Temat chciałbym w skrócie przedstawić na przykładzie badań przesiewowych w jaskrze.

Jaskra jest jedną z głównych przyczyn ślepoty na świecie. Jest chorobą masową (częstą), w Polsce przyjmuje się, że choruje na nią od ośmiuset tysięcy do miliona osób, a leczy się około czterysta tysięcy. To schorzenie dotyczy wielu jednostek chorobowych o różnej etiologii, jednak wspólnym objawem choroby jest postępujące, nieodwracalne, możliwe do oceny uszkodzenie nerwu wzrokowego.

Jest schorzeniem obuocznym, ale niesymetrycznym, co powoduje że najczęściej uszkodzenie nerwu wzrokowego jest różne w obu oczach, co skutkuje rożnym zaawansowaniem upośledzenia widzenia. Większość pacjentów do 95% w początkowym okresie choroby nie dostrzegają upośledzenia widzenia. Według różnych danych dopiero od 40% do 70% nieodwracalnego uszkodzenia nerwu wzrokowego jest momentem kiedy chorzy stwierdzają że gorzej widzą. Czym większe uszkodzenie nerwu tym leczenie trudniejsze, kosztowniejsze i zagrożenie ślepotą większe. Jak wynika z przedstawionych wyżej informacji wykrycie schorzenia powinno nastąpić jak najwcześniej tj.  wtedy kiedy pacjent nie dostrzega jeszcze objawów.

Jak aktualnie lekarz okulista wykrywa schorzenie?

Przeprowadzane jest standardowe badanie okulistyczne, w tym najistotniejsze są wziernikowa subiektywna ocena stanu nerwu wzrokowego, ciśnienie wewnątrzgałkowe i wywiad ukierunkowany na jaskrę. Jest to badanie przesiewowe. Na tej podstawie lekarz decyduje o podejrzeniu jaskry lub braku podejrzenia. W wypadku podejrzenia kieruje pacjenta do dalszych badań, a w wypadku potwierdzenia choroby podejmuje leczenie.

Ile osób wymaga badań przesiewowych w Polsce?

Zakładając, że grupa ryzyka to grupa populacyjna po 55 roku życia, badania dotyczyłyby ok 8,5 mln osób. Z tej liczby można wykluczyć ok 400 tysięcy leczonych. Przeprowadzenie ponad 8 mln badań jest w warunkach polskich niewykonalne (brak lekarzy okulistów, środków finansowych). Dodatkowym problemem jest fakt, że ze względu na dynamikę schorzenia konieczne jest powtarzanie badań co rok lub dwa dla wykrycia nowych chorych.

Czy jest jakieś rozwiązanie?

W wielu publikacjach zwraca się uwagę na możliwość wykorzystania sztucznej inteligencji w badaniach przesiewowych. W 2018 roku powołałem zespół naukowców okulistów, fizyków i specjalistów IT, z którym opracowałem platformę do badań przesiewowych w jaskrze. We wrześniu 2019 roku z użyciem tej platformy rozpoczęto bezpłatne, pilotażowe badania mieszkańców Warszawy, które z powodu pandemii Covid – 19 zostały zawieszone.

Jak zbudowana jest platforma?

System e-jaskra umożliwia szybką, w ciągu kilku minut przeprowadzoną diagnostykę wstępną, która umożliwia badanie populacji w szerokim zakresie, bez udziału profesjonalistów medycznych. Osoba zgłaszające się na badanie jest poddana dwóm szybkim i nieinwazyjnym testom diagnostycznym (zdjęcia dna oka za pomocą fundus kamery oraz pomiar ciśnienia wewnątrzgałkowego – CWG).

Obraz dna oka jest analizowany przez klasyfikator. Algorytm klasyfikacji działa w oparciu o jedną z metod sztucznej inteligencji – uczenie maszynowe realizowane w sieci neuronowej. Wykorzystano jedną z metod głębokiego uczenia (deep learning) w oparciu o architekturę sieci o skomplikowanej strukturze konwulcyjnej (splotowej), opracowaną na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Klasyfikator dokonuje przypisanie danego obrazu tarczy nerwu wzrokowego (fragment zdjęcia dna oka wykonanego w świetle białym) do jednej z dwóch klas: zdrowy / chory, z określonym prawdopodobieństwem, na podstawie wcześniejszego treningu, prowadzonego na grupie obrazów, których klasyfikacji dokonał lekarz okulista. Przypisanie do odpowiedniej klasy jest realizowane przy przekroczeniu progu decyzji. Wynik klasyfikacji, z uwzględnieniem wartości CWG jest następnie komunikowany osobie badanej poprzez wiadomość wysyłaną jako sms i/ lub email (zależnie od preferencji osoby badanej). Całość procedury zajmuje od 6 do 15 minut.

