IDx-DR (2018 में FDA-स्वीकृत)
लक्षित रोग: मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी
सटीकता: संवेदनशीलता 87.2%, विशिष्टता 90.7%
विशेषताएँ: पूरी तरह स्वायत्त। गैर-नेत्र रोग विशेषज्ञ इसे संचालित कर सकते हैं। आंतरिक चिकित्सा और प्राथमिक देखभाल में उपयोग2)
AI (कृत्रिम बुद्धिमत्ता) मानव बुद्धि की नकल करने वाली मशीन लर्निंग प्रणालियों के लिए एक सामान्य शब्द है। डीप लर्निंग (DL) AI का एक उपसमूह है, जो बहु-स्तरीय न्यूरल नेटवर्क का उपयोग करके उन्नत विशेषताएँ निकालता है और जटिल निर्णय लेता है1).
नेत्र-विज्ञान उन चिकित्सा क्षेत्रों में से एक है जहाँ AI का उपयोग सबसे आगे बढ़ा है। फंडस फोटो, OCT (ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी), विज़ुअल फील्ड परीक्षण और अन्य इमेज डेटा मानकीकृत हैं, इसलिए बड़ी मात्रा में प्रशिक्षण डेटा जुटाना आसान है। AI के मुख्य उपयोग के उद्देश्य निम्न 3 हैं।
2018 में, FDA ने पहले पूरी तरह स्वायत्त AI निदान सिस्टम (IDx-DR) को मंजूरी दी, जिससे नेत्र-विज्ञान AI निदान का व्यावहारिक उपयोग तेज हो गया2)। IDx-DR को आंतरिक चिकित्सा और प्राथमिक देखभाल में गैर-नेत्र-विशेषज्ञ स्टाफ द्वारा संचालित किया जा सकता है, और यह स्वतः तय करता है कि नेत्र रोग विशेषज्ञ को रेफर करना आवश्यक है या नहीं2).
डीप लर्निंग प्रणालियों ने मधुमेही रेटिनोपैथी, ग्लूकोमा और AMD की पहचान में विशेषज्ञों के समान सटीकता दिखाई है, और फंडस फ़ोटो का उपयोग करके AI निदान की संभावना दिखाई गई है8).
AI फंडस फ़ोटो और OCT की छवियों का स्वचालित रूप से विश्लेषण करके मधुमेही रेटिनोपैथी, ग्लूकोमा और आयु-संबंधी मैक्युलर डिजनरेशन जैसी बीमारियों का पता लगाता है। स्क्रीनिंग AI (पूरी तरह स्वायत्त) का संचालन गैर-नेत्र-विशेषज्ञ भी कर सकते हैं और इसका उपयोग विशेषज्ञों की कमी वाले क्षेत्रों में प्राथमिक स्क्रीनिंग के लिए किया जाता है। AI चैटबॉट्स (जैसे GPT-4) का उपयोग नेत्र-विज्ञान के ज्ञान के मूल्यांकन और मरीजों की शिक्षा के लिए भी शोध में किया जा रहा है3). इसे एक सहायक उपकरण के रूप में रखा जाता है, जबकि अंतिम निदान नेत्र-विज्ञान विशेषज्ञ करते हैं.
नेत्र-विज्ञान में AI को कार्य और स्वायत्तता के स्तर के आधार पर मोटे तौर पर निम्नलिखित तीन प्रकारों में बांटा जाता है.
स्क्रीनिंग AI (पूरी तरह स्वायत्त)
यह फंडस फ़ोटो का स्वचालित विश्लेषण करता है और तय करता है कि रेफरल की आवश्यकता नहीं है या आवश्यकता है। यह नेत्र-विज्ञान विशेषज्ञों की अनुपस्थिति में भी काम कर सकता है, और निम्नलिखित रोगों में लागू किया गया है2).
