·據(jù)了解，全球兒童斜視患病率約0.8%到6.0%不等。斜視除了影響美觀外，還會導(dǎo)致弱視、雙眼單視功能不同程度的喪失和自信心下降、自尊焦慮等社會心理后遺癥。兒童斜視的早期發(fā)現(xiàn)和及時治療至關(guān)重要。

近日，上海市兒童醫(yī)院眼科的喬彤教授團隊和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院的鄭策副教授在BMC Ophthalmology（《BMC眼科》）期刊上發(fā)表了一篇題為“Automated Detection of Steps in Videos of Strabismus Surgery Using Deep Learning”的文章，該研究開發(fā)了一個深度學(xué)習(xí)模型，用于自動檢測斜視手術(shù)視頻中的主要手術(shù)步驟。研究者認為，斜視手術(shù)步驟的自動分類識別可以輔助提高斜視手術(shù)規(guī)范化培訓(xùn)的有效性，也有望作為評估住院醫(yī)師培訓(xùn)情況的重要手段。

斜視是指各種原因?qū)е卵弁饧f(xié)調(diào)運動失常，雙眼不能同時注視同一物體的現(xiàn)象，是導(dǎo)致兒童視覺發(fā)育障礙的常見眼病。據(jù)了解，全球兒童斜視患病率約0.8%到6.0%不等。斜視除了影響美觀外，還會導(dǎo)致弱視、雙眼單視功能不同程度的喪失和自信心下降、自尊焦慮等社會心理后遺癥。兒童斜視的早期發(fā)現(xiàn)和及時治療至關(guān)重要，可以在矯正眼位、恢復(fù)外觀的基礎(chǔ)上，促進視力發(fā)育和雙眼視覺功能的建立。

據(jù)喬彤介紹，目前臨床上斜視的診斷高度依賴眼科醫(yī)師專業(yè)檢查和檢查設(shè)備，耗費大量人力、物力，效率低、覆蓋面小，應(yīng)用場景局限在臨床，“在中國等許多國家，能夠完成斜視篩查的眼科醫(yī)生數(shù)量有限，且眼科住院醫(yī)師大多無法得到足夠的、標準化的斜視手術(shù)培訓(xùn)和教育。人工智能（AI）與醫(yī)學(xué)融合的時代已經(jīng)到來。AI在斜視診療領(lǐng)域的應(yīng)用研究起步較晚，目前大致可分為2類：識別診斷型及手術(shù)規(guī)劃型?！?/p>

在上述研究中，團隊采集了上海市兒童醫(yī)院眼科的5位手術(shù)者的479個手術(shù)視頻，將手術(shù)錄像分割成3345個主要手術(shù)步驟片段?；贗CO斜視評估標準將斜視手術(shù)分為8個步驟：剪開結(jié)膜、鉤取眼外肌、暴露眼外肌、預(yù)制縫線、分離眼外肌、測量位置、附著眼外肌及縫合結(jié)膜。并隨機形成訓(xùn)練集、驗證集和內(nèi)部測試集。

由于手術(shù)視頻不僅包括單幀靜態(tài)圖像信息，也包括時間維度的因果信息，因此，研究團隊采用了兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)嵌合的思路，其中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于提取單幀圖片中的靜態(tài)手術(shù)動作信息，Transformer模型用于提取時間維度上的因果信息。模型構(gòu)架主要包括輸入端、中間模型和輸出端三部分。研究者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為一個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、一個遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）再串聯(lián)一個門控遞歸單元（GRU）層三大版塊：首先運用一個2017年由google團隊提出的預(yù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——DenseNet，提取出特征信息，包括單幀圖片上的信息如RGP通道信息、空間信息等，并將它們降維壓縮拉伸成空間向量信息，接著用注意力機制模型融合時間維度上的信息，最終輸出預(yù)測結(jié)果。

當前研究的流程圖和模型構(gòu)架示意圖。圖片來源：BMC Ophthalmology

研究結(jié)果表明，該深度學(xué)習(xí)模型在對不同手術(shù)步驟進行分類時表現(xiàn)出色（AUC = 1.00；準確率 = 96%）。說明基于手術(shù)視頻的深度學(xué)習(xí)模型可以高精度地自動識別斜視手術(shù)步驟。

研究者認為，該項研究在許多臨床環(huán)境中都具有潛力。住院醫(yī)生學(xué)習(xí)斜視手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線與基于反饋的教學(xué)指導(dǎo)密切相關(guān)，深度學(xué)習(xí)算法可通過實時提醒下一步操作，及對手術(shù)中的錯誤操作進行識別和警告，減少手術(shù)失誤并指導(dǎo)手術(shù)操作，尤其是對新手。此外，未來還可基于此開發(fā)一種實時監(jiān)督和客觀手術(shù)評估的手術(shù)規(guī)范化培訓(xùn)系統(tǒng)，以提高斜視的整體手術(shù)療效。

據(jù)悉，研究團隊將進一步探究、驗證深度學(xué)習(xí)模型在眼科手術(shù)規(guī)范化培訓(xùn)中的潛在應(yīng)用價值。結(jié)合對比學(xué)習(xí)、計算機視覺等方法，拓展深度學(xué)習(xí)結(jié)果的可解釋性和臨床隨訪等多領(lǐng)域應(yīng)用。