System opracowała powołana i kierowana przeze mnie interdyscyplinarna grupa naukowców. W trwających ponad 2 lata pracach wzięli udział okuliści: dr hab. n. med. Anna Zaleska – Żmijewska i prof. Jacek P. Szaflik, a także zespół prof. Jacka Pniewskiego z Katedry Fizyki Optycznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i trzech ekspertów techniki komputerowej. Uzyskano zastrzeżenie patentowe nr P.432294 [WIPO ST 10/C PL432294]. Praca na temat platformy przedstawiająca ją i pierwsze wyniki badań została opublikowana  (Klinika Oczna Nr 1/ 2020, 122, 1: 1-6).

Aktualnie czułość metody badan przesiewowych z wykorzystaniem platformy e-jaskra wynosi 81.9 ± 2.7%, jej swoistość 73.1 ± 5.9%

Prace zespołu, które nadal są realizowane, polegają na pracach w celu podniesienia czułości i swoistosci badań oraz na opracowaniu metody autentycznego porównywania wyników u tych samych pacjentów w kolejnych badaniach. W dalszych badaniach zespół współpracuje z firmą ORACLE.

Jakie wyniki uzyskaliśmy?

W przebadanej grupie ponad 200 tys. osób w wieku 60+ stwierdzono zmiany, które wymagały weryfikacji u 20%. Ta grupa badanych uzyskała informacje smsowe lub emailowe o treści:

Dzień dobry. W badaniu przesiewowym stwierdzono zmiany świadczące o podwyższonym ryzyku wystąpienia jaskry. Wskazana jest konsultacja okulistyczna.

U 77% nie stwierdzono zmian, ta grupa uzyskała informację o treści:

Dzień dobry. W badaniu przesiewowym nie stwierdzono zmian świadczących o podwyższonym ryzyku wystąpienia jaskry. Sugerujemy kontrolę u okulisty za rok.

U ok. 2% zbadanych osób nie stwierdzono zmian w badaniu obrazowym dna oka, ale stwierdzono podwyższone wartości ciśnienia wewnątrzgałkowego. Otrzymały one sms:

Dzień dobry. W badaniu przesiewowym nie stwierdzono zmian świadczących o ryzyku wystąpienia jaskry. Jednak ze względu na podwyższone wartości ciśnienia wewnątrzgałkowego wskazana jest konsultacja okulistyczna.

U ok.1% badanych nie udało się, z powodu wąskiej źrenicy (badanie jest wykonywane bez jej rozszerzania), przeprowadzić badania. Treść wysłanego smsa była następująca:

Dzień dobry, nie udało się skutecznie przeprowadzić badania przesiewowego jaskry. Wskazana jest konsultacja okulistyczna.

Ile kosztuje badanie i jak długo trwa?

Długość całego badania wynosi ok. 5 minut, a koszt zależy od ilości badanych i przy ok. 100 osobach dziennie koszt badania to 9 do 11 zł. Dla realizacji tych zadań została powołana spółka z o. o. Centrum Badań Medycznych BRAND MED. Całkowite finansowanie badań dotychczas było realizowane przez Centrum Mikrochirurgii Oka Laser będące moją własnością. Sprzęt, z których zbudowane są platformy do badań okulistycznych weryfikujących został zakupiony przy współfinansowaniu przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego.  Finansowanie z funduszu dotyczyło 30% kosztów zakupu.

Co dalej?

Potrzebne są środki na kontynuację badań i certyfikację platformy. W wypadku uzyskania wsparcia finansowego szacuję, że platforma mogła by być gotowa do badań przesiewowych w ciągu 12 miesięcy.

Podsumowanie.

Badania przesiewowe z użyciem sztucznej inteligencji jak przedstawiłem na przykładzie jaskry jest niewykorzystaną możliwością tanich, szybkich, nieinwazyjnych, nie wymagających udziału lekarza badań w wyniku, których tylko 20% badanych wymaga dalszego badania okulistycznego.

Prof. Jerzy Szaflik