glaucomaНациональный журнал ГлаукомаNational Journal glaucoma2078-41042311-6862Federal State Budgetary Institution of Science “Krasnov Research Institute of Eye Diseases”10.25700/NJG.2020.01.03glaucoma-270Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВозможности искусственного интеллекта в измерении оттисков внутриглазного давления по МаклаковуThe possibilities of artificial intelligence use in the assessment of Maklakov intraocular pressure printsДорофеевД. А.DorofeevD. A.

Дорофеев Дмитрий Александрович, врач-офтальмолог

M.D.

dimmm.83@mail.ruВизгаловаЛ. О.VizgalovaL. O.

ординатор

Resident

ГоробецА. В.GorobetsA. V.

студент

Student

КанафинЕ. В.KanafinE. V.

ученик средней школы

High school student

КурочкинС. И.KurochkinS. I.

студент

Student

ВасиленкоД. Ю.VasilenkoD. Yu.

разработчик

Frontend developers

ЕфимоваК. А.EfimovaK. A.

оператор ОКТ

OCT operator

ЦыгановА. З.CiganovA Z.

студент

Student

КозловаИ. В.KozlovaI. V.

к.м.н., научный сотрудник отдела глаукомы

Ph.D., Research Associate of Glaucoma Department

КарловаЕ. В.KarlovaE. V.

д.м.н., заведующая отделением

Ph.D., Head of Glaucoma Department

МА УЗ «Городская клиническая больница № 2»РоссияChelyabinsk Public Clinical Hospital of No. 2Russian FederationФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава РФРоссияThe South Ural State Medical University of The Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)»РоссияSouth Ural State University (National Research University)Russian FederationГБОУ «Челябинский областной многопрофильный лицей-интернат для одаренных детей»РоссияChelyabinsk Regional Multipurpose Boarding School for Gifted ChildrenRussian FederationLTD AplitИзраильLTD AplitIsraelФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней»РоссияScientific Research Institute of Eye DiseasesRussian FederationГБУЗ «Самарская областная клиническая офтальмологическая больница им. Т.И. Ерошевского»РоссияEroshevskiy Eye HospitalRussian Federation2020200420201912027Copyright © Дорофеев Д.А., Визгалова Л.О., Горобец А.В., Канафин Е.В., Курочкин С.И., Василенко Д.Ю., Ефимова К.А., Цыганов А.З., Козлова И.В., Карлова Е.В., 20202020Дорофеев Д.А., Визгалова Л.О., Горобец А.В., Канафин Е.В., Курочкин С.И., Василенко Д.Ю., Ефимова К.А., Цыганов А.З., Козлова И.В., Карлова Е.В.Dorofeev D.A., Vizgalova L.O., Gorobets A.V., Kanafin E.V., Kurochkin S.I., Vasilenko D.Y., Efimova K.A., Ciganov A.Z., Kozlova I.V., Karlova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.glaucomajournal.ru/jour/article/view/270ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Оценить точность измерения оттисков внутриглазного давления (ВГД) по Маклакову, выполненного врачами и искусственным интеллектом.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Были подготовлены две пары тонограмм, полученные тонометром Маклакова грузом 10,0 г. Разметка тонограмм проводилась анонимно при помощи измерительной линейки проф. Б.Л. Поляка для 4-х тонометров Маклакова. Всего в работе приняло участие 57 офтальмологов. Были выбраны наиболее качественные отпечатки (n=40). Эти же отпечатки были сфотографированы на камеру смартфона Xiaomi mi 6 40 раз с различным уровнем освещенности и различным углом поворота относительно нормали к фокальной плоскости линзы. Полученные фотографии в формате jpg были проанализированы алгоритмами http://ai-tonometry.com. и обрабатывались алгоритмом Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) для выделения более четких границ, а после этого переводились в бинарные матрицы (матрицы, состоящие из «0» и «1»).

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Оттиск с максимальным количеством измерений 40 и коллегиально принятым достоверным тонометрическим уровнем 17 мм рт.ст. врачами был измерен в среднем диапазоне 16,48±2,7 16,0 (15,0; 17) мм рт.ст., а нейросетью 17,0±1,1 17,0 (16,0; 17,0) мм рт.ст. При этом диапазон измерений диаметра оттиска нейросетью практически в 3 раза меньше по сравнению с измерениями врачей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Мобильное приложение на основе искусственного интеллекта помогает качественно проводить мониторинг ВГД и отбраковывать оттиски неудовлетворительного качества, что позволит снизить количество пациентов с прогрессированием глаукомы.

OBJECTIVE

OBJECTIVE: To assess the accuracy of Maklakov intraocular pressure imprints measurement by doctors and artificial intelligence.

