教育演講3:青光眼的新進展
New Frontiers in Glaucoma

程 序 表

E3-2
人工智慧於青光眼之應用
郭柏邑
臺北市立聯合醫院仁愛院區眼科部
台大醫院眼科部

  青光眼是視力的隱形殺手,早期診斷為當前要務。診斷上,除了眼壓測量以外,尚須仰賴眼底攝影、光學同調斷層掃描以及視野檢查來綜合評估,而受專業訓練的眼科醫師為不可或缺之一環。然社會日益老化及醫療不均,如何有效率的篩檢青光眼且不致增加過多臨床醫師的負擔,給予了人工智慧介入的契機。
  人工智慧於青光眼的運用其實由來已久,又以機器學習(Machine learning)和深度學習(Deep learning)為主。初期的機器學習演算法,利用統計分類的方式來協助診斷,如一開始的線性迴歸(linear regression model)、決策樹(Decision trees)等,到後來的隨機森林(Random forest)、支持向量機(Support vector machine)等運算法,透過輸入資料和預先標註的輸出訓練出一組預測模型,達到優異的分類功能。
  此種方式可由機器自行摸索出學習規則,但缺點是需要人為的前處理(preprocessing)及特徵擷取(feature extraction)。而隨著半導體的進步和運算效能的提升,深度學習除了有機器學習的特色外,還可以自行擷取特徵值,使其有優異的圖形辨識能力,其中又以卷積神經網路(Convolutional neural network)在青光眼的運用更為廣泛。青光眼的許多關鍵檢查多以圖像呈現,十分適合深度學習的應用。
  研究上,人工智慧於青光眼診斷已經有不錯的準確性,透過眼底攝影圖像訓練,人工智慧已經可以達到比人類更高的敏感性(71.6~100%)和特異性(71.7~100%),整體準確度(accuracy)也可以達到九成以上。利用在圖像辨識上的優勢,可以達到自動且準確的光學同調斷層掃描的判讀和重組,除了協助臨床醫師判斷外,對於研究青光眼視神經頭的生物力學(biomechanics)也可能帶來正向的貢獻。在於偵測視野惡化程度上,少部分研究指出可以利用機器學習來提高現階段的準確性。
  雖然人工智慧應用在青光眼上有初步的成功,但日後能否產生醫療生態的改變尚有許多挑戰待克服。首先,多數相關研究都是使用自己的資料庫做模組的訓練和驗證,在真實世界的通則性(generalizability)則尚待考驗。第二,青光眼的診斷準則尚未有真正的共識,尤其在較難診斷的青光眼(如:高度近視)中更可能大相逕庭,會使人工智慧的訓練上不可避免地造成誤差。第三,雖然增加輸入資料的種類可以提升分類的準確度,卻也代表需要更大量的訓練資料庫,增加訓練的難度,如何取得平衡也是努力的目標。人工智慧在青光眼的應用中,不論是早期篩檢、病情變化以及基礎研究上都有不小的影響,相信在克服了困難後,不久的將來將會讓醫療環境造成革命性改變。