Метод измерения внутриглазного давления с использованием технологий искусственного интеллекта и аппланационной тонометрии с фиксированной силой

Цель — сравнительная оценка точности измерения офтальмотонуса с использованием технологий искусственного интеллекта и аппланационной тонометрии с фиксированной силой.

Материал и методы. Исследование включало 290 пациентов (576 глаз), которым была проведена тонометрия по Маклакову с фиксированной силой — весом тонометра 5, 10 и 15 г с использованием модифицированной методики эластотонометрии и последующим анализом качества оттисков и измерений их диаметра с помощью трех независимых экспертов-офтальмологов. Для проверки повторяемости и воспроизводимости измерений от тиски были загружены в нейронную сеть.

Результаты. Сравнение диаметров отпечатков тонометра Маклакова, определенных с помощью искусственного интеллекта на основе нейронной сети, с данными измерения трех экспертов показало, что нейронная сеть недооценивает результаты измерений в среднем на 0,27 (-3,81; 4,35) мм рт. ст. В то же время коэффициент внутриклассовой корреляции для всех отпечатков составил 98,3%. Точность измерения диаметра отпечатков нейронной сетью различается для тонометров разного веса: для тонометра 5 г различие составило 0,06 (-3,38; 3,49) мм рт. ст., для тонометров 10 г и 15 г — -0,14 (-3,8; 3,51) и 0,95 (-3,84; 5,74) мм рт. ст. соответственно.

Заключение. Показана высокая точность и воспроизводимость измерений нейронной сетью, превосходящая воспроизводимость измерений, выполненных человеком.

1. Resnikoff S., Felch W., Gauthier T.M., Spivey B. The number of ophthalmologists in practice and training worldwide: A growing gap despite more than 200 000 practitioners. Br. J. Ophthalmol. 2012; 96 (6): 783–7. doi:10.1136/bjophthalmol-2011-301378

2. Wu Y., Luttrell I., Feng S., et al. Development and validation of a machine learning, smartphone-based tonometer. Br. J. Ophthalmol. 2020; 104 (10): 1394–8. doi:10.1136/bjophthalmol-2019-315446

3. Pathipati A.S., Wood E.H., Lam C.K., S les C.S., Moshfeghi D.M. Visual acuity measured with a smartphone app is more accurate than Snellen testing by emergency department providers. Graefe’s Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 2016; 254 (6): 1175–80. doi:10.1007/s00417-016-3291-4

4. Bastawrous A., Rono H.K., Livingstone I.A.T., et al. Development and validation of a smartphone-based visual acuity test (peek acuity) for clinical practice and Community-Based Fieldwork. JAMA Ophthalmol. 2015; 133 (8): 930–7. doi:10.1001/jamaophthalmol.2015.1468

5. Ludwig C.A., Murthy S.I., Pappuru R.R., et al. A novel smartphone ophthalmic imaging adapter: User feasibility studies in Hyderabad, India. Indian J. Ophthalmol. 2016; 64 (3): 191–200. doi:10.4103/0301-4738.181742

6. Ludwig C.A., Newsom M.R., Jais A., et al. Training time and quality of smartphone-based anterior segment screening in rural India. Clin. Ophthalmol. 2017; 11: 1301–7. doi:10.2147/OPTH.S134656

7. Vilela M.A., Valen a F.M., Barreto P.K., Amaral C.E., Pellanda L.C. Agreement between retinal images obtained via smartphones and images obtained with retinal cameras or fundoscopic exams – Systematic review and meta-analysis. Clin. Ophthalmol. 2018; 12: 2581–9. doi:10.2147/OPTH.S182022

8. Rajalakshmi R., Arulmalar S., Usha M., et al. Validation of smartphone based retinal photography for diabetic retinopathy screening. PLoS One. 2015; 10 (9): e0138285. doi:10.1371/journal.pone.0138285

9. Russo A., Morescalchi F., Costagliola C., Delcassi L., Semeraro F. Comparison of smartphone ophthalmoscopy with slit-lamp biomicroscopy for grading diabetic retinopathy. Am. J. Ophthalmol. 2015; 159 (2): 360–4. e1. doi:10.1016/j.ajo.2014.11.008

10. Russo A., Mapham W., Turano R., et al. Comparison of smartphone ophthalmoscopy with slit-lamp biomicroscopy for grading vertical cup-to-disc ratio. J. Glaucoma. 2016; 25 (9): e777–81. doi:10.1097/IJG.0000000000000499

11. Bastawrous A., Giardini M.E., Bolster N.M., et al. Clinical validation of a smartphone-based adapter for optic disc imaging in Kenya. JAMA Ophthalmol. 2016; 134 (2): 151–8. doi:10.1001/jamaophthalmol.2015.4625

12. Goyal A., Gopalakrishnan M., Anantharaman G., et al. Smartphone guided wide-field imaging for retinopathy of prematurity in neonatal intensive care unit - A Smart ROP (SROP) initiative. Indian J. Ophthalmol. 2019; 67 (6): 840–5. doi:10.4103/ijo.IJO_1177_18

13. Антонов А.А., Карлова Е.В., Брежнев А.Ю., Дорофеев Д.А. Современное состояние офтальмотонометрии. Вестник офтальмологии. 2020; 136 (6): 100–7.

