Computergestütztes Screening auf diabetische Retinopathie

Sensitivität des Netzhaut-Screenings zur Risikostratifizierung von DR anhand digitaler Fundusfotos mit und ohne Unterstützung des RiskAnalyzer

Sensitivität und Spezifität des Netzhautscreenings zur Risikostratifizierung von DR mithilfe digitaler Fundusfotos und des RiskAnalyzer

Klinische Studienmethoden und Forschungsdesign: Insgesamt werden 10.000 Probanden für die Teilnahme an dieser Studie rekrutiert. Diese Fächer werden über zwei parallele Mitarbeiter eingeschrieben, Extension for Community Healthcare Outcomes (Projekt ECHO) und CommuniCare Health Centers. Jede Klinik wird etwa 50 % der Fälle pro Jahr oder durchschnittlich 50 Fälle pro Woche aufnehmen. Die Probanden werden aus Kliniken, CommuniCare-Gesundheitszentren von San Antonio, TX und Project ECHO, New Mexico, identifiziert. CommuniCare verfügt über zwei angeschlossene Standorte, das Barrio Family Health Center im Südosten von San Antonio, Texas, und das Dr. Frank Bryant Health Center ebenfalls in San Antonio. CommuniCare betreut jährlich etwa 45.000 Patienten, von denen schätzungsweise 5.000 Diabetikerversorgung benötigen. Das Projekt ECHO arbeitet in Zusammenarbeit mit der University of New Mexico mit über 20 ländlichen Kliniken in New Mexico zusammen, um unterversorgte Gebiete in New Mexico zu versorgen. An jedem Standort werden ein Rekrutierungsflyer und Einverständniserklärungen bereitgestellt. Das Klinikpersonal wird bei geplanten Besuchen Probanden für die Studie rekrutieren. Der Proband erhält einen Flyer mit Informationen zur Studie und der Einverständniserklärung. Probanden, die an der Aufnahme in die Studie interessiert sind, werden für die Netzhautbildgebung an einen Fotografen auf der Website verwiesen. Die Probanden erhalten weder eine Zahlung noch ein Stipendium für die Teilnahme an dieser Studie.

Es gibt keine Screening-Anforderungen für die Teilnahme an dieser Studie. Bei den Probanden muss von einem Arzt die Diagnose „Prädiabetes“ oder „Diabetes“ gestellt werden. Es besteht keine Verpflichtung oder Aufforderung zur Information über eine vorangegangene oder begleitende Therapie. Es sind keine Kriterien festgelegt, nach denen Probanden die Studie verlassen oder aus der Studie ausgeschlossen werden, sobald das Netzhaut-Screening durchgeführt wurde. Die Probanden werden nicht aus der Studie zurückgezogen, sobald ein Netzhaut-Screening durchgeführt wurde. Sobald der Proband das Netzhaut-Screening abgeschlossen hat, ist der Zeitraum der Probandenteilnahme abgeschlossen. Bilder von Probanden dürfen aufgrund unzureichender Bildqualität nicht in der Studie verwendet werden. Die Anzahl der als unzureichend befundenen Bilder wird erfasst und nach Abschluss der Studie gemeldet. Das Netzhautscreening markiert sowohl den Beginn als auch das Ende der Teilnahme der Probanden an dieser Studie.

Für jedes Auge werden mindestens zwei Bilder des hinteren Pols erfasst. Ein Bild wird auf der Fovea und das zweite auf der Papille zentriert. Ein drittes Bild wird vom vorderen Segment (Vorderseite des Auges) aufgenommen. Die Probanden werden nicht pharmakologisch erweitert. Die Bildgebung beruht auf einer natürlichen Dilatation aufgrund der Anpassung an die Dunkelheit im Bildgebungsraum. Mehr als zwei Bilder pro Auge werden nur dann erfasst, wenn der Bildgeber (Fotograf) feststellt, dass die Qualität eines bestimmten Bildes zum Lesen nicht ausreicht. Bilder von schlechter Qualität sind in der Regel auf physiologische Gründe zurückzuführen, wie z. B. Blinzeln oder kleine Pupillen, und werden im Rahmen dieser Studie nicht verwendet. Der Netzhautfotograf wird bis zu dreimal versuchen, Bilder von den Augen einer Person aufzunehmen, um das Bildgebungsprotokoll abzuschließen. Der Studienkoordinator führt wöchentliche Audits des bildgebenden Verfahrens durch, um die Einhaltung des Studienprotokolls sicherzustellen und zu dokumentieren.

