Оптимизация диагностики стадий ретинопатии недоношенных на основе интеграции клинических данных с использованием платформы «Ключ к диагнозу — I»

   Несмотря на усовершенствование алгоритмов ведения недоношенных, оптимизация новых методов прогнозирования, диаг­ностики и лечения ретинопатии недоношенных (РН) остается актуальной.

   Цель  работы — повышение эффективности диагнос­тики стадий РН на основе оценки конфигурации сосудистых сетей на платформе «Ключ к диагнозу — I».  

   Материал и методы. В исследование включены 279 пациентов с РН: 1-ю группу (I стадия) составили 152 (304 глаза) ребенка; 2-ю группу (II стадия) — 45 детей (90 глаз); 3-ю группу (III стадия) — 8 детей (12 глаз); 4-ю группу (№ А стадия) — 7 детей (8 глаз); 5-ю группу (задняя агрессивная РН — ЗАРН) — 7 детей (14 глаз); 6-ю группу (контрольную) составили 60 детей (120 глаз) без признаков РН, которым был поставлен диагноз «незрелость сетчатки». Двадцать восемь глаз проанализировано с помощью моделирования широкопольных изображений, остальные 400 глаз — покадровой съемки. На автоматически смоделированных широкопольных изображениях с помощью RetCam Shuttle видео оценивали наличие «немых» зон, локализацию макулы, индекс тракции макулярной зоны (Тм), зону и протяженность патологических изменений, фрактальную размерность (ФР) и сложность сосудистой сети (ССС).

   Результа­ты.  Выявлена сильная корреляция между ФР и стадиями (р  = 0,85, p = 0,01); средняя отрицательная корреляция между Тм и стадиями (р  = 0,62, p = 0,01), кроме ЗАРН. Определена сильная положительная корреляция ССС и стадии (р  = 0,91, p = 0,001). Разработаны диагностические модули платформы для моделирования широкопольных изображений глазного дна у младенцев, локализации макулы как метки для морфометрии и изоляции сосудистой сети с использованием глубоких сверточных нейронных сетей.

   Заключение.  Разработанный алгоритм многофакторного анализа ретинальной сосудистой сети позволяет снизить риски субъективной оценки изменений сетчатки при диагностике РН.

1. Blencowe H., Lawn J. E., Vazquez T., Fielder A., Gilbert C. Preterm-associated visual impairment and estimates of retinopathy of prematurity at regional and global levels for 2010. Pediatric research. 2013; 74 (1): 35–49. https://doi.org/10.1038/pr.2013.205

2. Терещенко А. В. Морфометрическое исследование состояния ретинальных сосудов на ранних стадиях ретинопатии недоношенных / А. В. Терещенко [и др.] // Офтальмология. – 2013. – 10 (3): 33–8. [Tereshchenko A. V., Bely Yu. A., Isaev S. V., Trifanenkova I. G., Yudina Yu. A. The morphometric study of retinal vessels in the early stages of retinopathy of prematurity. Ophthalmology. 2013; 10 (3): 33–8 (in Russian)].

3. Катаргина Л. А. Ангиотензин-II как пусковой фактор развития ретинопатии недоношенных / Л. А. Катаргина [и др.] // Офтальмология. – 2020. – 17 (4): 746–51. [Katargina L. A., Chesnokova N. B., Beznos O. V., Osipova N. A., Panova A. U. Angiotensin-II as a triggering factor in the development of retinopathy of prematurity. Ophthalmology. 2020; 17 (4): 746–51 (in Russian)]. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-4-746-751

4. Scruggs B. A., Chan R. P., Kalpathy-Cramer J., Chiang M. F., Campbell J. P. Artificial intelligence in retinopathy of prematurity diagnosis. Trans. Vis. Sci. Technol. 2020; 9 (2): 5. https://doi.org/10.1167/tvst.9.2.5

5. Valikodath N., Cole E., Chiang M. F., Campbell J. P., Chan R. V. P. Imaging in retinopathy of prematurity. Asia Pac. J. Ophthalmol. (Phila). 2019; 8 (2): 178–86 https://doi.org/10.22608/APO.201963

6. Litjens G., Kooi T., Bejnordi B. E., et al. A survey on deep learning in medical image analysis. Medical image analysis. 2017; 42: 60-88. https://doi.org/10.1016/j.media.2017.07.005

7. Mandelbrot B. B., Passoja D. E., Paullay A. J. Fractal character of fracture surfaces of metals. Nature. 1984; 308 (5961): 721–2.