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS: Two pairs of tonograms were prepared, obtained by a Maklakov tonometer with a load of 10.0 g. The tonograms were labeled anonymously, using a measuring ruler devised by prof. B.L. Polyak for 4 Maklakov tonometers. In total, 57 ophthalmologists took part in the work. A total of 40 prints were chosen based on there quality. The same prints were photographed by a Xiaomi mi smartphone camera 40 times with a different level of illumination and a different angle of rotation relative to the normal of the lens focal plane. Received photos in jpg format were analyzed by http://ai-tonometry.com algorithms and processed by the Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) algorithm to extract sharper boundaries, and then translated into binary matrices (matrices consisting of “0” and “1”).

RESULTS

RESULTS: An imprint with a maximum number of measurements of 40 and a collegially accepted reliable tonometric level of 17 mmHg was measured in the middle range of 16.48±2.7 16.0 (15.0; 17) mmHg by doctors, and 17.0±1.1 17.0 (16.0; 17.0) mmHg by the neural network. At the same time, the range of imprint diameter measurements by the neural network was almost three times smaller, than human measurements.

CONCLUSION

CONCLUSION: The artificial intelligence-based mobile application allows for a high-quality monitoring of intraocular pressure and rejects prints of unsatisfactory quality, which may potentially reduce the number of patients with glaucoma progression.