Das für diese Studie verwendete medizinische Gerät der Klasse II wird eine nicht mydriatische oder gleichwertige Netzhautkamera sein. Mit der Netzhautkamera können digitale Bilder der Netzhaut des menschlichen Auges ohne pharmakologische Dilatation aufgenommen werden. Die Netzhautkamera verfügt über die folgenden Aufnahmemodi: RGB-Farbe. An der Netzhautkamera ist eine Digitalkamera angebracht, um eine Netzhautbildgebung durchzuführen.

Ein Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem (PACS) wird verwendet, um DICOM-Bilder zu empfangen, Informationen und Textberichte zu planen, sie in einem internen Format zu organisieren und zu speichern und diese Informationen über HIPAA- und FDA-zugelassene sichere Benutzeroberflächen über ein Netzwerk verfügbar zu machen. Das PACS besteht aus einer Erfassungskomponente, einer zentralen Serverkomponente und einer Viewer-Komponente, die auf Allzweck-Computerhardware verwendet wird. Patienteninformationen, Verfahrensinformationen und Bildaufnahmedaten werden erfasst, an einen Server gesendet oder alternativ direkt von einem DICOM-kompatiblen Gerät übernommen. Nach dem Empfang von Bildobjekten und zugehörigen Daten registriert der Server die eingehenden Daten und Bilder im Archiv, einschließlich aller Verknüpfungen mit früheren Fällen. Die Fälle werden Benutzern mit den richtigen Berechtigungen aus einer Arbeitsliste präsentiert, die von einem verwaltenden Benutzer gesteuert wird. Die Bilddaten werden über einen Standard-Webbrowser auf den Arbeitsplatzrechner des Nutzers übertragen und gerendert. Sobald der Server einen Bericht registriert, steht der Bericht dem überweisenden Arzt oder dem Kundendienst elektronisch oder per Fax zur Verfügung.

Unmittelbar nach der Erfassung der Bilder und der demografischen Daten des Motivs lädt der Fotograf die Daten als Fall über eine VPN-Verbindung zwischen der Bildverarbeitungsstation und dem PACS in das PACS hoch. Kann die VPN-Verbindung zum Zeitpunkt der Bildaufnahme nicht hergestellt werden, erfolgt der Upload zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. Ende des Kliniktages. Die Daten verbleiben bis zu fünf Tage auf der Bildverarbeitungsstation, um das Hochladen sicherzustellen. Der klinische Koordinator führt wöchentliche Audits zum Abschluss des Uploads durch. Im PACS werden die Fälle von den Lesern mithilfe einer integrierten Lesevorlage gelesen, die einen Bericht mit ihren Ergebnissen erstellt. Die Studie wird den Versorgungsstandard der Studienteilnehmer nicht beeinträchtigen. Jeder Standort befolgt seine eigenen Standardverfahren und -pflege. Die Befunde werden der Klinik gemeldet, die den Probanden zum Screening überwiesen hat. Die Kliniken sind für die Nachsorge einschließlich aller notwendigen Eingriffe oder Therapien verantwortlich.

Leistung des RiskAnalyzer: Die Leistung des RiskAnalyzer wird durch Anwendung der im Voraus festgelegten minimal akzeptablen Werte für Sensitivitäts- (Seo) und Spezifitätswerte (Spo) berechnet. Für die Zwecke dieser Studie betragen die angegebenen Nullhypothesenwerte Seo=0,85 und Spo=0,70. Diese Werte basieren auf Daten aus augenärztlichen Untersuchungen. Es hat sich gezeigt, dass die Wirksamkeit geschulter Leser, die Netzhautfotografie verwenden, mit Empfindlichkeiten von > 80 % den empfindlichsten Screening- und Überwachungstest für sehkraftgefährdende Retinopathie darstellt. Abramoff et al. Erörtern Sie die Grenzen der Empfindlichkeit, die von jedem System angesichts der Fehlbarkeit der auf mehreren menschlichen Lesern basierenden Grundwahrheit erreicht werden können. Er schlägt vor, dass 0,85 die erreichbare Empfindlichkeitsgrenze ist. Die Spezifität basiert auf der Effizienz, die wir anstreben, um diese Implementierung kommerziell realisierbar zu machen. Wir haben unsere Studie so konzipiert, dass sie eine statistische Aussagekraft von 0,90 und ein Signifikanzniveau von 0,99 erreicht. Wenn Konfidenzgrenzen auf der Theorie der asymptotischen Normalverteilung basieren, können Stichprobengrößen auf den von Pepe angegebenen Formeln für die asymptotische Varianz basieren.

