖网眼底造影智能报告及眼底激光路径导航系统初见雏形,为实现糖网FFA图像的自动分析和进一步的DR眼底智能激光治疗提供基础。
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