Невронни мрежи помагат за предотвратяване на слепотата

Екип специалисти от Русия, Германия и Австралия създават набор от данни за различни офталмологични заболявания като използват изображения от оптична кохерентна томография (ОСТ) – диагностичен метод, който се използва в офталмологията и позволява визуализирането на слоевете в ретината с хистологична точност, която позволява откриването на патологии в ранен етап.

За невронната мрежа

Няколко години продължава събирането на изображенията в офталмологична клиника в Екатеринбург. В наборът от данни присъстват записи от оптична кохерентна томография с различни патологии.

„Създадохме описан и етикетиран набор от данни благодарение на изображенията от ОСТ на различни патологии като, например, макулната дегенерация, заболяване свързано с възрастта, диабетния макулен едем, оклузия на ретиналната артерия, промени в епиретиналната мембрана“, съобщава доц. Василий Борисов от катедрата по информационни технологии и системи за управление на Уралския федерален университет в Екатеринбург.

Следващата важна стъпка е тестването на набора от данни. То е върху две широко използвани невронни мрежи.

Става дума за VGG16 и ResNet50, които са признати индустриални стандарти в системите за компютърно зрение. Преди самото тестване учените обучават невронните мрежи на най-голямата база данни на китайските офталмолози, която съдържа множество широко разпространени заболявания. След това екипът качва собствен набор от данни с 2064 изображения с патологии.

Доц. Борисов разяснява, че в началото учат невронните мрежи да идентифицират основните особености на изображенията или регулярните признаци. Следва прецизиране на резултата от работата им за конкретни класове заболявания, което става чрез показване на необходимите примери.

В резултат на това невронните мрежи са в състояние да откриват по изображенията както често срещани, така и по-редки заболявания.

„За свързаната с възрастта макулна дегенерация получихме висока точност на диагнозата до 97%, а за оклузията на ретиналната вена между 60% и 65%. Важно е да отбележим, че наред с други неща процентът на точност се определя и от разпространението на заболяването. Колкото повече случаи има за обучение на невронната мрежа, толкова по-висок е процентът на точност при определянето на диагнозата“, обяснява доц. Василий Борисов.

За ползата от набора данни и невронната мрежа

Според авторите на базата данни създаденото от тях ще помогне за изграждането на система, която ще направи възможно решенията да бъдат по-ефективни и по-точни. Доц. Борисов се надява, че други изследователи ще използват базата данни за изграждането на по-сложни мрежи.

„Ще се опитаме да разширим базата данни за редки заболявания като наследствената дистрофия на ретината, ретинопатията на недоносените и други състояния, застрашаващи зрението“, казва доц. Василий Борисов.

Описанието на набора от данни и резултатите от тестването са публикувани в списанието Scientific Data.

От своя страна д-р Анастасия Никифорова, главен лекар в клиника по очна хирургия „Професорска плюс“ и част от екипа изследователи, коментира, че едва през последните 15 години в световната офталмология се появяват методи за молекулярна терапия на свързаната с възрастта дегенерация на макулата. Заболяването се среща често при хората над 55 години.

>>>Атлас с висока разделителна способност показва развитието на ретината 

„Обучената невронна мрежа може да бъде добър помощник за по-бързата диагностика, но и за определяне на подходящо лечение“, убедена е д-р Никифора. Тя обаче насочва вниманието и към още едно предимство и то е свързано с недостига на персонал. Подчертава, че много малък брой офталмолози, при това специализирани в заболяванията на ретината, могат да работят с изображения и да разберат значението им. Недостиг на този вид специалисти е сериозен проблем.

Новата база данни и обучените невронни мрежи са в състояние да определят дали състоянието на очите е нормално или не е, но и да покажат патологиите. Със сигурност, казват авторите, лечението на социално значимите очни заболявания ще бъде по-достъпно и по-бързо. Базата данни е регистрирана, патентована и достъпна да бъде изтеглена.

За очните заболявания

Очните заболявания и видовете зрителни увреждания са разпространени широко, но много често не се лекуват. По данни на ООН през 2020 г. най-малко 2,2 милиарда души в света са с някаква форма на зрително увреждане. От тях поне 1 милиард са с увреждане, което може да бъде предотвратено или лекувано. Според СЗО от умерено или тежко увреждане на очите или от слепота в света страдат 11,9 милиона души.

Според прогнози на специалистите в следващите години нуждата от грижа за очите в света ще се увеличи. Причините са в застаряващото население, което се увеличава бързо, но и в промените в начина на живот.