Ziel eins: Ziel eins ist es, die Datenflusslogistik und die Informationsübertragungsschnittstellen der Studie vollständig zu testen. Die Tests werden vollständig an einem Rekrutierungs-, Registrierungs- und Bildgebungsort durchgeführt. Die Zeitdauer zur Erreichung dieses Ziels beträgt drei Monate.

Materialien und Forschungsdesign für Ziel Eins: Die Probanden werden an einem einzigen Standort rekrutiert. Alle Bilder werden zur Bewertung an zwei Lesegeräte weitergeleitet. Wenn die beiden Leser dem Bild gleichwertige Bewertungen zuweisen, wird ein generierter Bericht an die Klinik weitergeleitet, um ihn an den überweisenden Arzt weiterzuleiten. In Fällen, in denen die Leser dem gleichen Bild unterschiedliche Noten geben, wird das Bild zur Lösung an einen Juror weitergeleitet. Der Juror hat Zugriff auf die von jedem Leser erstellten Berichte, jedoch nicht auf die Risikostufen des RiskAnalyzer. Ein Bericht des Schiedsrichters wird erstellt und an die Klinik weitergeleitet, die für die Verteilung des Berichts an den Probanden und für etwaige weitere Folgemaßnahmen verantwortlich ist. Bilder werden ebenfalls deidentifiziert und an den RiskAnalyzer weitergeleitet. Der RiskAnalyzer führt seine Analyse des Bildes durch und generiert eine Risikostratifizierung von „Niedriges Risiko“ oder „Hohes Risiko“ für diabetische Retinopathie. Ein Bericht mit den vom RiskAnalyzer zugewiesenen Risikostufen wird nicht an den überweisenden Arzt, die überweisende Klinik oder den überweisenden Gutachter verteilt, sondern nur für statistische Analysen zur Unterstützung der Endpunkte der Studie verwendet.

Ergebnisse für Ziel Eins: Die Datenergebnisse zeigen die Fähigkeit, Probanden an einem einzigen Standort für die Studie zu rekrutieren und einzuschreiben, eine Netzhautbildgebung durchzuführen, die Bilder in ein PACS hochzuladen, dieselben Bilder von zwei verschiedenen Lesern bewerten zu lassen und sie bei Bedarf weiterzuleiten und zu bewerten durch einen Juror und die Möglichkeit, einen Abschlussbericht zu erstellen. Der von den Lesern verfolgte Lesevorgang basiert auf der International Clinical Diabetic Retinopathy Disease Severity Scale. Darüber hinaus zeigen die Daten, dass Bilder erfolgreich zur Verarbeitung an den RiskAnalyzer weitergeleitet werden.

Ziel zwei: Ziel zwei besteht darin, die Wirksamkeit des RiskAnalyzer zur Ermittlung des Risikos einer diabetischen Retinopathie im Vergleich zum Goldstandard zu bewerten. Die Zeitdauer zur Erreichung dieses Ziels beträgt neun Monate.

Methoden und Forschungsdesign für Ziel zwei: Die Probanden werden von mehreren CommuniCare- und Project ECHO-Standorten rekrutiert. Alle Bilder werden von zwei Gutachtern und einem Juror bewertet, falls die Bewertung durch den ersten und zweiten Gutachter nicht übereinstimmend ist. Der von den Lesern verfolgte Lesevorgang basiert auf der International Clinical Diabetic Retinopathy Disease Severity Scale. Ein von den Lesern oder dem Juror erstellter Konsensbericht, der das Vorliegen und den Schweregrad einer diabetischen Retinopathie angibt, wird dem Probanden über seinen überweisenden Arzt ausgehändigt und bei Bedarf vom überweisenden Arzt an einen Spezialisten überwiesen. Dieselben von den Lesern bewerteten Bilder werden auch zur Verarbeitung an den RiskAnalyzer weitergeleitet, der eine Risikostufe von „Niedriges Risiko“ oder „Hohes Risiko“ für diabetische Retinopathie generiert. Während die Bilder an den RiskAnalyzer weitergeleitet werden, werden die Bilder deidentifiziert und sequestriert, bis sie vom RiskAnalyzer ausgewertet werden. Die durch die Verwendung des RiskAnalyzer ermittelten Risikoniveaus werden dem Subjekt unter keinen Umständen mitgeteilt. Auch der überweisende Arzt wird aus den vom RiskAnalyzer zugewiesenen Risikostufen ausgeblendet. Überweisende Ärzte sind nicht bei VisionQuest Biomedical ansässig und haben daher keinen Zugriff auf die Computer oder den Datenspeicherbereich für die Daten.