14. Городничий В.В., Дорофеев Д.А., Завадский П.Ч. и др. Факторы риска, патогенные факторы развития и прогрессирования глаукомы по результатам многоцентрового исследования Российского глаукомного общества. Медико-биологические проблемы жизнедеятельности 2012; 8 (2): 57–69.

15. Авдеев Р.В., Александров А.С., Басинский А.С. и др. Клинико-эпидемиологическое исследование факторов риска развития и прогрессирования глаукомы. Российский офтальмологический журнал. 2013; 6 (3): 4–11.

16. Дорофеев Д.А., Кирилик Е.В., Климова А.В., Соловьева О.Б. Влияние ретинопротекторной терапии на показатели оптической когерентной томографии с функцией ангиографии (пилотное исследование). Вестник офтальмологии. 2021; 137 (1): 60–7.

17. Гусаревич А.А., Завадский П.Ч., Куроедов А.В. и др. Актуальность выбора монотерапии аналогами простагландинов/простамидов на старте лечения впервые выявленной глаукомы (результаты многоцентрового исследования). Национальный журнал глаукома. 2020; 19 (3): 43–57.

18. Страхов В.В., Егоров Е.А., Еричев В.П. и др. Влияние длительной ретинопротекторной терапии на прогрессирование глаукомы по данным структурно-функциональных исследований. Вестник офтальмологии. 2020; 136 (5): 58–66.

19. Дорофеев Д.А., Крыжановская А.В., Цыганов А.З. Эффективность гипотензивной бесконсервантной терапии фиксированной комбинацией биматопроста и тимолола (промежуточные результаты). Вестник офтальмологии. 2020; 136 (2): 73–80.

20. Авдеев Р.В., Бакунина Н.А., Басинский А.С. и др. Менеджмент прогрессирования глаукомы. Национальный журнал глаукома. 2019;18 (1): 45–58.

21. Маклаков Н.А. Еще по поводу офтальмотонометрии. Хирургическая летопись. 1893; 4: 1–11.

22. Wind C.A., Kaufman H.E. Clinical evaluation of the Halberg hand applanation tonometer. Ann Ophthalmol. 1972; 4 (8): 631–41.

23. Posner A. The applanometer, a modified Maklakov applanation tonometer. Eye Ear Nose Throat Mon. 1965; 4: 77–80.

24. Вурдафт А.Е. О точности измерительных линеек Б.Л. Поляка. Национальный журнал глаукома. 2017; 16 (4): 11–22. [Vurdaft A.E. On the precision of Polyak measuring scales in Maklakov tonometry. National journal glaucoma. 2017; 16 (4): 11–22 (in Russian)].

25. Дорофеев Д.А., Визгалова Л.О., Горобец А.В. и др. Возможности искусственного интеллекта в измерении оттисков внутриглазного давления по Маклакову. Национальный журнал глаукома. 2020; 19 (1): 20–7.

26. Аветисов С.Э., Бубнова И.А., Антонов А.А. Еще раз о диагностических возможностях эластотонометрии. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (5): 19–22.

27. Нестеров А.П., Бунин А.Я. О новой классификации первичной глаукомы. Вестник офтальмологии. 1977; 5: 38–42.

28. Spaide T., Wu Y., Yanagihara R.T., et al. Using deep learning to automate goldmann applanation tonometry readings. Ophthalmology. 2020; 127 (11): 1498–506. doi:10.1016/j.ophtha.2020.04.033

29. Cook J.A., Botello A.P., Elders A., et al. Systematic review of the agreement of tonometers with goldmann applanation tonometry. Ophthalmology. 2012; 119 (8): 1552–7. doi:10.1016/j.ophtha.2012.02.030

30. Barkana Y., Gutfreund S. Measurement of the difference in intraocular pressure between the sitting and lying body positions in healthy subjects: Direct comparison of the Icare Pro with the Goldmann applanation tonometer, Pneumatonometer and Tonopen XL. Clin. Exp. Ophthalmol. 2014; 42 (7): 608–14. doi:10.1111/ceo.12272

31. Barkana Y. Postural change in intraocular pressure: A comparison of measurement with a Goldmann Tonometer, Tonopen XL, Pneumatonometer, and HA-2. J. Glaucoma. 2014; 23 (1): e 23–8. doi:10.1097/IJG.0b013e3182a0762f