8. Vico P. G., Kyriacos S., Heymans O., Louryan S., Cartilie, L. Dynamic study of the extraembryonic vascular network of the chick embryo by fractal analysis. J. Theor. Biol. 1998; 195 (4): 525–32. doi: 10.1006/jtbi.1998.0810

9. Kovalevskaya M. A. Algorithm of improving image quality, diagnosis and morphometry at retinopathy of prematurity. EC Ophthalmology. J. Clin. Exp Ophthalmol. 2018; 9. doi: 10.4172/2155-9570-C2-082. Available at: https://www.longdom.org/conference-abstracts-files/2155-9570-C2-082-008.pdf (accessed 10 June 2022).

10. Kovalevskaya M. A., Pererva O. A. Multilateral analysis of retinal vascular system. Acta Scientific Ophthalmology. 2018; 1: 02–05. https://actascientific.com/ASOP/pdf/ASOP-01-0014.pdf

11. Ковалевская М. А. Способ определения стадии ретинопатии недоношенных / М. А. Ковалевская, О. А. Перерва. – Патент RU 2672924 от 16. 05. 2018. [Kovalevskaya M. A., Pererva O. A. Method for determining the stage of retinopathy of prematurity. Patent RU 2672924 dated 16. 05. 2018 (In Russian)].

12. Ковалевская М. А. Подходы к улучшению качества диагностики состояния глазного дна у пациентов с ретинопатией недоношенных с помощью RetCamShuttle / М. А. Ковалевская, Н. И. Пономарева, О. А. Перерва // Современные технологии в офтальмологии. – 2017. – 1: 130–2. [Kovalevskaya M. A., Ponomareva N. I., Pererva O. A. Approaches to improving the quality of diagnostics of the fundus condition in patients with retinopathy of prematurity using RetCamShuttle. Modern technologies in ophthalmology. 2017; 1: 130–2 (In Russian)].

13. Ковалевская М. А. Возможности ретинальной камеры в диагностике клинических проявлений ретинопатии недоношенных / М. А. Ковалевская, Н. И. Пономарева, О. А. Перерва // Медицинский альманах. – 2017. – 1: 46. [Kovalevskaya M. A., Ponomareva N. I., Pererva O. A. Possibilities of the retinal chamber in the diagnosis of clinical manifestations of retinopathy of prematurity. Medical almanac. 2017; 1: 46 (In Russian)]. https://doi.org/10.24412/Fg78loUnojc

14. Good W. V. on behalf of the Early Treatment for Retinopathy of Prematurity Cooperative Group. Final results of the Early Treatment for Retinopathy of Prematurity (ETROP) randomized trial. Transactions of the American Ophthalmological Society. 2004; 102: 233.

15. Воронцова Т. Н. Ретинопатия недоношенных, рубцовый период: клиническая классификация / Т. Н. Воронцова, Е. Е. Сомов, А. Ю. Рудник // Российская педиатрическая офтальмология. – 2007. – 4: 19–22. [Vorontsova T. N., Somov E. E., Rudnik A. Yu. Retinopathy of prematurity, cicatricial period: clinical classification. Russian pediatric ophthalmology. 2007; 4: 19–22 (in Russian)].

16. Ковалевская М. А. Способ определения локализации макулы при ретинопатии недоношенных (варианты) / М. А. Ковалевская [и др.] – Патент RU2645411C1 от 26. 04. 2017. [Kovalevskaya M. A., Tereshchenko A. V., Trifanenkova I. G., et al. Method for determining the localization of the macula in retinopathy of prematurity (options). Patent RU2645411C1 dated 04. 26. 2017 (in Russian)].

17. Терещенко А. В. Ретинопатия недоношенных. Патогенез, классификация, лечение задней агрессивной ретинопатии недоношенных. Обзор литературы / А. В. Терещенко [и др.] // Катарактальная и рефракционная хирургия. – 2010. – 10 (2): 8–16. [Tereshchenko A. V., Bely U. A., Tereshchenkova M. S., Trifanenkova I. G. Retinopathy of prematurity. Pathogenesis, classification, treatment of aggressive posterior retinopathy of prematurity. Literature review. Cataract and refractive surgery. 2010; 10 (2): 8–16 (in Russian)].

