Redemanuskript | Professor Wei Wenbin: Kleine Augen, große Gesundheit – Frühwarnung vor Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen durch Fundusbilder

Vom 5. bis 6. Juni 2021 fand in Hangzhou erfolgreich die Global Artificial Intelligence Technology Conference 2021 statt. Sie stand unter der Leitung der China Association for Science and Technology, der Chinese Academy of Sciences, der Chinese Academy of Engineering und der Volksregierung der Provinz Zhejiang, wurde von der China Artificial Intelligence Society und der Volksregierung der Stadt Hangzhou ausgerichtet, von der Vorbereitungsgruppe der Volksregierung des Bezirks Yuhang in Hangzhou durchgeführt und vom Verwaltungsausschuss der Zhejiang Hangzhou Future Science and Technology City umgesetzt. Beim Charm and Challenge – Smart Healthcare and Elderly Health Cross-Innovation Forum am 5. Juni hielt Professor Wei Wenbin, Vizepräsident und Professor des Beijing Tongren Hospital der Capital Medical University und führendes Talent des nationalen „Thousand Talents Plan“, eine wunderbare Rede mit dem Titel „Kleine Augen, große Gesundheit – Frühwarnung vor Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen mit Fundus Imaging“.

Wei Wenbin

Vizepräsident und Professor des Beijing Tongren Hospital, Capital Medical University

Führende Talente des Nationalen „Zehntausend-Talente-Plans“

Nachfolgend finden Sie die Abschrift der Rede von Professor Wei Wenbin:

Heute werde ich einige meiner Erfahrungen in der Augenheilkunde im Bereich des allgemeinen Gesundheitsmanagements mit Ihnen teilen.

Die Augen sind die einzigen Organe im Körper, die Blutgefäße und Nerven direkt sehen können. Sie sind außerdem das Fenster zur Gesundheit des gesamten Körpers, durch das sich der allgemeine Gesundheitszustand einer Person widerspiegelt. Da der Netzhautkreislauf dieselben anatomischen und physiologischen Eigenschaften wie der Gehirn- und Koronarkreislauf aufweist und der Sehnerv Teil des zentralen Nervensystems ist, kommt es zwischen ihnen zu gegenseitigen pathologischen und physiologischen Auswirkungen. Daher kann der Augenhintergrund zu einem Fenster für kardiovaskuläre und zerebrovaskuläre Beobachtungen werden.

Herz-Kreislauf- und zerebrovaskuläre Erkrankungen stellen nach wie vor die größte Bedrohung für die menschliche Gesundheit und sogar für das Leben dar und zählen zudem zu den belastendsten chronischen Erkrankungen. In meinem Land sterben jedes Jahr mehr als drei Millionen Menschen an Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen. Daher sind die frühzeitige Identifizierung von Hochrisikogruppen und die Vorverlegung der Kontrollpunkte wichtige Themen, die bei der Prävention und Behandlung chronischer Krankheiten angegangen werden müssen. Während herkömmliche kardiovaskuläre und zerebrovaskuläre Risikofaktoren nicht direkt auf die Schädigung der Zielorgane schließen lassen, können die Augen als Fenster zur Frühwarnung vor kardiovaskulären und zerebrovaskulären Erkrankungen dienen. Die Arterien und Venen der Netzhaut entspringen der inneren Halsschlagader. Mithilfe von Software und Technologien wie der Fundusfotografie können die Blutgefäße der Netzhaut präzise gemessen und beobachtet werden. Eine Quantifizierung kann auch durch künstliche Intelligenz erfolgen, was zu einem wichtigen Mittel der klinischen Forschung geworden ist.

Heutzutage entwickeln sich verschiedene Bildgebungstechnologien in der Augenheilkunde sehr schnell, darunter Fundusfotografie, Fluoreszenzangiographie, optische Kohärenztomographie (OCT) und optische Kohärenztomographie-Blutflussbildgebung (OCTA). Diese Bildgebungstechnologien sind die Spezialgebiete der Augenheilkunde. Da die Augenheilkunde hauptsächlich auf der Bildgebung basiert, können diese Fundusbilder zur multimodalen Bildfusion und Quantifizierung verwendet werden. Durch quantitative Bildanalyse, Tiefenverarbeitung, Detailsegmentierung und -extraktion, Erfassung dreidimensionaler Blutgefäße, präzise Schichtmessung der Aderhaut und Netzhaut sowie mehrstufige quantitative Analyse einschließlich eindimensionaler, zweidimensionaler, dreidimensionaler und vaskulärer Funktion wird eine Grundlage für die klinische Diagnose geschaffen.

