NIH:n tutkijat käyttävät tekoälyä terävöittääkseen tavallista silmäkuvausta

NIH:n tutkijat käyttävät tekoälyä terävöittääkseen tavallista silmäkuvausta

National Institutes of Healthin (NIH) tutkijat ovat hyödyntäneet tekoälyä muuntaakseen laitteen, joka muutti yhden silmän silmänpohjan teräviksi soluiksi. Tekniikka tarjoaa kuvantamisresoluutiota, joka kilpailee edistyneimpien saatavilla olevien laitteiden kanssa ja on halvempi, nopeampi eikä vaadi erikoislaitteita tai asiantuntemusta. Strategialla on vaikutuksia sairauksien varhaiseen havaitsemiseen ja hoitotarjonnan seurantaan, mikä tekee näkyväksi sen, mikä ennen oli näkymätön.

"Tekoäly mahdollistaa seuraavan sukupolven kuvantamisen tavallisten silmäklinikoiden käsissä. Se on kuin korkearesoluutioinen linssi yksinkertaiselle kameralle." sanoi Johnny Tam, Ph.D., NIH-National Eye Instituten tutkija ja julkaistun tutkimusraportin vanhempi kirjoittajaKommunikaatiolääketiede.

Oftalmoskoopeina tunnettuja kuvantamislaitteita käytetään usein silmän takaosassa olevan valoherkän verkkokalvon tutkimiseen. Pyyhkäisevä laseroftalmoskooppi on vakiona silmäklinikoissa, mutta sen resoluutio pystyy havaitsemaan vain kudostason rakenteita – kuten vaurioita, verisuonia ja näköhermon päätä. Uuden sukupolven oftalmoskoopit, joissa on mukautuva optiikka – tekniikka, joka kompensoi pieniä vääristymiä – voivat havaita solujen ominaisuuksia ja tarjota enemmän diagnostisia tietoja. Adaptiivisen optiikan mahdollistava kuvantaminen on kuitenkin vielä koevaiheessa.

TAM ja yhteistyökumppanit kehittivät mukautetun tekoälyjärjestelmän, joka parantaa digitaalisesti kuvia kudoskerroksesta valoherkkien fotoreseptorien alla, joka tunnetaan nimellä verkkokalvon pigmentoitu epiteeli (RPE). Ensimmäinen askel oli opettaa järjestelmä tunnistamaan kuvanlaatu huonoksi, kohtalaiseksi tai hyväksi. Tutkijat tekivät tämän syöttämällä järjestelmään yli 1 400 kuvaa verkkokalvon eri alueilta, jotka saatiin käyttämällä oftalmoskopian mukautuvaa optiikkaa. Seuraavaksi he syöttivät järjestelmään vastaavia kuvia samoista verkkokalvon kohdista, mutta ne saatiin tavallisella oftalmoskopialla. Kuvan terävyystesti osoitti, että tekoäly paransi selkeyttä kahdeksan kertaa.

Järjestelmämme käytti adaptiivisesta optiikasta saatujen kuvien arvioinnista oppimaansa parantaakseen digitaalisesti tavallisella oftalmoskopialla saatuja kuvia. On tärkeää huomauttaa, että järjestelmä ei luo mitään tyhjästä. Ominaisuudet, joita näemme RPE-soluissa, joissa on vakiokuvaus, ovat vain epäselviä. "

Johnny Tam, Ph.D., tutkija NIH:n National Eye Institutessa

Näihin tekniikoihin kuuluu indosyaniinivihreäksi (ICG) kutsutun väriaineen ruiskuttaminen verenkiertoon anatomisten piirteiden kontrastin lisäämiseksi. Silmäklinikalla ICG:tä käytetään yleensä silmän verisuonten visualisointiin.

"ICG-kuvausstrategiamme mahdollistaa RPE-solujen nopean ja rutiininomaisen arvioinnin klinikalla", sanoi Joanne Li, Ph.D., raportin ensimmäinen kirjoittaja ja biolääketieteen insinööri Tamin laboratoriossa. "Tekoälyllä korkealaatuisia kuvia RPE-soluista voidaan saada sekunneissa tavallisilla kliinisillä kuvantamistyökaluilla."

RPE-solujen tehtävänä on ravita ja tukea fotoreseptoreita. Erilaiset häikäisyolosuhteet vaikuttavat aluksi RPE-soluihin, mukaan lukien ikään liittyvä silmänpohjan rappeuma, vitelliforminen makuladystrofia ja Stargardtin tauti. RPE-soluja ei kuitenkaan voida helposti kuvata klinikalla. Tekoälyllä tehostettu ICG-oftalmoskopia tuo RPE-kuvantamisen tyypillisen silmäklinikan ulottuville. ##

Lähteet: