IDx-DR (مورد تأیید FDA در سال 2018)
بیماری هدف: رتینوپاتی دیابتی
دقت: حساسیت 87.2٪، ویژگی 90.7٪
ویژگیها: کاملاً خودکار. قابل استفاده توسط افراد غیرمتخصص چشمپزشکی. استفاده در داخلی و مراقبتهای اولیه2)
هوش مصنوعی (AI) اصطلاحی کلی برای سامانههای یادگیری ماشین است که هوش انسان را تقلید میکنند. یادگیری عمیق (DL) زیرمجموعهای از هوش مصنوعی است که از شبکههای عصبی چندلایه برای استخراج ویژگیهای پیشرفته و انجام قضاوتهای پیچیده استفاده میکند1).
چشمپزشکی یکی از حوزههای پزشکی است که کاربرد هوش مصنوعی در آن بیشترین پیشرفت را داشته است. عکسهای فوندوس، OCT (توموگرافی همدوسی نوری)، آزمونهای میدان بینایی و سایر دادههای تصویری استاندارد شدهاند، بنابراین تهیه حجم زیادی از دادههای آموزشی آسانتر است. هدفهای اصلی کاربرد هوش مصنوعی سه مورد زیر است.
در سال 2018، FDA نخستین سیستم تشخیصی کاملاً خودکار مبتنی بر هوش مصنوعی (IDx-DR) را تأیید کرد و کاربرد عملی تشخیص چشمپزشکی با هوش مصنوعی را سرعت بخشید2). IDx-DR را میتوان توسط کارکنان غیرچشمپزشک در محیطهای پزشکی داخلی و مراقبتهای اولیه استفاده کرد و بهطور خودکار تعیین میکند که آیا ارجاع به متخصص چشمپزشکی لازم است یا نه2).
سامانههای یادگیری عمیق در شناسایی رتینوپاتی دیابتی، گلوکوم و AMD دقتی همسطح متخصصان نشان دادهاند و امکان تشخیص با AI با استفاده از عکسهای فوندوس ثابت شده است8).
AI بهطور خودکار تصاویر عکسهای فوندوس و OCT را برای شناسایی بیماریهایی مانند رتینوپاتی دیابتی، گلوکوم و دژنراسیون ماکولای وابسته به سن تحلیل میکند. AI غربالگری (کاملا خودمختار) میتواند توسط غیرچشمپزشکها به کار گرفته شود و برای غربالگری اولیه در مناطقی با کمبود متخصص به کار میرود. همچنین استفاده از چتباتهای AI (مانند GPT-4) برای ارزیابی دانش چشمپزشکی و آموزش بیماران در حال پژوهش است3). تشخیص نهایی به عنوان یک ابزار کمکی توسط متخصص چشمپزشکی انجام میشود.
AI چشمپزشکی بر اساس کارکرد و سطح خودمختاری بهطور کلی به سه نوع زیر تقسیم میشود.
AI غربالگری (کاملا خودمختار)
این سامانه عکسهای فوندوس را بهطور خودکار تحلیل میکند و مشخص میکند که ارجاع لازم نیست یا لازم است. حتی در نبود متخصص چشمپزشکی هم میتواند کار کند و برای بیماریهای زیر به کار میرود2).
هوش مصنوعی پشتیبان تشخیص (نیمهخودمختار)
این یک سامانه است که به پزشک در تفسیر تصاویر کمک میکند. از آن برای طبقهبندی زیرنوعهای AMD از طریق بخشبندی خودکار ساختار لایهای OCT، و همچنین برای ارزیابی شدت ادم ماکولای دیابتی (DME) استفاده میشود.
چتبات هوش مصنوعی (چندوجهی)
این کاربردی از یک مدل زبانی بزرگ است که متن (اطلاعات شرح حال) و تصاویر (عکسهای فوندوس و OCT) را همزمان تحلیل میکند. دانش چشمپزشکی و توانایی تفسیر تصویر ChatGPT-4 ارزیابی شده است و استفاده از آن برای آموزش بیمار و شرح حالگیری از راه دور در حال بررسی است3).