Wir haben einige Vorstudien zur Vorhersage der Gefäßstandardisierung durchgeführt, internationale und standardisierte quantitative Messtechniken in zweidimensionalen Ebenen, dreidimensionalen Abschnitten und Gefäßfunktionen implementiert, eine groß angelegte bevölkerungsbasierte Kohortenstudie sowie eine volldimensionale Datenbank zur Standardisierung der Netzhaut und Aderhaut in der natürlichen Bevölkerung erstellt. Diese Daten helfen uns, den Zusammenhang zwischen der Netzhaut und Herz-Kreislauf- sowie zerebrovaskulären Erkrankungen zu untersuchen.

In der Vergangenheit gab es einige Studien, die untersuchten, ob ein Zusammenhang zwischen Gefäßanomalien der Netzhaut und Herz-Kreislauf- sowie zerebrovaskulären Erkrankungen besteht. Wir forschen seit 10 Jahren zu diesem Thema und beobachten Gefäßanomalien der Netzhaut, darunter Gefäßstenosen der Netzhaut, arteriovenöse Kreuzungsflecken und die Morphologie kleiner Blutgefäße sowie deren Zusammenhang mit Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen. Wir haben festgestellt, dass Veränderungen der Blutgefäße der Netzhaut eng mit Bluthochdruck zusammenhängen. Mikrovaskuläre Anomalien kommen bei Menschen mit Bluthochdruck sehr häufig vor. Gefäßanomalien nehmen bei Chinesen mit zunehmendem Alter zu, insbesondere in der ländlichen Bevölkerung.

Wir haben auch einige prospektive Studien durchgeführt, hauptsächlich um zu untersuchen, ob mikrovaskuläre Läsionen durch Mikrozirkulationsstörungen verursacht werden. Nach fünfjähriger Forschung ergaben die Daten, dass lokale Arterienstenosen, Arterienkreuzungen und Netzhautläsionen zunehmen und in einem besonders engen Zusammenhang mit Bluthochdruck stehen. Die Häufigkeit von mikrovaskulären Netzhautanomalien hat um das 1,58-fache zugenommen. Es hängt auch mit dem Grad der Blutdruckerhöhung zusammen. Bei jedem Anstieg des mittleren arteriellen Drucks um 10 mmHg erhöht sich die Häufigkeit von Gefäßanomalien um das 1,58-fache. Wir haben festgestellt, dass sich die mikrovaskulären Anomalien der Netzhaut deutlich verbessern, wenn der Blutdruck gut kontrolliert wird. Daher hängt die Verbesserungsrate der mikrovaskulären Netzhautanomalien eng mit dem Grad der Kontrolle des Bluthochdrucks zusammen. Mit anderen Worten: Es besteht eine signifikante Korrelation zwischen Bluthochdruck und mikrovaskulären Anomalien der Netzhaut. Daher kann die Mikrovaskulatur der Netzhaut als Zielorgan für eine gute Kontrolle des Bluthochdrucks dienen.

Wir haben in Kailuan eine „Kailuan-Augenkrankheitsstudie“ durchgeführt, die zeigte, dass Gefäßanomalien der Netzhaut eng mit der Dicke der Halsschlagader und Plaques in der Halsschlagader zusammenhängen. Wir haben festgestellt, dass zwischen Plaque in der Halsschlagader, Arteriosklerose und dem Durchmesser der Netzhautarterie eine signifikante Beziehung besteht. Daher ist die Arteriosklerose der Netzhautgefäße ein Indikator für eine Erkrankung der Halsschlagader. Mithilfe der Fundusfotografie können wir nicht nur die Blutgefäße der Netzhaut sichtbar machen, sondern wir hoffen auch, anhand der Fundusbilder empfindlichere Gefäßindikatoren zu finden, die auf Herz-Kreislauf- und zerebrovaskuläre Erkrankungen hinweisen.

