Sztuczna inteligencja może przewidywać problemy z sercem badając dno oka

Choroby układu krążenia, w tym choroba sercowo-naczyniowa, choroba wieńcowa, niewydolność serca i udar, są głównymi przyczynami złego stanu zdrowia i zgonów na całym świecie. W Wielkiej Brytanii odpowiadają one za 1 na 4 zgony.

Sztuczna inteligencja daje duże możliwości

Zdaniem autorów nowej publikacji dzięki AI można by w prosty i tani sposób, bez konieczności przeprowadzania badań krwi lub pomiaru ciśnienia tętniczego wykonywać dokładne, nieinwazyjne badania przesiewowe osób o średnim lub wysokim ryzyku choroby krążenia.

Wcześniej opublikowane badania wskazują, że szerokość maleńkich żył i tętnic siatkówki (części oka, która odbiera i organizuje informacje wizualne) może stanowić dokładny wczesny wskaźnik choroby krążenia. Na razie nie jest jednak jasne, czy te odkrycia odnoszą się w równym stopniu do mężczyzn i kobiet.

Dlatego autorzy opracowali w pełni zautomatyzowany algorytm wykorzystujący sztuczną inteligencję o nazwie QUARTZ (skrót od angielskiego wyrażenia „analiza ilościowa topologii i wielkości naczyń siatkówki”) w celu opracowania modeli do oceny potencjału obrazowania naczyń siatkówki oraz znanych czynników ryzyka w przewidywaniu stanu naczyń i zgonów.

Naukowcy zastosowali QUARTZ do obrazów siatkówki 88 052 uczestników brytyjskiego Biobanku w wieku 40-69 lat, zwracając w szczególności uwagę na szerokość, powierzchnię naczyń i stopień zakrzywienia (krętości) tętniczek i żyłek w siatkówce, aby opracować modele przewidujące udar, zawał serca i śmierć z powodu choroby krążenia.

Model wykorzystano także do analizy obrazów siatkówki 7411 uczestników badania European Prospective Investigation into Cancer (EPIC)-Norfolk w wieku od 48 do 92 lat.

Wyniki testu QUARTZ zostały porównane z powszechnie stosowanym algorytmem oceny ryzyka Framingham.

Stan zdrowia wszystkich uczestników był śledzony średnio przez 7 do 9 lat, w tym czasie odnotowano 327 zgonów z powodu chorób układu krążenia wśród 64 144 uczestników UK Biobank (średnia wieku 56 lat) i 201 zgonów z powodu układu krążenia wśród 5862 uczestników EPIC-Norfolk (średnia wieku 67 lat).

U mężczyzn szerokość, krętość i zmienność szerokości tętniczek i żyłek okazały się ważnymi czynnikami prognostycznymi zgonu z powodu chorób układu krążenia. U kobiet do przewidywania ryzyka przyczyniły się: obszar tętniczek i żył, szerokość i krętość żył oraz zmienność szerokości.

Prognostyczny wpływ układu naczyniowego siatkówki na zgon z powodu choroby krążenia był powiązany z paleniem tytoniu, stosowaniem leków na nadciśnienie i przebytym zawałem serca.

Ogólnie rzecz biorąc modele prognostyczne oparte na wieku, paleniu, historii choroby i unaczynieniu siatkówki uchwyciły od połowy do dwóch trzecich zgonów z powodu chorób krążenia u osób najbardziej zagrożonych.

Modele układu naczyniowego siatkówki wykryły około 5 proc. więcej przypadków udaru u mężczyzn z brytyjskiego Biobanku i 8 proc. więcej przypadków u kobiet z brytyjskiego Biobanku, 3 proc. więcej przypadków wśród najbardziej zagrożonych mężczyzn z EPIC-Norfolk, ale o prawie 2 proc. mniej przypadków wśród kobiet z EPIC-Norfolk. Natomiast algorytm Framingham Risk Scores uchwycił więcej przypadków zawału serca wśród osób najbardziej zagrożonych.

Dodanie unaczynienia siatkówki do skali ryzyka Framingham tylko marginalne zmieniło przewidywania udaru lub zawału serca. Naukowcy twierdzą jednak, że prostsza nieinwazyjna ocena ryzyka oparta na wieku, płci, paleniu, historii medycznej i unaczynieniu siatkówki była równie skuteczna co algorytm Framingham Risk Scores - bez konieczności wykonywania badań krwi lub pomiaru ciśnienia tętniczego.

Autorzy przyznają, że obie grupy uczestników badania prowadzą zdrowszy tryb życia niż inne pochodzące z podobnych lokalizacji geograficznych osoby w średnim wieku, a ponadto większość badanych jest biała. Jednak jest to największe populacyjne badanie unaczynienia siatkówki, a modele przewidywania zostały zweryfikowane zewnętrznie na dużej liczbie osób. Jak podkreślają, obrazowanie siatkówki jest już powszechną praktyką w Wielkiej Brytanii i USA.

„Przewidywanie ryzyka waskulometrii z wykorzystaniem sztucznej inteligencji jest w pełni zautomatyzowane, tanie, nieinwazyjne i ma potencjał dotarcia do większego odsetka populacji w społeczności ze względu na dostępność oraz dlatego, że pobieranie próbek krwi lub pomiar ciśnienia krwi są niepotrzebne” – podsumowali naukowcy.

Co więcej, autorzy badań zauważyli, że unaczynienie siatkówki jest markerem mikronaczyniowym, a zatem zapewnia lepszą prognozę śmiertelności krążeniowej i udaru w porównaniu z zawałem serca, który w większym stopniu dotyczy dużych naczyń, z wyjątkiem być może kobiet.

W ogólnej populacji metoda mogłaby być stosowana jako bezkontaktowa forma ogólnoustrojowej kontroli stanu naczyń, do selekcji osób ze średnio-wysokim ryzykiem śmiertelności krążeniowej w celu dalszej oceny ryzyka klinicznego i odpowiedniej interwencji. Na przykład w Wielkiej Brytanii może być uwzględniona w podstawowej opiece zdrowotnej NHS Health Check dla osób w wieku od 41 do 74 lat.