| نوع هوش مصنوعی | سامانه نماینده | هدف | شاخص دقت |
|---|---|---|---|
| هوش مصنوعی غربالگری (خودکار) | IDx-DR2) | رتینوپاتی دیابتی | حساسیت 87.2٪، ویژگی 90.7٪ |
| هوش مصنوعی غربالگری (خودمختار) | i-ROP DL5) | ROP | حساسیت ۹۱٪، ویژگی ۹۱٪ |
| هوش مصنوعی غربالگری (خودمختار) | EyeArt4) | رتینوپاتی دیابتی | در NHS بریتانیا ارزیابی و استفاده میشود |
| چتبات هوش مصنوعی | ChatGPT-43) | ارزیابی دانش چشمپزشکی | دقت کلی ۷۰٪ |
2) نخستین سامانه تشخیصی هوش مصنوعی کاملاً خودکار است که در سال ۲۰۱۸ توسط FDA تأیید شد. کارکنان غیرچشمپزشک با دوربین فوندوس بدون گشاد کردن مردمک تصویر میگیرند و هوش مصنوعی بهطور خودکار آن را تحلیل کرده و درباره ارجاع تصمیم میگیرد. این سامانه در مراکز مراقبت اولیه در حال گسترش است.
شاخصهای اصلی عملکرد (آزمایش محوری Abràmoff و همکاران در ۲۰۱۸)2):
IDx-DR امکان غربالگری خودکار رتینوپاتی دیابتی (DR) را در مراکز داخلی و مراقبت اولیه فراهم کرده و میتواند موارد نیازمند ارجاع به چشمپزشک را بهطور مؤثر انتخاب کند2).
دقت GPT-4 در پرسشهای چندگزینهای چشمپزشکی ارزیابی شده است3) و دقت کلی آن 70% است.
| حوزه | دقت |
|---|---|
| شبکیه | 77% (بالاترین)3) |
| تومورهای چشم | 72%3) |
| چشمپزشکی کودکان | 68%3) |
| یووئیت | 67%3) |
| گلوکوم | 61%3) |
| نوروافتالمولوژی | 58٪ (کمترین)3) |
این تفاوت نشان میدهد که توانایی چتبات در تفسیر تصویر همچنان از درک متنِ غیرمبتنی بر تصویر پایینتر است. اشاره شده است که ادغام مناسب چتباتهای چندوجهی در محیطهای بالینی ضروری است3).
IDx-DR (مورد تأیید FDA در سال 2018)
بیماری هدف: رتینوپاتی دیابتی
دقت: حساسیت 87.2٪، ویژگی 90.7٪
ویژگیها: کاملاً خودکار. قابل استفاده توسط افراد غیرمتخصص چشمپزشکی. استفاده در داخلی و مراقبتهای اولیه2)
EyeArt (Eyenuk)
بیماری هدف: رتینوپاتی دیابتی
دقت: در NHS بریتانیا ارزیابی و بهطور عملی به کار گرفته شده است
ویژگیها: سابقه ادغام در برنامههای غربالگری دارد4)
i-ROP DL (2018)
بیماری هدف: رتینوپاتی نوزادان نارس (ROP)
دقت: حساسیت 91٪، ویژگی 91٪
ویژگی: تشخیص خودکار بیماری پلاس در NICU5)
ChatGPT-4 (OpenAI)
موضوع: ارزیابی دانش چشمپزشکی و تفسیر تصاویر
دقت: نرخ پاسخ صحیح کلی 70٪ (شبکیه 77٪، نوروافتالمولوژی 58٪)
ویژگی: در مرحله پژوهش برای کاربرد در آموزش بیمار و مصاحبه از راه دور3)
هوش مصنوعی غربالگری رتینوپاتی دیابتی (IDx-DR) حساسیت 87.2٪ و ویژگی 90.7٪ داشت و دقت آن همتراز با تفسیر متخصص چشمپزشکی بود2). هوش مصنوعی مخصوص رتینوپاتی نوزادان نارس (ROP) (i-ROP DL) نیز به حساسیت 91٪ و ویژگی 91٪ دست یافت5). در مقابل، در ارزیابی دانش چشمپزشکی چتبات هوش مصنوعی (ChatGPT-4)، نرخ پاسخ صحیح کلی 70٪ بود و در حوزه نوروافتالمولوژی 58٪ و پایینتر بود3). در همه موارد، هوش مصنوعی فقط یک ابزار کمکی است و در صورت شناسایی هرگونه ناهنجاری، معاینه دقیق توسط متخصص چشمپزشکی لازم است.
شواهد مربوط به هزینهاثربخشی غربالگری چشمپزشکی با هوش مصنوعی در چندین مطالعه در حال انباشت است1).