Mittlerweile gibt es in der Augenheilkunde ein System namens OCTA (retinal vascular imaging), das die Blutgefäße der Netzhaut in 2,5 Sekunden schichten und quantifizieren kann. Mithilfe dieser Technologie haben wir eine Datenbank mit Informationen zum oberflächlichen Netzhautblutfluss, zum tiefen Netzhautblutfluss und zum Aderhautkapillarblutfluss normaler Menschen erstellt.

Bei Diabetikern mit normalem Augenhintergrund, also im präklinischen Stadium einer diabetischen Retinopathie, kann die Blutflussbildgebungstechnologie eingesetzt werden, um frühzeitig auf diabetische Retinopathie zu prüfen, da die diabetische Retinopathie die häufigste Ursache für Erblindung bei Diabetikern ist. Durch Beobachtung der Morphologie und Quantifizierung von Blutgefäßen mithilfe der Blutfluss-Bildgebungstechnologie können wir feststellen, dass bei der Fundusfotografie von Diabetikern bereits Probleme mit der Bildgebung des retinalen Blutflusses vorliegen, obwohl es bei dieser Technik keine Probleme gibt. Bei einem Drittel der Patienten kommt es zu einer „Aushöhlung“ des Makulabogens sowie zu Veränderungen der Morphologie und Dichte einiger Kapillaren, was uns dabei hilft, präklinische diabetische Fundusläsionen frühzeitig zu erkennen.

Ziel war es, die Beziehung zwischen der Kapillardichte im Augenhintergrund und der diabetischen Nephropathie mithilfe der Blutflussbildgebungstechnologie zu untersuchen. Beispielsweise können wir die Dichte und Perfusionsdichte der Blutgefäße der Netzhaut untersuchen, um festzustellen, ob zwischen ihnen und der Nierenfunktion ein Zusammenhang besteht. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Häufigkeit von Urinproteinen pro Einheit Abnahme der Kapillardichte der Netzhaut um 11 % zunimmt und dass die Häufigkeit von Urinproteinen pro Einheit Abnahme der Blutflussdichte um 17 % zunimmt. Dies weist darauf hin, dass zwischen der Gefäßdichte der Netzhaut, der Blutflussdichte und der Nierenfunktion eine Beziehung besteht. Daher kann die quantitative Analyse des Netzhautblutflusses als wirksamer Überwachungsindikator für diabetische Nephropathie verwendet werden.

Durch Fundusaufnahmen lassen sich auch die Erscheinungsformen einer Multiplen Sklerose in Kombination mit einer Optikusneuropathie erkennen, da hier ebenfalls die Blutgefäßdichte deutlich abnimmt. Einige Menschen im Ausland haben OCTA zur Erforschung der Alzheimer-Krankheit (AD) verwendet. Veränderungen in der Dichte der retinalen Aderhautblutgefäße können als Biomarker für die Frühdiagnose von AD verwendet werden und können auch als Methode zur Nachverfolgung und Überwachung des Krankheitsverlaufs und zur Beurteilung der Wirksamkeit von Medikamenten eingesetzt werden.

Neben der Gefäßdichte können auch Veränderungen in der Nervenfaserschicht der Netzhaut einige systemische Veränderungen vorhersagen. Da OCT die Dicke der Nervenfaserschicht nicht-invasiv genau messen kann und die Auflösung der Histologie erreicht hat, kann es die Dicke der Nervenfaserschicht genau messen. Auch eine gewöhnliche Fundusfotografie kann die Verteilung der Nervenfaserschicht zeigen.

Wir haben eine Studie mit mehr als 3.000 Personen durchgeführt und eine Datenbank von Personen mit normaler Nervenfaserschicht der Netzhaut erstellt. Da die Dicke der Netzhaut an verschiedenen Stellen unterschiedlich ist, haben Alter, Geschlecht und Augenachse gewisse Einflüsse. Die Dicke der Nervenfaserschicht hängt eng mit dem Alter zusammen.

Defekte der Nervenfaserschicht können mittels rotfreier Fundusfotografie und OCT beobachtet und anhand der Form des Defekts klassifiziert werden. Studien haben ergeben, dass Defekte in der Nervenfaserschicht mit Diabetes in Zusammenhang stehen. Bei Diabetikern ist die Nervenfaserschicht der Netzhaut offensichtlich geschädigt; Einige neurologische Erkrankungen verursachen auch offensichtliche Defekte in der Nervenfaserschicht der Netzhaut.

