Глаза - зеркало души и… тела

Диабет, высокое кровяное давление, риск инсульта, аутоиммунные заболевания, заболевания, передающиеся половым путем, высокий уровень холестерина и рак относятся к числу заболеваний, которые можно обнаружить во время обследования глаз. И это далеко не полный список заболеваний.

Глаз - единственное место в организме, где врач может беспрепятственно наблюдать за нашими кровеносными сосудами, нервами и соединительными тканями - без необходимости хирургического вмешательства. Поскольку глаз имеет такую же микроскопическую ткань, как и другие наши главные органы, и является важной частью нашей более крупной нервной системы, аномалии, замеченные в глазу, могут сигнализировать о таких же изменениях в других частях тела.

Существует сложная связь между глазом и остальной частью тела через кровь, кровеносные сосуды и нервные соединения. Глаза могут сигнализировать о болезни, которая начинается совершенно в другом месте нашего тела.

Например, офтальмологи часто обнаруживают диабет, наблюдая изменения или повреждения в кровеносных сосудах сетчатки, известные как диабетическая ретинопатия. В этих случаях заболевание может проявиться в тканях глаза еще до того, как оно будет обнаружено при анализе сахара в крови. Благодаря раннему выявлению во время офтальмологического обследования, люди, диагностированные на этой начальной стадии диабета, потенциально могут избежать потери зрения и других серьезных осложнений.

В этом обзоре мы хотим представить вам несколько инновационных решений, которые используют различные методы оценки состояния глаз для диагностики различных заболеваний, как физических, так и ментальных.

Искусственный интеллект для автоматической диагностики по глазам

Специалисты венского Медицинского университета разрабатывают автоматизированную цифровую технологию глазного скрининга, которая позволит без помощи офтальмологов диагностировать заболевания, в частности, диабет.

Используя технологию оптической когерентной томографии, можно в течение 1.2 сек получать порядка 40 000 сканов общим объемом в 65 млн вокселей. Термин воксель представляет собой сокращение от слов объем (volume) и элемент (pixel) и относится к точке трехмерной решетки, описывающей большой объем информации о сетчатке. Эти данные автоматически анализируются с помощью алгоритмов на основе технологии искусственного интеллекта.

Цифровой образ сетчатки предоставляет огромное количество информации о здоровье человека. Это информация не только о существующих или потенциальных заболеваниях, но и об образе жизни человека. Например, сетчатка показывает возраст человека, его пол, привычки курить, давление крови, имеет ли он диабет или хотя бы риск заболевания им.

По мнению австрийских ученых, со временем эта технология позволит обнаруживать заболевания внутренних органов, таких как почки, диагностировать возрастные проблемы и неврологические заболевания.

Диагностика неврологических заболеваний

C.Light. Диагностика рассеянного склероза

Американская компания C. Light Technologies недавно представила первую в мире технологию контроля сетчатки глаза, работающую на базе алгоритмов машинного обучения и используемую для оценки и прогнозирования неврологического здоровья. Технология быстрая - диагностика осуществляется за 10 секунд, неинвазивная и объективная.

Анализ движений глаз используется уже в течение десятилетий для быстрой оценки здоровья мозга. Сейчас технология C. Light Technologies позволяют оценивать его буквально на клеточном уровне, чтобы в считанные секунды отследить и определить неврологические заболевания, а также проконтролировать, насколько хорошо работают лекарства.

Решение C. Light - это система слежения за сетчаткой глаз, которая в 120 раз более чувствительна, чем другие доступные конкурентные решения. Она может измерять движение глаза размером, не превышающем 1/100 толщины человеческого волоса. В этой технологии используется лазерный офтальмоскоп с функцией слежения, разработанный в компании C. Light.

Сейчас решение C. Light уже начинает использоваться для анализа состояния пациентов с рассеянным склерозом, а в будущем будет применяться для оценки или диагностики болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, бокового амиотрофического склероза и сотрясений мозга.

RightEye. Диагностика болезни Паркинсона и аутизма

Компания RightEye разработала облачную программную систему отслеживания движения глаз пользователя, на базе которой создала два медицинских теста. Один из них позволяет врачам быстро идентифицировать у детей в возрасте 12 - 40 месяцев первые признаки аутизма, а второй предназначен для диагностики болезни Паркинсона у пациентов любого возраста.

