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中南大学湘雅二医院眼科罗静教授团队建立OCT组学模型，精准预测抗VEGF药物治疗疗效

2024-05-01 19:49:00
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编者按：2024年4月，中南大学湘雅二医院眼科罗静教授团队在Journal of Translational Medicine杂志（JCR Q1，IF=7.4）发表题为“Machine learning and optical coherence tomography-derived radiomics analysis to predict persistent diabetic macular edema in patients undergoing anti-VEGF intravitreal therapy”的研究论文。该研究通过结合机器学习与光学相干断层扫描（OCT）影像组学方法，建立并评估了抗血管内皮生长因子（anti-VEGF）药物玻璃体腔注射治疗糖尿病黄斑水肿（DME）疗效的OCT组学（OCT-omics）预测模型。该团队所建立的OCT-omics模型在评估抗VEGF玻璃体腔注药治疗DME反应方面展示了良好的预测能力，是秉承“源于临床发现问题，创新思路找方法，回归临床看效果”研究原则的一次尝试。OCT-omics模型改变了以往从单个的影像指标进行预测的思路，从整体影像通过算法提取特征，展现出优良的分类性能和潜在临床易用性，使其有望成为未来DME管理中指导治疗决策的有力工具，为患者提供更加精准、有效的治疗。

研究背景

DME可发生于糖尿病视网膜病变（DR）的任一阶段，是糖尿病患者视力丧失的最主要原因。抗VEGF药物玻璃体腔注射是DME治疗的一线手段，但相当比例的患者在接受多次抗VEGF治疗后，视功能和视网膜结构未明显改善。对于该类持续性/慢性/复发性/难治性DME，目前对其定义及治疗方案仍缺乏共识。OCT可无创、便捷地呈现视网膜高分辨率断层影像，在DME的全程管理中发挥着重要作用。然而，目前关于OCT影像标志物（如视网膜内层紊乱DRIL）或基于OCT的分级评估体系（如TCED-HFV系统）仍存在定量手段、可解释性或临床应用等方面的局限。因此，根据可靠的OCT定量特征在治疗前对患者进行分类，从而优化治疗方案，可能是提高DME疗效、实现DME精准治疗的途径之一。

在该项研究中，罗静教授团队首次提出了OCT-omics的概念，将视网膜OCT与影像组学、机器学习方法结合，即从OCT影像中提取和分析高通量定量特征，通过机器学习方法建立和评估OCT-omics预测模型，为DME的全程管理提供无创、定量、易用的评估手段。

研究方法

罗静教授团队收集了来自中南大学湘雅二医院的至少接受3次以上抗VEGF药物玻璃体腔注射治疗的82位DME患者（113只眼）的OCT及临床数据，通过随机分配训练集及测试集，对OCT图像进行特征提取、筛选，以及模型构建、评估与应用。其中，患者亚组的典型OCT影像及感兴趣区域（ROI）勾画示意如图2所示。

图1. 研究流程图

图2. 患者亚组典型病例及ROI勾画示意图（a）非持续性DME组典型病例；（b）持续性DME组典型病例；（c）（d）ROI勾画示意图

研究结果

通过监督学习方法，基于筛选得到的相关特征构建了Logistic回归、支持向量机（SVM）和反向传播神经网络（BPNN）三个分类模型。通过评估灵敏度、特异度、F1值、ROC曲线下面积等分类指标发现，无论是在训练集还是测试集，三个分类模型均都表现出较好的判别能力。

非持续性DME组的OCT-omics评分显著高于持续性DME组，且OCT-omics评分与治疗反应显著正相关，临床决策曲线表明在训练集和测试集中基于OCT-omics指标均可获得较高的临床决策净收益。

此外，在患者长期预后预测方面，三个分类模型也展现出可靠的预测能力，进一步展现出OCT-omics模型的临床运用潜力。

图3. OCT-omics用于DME患者长期预后评估（a）持续性DME典型病例；（b）非持续性DME典型病例

研究结论

综上所述，罗静教授团队所建立的OCT-omics模型在评估抗VEGF玻璃体腔注药治疗DME反应方面展示了良好的预测能力，OCT-omics模型展现出的优良分类性能和潜在临床易用性使其有望成为未来DME、AMD、RVO等眼底疾病管理中指导治疗决策的有力工具，为患者提供更加精准、有效的治疗。

全文链接：

https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-024-05141-7

文章作者：孟志尚邱佳宁陈壁滢

通讯作者

罗静教授

主任医师、教授、博士生导师、耶鲁大学访问学者、加州大学博士后、眼科教研室主任。中华医学会眼科学分会眼外伤学组委员、中国研究型医院糖尿病学专业委员会糖尿病眼病学组委员、中国医师协会眼病理学组委员、湖南医学会眼底病学组副组长、湖南省眼底病联盟主席，中华眼科首批“未来眼科领袖发展计划”成员之一。获国家自然科学基金、美国耶鲁大学中国联合会基金、湖南省自然科学基金等课题资助。近年来以第一作者或通讯作者在Ophthalmology、Diabetes、Journal of Translational Medicine等SCI杂志发表论文20余篇。

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