در مرور نظاممند Wu و همکاران (2021)، 11 مورد از 15 مطالعهای که اقتصاد غربالگری DR مبتنی بر هوش مصنوعی را ارزیابی کردند، آن را مقرونبهصرفه دانستند1).
| منطقه/موقعیت | ارزیابی مقرونبهصرفه بودن | منبع |
|---|---|---|
| NHS اسکاتلند | صرفهجویی سالانه $403,200 | Wu 20211) |
| مراقبتهای اولیه در ایالات متحده | کاهش هزینه 23.3٪ برای هر بیمار | Wu 20211) |
| مناطق روستایی چین | 34.86 دلار ارزانتر از ارزیابهای انسانی، +0.04 QALY | Wu 20211) |
| ژاپن (AMD، Tamura et al. 2022) | ICER $99,283/QALY (بالاتر از آستانه) | Wu 20211) |
گزارش شده است که غربالگری خودکار با هوش مصنوعی در مقایسه با پزشکی از راه دور، افتالموسکوپی و هوش مصنوعی کمکی بیشترین صرفهجویی هزینه را دارد1). با آستانه تمایل به پرداخت 7 دلار، در مقایسه با غربالگری کمکی مقرونبهصرفه تشخیص داده شد1).
در یک شبیهسازی کوهورت ژاپنی (500,000 نفر 40 ساله و بالاتر، شیوع 3.85%)، ICER غربالگری با هوش مصنوعی هر 3 سال برابر با $99,283/QALY ($92,890-$99,283) بود1). این مقدار از آستانه تمایل به پرداخت ژاپن (حدود $47,286/QALY) بالاتر است، بنابراین در حال حاضر مقرونبهصرفه بودن غربالگری AMD همچنان محل تردید است1). با این حال، پیشرفت فناوری هوش مصنوعی و کاهش هزینهها میتواند در آینده بهبود ایجاد کند.
مسائل اخلاقی و حقوقی زیر برای هوش مصنوعی چشمپزشکی مطرح میشود1).
سامانههایی که توسط نهادهای نظارتی مانند FDA تأیید شدهاند (مانند IDx-DR) از آزمونهای بالینی سختگیرانه عبور کردهاند و سطحی از ایمنی در آنها تأیید شده است2). با این حال، تشخیص با هوش مصنوعی یک ابزار کمکی است و تشخیص نهایی و برنامهٔ درمان باید توسط چشمپزشک تعیین شود. توصیه نمیشود بیمار فقط با یک چتبات هوش مصنوعی (مانند ChatGPT) خودتشخیصی کند. دقت هوش مصنوعی ممکن است در کیفیت پایین تصویر، بیماریهای نادر و حوزهٔ نوروافتalmولوژی کاهش یابد3)، بنابراین اگر به وجود ناهنجاری مشکوک هستید، مراجعهٔ سریع به چشمپزشک اهمیت دارد.

شبکهٔ عصبی پیچشی (CNN: Convolutional Neural Network) فناوری اصلی تشخیص چشمپزشکی با هوش مصنوعی است.
یادگیری انتقالی (بهکارگیری مدلهای ازپیشآموزشدیده از حوزههای دیگر مانند ImageNet روی تصاویر چشمپزشکی) بهطور گسترده بهعنوان روشی برای دستیابی به دقت بالا، حتی وقتی دادههای آموزشی محدود هستند، استفاده میشود.
پژوهشها دربارهٔ تولید تصاویر مصنوعی با استفاده از GAN (شبکههای مولد تخاصمی) برای گسترش مصنوعی دادههای آموزشیِ بیماریهای نادر نیز در حال پیشرفت است.
هوش مصنوعی چندوجهی که متن (اطلاعات شرححال) و تصویر (عکسهای فوندوس و OCT) را همزمان پردازش میکند، همراه با پیشرفت مدلهای زبانی بزرگ (مانند GPT-4) در حال کاربرد در چشمپزشکی است3). با اینکه میتواند اطلاعات متنوعتری را نسبت به CNN تکوجهی یکپارچه کند، نشان داده شده که توانایی آن در تفسیر تصویر هنوز از درک متن ضعیفتر است3).
تحلیل عکسهای فوندوس با یادگیری عمیق نشان داده است که ممکن است بتوان تنها از روی عکسهای فوندوس، عواملی مانند سن، جنسیت، فشار خون سیستولیک، سابقه سیگار کشیدن و HbA1c را بهعنوان عوامل خطر سیستمیک پیشبینی کرد6). همچنین برای پیشبینی خطر آینده رویدادهای قلبیعروقی (سکته قلبی و سکته مغزی) نیز دقتی تا حدی گزارش شده است و به همین دلیل این ایده که عکسهای فوندوس بتوانند پنجرهای به وضعیت کلی سلامت باشند مورد توجه قرار گرفته است. مدلهای هوش مصنوعی برای پیشبینی دمانس، بیماری کلیه و کمخونی نیز هنوز در مرحله پژوهش هستند6).