Wir haben uns auf die Beziehung zwischen Defekten der Nervenfaserschicht der Netzhaut und Bluthochdruck konzentriert. Eine Studie mit über 3.000 Personen ergab, dass der Defekt der Nervenfaserschicht bei Menschen mit Bluthochdruck doppelt so hoch ist wie bei normalen Menschen und dass sich auch die Morphologie deutlich unterscheidet. Die Dicke der Nervenfaserschicht steht in engem Zusammenhang mit Bluthochdruck. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Verlust von Nervenfasern auch mit dem Grad der Hypertonie zusammenhängt. Je schwerer der Bluthochdruck, desto schwerwiegender ist der Defekt der Nervenfaserschicht. Daher bietet der Verlust der Nervenfaserschicht eine objektive Grundlage für die frühzeitige Prävention, Kontrolle, Behandlung und Nachsorge von Bluthochdruck.

Wir haben eine fünfjährige Kohortenstudie durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der Nervenfaserschicht der Netzhaut und dem Fortschreiten der Hypertonie zu beobachten. Bei Menschen mit Nervenfaserschichtdefekten ist das Risiko einer Hypertonie-Entwicklung nach fünf Jahren fast fünfmal so hoch. Mit anderen Worten: Bei Menschen mit Nervenfaserschichtdefekten ist das Risiko einer signifikanten Fortschreitung der Hypertonie fünf Jahre später fast fünfmal so hoch.

Wir stellten außerdem eine signifikante Beziehung zwischen Defekten der Nervenfaserschicht und zerebrovaskulären Anomalien fest, sowie eine signifikante Beziehung zwischen den Halsschlagadern. Eine Kohortenstudie mit einer großen Stichprobe bestätigte, dass ein enger Zusammenhang zwischen Defekten der Nervenfaserschicht der Netzhaut und asymptomatischem Schlaganfall sowie akutem Schlaganfall und Schlaganfall-bedingtem Tod besteht. Daher können Defekte in der Nervenfaserschicht als Überwachungsindikator für eine frühzeitige Warnung vor einem Schlaganfall im gesamten Verlauf verwendet werden.

Darüber hinaus kann durch die Erkennung einiger Veränderungen in der Aderhaut mittels OCT festgestellt werden, ob ein Zusammenhang zwischen systemischen Erkrankungen besteht. Da die Aderhaut in der mittleren Schicht der Augapfelwand im Allgemeinen unsichtbar ist, kann das Aderhautbild mit OCT-Bildern durch tiefe Bildverarbeitung, Detailsegmentierung und tomografische Quantifizierung geschichtet und genau gemessen werden.

Wir haben eine quantitative Studie zur Aderhautbildgebung an einer bevölkerungsbasierten Kohorte durchgeführt und festgestellt, dass die Dicke der Aderhaut als Marker für das Altern verwendet werden kann. Mit jedem zehnten Lebensjahr wird die Aderhaut um 33 μm dünner, was eine signifikant negative Korrelation mit dem Alter aufweist. Daher kann die Dicke der Aderhaut als Überwachungsindikator für die Alterung verwendet werden. Gleichzeitig stellten wir fest, dass die Dicke der Aderhaut eng mit Diabetes zusammenhängt. Bei Diabetikern kann es, insbesondere im Frühstadium, zu einer Verdickung der Aderhaut der Blutgefäße kommen.

Die Textur des Augenhintergrunds ist leopardenartig. Die Aderhautstruktur ist auf dem Fundusfoto bei jedem Menschen anders. Genau wie bei der Gesichtserkennung können wir die Leopardenabdrücke klassifizieren und in Zonen einteilen, die Veränderungen im Ausmaß des Leopardenabdruck-Fundus im Makulabereich und um die Sehnervenpapille herum beobachten und sehen, wie er sich auf den gesamten Körper auswirkt. Studien haben ergeben, dass die Veränderung des Leopardenmusters mit der Augenachse, dem Alter und Glaukom zusammenhängt. Das heißt: Je älter die Menschen sind, desto deutlicher sind die Leopardenabdrücke. Es wurde festgestellt, dass Leopardenmuster positiv mit dem Alter korrelieren und als Indikator für das Altern des Menschen verwendet werden können. Der Leopardenfleck am Augenhintergrund korreliert zudem negativ mit dem BMI-Wert, d. h. die Veränderungen des Leopardenfleck-Niveaus am Augenhintergrund unterscheiden sich bei sehr dicken Menschen deutlich von denen bei dünnen Menschen; Bei Rauchern sind die Leopardenfleck-Veränderungen deutlicher und es besteht auch ein klarer Zusammenhang zwischen diesen Veränderungen und dem Rauchen.