निदान सहायता AI (अर्ध-स्वायत्त)
यह डॉक्टर की छवियों की व्याख्या में सहायता करने वाली प्रणाली है। इसका उपयोग OCT की परत संरचना के स्वचालित सेगमेंटेशन के माध्यम से AMD प्रकार वर्गीकरण, तथा डायबिटिक मैक्युलर एडिमा (DME) की गंभीरता के आकलन में किया जाता है।
AI चैटबॉट (बहु-माध्यम)
यह एक बड़े भाषा मॉडल का अनुप्रयोग है जो पाठ (इतिहास लेने की जानकारी) और छवियों (फंडस फ़ोटो और OCT) का एक साथ विश्लेषण करता है। ChatGPT-4 के नेत्र रोग संबंधी ज्ञान और छवि व्याख्या क्षमता का मूल्यांकन किया गया है, और रोगी शिक्षा तथा दूरस्थ इतिहास लेने में इसके उपयोग पर विचार किया जा रहा है3)।
| AI प्रकार | प्रतिनिधि प्रणाली | लक्ष्य | सटीकता माप |
|---|---|---|---|
| स्क्रीनिंग AI (स्वायत्त) | IDx-DR2) | मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी | संवेदनशीलता 87.2%, विशिष्टता 90.7% |
| स्क्रिनिंग AI (स्वायत्त) | i-ROP DL5) | ROP | संवेदनशीलता 91%, विशिष्टता 91% |
| स्क्रिनिंग AI (स्वायत्त) | EyeArt4) | मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी | यूके NHS में मूल्यांकनित और उपयोग में |
| AI चैटबॉट | ChatGPT-43) | नेत्र विज्ञान ज्ञान मूल्यांकन | कुल सटीकता 70% |
2) 2018 में FDA द्वारा अनुमोदित पहली पूर्णतः स्वायत्त AI निदान प्रणाली है। नेत्र-विशेषज्ञ न होने वाला स्टाफ बिना पुतली फैलाए फंडस कैमरे से तस्वीरें लेता है, और AI उन्हें स्वतः विश्लेषित कर रेफरल का निर्णय करता है। इसका उपयोग प्राथमिक देखभाल केंद्रों में बढ़ रहा है।
मुख्य प्रदर्शन संकेतक (Abràmoff आदि का 2018 का निर्णायक परीक्षण)2):
IDx-DR ने आंतरिक चिकित्सा और प्राथमिक देखभाल केंद्रों में स्वायत्त DR स्क्रीनिंग को संभव बनाया है, जिससे नेत्र-विशेषज्ञ को रेफर करने की आवश्यकता वाले मामलों को कुशलता से चुना जा सकता है2).
नेत्र-चिकित्सा के बहुविकल्पीय प्रश्नों पर GPT-4 की सटीकता का मूल्यांकन किया गया है3), और कुल सटीकता 70% है।
| क्षेत्र | सटीकता |
|---|---|
| रेटिना | 77% (सबसे अधिक)3) |
| आँखों के ट्यूमर | 72%3) |
| बाल नेत्र-विज्ञान | 68%3) |
| यूवाइटिस | 67%3) |
| ग्लूकोमा | 61%3) |
| न्यूरो-ऑफ्थैल्मोलॉजी | 58% (न्यूनतम)3) |
यह अंतर दिखाता है कि चैटबॉट की छवियों की व्याख्या करने की क्षमता अभी भी गैर-छवि पाठ को समझने की क्षमता से कम है। यह बताया गया है कि नैदानिक सेटिंग्स में बहु-माध्यम चैटबॉट्स का उचित एकीकरण आवश्यक है3).
IDx-DR (2018 में FDA-स्वीकृत)
लक्षित रोग: मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी
सटीकता: संवेदनशीलता 87.2%, विशिष्टता 90.7%
विशेषताएँ: पूरी तरह स्वायत्त। गैर-नेत्र रोग विशेषज्ञ इसे संचालित कर सकते हैं। आंतरिक चिकित्सा और प्राथमिक देखभाल में उपयोग2)
EyeArt (Eyenuk)
लक्षित रोग: मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी
सटीकता: UK NHS में मूल्यांकन किया गया और व्यावहारिक उपयोग में लाया गया
विशेषताएँ: स्क्रीनिंग कार्यक्रमों में एकीकृत करने का अनुभव है4)
i-ROP DL (2018)
लक्ष्य रोग: अपरिपक्व शिशु रेटिनोपैथी (ROP)
सटीकता: संवेदनशीलता 91%, विशिष्टता 91%
विशेषता: NICU में plus रोग का स्वचालित पता लगाना5)
ChatGPT-4 (OpenAI)
विषय: नेत्र-विज्ञान ज्ञान और छवि व्याख्या का मूल्यांकन
सटीकता: कुल सही उत्तर दर 70% (रेटिना 77%, न्यूरो-ऑफ्थैल्मोलॉजी 58%)
विशेषता: रोगी शिक्षा और दूरस्थ परामर्श में उपयोग के लिए अनुसंधान चरण में3)
मधुमेहजन्य रेटिनोपैथी स्क्रीनिंग AI (IDx-DR) की संवेदनशीलता 87.2% और विशिष्टता 90.7% थी, और इसकी सटीकता नेत्र विशेषज्ञ की व्याख्या के बराबर पाई गई2)। अपरिपक्व शिशु रेटिनोपैथी (ROP) के लिए AI (i-ROP DL) ने भी 91% संवेदनशीलता और 91% विशिष्टता हासिल की5)। दूसरी ओर, AI चैटबॉट (ChatGPT-4) के नेत्र ज्ञान मूल्यांकन में कुल सही उत्तर दर 70% थी, और न्यूरो-ऑफ्थैल्मोलॉजी क्षेत्र में यह 58% रही3)। दोनों ही मामलों में AI केवल एक सहायक उपकरण है, और यदि कोई असामान्यता दिखाई देती है, तो नेत्र विशेषज्ञ द्वारा विस्तृत जांच आवश्यक है.