با تصویربرداری فوندوس با استفاده از لنز کوچکِ متصل به گوشی هوشمند و تحلیل هوش مصنوعی، نشان داده شده است که غربالگری DR در بیماران دیابتی در هند عملی است7). هم حساسیت و هم ویژگی در حد دوربینهای تخصصی فوندوس بودهاند و غربالگری با هوش مصنوعی همراه با دستگاههای همهمنظوره کمهزینه میتواند به گسترش آن در کشورهای در حال توسعه و مناطق روستایی کمک کند.
با ادغام غربالگری هوش مصنوعی و تلهپزشکی، انتظار میرود دسترسی به خدمات چشمپزشکی در مناطق دورافتاده و کشورهای در حال توسعه بهبود یابد. حتی در مراکزی که متخصص چشم وجود ندارد، هوش مصنوعی میتواند غربالگری اولیه را انجام دهد و فقط موارد مثبت را برای ارزیابی از راه دور توسط متخصص ارسال کند، و این به استفاده کارآمدتر از منابع درمانی کمک میکند.
پژوهشها درباره هوش مصنوعیای که بتواند پاسخ درمان به درمان ضد VEGF (رانیبیزوماب، آفلibercept, faricimab و غیره) را از پیش پیشبینی کند و برای هر بیمار مناسبترین برنامه تزریق را پیشنهاد دهد، در حال پیشرفت است. مدلهایی که اثر درمان را از روی تصاویر OCT پیشبینی میکنند، ممکن است به کاهش تعداد تزریقها و بهبود پیشآگهی بینایی کمک کنند.
مدلهای زبانی بزرگ (مانند GPT-4) برای کاربردهایی مانند توضیح بیماری به بیمار، تهیه اسناد رضایت آگاهانه و کمک به شرح حالگیری در حال بررسی هستند3). با این حال، جلوگیری از خطاها و سوگیری در اطلاعات پزشکی و نیز حفظ رابطه پزشک-بیمار همچنان چالشبرانگیز است. توصیه نمیشود بیماران فقط بر اساس چتبات درباره خودتشخیصی یا خوددرمانی تصمیم بگیرند3).
Wu JH, Liu TYA, Hsu WT, et al. Performance and limitation of machine learning algorithms for diabetic retinopathy screening: meta-analysis. J Med Internet Res. 2021;23(11):e23863.
Abràmoff MD, Lavin PT, Birch M, Shah N, Folk JC. Pivotal trial of an autonomous AI-based diagnostic system for detection of diabetic retinopathy in primary care offices. NPJ digital medicine. 2018;1:39. doi:10.1038/s41746-018-0040-6. PMID:31304320; PMCID:PMC6550188.
Mihalache A, Popovic MM, Guo MZ, et al. Performance of an upgraded artificial intelligence chatbot for ophthalmic knowledge assessment. JAMA Ophthalmol. 2024;142(3):234-241.
Olvera-Barrios A, Heeren TF, Balaskas K, et al. Diagnostic accuracy of diabetic retinopathy grading by an artificial intelligence-enabled algorithm compared with a human standard reference. Diabetologia. 2023;66(5):857-866.
Brown JM, Campbell JP, Beers A, et al. Automated diagnosis of plus disease in retinopathy of prematurity using deep convolutional neural networks. JAMA Ophthalmol. 2018;136(7):803-810.
Poplin R, Varadarajan AV, Blumer K, Liu Y, McConnell MV, Corrado GS, et al. Prediction of cardiovascular risk factors from retinal fundus photographs via deep learning. Nature biomedical engineering. 2018;2(3):158-164. doi:10.1038/s41551-018-0195-0. PMID:31015713.
Rajalakshmi R, Subashini R, Anjana RM, et al. Automated diabetic retinopathy detection in smartphone-based fundus photography using artificial intelligence. Eye. 2018;32(6):1138-1144.
Ting DSW, Cheung CY, Lim G, Tan GSW, Quang ND, Gan A, et al. Development and Validation of a Deep Learning System for Diabetic Retinopathy and Related Eye Diseases Using Retinal Images From Multiethnic Populations With Diabetes. JAMA. 2017;318(22):2211-2223. doi:10.1001/jama.2017.18152. PMID:29234807; PMCID:PMC5820739.