Als wir anhand des Leopardenmusters und der Aderhautdicke untersuchten, ob sie mit kognitiven Funktionsstörungen in Zusammenhang stehen, stellten wir fest, dass zwischen Aderhautdicke, Leopardenmuster-Augenhintergrund und kognitiven Funktionsstörungen eine signifikante Korrelation bestand. Daher können Augenanomalien als unabhängiges Warnsignal für kognitive Funktionsstörungen dienen.

Wir haben einige Artikel veröffentlicht, um die Ergebnisse der oben genannten Forschung zu bestätigen, die von ausländischen Kollegen gut aufgenommen wurden. Der Leopardenfundus wird nicht nur mit Bluthochdruck und kognitiven Störungen in Verbindung gebracht, sondern weist auch eine gewisse Beziehung zur glomerulären Filtrationsrate und Diabetes auf. Die Unterschiede im Leopardenfundus und die Forschung an der Aderhaut sind von großer klinischer Bedeutung, da sie mit Alter, BMI, Rauchen, kognitiven Störungen, Bluthochdruck und einer verringerten glomerulären Filtrationsrate zusammenhängen, die auf eine verminderte Durchblutung im gesamten Körper hinweist. Daher sind leopardenartige Fundus- und Aderhautveränderungen auch Fundusmanifestationen einer verminderten systemischen Blutperfusion. Die unterschiedlichen Texturen von Fundusbildern und Fundusfotografien können den Gesamtzustand des Körpers widerspiegeln.

Durch eine Reihe von Fundusbildern, darunter Farbfundusfotos, OCT- und OCTA-Bilder, können wir mithilfe künstlicher Intelligenz ein Krankheitswarnsystem und ein personalisiertes Gesundheitsdienstsystem einrichten. Wir können diese ophthalmologischen Bilder auch über einige Kanäle und Plattformen zur Behandlung chronischer Krankheiten kombinieren, um unser Niveau bei der Behandlung chronischer Krankheiten zu verbessern.

Derzeit kann eine Fundusfotografie viele allgemeine Zustände des gesamten Körpers widerspiegeln, darunter auch eine Farbfotografie, die Alter, Gewicht und den allgemeinen Gesundheitszustand zeigen kann. Neben Fotografien gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Fundusbilder. Durch die Nutzung von Big Data und intelligenter Analyse können wir Kanäle für das Management chronischer Krankheiten und die Frühwarnung über das Internet schaffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Augenärzte nicht nur Augenkrankheiten diagnostizieren und behandeln, sondern auch als Anlaufstelle für das Management chronischer Krankheiten dienen und eine gewisse Rolle bei der Frühwarnung systemischer Erkrankungen über die Augen spielen können. Durch Fundusbilder und Analysen mittels künstlicher Intelligenz können sie die Wirkung erzielen, systemische chronische Erkrankungen zu verhindern und zu kontrollieren.

Veränderungen der Mikrogefäße, des Blutflusses und der Nervenfaserschicht der Netzhaut können zur Überwachung kardiovaskulärer und zerebrovaskulärer Erkrankungen herangezogen werden. Wir haben die Diagnose erweitert und berücksichtigen nun auch Veränderungen der Aderhaut, einschließlich der Dicke der Aderhaut und der Beschaffenheit des Augenhintergrunds, um kognitive Funktionsstörungen, eine verringerte systemische Mikrozirkulation, die Nierenfunktion und Veränderungen systemischer Organe diagnostizieren zu können. Heute ist es durch die enge Zusammenarbeit von Augenärzten, Fundusbildgebern und Experten auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz gelungen, „kleine Augenbehandlung, große Gesundheit“ zu erreichen.

(Dieser Bericht ist in Kurzschrift verfasst)