AI-आधारित नेत्र स्क्रीनिंग की लागत-प्रभावशीलता पर कई अध्ययनों में साक्ष्य जमा हुए हैं1).
Wu आदि की व्यवस्थित समीक्षा (2021) में, AI-आधारित DR स्क्रीनिंग की अर्थव्यवस्था का मूल्यांकन करने वाले 15 अध्ययनों में से 11 ने इसे लागत-प्रभावी माना1).
| क्षेत्र/परिस्थिति | लागत-प्रभावशीलता का मूल्यांकन | स्रोत |
|---|---|---|
| स्कॉटलैंड NHS | सालाना $403,200 की बचत | Wu 20211) |
| अमेरिकी प्राथमिक देखभाल | प्रति मरीज 23.3% लागत में कमी | Wu 20211) |
| चीन के ग्रामीण क्षेत्र | मानव ग्रेडर की तुलना में $34.86 सस्ता, +0.04 QALY | Wu 20211) |
| जापान (AMD, Tamura et al. 2022) | ICER $99,283/QALY (सीमा से ऊपर) | Wu 20211) |
स्वायत्त AI स्क्रीनिंग को टेलीमेडिसिन, नेत्रदर्शी जांच और सहायक AI की तुलना में सबसे अधिक लागत-प्रभावी बताया गया है1)। $7 की भुगतान-इच्छा सीमा पर, इसे सहायक स्क्रीनिंग की तुलना में लागत-प्रभावी माना गया1)।
जापानी कोहोर्ट सिमुलेशन (40 वर्ष और उससे अधिक आयु के 500,000 लोग, प्रसार 3.85%) में, हर 3 वर्ष में AI स्क्रीनिंग का ICER $99,283/QALY ($92,890-$99,283) था1)। यह जापान की भुगतान-इच्छा सीमा (लगभग $47,286/QALY) से अधिक है, इसलिए अभी AMD स्क्रीनिंग की लागत-प्रभावशीलता पर संदेह बना हुआ है1)। हालांकि, AI तकनीक में प्रगति और लागत में कमी से भविष्य में सुधार संभव है।
नेत्र-चिकित्सा में AI से जुड़ी निम्नलिखित नैतिक और कानूनी समस्याएँ हैं1).