Программное обеспечение RightEye работает за счет отслеживания движений глаз, когда пациенту показывают видео на планшете. Устройство, контролирующее движения глаз, устанавливается в нижней части планшета, а все данные, измеренные трекером глаз, тут же интерпретируются программным обеспечением, после чего генерируется отчет, который отправляется врачу. Тест продолжается несколько минут и каждый сценарий требует от пациентов следить за графикой на экране.

Тест на аутизм работает за счет измерения движений глаз ребенка, когда он смотри на видео с геометрическими фигурами. Согласно клиническим исследованиям, на которых базируется тест, дети без аутизма будут тратить больше времени на просмотр видео, которое содержит лица.

Второй тест идентифицирует и оценивает шаблоны движений глаз, которые нарушается у пациентов с расстройствами движения (включая болезнь Хантингтона и эссенциальный тремор) и отличается большей точностью и скоростью, чем традиционные диагностические методы.

Компания RightEye уже применяла похожие технологии для проведения быстрой диагностики инсульта, расстройства чтения, проблем с бинокулярным зрением и т.п. Используемое в тестах оборудование разработано в RightEye при сотрудничестве с фирмой Tobii, специализирующейся на технологиях отслеживания движения глаз.

Эта система уже некоторое время доступна к использованию в медицинских организациях ряда стран.

Университет Флиндерса. Диагностика аутизма

Австралийские ученые из университета Флиндерса разрабатывают портативное устройство, которое способно методом сканирования глаза идентифицировать аутизм у детей на этапе, когда он только начинает развиваться и не обнаруживается другим способом.

Неинвазивное сканирование глаз использует портативное устройство для поиска в сетчатке глаза слабозаметных электрических сигналов, которые отличаются у детей с заболеванием аутистического спектра и которые напрямую связаны с различиями в развитии мозга.

Эти потенциальные биомаркеры для обнаружения расстройства аутистического спектра могут использоваться и для раннего обнаружения других расстройств, таких как, например, синдром дефицита внимания и гиперактивности.

Устройство уже прошло успешное тестирование и в настоящее время готовится к процедуре согласования с регулирующими органами.

Эдинбургский университет. Диагностика болезни Альцгеймера

Молодые шотландские ученые разрабатывают комплексную систему сканирования глаз, анализирующей многочисленные биомаркеры в глазах для выявления дегенерации мозга.

Программное обеспечение для анализа изображений с компонентами машинного обучения, позволяет анализировать изображения, полученные с помощью стандартного оборудования для сканирования глаз. Система позволяет измерять изменения малых кровеносных сосудах в задней части глаза и изменения в слоях нервной ткани глаза, которые связаны с болезнью Альцгеймера и предшествуют серьезным симптомам когнитивного упадка, проявляющимся позднее. Если такие изменения можно будет обнаружить на ранней стадии, то можно будет своевременно вмешаться и использовать новые профилактические препараты.

Аналогичную цель в своей разработке преследуют группа австралийских разработчиков из Центра глазных исследований Австралии и Мельбурнского университета. Они работают над созданием системы сканирования глаз для обнаружения бета-амилоидов в сетчатке с помощью недорогой камеры, которая сейчас существует в виде прототипа.

Вместо того, чтобы фотографировать сетчатку глаза с помощью одной вспышки белого света, как это делается обычно, эта камера снимает сетчатку последовательно, используя множество различных длин волн света. Этот метод, известный как гиперспектральная визуализация, позволяет получить подробную информацию о структуре сетчатки, которая затем обрабатывается программным обеспечением для обнаружения различия между лицами с высоким уровнем бета-амилоида и лицами, не имеющими таких признаков.

Кстати, очень похожую систему разрабатывает и компания Optina Diagnostics. Их платформа использует искусственный интеллект для анализа гиперспектральных изображений сетчатки, полученных с помощью специальной камеры во время простого сканирования глаз. Устройство записывает непрерывный спектр длин волн, который может быть проанализирован для определения наличия определенных биомаркеров, таких как бета-амилоидные бляшки, которые считаются признаками болезни Альцгеймера. Система в прошлом году получила от американских регуляторов (FDA) статус "Прорывного устройства".