Ergebnisse für Ziel zwei: Die statistische Analyse zeigt den Genauigkeitsgrad des RiskAnalyzer im Vergleich zum Goldstandard an. Bei der statistischen Analyse werden Sensitivität, Spezifität, AUC und ein Grad der Übereinstimmung unter Verwendung der Kappa-Koeffizienten von Cohen verwendet.

Ziel drei: Ziel drei befasst sich mit dem primären Endpunkt der Studie, nämlich dem Nachweis, dass die Genauigkeit des Lesers bei der Bewertung von Bildern verbessert wird, wenn dem Leser bei der Bewertung der Bilder Risikostufen aus dem Algorithmus zur Verfügung gestellt werden. Der Zeitraum zur Erreichung dieses Ziels beträgt 12 Monate.

Methoden und Forschungsdesign für Ziel drei: Der RiskAnalyzer wird als erster Reader verwendet. Es wird weiterhin zwei menschliche Leser und einen Juroren geben. Die Grundwahrheit wird entweder durch die Vereinbarung von Leser eins mit Leser zwei oder durch einen Schiedsrichter ermittelt. Alle Bilder werden an den RiskAnalyzer weitergeleitet, der entweder die Risikostufe „Niedriges Risiko“ oder „Hohes Risiko“ für diabetische Retinopathie generiert. Die Fälle werden in zwei Sätze aufgeteilt und an beide Leser weitergeleitet. Ein Bildsatz wird an beide Lesegeräte weitergeleitet, wobei dem Algorithmus Risikostufen zugewiesen sind, während der andere Bildsatz an beide Lesegeräte weitergeleitet wird, ohne dass dem Algorithmus eine Risikostufe zugewiesen ist. Für jeden Bildsatz wird eine entsprechende Anzahl von Fällen mit „geringem Risiko“ und „hohem Risiko“ ausgewählt. Ground Truth wird dadurch ermittelt, dass die beiden Leser demselben Bild die gleiche Note zuweisen. Wenn dem gleichen Bild von zwei verschiedenen Lesern unterschiedliche Bewertungen zugewiesen werden, werden die Fälle zur Bewertung und Berichterstattung an einen Juror weitergeleitet. Das Urteil wird zur Grundwahrheit. Es werden nur Fälle entschieden, die unterschiedlichen Risikostufenkategorien angehören. Die Beurteilung erfolgt auf der Grundlage der klinischen Bedeutung der Meinungsverschiedenheit zwischen den Lesern wie folgt: Fälle innerhalb der Schweregradskalen 0 und 1 werden als Fälle mit „geringem Risiko“ eingestuft, während Fälle innerhalb der Schweregradskalen 2 und höher als „Hohes Risiko“ eingestuft werden " Fälle. Fälle, die einer Beurteilung bedürfen, sind Fälle mit unterschiedlichem Risiko und Fälle innerhalb der Hochrisikokategorie, die sich zwischen den Skalen 2 und 3 (leicht und schwer) sowie 2 und 4 (leichte und proliferative diabetische Retinopathie – PDR) unterscheiden.

Ergebnisse für Ziel drei: Die Ergebnisse von Ziel drei werden zeigen, dass der RiskAnalyzer die Lesegenauigkeit und Konsistenz zwischen Lesern verbessert und Vorurteile zwischen menschlichen Lesern verringert. Eine statistische Analyse des Grads der Übereinstimmung wird anhand des Risikos durchgeführt, das den Bildern von den Lesern zugewiesen wurde, wenn die vom Algorithmus unter Verwendung von Cohens Kappa-Koeffizienten zugewiesenen Risikostufen vorliegen oder nicht.

Erwartete Ergebnisse: Das telemedizinische Netzhautscreening in Verbindung mit den Risikostufen des RiskAnalyzer verbessert die Genauigkeit der Lesegeräte bei der Bewertung von Bildern. Die Verwendung der vom RiskAnalyzer zugewiesenen Risikostufen zur Unterstützung der Leser verringert die Zeit, die die Leser für die Einstufung jedes einzelnen Falles aufwenden. Dies kann ein Modell sein, um den Zugang zum Netzhaut-Screening zu verbessern, die Einhaltung von Netzhaut-Screening-Empfehlungen zu unterstützen und einen effizienteren Einsatz des Netzhautspezialisten zur Beurteilung und Behandlung von Krankheiten zu ermöglichen, was zu einer kosteneffizienteren Behandlungsmethode führt.