FDA जैसी नियामक संस्थाओं द्वारा अनुमोदित प्रणालियाँ (जैसे IDx-DR) कठोर नैदानिक परीक्षणों से गुज़री हैं और उनमें एक निश्चित स्तर की सुरक्षा की पुष्टि हुई है2)। हालांकि, AI निदान एक सहायक उपकरण है, और अंतिम निदान तथा उपचार योजना नेत्र विशेषज्ञ द्वारा तय की जानी चाहिए। केवल AI चैटबॉट (जैसे ChatGPT) के आधार पर स्वयं-निदान करना अनुशंसित नहीं है। खराब छवि गुणवत्ता, दुर्लभ रोगों और न्यूरो-ऑप्थाल्मोलॉजी के क्षेत्रों में AI की सटीकता कम हो सकती है3); इसलिए यदि किसी असामान्यता का संदेह हो, तो तुरंत नेत्र चिकित्सक से मिलना महत्वपूर्ण है।

कन्वोल्यूशनल न्यूरल नेटवर्क (CNN: Convolutional Neural Network) नेत्र-विज्ञान में AI निदान की मुख्य तकनीक है।
ट्रांसफर लर्निंग (ImageNet जैसे अन्य क्षेत्रों के पहले से प्रशिक्षित मॉडलों को नेत्र-छवि पर लागू करना) प्रशिक्षण डेटा सीमित होने पर भी उच्च सटीकता हासिल करने की एक विधि के रूप में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।
दुर्लभ रोगों के प्रशिक्षण डेटा को कृत्रिम रूप से बढ़ाने के लिए GAN (जनरेटिव एडवर्सेरियल नेटवर्क) का उपयोग करके सिंथेटिक छवियाँ बनाने पर भी शोध आगे बढ़ रहा है।
पाठ (इतिहास-जानकारी) और छवियों (फंडस फ़ोटो और OCT) को एक साथ संसाधित करने वाला मल्टीमॉडल AI, बड़े भाषा मॉडलों (जैसे GPT-4) के विकास के साथ नेत्र-चिकित्सा में लागू किया जा रहा है3)। एकल-मोडैलिटी CNN की तुलना में यह अधिक विविध जानकारी को एकीकृत कर सकता है, लेकिन यह दिखाया गया है कि छवियों की व्याख्या करने की इसकी क्षमता अभी भी पाठ समझ से कमजोर है3)।
डीप लर्निंग से फंडस फोटो के विश्लेषण में यह दिखाया गया है कि केवल फंडस फोटो से उम्र, लिंग, सिस्टोलिक रक्तचाप, धूम्रपान का इतिहास और HbA1c जैसे पूरे शरीर से जुड़े जोखिम कारकों का अनुमान लगाया जा सकता है6). हृदय-रक्तवाहिनी घटनाओं (हृदयाघात और स्ट्रोक) के भविष्य के जोखिम का अनुमान लगाने में भी कुछ सटीकता की रिपोर्ट मिली है, और इस बात पर ध्यान दिया जा रहा है कि फंडस फोटो पूरे स्वास्थ्य की एक खिड़की बन सकती है। डिमेंशिया, किडनी रोग और एनीमिया का अनुमान लगाने वाली AI भी अभी शोध चरण में है6).
स्मार्टफोन पर लगने वाले छोटे लेंस से फंडस की तस्वीर लेकर और AI विश्लेषण करके भारत में मधुमेह रोगियों के लिए DR स्क्रीनिंग व्यावहारिक साबित हुई है7). संवेदनशीलता और विशिष्टता दोनों ही विशेष फंडस कैमरों के बराबर रही हैं, और कम लागत वाले सामान्य उपकरणों के साथ AI स्क्रीनिंग का संयोजन विकासशील देशों और ग्रामीण क्षेत्रों में इसके प्रसार में मदद कर सकता है।
AI स्क्रीनिंग और टेलीमेडिसिन के एकीकरण से दूरदराज़ और विकासशील क्षेत्रों में नेत्र-चिकित्सा तक पहुँच बेहतर होने की उम्मीद है। जहाँ नेत्र-विशेषज्ञ उपलब्ध नहीं हैं, वहाँ भी AI प्रारंभिक स्क्रीनिंग कर सकता है और केवल सकारात्मक मामलों को विशेषज्ञ की दूरस्थ समीक्षा के लिए भेज सकता है, जिससे चिकित्सा संसाधनों का अधिक कुशल उपयोग संभव होता है।
anti-VEGF थेरेपी (ranibizumab, aflibercept, faricimab आदि) के उपचार-प्रतिक्रिया का पहले से अनुमान लगाने और प्रत्येक मरीज के लिए सबसे उपयुक्त दवा-योजना सुझाने वाली AI पर शोध चल रहा है। OCT चित्रों से उपचार प्रभाव का अनुमान लगाने वाले मॉडल इंजेक्शन की संख्या कम करने और दृष्टि-पूर्वानुमान बेहतर करने में मदद कर सकते हैं।
बड़े भाषा मॉडल (जैसे GPT-4) का अध्ययन रोगियों को बीमारी समझाने, सूचित सहमति दस्तावेज़ तैयार करने और पूछताछ में सहायता जैसे उपयोगों के लिए किया जा रहा है3). हालांकि, चिकित्सा जानकारी में त्रुटि या पक्षपात होने से बचाना और डॉक्टर-रोगी संबंध बनाए रखना चुनौतियाँ हैं। रोगियों को केवल चैटबॉट के आधार पर स्वयं-निदान या स्वयं-उपचार का निर्णय लेना अनुशंसित नहीं है3).
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.
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