Новая система, как утверждают специалисты Optina, будет недорогостоящей и существенно более доступным средством для скрининга, чем большинство существующих сегодня методик. При этом компания позиционирует ее как дополнение к другим диагностическим методам.

Сейчас компания начинает подготовку процесса получения разрешения на использование своего решения от американских регуляторов.

SyncThink. Диагностика сотрясения мозга

Компания SyncThink разработала технологию, которая может стать стандартным методом диагностики сотрясений мозга. Созданная специалистами этой фирмы система EYE-SYNC использует очки виртуальной реальности, оснащенные устройством отслеживания движения глаз, чтобы оценивать, есть ли у человека сотрясение мозга.

Для проведения скрининга пациент с подозрением на повреждение мозга надевает на голову устройство, проходит быстрый тест в "условиях виртуальной реальности", результаты которого передаются в сопутствующее приложение, и получает быстрый предварительный диагноз.

При использовании системы EYE-SYNC пользователь должен следить за движением точки вокруг круга. В течение 30-секундного теста от испытуемого требуется отслеживать движения метки, а система через определенные интервалы времени фиксирует направление взгляда (координаты). После завершения теста результаты выдаются, в том числе в форме графика, в котором у здорового человека измеренные точки представляются в виде плотного равномерного скопления вокруг центра круга. Если человек испытал сотрясение мозга, эти точки широко разбросаны, что является признаком трудностей в отслеживании метки.

Сразу после завершения теста система выдает результат, который вместе с более традиционными методами оценки состояния человека позволит врачу решить, нужно ли отправить его в больницу.

В прошлом году эта система получила от американского FDA статус "Прорывного устройства".

Аналогичную систему разработала и упомянутая выше компания RightEye. Ее программная платформа для отслеживания движений глаз Brain Health EyeQ использует планшет, оснащенный камерами для контроля небольших движений глаз. Платформа анализирует данные о движении для принятия основанных на количественных данных решений о неврологических проблемах и функциях мозга. Система позволяет пользователям провести быструю оценку здоровья с помощью похожих на видеоигру тестов. По результатам тестов, которые занимают всего несколько минут, генерируется отчет, в котором в легком для понимания виде представлены результаты, помогающие врачу определить диагноз и рекомендованную терапию.

Исследование показало, что EyeQ годится для дифференциации между умеренной и тяжелой черепно-мозговой травмой и между умеренным и тяжелым подобным повреждением и контрольными образцами без травм головного мозга. Но система пока не может провести различия между контрольной группой без травм и людьми с легкой черепно-мозговой травмой.

Novai. Ранняя диагностика глаукомы

Эта диагностическая система, использующая программное обеспечение на базе искусственного интеллекта, смогла в ходе клинических исследований выявить ранние признаки глаукомы на клеточном уровне. Система смогла диагностировать это заболевание на полтора года ранее, чем это позволяют сделать современные методы тестирования.

Тест начинается с введения флуоресцентного красителя в кровоток. После того, как он попадает в глаз, генетически модифицированный белок связывает молекулярный маркер с поверхностью поврежденных и умирающих нервных клеток сетчатки.

При просмотре на стандартном офтальмологическом визуализирующем оборудовании краситель освещает поврежденные клетки. Тест затем использует автоматизированный алгоритм искусственного интеллекта для сканирования изображения и прогнозирования развития глаукомы, определяя потенциальный риск будущей слепоты. В ходе исследования исследователи смогли точно измерить повреждение клеток сетчатки за 18 месяцев до того, как это способна сделать стандартная система сканирования глаз на базе оптической когерентной томографии.

Эту технологию можно будет использовать для диагностики как глаукомы, так и возрастной макулярной дистрофии. Кроме этого, специалисты компании изучают возможность использования этой системы и для диагностики других дегенеративных состояний, возникающих в результате потери клеток, таких как рассеянный склероз и слабоумие.

Обзор подготовлен по материалам Fierce Biotech, Health Tech Insider, Sync Think, Medgadget.com, MedCity News.