тонометрия по Маклаковуточность измерения внутриглазного давленияошибки измерения внутриглазного давленияВГДофтальмотонометрияискуственный интеллектнейросетьсверточные нейросетиглаукомаизмерительная линейка Полякакалибровочные таблицы А.П. Нестерова и М.Б. Вурдафтааппланационная тонометрияMaklakov tonometryaccuracy of intraocular pressure measurementintraocular pressure measurement errorsIOPophthalmotonometryartificial intelligenceneural networkconvolutional neural networkglaucomaPolyak measuring lineNesterov and Vurgaft calibration tablesapplanation tonometryReferencesКазанцева С.Ю. Ошибки измерения внутриглазного давления при тонометрии по Маклакову. Глаукома Журнал НИИ ГБ РАМН. 2013; 4:72–81.Kazanceva S.Y. Errors in intraocular pressure measurements when performing Maklakov tonometry. Glaukoma Zhurnal NII GB RAMN. 2013; 4:72-81. (In Russ.).Макашова Н.В., Чжан Гофан, Васильева А.Е. Методы тонометрии и роль различных проб в ранней диагностике глаукомы (часть 1). Национальный журнал глаукома. 2014; 13(3):88–94.Makashova N.V., Zhang Gofan, Vassilieva A.E. Tonometry methods and the role of different samples in the early diagnosis of glaucoma (part 1). Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2014; 13(3):88–94. (In Russ.).Егоров Е.А., Еричев В.П., Куроедов А.В., Петров С.Ю и др. Показатели офтальмотонометрии в здоровой популяции. Национальный журнал глаукома. 2018; 17(2):91–98.Egorov E.A., Yerichev V.P., Kuroedov A.V., Petrov S.Y. et al. Tonometric intraocular pressure reference values in healthy population. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2018; 17(2):91–98. (In Russ.).Авдеев Р.В., Александров А.С., Бакунина Н.А. и др. Прогнозирование продолжительности сроков заболевания и возраста пациентов с разными стадиями первичной открытоугольной глаукомы. Национальный журнал глаукома. 2014; 13(2):60–69.Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Bakunina N.A. et al. Prediction of disease duration and age of patients with different primary open-angle glaucoma changes. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2014; 13(2): 60–69. (In Russ.).Астахов Ю.С., Соколов В.О., Морозова Н.В. и др. Оценка гипотензивной терапии с использованием суточного мониторинга внутриглазного давления. Офтальмологические ведомости. 2015; 8(3):51–55.Astakhov Y.S., Sokolov V.O., Morozova N.V et al. IOP-lowering therapy evaluation using 24-hour IOP monitoring. Oftal'mologicheskie vedomosti. 2015; 8(3):51–55. (In Russ.).Мачехин В.А. Истинное внутриглазное давление по данным пневмотонометрии и по данным аппланационной тонометрии по Маклакову. Вестник Оренбурского государственного университета. 2013; 4:170–174.Machekhin V.A. True intraocular pressure according to the data obtained with pneumotonometry and applanation tonometry by Maklakov. Vestnik Orenburskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013; 4:170-174. (In Russ.).Ермакова А.В., Страхов В.В., Алексеев В.В. Сравнительный анализ величины и асимметрии тонометрических параметров парных глаз в норме. Офтальмологические ведомости. 2011; 4(3):4-10.Ermakova A.V., Strakhov V.V., Alekseev V.V. Сomparative analysis of magnitude and asymmetry of tonometric parameters of paired eyes in health. Oftal'mologicheskie vedomosti. 2011; 4(3):4-10. (In Russ.).Моисеева И.Н., Штейн А.А. Влияние пространственной неоднородности роговицы на деформационные свойства глазного яблока и результаты аппланационной тонометрии по Маклакову. Биофизика. 2017; 62(6):1193–1203.Moeseeva I.N., Shtein A.A. Effect of spatial inhomogeneity of the cornea on the deformation properties of the eyeball and the results of Maklakoff applanation tonometry. Biofizika. 2017; 62(6):1193–1203. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/s0006350917060173Нугманова А.Р., Азнабаев Б.М., Загидуллина А.Ш и др. Тонометрия у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой и индивидуальных морфометрических показателей глаза и биомеханических свойств с учетом корнеосклеральной оболочки. Практическая медицина. 2018; 9:130–135.Nugmanova A.R., Aznabaev B.M., Zagidullina A.Sh. et al. Tonometry of patients with primary open-angle glaucoma taking into account the individual morphometric eye parameters and biomechanical properties of corneoscleral shell. Prakticheskaya meditsina. 2018; 9:130–135. (In Russ.). https://doi.org/10.32000/2072-1757-2018-9-130-135Аветисов С.Э., Бубнова И.А., Антонов А.А. Исследование влияния биомеханических свойств роговицы на показатели тонометрии. Сибирский научный медицинский журнал. 2009; 29(4):30–33.Avetisov S.E., Bubnova I.A., Antonov A.A. The study of the effect of the corneal biomechanical properties on the intraocular pressure measurement. Sibirskii nauchnyi meditsinskii zhurnal. 2009; 29(4):30–33. (In Russ.).Аветисов С.Э., Бубнова И.А., Петров С.Ю. и др. Значение фактора резистентности роговицы в трактовке результатов тонометрии. Национальный журнал глаукома. 2012; 1:12–15.Avetisov S.E., Bubnova I.A., Petrov S.Yu. et al. The value of the corneal resistance factor in a tonometry results treatment. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2012; 1:12–15. (In Russ.).Вурдафт А.Е. О точности измерительных линеек Б.Л. Поляка. Национальный журнал глаукома. 2017; 16(4):11–22.Vurdaft A.E. On the precision of Polyak measuring scales in Maklakov tonometry. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2017; 16(4):11–22. (In Russ.).Нестеров А.П., Вурдафт М.Б. Калибровочные таблицы для эластотонометра Филатова-Кальфа. Вестник офтальмологии. 1972; 88(2):20–25.Nesterov A.P., Vurdaft M.B. Calibration tables for the Filatov-Kalf elastotonometer. Vestnik oftal'mologii. 1972; 88(2):20–25. (In Russ.).Покровский А.С. Распределение внутриглазного давления у здоровых лиц. Офтальмологические ведомости. 2012; (2):83–86.Pokrovsky A.S. Distribution of intraocular pressure in healthy individ. Oftal'mologicheskie vedomosti. 2012; (2):83–86. (In Russ.).Казанова С.Ю. Ошибки измерения внутриглазного давления при тонометрии по Маклакову. Национальный журнал глаукома. 