18. Lee T. Classification of ROP. Retinopathy of Prematurity. Springer, Cham, 2017; 13–8. https://doi.org/10.1007/978-3-319-52190-9_2

19. Strang N. C., Winn B., Bradley A. The role of neural and optical factors in limiting visual resolution in myopia. Vision Research. 1998; 38:1713–21.

20. Hill D. Retinal characteristics of myopic eyes in a semi-rural UK population. Diss. Aston University, 2019.

21. Krebs I., Brannath W., Glittenberg C., Zeiler F., Sebag J., Binder S. Posterior vitreomacular adhesion: a potential risk factor for exudative age-related macular degeneration? American journal of ophthalmology. 2007; 144 (5): 741–6. https://doi.org/10.1016/j.ajo.2007.07.024

22. Коголева Л. В. Результаты длительного наблюдения глубоко недоношенных детей с ретинопатией / Л. В. Коголева [и др.] // Вестник офтальмологии. – 2020. – 136 (5): 39–45. [Kogoleva L. V., Katargina L. A., Sudovskaya T. V., Kruglova T. B., Bobrovskaya Yu. A. Results of long-term observation of extremely premature babies with retinopathy. Vestnik oftalmologii. 2020; 136 (5): 39–45 (in Russian)]. https://doi.org/10.17116/oftalma202013605139

23. Sankar M. J., Sankar J., Chandra P. Anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) drugs for treatment of retinopathy of prematurity. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2018; 1. https://doi.org/10.1002/14651858.CD009734.pub3

24. Coscas G., Lupidi M., Coscas F., et al. Optical coherence tomography angiography during follow-up: qualitative and quantitative analysis of mixed type I and II choroidal neovascularization after vascular endothelial growth factor trap therap. Ophthalmic research. 2015; 54 (2): 57–63. https://doi.org/10.1159/000433547

25. Kwinta P., Bik-Multanowsk, M., Mitkowska Z., Tomasi T., Pietrzyk J. J. The clinical role of vascular endothelial growth factor (VEGF) system in the pathogenesis of retinopathy of prematurity. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 2008: 246 (10); 1467–75. https://doi.org/10.1007/s00417-008-0865-9

26. Катаргина Л. А. Новые возможности в ведении пациентов с ретинопатией недоношенных (обзор литературы и анализ собственных данных) / Л. А. Катаргина, Е. Н. Демченко // Российский офтальмологический журнал. – 2020; 13 (4): 70–4. [Katargina L. A., Demchenko E. N. New opportunities in the management of patients with retinopathy of prematurity (literature review and analysis of own data). Russian ophthalmological journal 2020; 13.4: 70–4 (in Russian)]. https://doi.org/10.21516/2072-0076-2020-13-4-70-74

27. Mao J., Luo Y., Liu L., et al. Automated diagnosis and quantitative analysis of plus disease in retinopathy of prematurity based on deep convolutional neural networks. Acta ophthalmologica. 2020; 98 (3): 339–45. https://doi.org/10.1111/aos.14264

28. Зуева М. В. Пластичность сетчатки при ретинопатии недоношенных и перспективы фототерапии / М. В. Зуева, Л. В. Коголева, Л. А. Катаргина // Российский офтальмологический журнал. – 2020. – 13 (1): 77–84. [Zueva M. V., Kogoleva L. V., Katargina L. A. Retinal plasticity in retinopathy of prematurity and the prospects for phototherapy. Russian ophthalmological journal. 2020; 13 (1): 77–84 (in Russian)]. URL: https://roj.igb.ru/jour/article/view/385

29. Ковалевская М. А. Универсальная платформа диагностики социально значимых заболеваний: ретинопатия недоношенных, диабетический макулярный отек, диабетическая ангиоретинопатия, возрастная макулярная дегенерация, окклюзия вен сетчатки, глаукома / М. А. Ковалевская, О. А. Перерва. – Заявка на патент РФ № 2020116745 от 10. 05. 2020. [Kovalevskaya M. A., Pererva O. A. Universal platform for diagnosing socially significant diseases: retinopathy of prematurity, diabetic macular edema, diabetic angioretinopathy, age-related macular degeneration, retinal vein occlusion, glaucoma. Application for patent RU No 2020116745, 10. 05. 2020 (in Russian)].