ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Разметка цветных фотографий глазного дна улучшает распознавание макулярной патологии с помощью глубокого обучения
1 Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова, Москва, Россия
2 ООО «Инновационные технологии», Нижний Новгород, Россия
3 Приволжский окружной медицинский центр Федерального медико-биологического агентства, Нижний Новгород, Россия
4 Институт системного программирования имени В. П. Иванникова РАН, Москва, Россия
5 Институт систем энергетики имени Л. А. Мелентьева, Иркутск, Россия
Для корреспонденции: Павел Викторович Глизница
ул. Белинского, д. 58/60, эт. 5, 603000, г. Нижний Новгород; moc.duoci@pastinzilg
Финансирование: работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям (договор №150ГС1ЦТНТИС5/64226 от 22.12.2020).
Вклад авторов: Х. П. Тахчиди — редактирование рукописи. П. В. Глизница — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, анализ результатов, написание текста рукописи; С. Н. Светозарский — участие в сборе данных, анализ результатов, работа с литературой, написание текста рукописи; А. И. Бурсов — работа с литературой, разработка алгоритмов, редактирование рукописи; К. А. Шустерзон — разработка и валидация алгоритмов, подготовка иллюстраций, участие в написании текста.
Заболевания сетчатки остаются одной из ведущих причин слабовидения в мире. Разработка методов автоматизированной диагностики может повысить эффективность и доступность программ массового скрининга патологии макулярной области. Целью работы было разработать и провалидировать алгоритмы машинного обучения для диагностики макулярной патологии на основе анализа цветных фотографий глазного дна с предварительной разметкой данных и без нее на примере возрастной макулярной дегенерации (ВМД). В исследовании использовали 1200 цветных фотографий глазного дна из локальных баз данных, включая 575 изображений сетчатки пациентов с ВМД и 625 ретинальных фотографий здоровых пациентов. Алгоритм глубокого обучения был реализован на основе нейронной сети Faster RCNN c ResNet50 в качестве сверточной основы с использованием трансферного обучения. В результате, при отсутствии разметки валидация показала неудовлетворительную точность модели (79%), что было связано с неправильным выбором нейросетью областей внимания. Выполнение разметки повысило эффективность разработанной методики, на тестовом наборе данных модель продемонстрировала адекватное определение информативных участков, точность классификации достигла 96,6%. Таким образом, применение разметки изображений значительно повышает точность распознавания цветных изображений сетчатки с помощью нейросетевых технологий и позволяет создавать эффективные модели при использовании ограниченных по объему наборов данных.
Ключевые слова: скрининг, машинное обучение, болезни сетчатки, фундус-камера, биомедицинская визуализация, разметка данных