Predição da função visual a partir de biomarcadores de tomografia de coerência óptica quantificados automaticamente em pacientes com atrofia geográfica usando aprendizado de máquina

Jun 23, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15565 (2022) Citar este artigo

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A atrofia geográfica (AG) é uma manifestação ameaçadora da visão da degeneração macular relacionada à idade (DMRI), uma das principais causas de cegueira em todo o mundo. A quantificação objetiva, rápida, confiável e escalonável de GA a partir de exames de retina por tomografia de coerência óptica (OCT) é necessária para monitoramento de doenças, pesquisa prognóstica e desfechos clínicos para o desenvolvimento de terapia. Esses biomarcadores quantificados automaticamente na OCT provavelmente elucidarão ainda mais a correlação estrutura-função na GA e, portanto, os mecanismos fisiopatológicos do desenvolvimento e progressão da doença. Neste trabalho, nosso objetivo foi prever a função visual com aprendizado de máquina aplicado a biomarcadores de imagem quantitativos adquiridos automaticamente em GA. Foi realizada uma análise post-hoc de dados de um ensaio clínico e de cuidados clínicos de rotina. Um modelo de segmentação automatizada de aprendizagem profunda foi aplicado em exames de OCT de 476 olhos (325 pacientes) com GA. Um modelo separado de predição de aprendizado de máquina (Random Forest) usou os biomarcadores quantitativos OCT (qOCT) resultantes para prever a acuidade visual transversal sob padrão (VA) e baixa luminância (LLVA). O desfecho primário foi o coeficiente de regressão (r2) e o erro médio absoluto (MAE) para AV transversal e LLVA nas cartas do Early Treatment Diabetic Retinopathy Study (ETDRS). Os parâmetros da OCT foram preditivos de VA (r2 0,40 MAE 11,7 letras ETDRS) e LLVA (r2 0,25 MAE 12,1). Importância da característica florestal aleatória normalizada, como medida do valor preditivo das três características constituintes do GA; A perda do epitélio pigmentar da retina (RPE), a degeneração de fotorreceptores (PDR), a hipertransmissão e suas localizações, foram relatadas tanto em mapas de calor em nível de voxel quanto em subcampos de grade ETDRS. A região foveal (46,5%) e a perda de EPR (31,1%) tiveram maior importância preditiva para AV. Para a LLVA, entretanto, as regiões não foveais (74,5%) e PDR (38,9%) foram as mais importantes. Em conclusão, os biomarcadores qOCT automatizados demonstram significância preditiva para VA e LLVA em GA. O próprio LLVA é preditivo da progressão da GA, implicando que os biomarcadores preditivos qOCT fornecidos pelo nosso modelo também são prognósticos.

A atrofia geográfica (AG) é uma degeneração progressiva crônica da mácula, a região central de 24 mm2 (20°) da retina necessária para a visão central. É a lesão definidora da degeneração macular relacionada à idade (DMRI) tardia1,2. GA está associada a perda de visão significativa e irreversível. Para avaliar a função visual na DMRI, a acuidade visual (AV) medida usando um gráfico oftalmológico sob iluminação padronizada é uma medida de resultado chave estabelecida, conforme definido pelo Consórcio Internacional para Medição de Resultados de Saúde3. Curiosamente, nos estágios iniciais da DMRI, a AV medida sob condições de baixa luminância (acuidade visual de baixa luminância [LLVA]) pode ser reduzida enquanto a AV padrão permanece inalterada4,5. A maioria dos pacientes apresenta inicialmente AG não central (afeta a região parafoveal da mácula) e prossegue gradativamente para envolvimento foveal (AG central)6,7,8. Nesse contexto, a LLVA se correlaciona com a deterioração futura da AV e sua redução indica que o paciente caminhará para o início do estágio terminal da doença, e a perda da função foveal pode ser iminente. No entanto, o mecanismo fisiológico subjacente a esta medida de resultado é desconhecido9,10.

Sem tratamentos atuais para GA e terapias promissoras no horizonte11,12,13, é cada vez mais importante estabelecer relações estrutura-função dentro do GA, uma vez que: (i) fornecem maior compreensão dos mecanismos fisiopatológicos subjacentes ao GA; (ii) aperfeiçoar a monitorização da actividade da doença e, assim, o aconselhamento diagnóstico e prognóstico ao nível do paciente individual; (iii) servir para definir parâmetros clínicos em ensaios clínicos e permitir a identificação de fases iniciais, ou seja, oportunidades para intervenções que possam prevenir a perda de visão.