2013; 4:72–81.Casanova S.Y. Errors in intraocular pressure measurements when performing Maklakov tonometry. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2013; 4:72–81. (In Russ.).Каменских Т.Г., Моисеев Р.В., Крючков Ю.А. Создание мобильного приложения для смартфонов под управлением операционных систем Android и iOS с целью оптимизации интерпретации результатов диагностики уровня внутриглазного давления больных глаукомой. Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2016; 6(6):1251.Kamenskix T.G., Moiseev R.V., Kryuchkov Yu.A. Creating a mobile smartphone app running Android and iOS operating systems to optimize interpretation of the results of diagnosis of intraocular pressure patients glaucoma. Bulletin of Medical Internet Conferences. 2016; 6(6):1251. (In Russ.).Куроедов А.В., Абышева Л.Д., Александров А.С., Бакунина Н.А. и др. Тактика ведения пациентов с первичной открытоугольной глаукомой на практике: варианты медикаментозного, лазерного и хирургического лечения. Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. 2016; 15(1):170–185.Kuroedov A.V., Abysheva L.D., Aleksandrov A.S., Bakunina N.A. et al. Management of primary open-angle glaucoma in practice: variants of medical, laser and surgical treatment. Mediko-biologicheskie problemy zhiznedeyatel'nosti. 2016; 15(1):170–185. (In Russ.).Куроедов А.В., Абышева Л.Д., Авдеев Р.В., Александров А.С. и др. Медико-экономическое многоцентровое исследование эффективности и стоимости местной гипотензивной терапии для пациентов с первичной открытоугольной глаукомой в странах СНГ. Офтальмология Восточная Европа. 2015; 3(26):35–51.Kuroedov A.V., Abysheva L.D., Avdeev R.V., Aleksandrov A.S. et al. Medico-economic multicenter study of local hypotensive therapy efficacy and cost for patients with primary open-angle glaucoma in CIS. Oftal'mologiya Vostochnaya Evropa. 2015; 3(26):35–51. (In Russ.).Куроедов А.В., Абышева Л.Д., Авдеев Р.В., Александров А.С. и др. Уровни внутриглазного давления при различном местном гипотензивном лечении при первичной открытоугольной глаукоме (многоцентровое исследование). Офтальмология Восточная Европа. 2016; 28(1):27–42.Kuroedov A.V., Abysheva L.D., Avdeev R.V., Aleksandrov A.S. et al. Intraocular pressure level in various local antihypertensive therapy in primary open-angle glaucoma (multicenter study). Oftal'mologiya Vostochnaya Evropa. 2016; 28(1):27–42. (In Russ.).Онуфрийчук О.Н., Авдеев Р.В., Александров А.С., Басинский А.С. и др. Морфофункциональные изменения макулярной области сетчатки при «сухой» форме возрастной макулодистрофии (обзор). РМЖ. Клиническая офтальмология. 2013; 14(3):123–130.Onufriychuk O.N., Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Basinsky A.S. et al. Morphofunctional retinal changes in patients with non-neovascular age-related macular degeneration (literal review). RMZh. Klinicheskaya oftal'mologiya. 2013; 14(3):123–130. (In Russ.).Абышева Л.Д., Авдеев Р.В., Александров А.С., Арапиев М.У и др. Влияние местной гипотензивной терапии глаукомы на развитие и прогрессирование синдрома «сухого глаза». РМЖ Клиническая офтальмология. 2017; 17(2):74–82.Abysheva L.D., Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Arapiev M.U. et al. Influence of local hypotensive glaucoma therapy on the development and progression of dry eye syndrome. RMZh Klinicheskaya oftal'mologiya. 2017;17(2):74–82 (In Russ.).Авдеев Р.В., Александров А.С., Басинский А.С., Блюм Е.А. и др. Оценка клинико-инструментальных данных исследования органа зрения у больных первичной открытоугольной глаукомой и макулодистрофией. Медицинский вестник Башкортостана. 2014; 9(2):24–28.Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Basinsky A.S., Blum E.A. et al. Evaluation of clinical and instrumental data of eyes examination in patients with primary open-angle glaucoma and macular degeneration. Meditsinskii vestnik Bashkortostana. 2014; 9(2):24–28. (In Russ.).Авдеев Р.В., Бакунина Н.А., Басинский А.С., Брежнев А.Ю. и др. Менеджмент прогрессирования глаукомы. Национальный журнал глаукома. 2019; 18(1):45–58.Avdeev R.V., Bakunina N.A., Basinsky A.S., Brezhnev A.Y. et al. Management of glaucoma progression. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2019; 18(1):45–58. (In Russ.). https://doi.org/10.25700/ NJG.2019.01.07Авдеев Р.В., Александров А.С., Бакунина Н.А., Белая Д.А. и др. Сопоставление режимов лечения больных первичной открытоугольной глаукомой с характеристиками прогрессирования заболевания. Часть 2. Эффективность инициальных режимов гипотензивного лечения. Национальный журнал глаукома. 2018; 17(2):65–83.Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Bakunina N.A., Belaya D.A. et al. Comparison of treatment regimens for patients with primary open-angle glaucoma with the characteristics of disease progression. Part 2. The efficacy of initial antihypertensive treatment regimes. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2018; 17(2):65–83. (In Russ.). https://doi. org/10.25700/NJG.2018.02.07Авдеев Р.В., Александров А.С., Бакунина Н.А., Белая Д.А. и др. Сопоставление режимов лечения больных первичной открытоугольной глаукомой с характеристиками прогрессирования заболевания. Часть 1. Состояние показателей офтальмотонуса. Национальный журнал глаукома. 2018; 17(1):14–28.Avdeev R.V., Aleksandrov A.S., Bakunina N.A., Belaya D.A. et al. Comparison of treatment regimens for patients with primary openangle glaucoma with signs of disease progression. Part 1. IOP levels. Natsional'nyi zhurnal glaukoma. 2018; 17(1):14–28. (In Russ.).Городничий В.В., Дорофеев Д.А., Завадский П.Ч., Зверева О.Г. и др. Факторы риска, патогенные факторы развития и прогрессирования глаукомы по результатам многоцентрового исследования российского глаукомного общества. Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. 2012; 8(2):57–69.Gorodnichy V.V., Dorofeev D.A., Zavadsky P.C., Zvereva O.G. et al. Risk factors, pathogenic factors in progression of glaucoma by results of multicenter study of russian glaucoma society. Mediko-biologicheskie problemy zhiznedeyatel'nosti. 2012; 8(2):57–69. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.