程健，陸勤康

近視是最為常見(jiàn)的屈光不正類型，同時(shí)也是全球疾病中導(dǎo)致視覺(jué)損害和致盲的重要一類病因。而其中高度近視人群面臨著潛在的一系列視功能損傷性并發(fā)癥，例如近視相關(guān)性黃斑變性、視網(wǎng)膜脫離及開(kāi)角型青光眼等[1]。但幸運(yùn)的是臨床上已經(jīng)有較多有效控制近視進(jìn)展的技術(shù)，包括特殊設(shè)計(jì)的框架眼鏡、藥物治療以及角膜塑形鏡（OK 鏡）[2-4]。但上述治療方式在效果、費(fèi)用及并發(fā)癥方面皆存在個(gè)體差異，精準(zhǔn)的預(yù)估近視發(fā)展情況可以幫助對(duì)近視高風(fēng)險(xiǎn)人群做出更加及時(shí)有效的診療，本研究目的是通過(guò)隨機(jī)森林算法，以臨床診療數(shù)據(jù)為特征來(lái)搭建一個(gè)預(yù)測(cè)配戴角膜塑形鏡后近視控制效果的模型，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2015 年6 月至2020 年12 月在寧波大學(xué)附屬人民醫(yī)院眼科中心首次驗(yàn)配角膜塑形鏡并隨訪1 年以上的患者，選用的角膜塑形鏡類型為視覺(jué)重塑（VST）設(shè)計(jì)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）未規(guī)律配戴角膜塑形鏡（每周配戴時(shí)間少于6 晚或連續(xù)停戴時(shí)間超過(guò)1 個(gè)月）；（2）聯(lián)合治療者（角膜塑形鏡聯(lián)合低濃度阿托品滴眼液或角膜塑形鏡聯(lián)合框架眼鏡）；（3）有基礎(chǔ)性疾病及長(zhǎng)期用藥者。本研究經(jīng)寧波大學(xué)附屬人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批通過(guò)。

1.2 方法 根據(jù)Santodomingo-Rubido 等[5]的研究，選取驗(yàn)配角膜塑形鏡時(shí)的年齡、球鏡度數(shù)、柱鏡度數(shù)、眼軸長(zhǎng)度、角膜平坦曲率、眼別及性別作為自變量來(lái)構(gòu)建角膜塑形鏡控制效果的預(yù)測(cè)模型。其中球鏡、柱鏡度數(shù)通過(guò)主覺(jué)驗(yàn)光獲得，驗(yàn)光終點(diǎn)為單眼最佳矯正視力。眼軸長(zhǎng)度測(cè)量采用德國(guó)蔡司公司的IOL-Master 500，角膜平坦曲率測(cè)量采用日本TOMEY 公司的TMS-4 角膜地形圖儀。患者初次驗(yàn)配角膜塑形鏡時(shí)的眼軸長(zhǎng)度作為基線，若配戴角膜塑形鏡1 年后眼軸長(zhǎng)度增長(zhǎng)低于0.3 mm，則認(rèn)為該患者配戴角膜塑形鏡控制近視效果明顯，反之則認(rèn)為該患者配戴角膜塑形鏡控制近視效果欠佳。以角膜塑形鏡控制近視效果是否明顯作為該模型的應(yīng)變量。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法 本研究中分析軟件選用R Studio（2022.12.0.0），使用R 包為十折交叉驗(yàn)證的隨機(jī)森林分類，每個(gè)變量對(duì)分類器的準(zhǔn)確度貢獻(xiàn)通過(guò)變量重要性分?jǐn)?shù)評(píng)估，在R包中使用ROC曲線檢驗(yàn)評(píng)估模型的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果

本研究共納入患者115 例（115 眼），其中男38例，女77 例；右眼60 眼，左眼55 眼；平均年齡（10.4±2.1）歲；平均球鏡度數(shù)（-1.87±0.77）D；平均柱鏡度數(shù)（-0.16±0.44）D；平均眼軸（24.22±0.72）mm；平均角膜平坦曲率（42.61±1.15）D。將所有特征放入后進(jìn)行初始隨機(jī)森林模型構(gòu)建，并對(duì)各特征的貢獻(xiàn)度進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1。

圖1 初始隨機(jī)森林模型ROC 曲線及變量重要性分?jǐn)?shù)評(píng)估

初始隨機(jī)森林模型ROC 曲線下面積（AUC）為0.639，通過(guò)變量重要性分?jǐn)?shù)評(píng)估發(fā)現(xiàn)對(duì)于角膜塑形鏡控制效果預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)度較大的前三位因素為驗(yàn)配角膜塑形鏡時(shí)的年齡、眼軸及角膜平坦曲率。經(jīng)多次模型特征調(diào)整后，最終使用配戴角膜塑形鏡時(shí)的年齡、眼軸、角膜平坦曲率、球鏡度數(shù)及柱鏡度數(shù)5 個(gè)特征，利用十折交叉驗(yàn)證的隨機(jī)森林模型的總體預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為82.61%，特異性為88.9%，敏感性為71.4%，模型Kappa 值為58.93%，AUC 為0.802，見(jiàn)圖2。通過(guò)上述5 個(gè)特征所建的模型能夠較好預(yù)測(cè)患者在配戴角膜塑形鏡1 年后的近視控制效果。

圖2 最終隨機(jī)森林模型ROC 曲線圖

3 討論

在21 世紀(jì)初，全球近視率呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其在東亞地區(qū)，18 歲人群的近視率達(dá)到80%～90%，同時(shí)他們的高度近視率達(dá)到10%～20%[6]。Holden 等[7]通過(guò)1995 年以來(lái)發(fā)表的近視相關(guān)文獻(xiàn)推測(cè)，到2050 年全球?qū)⒂?7 億的近視人群以及9.3億的高度近視人群。目前臨床近視防控方法主要有三種：低濃度阿托品滴眼液、周邊離焦鏡及角膜塑形鏡。其中角膜塑形鏡是一種過(guò)夜佩戴的隱形眼鏡，是目前臨床上應(yīng)用較多、效果較好的控制近視進(jìn)展的物理方法，其可以使角膜中央產(chǎn)生可逆性地平坦化，從而使配戴者白天有良好的裸眼視力。關(guān)于角膜塑形鏡控制近視進(jìn)展的機(jī)制仍未研究透徹，目前主流學(xué)說(shuō)為“周邊離焦”理論，即移行的角膜上皮導(dǎo)致周邊視網(wǎng)膜的近視性離焦，從而抑制眼軸的增長(zhǎng)以及近視度數(shù)的上升[8]。除此之外還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高階像差會(huì)影響角膜塑形鏡的控制效果[9]。本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)角膜塑形鏡預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)較大的前三個(gè)因素為驗(yàn)配角膜塑形鏡時(shí)的年齡、眼軸及角膜平坦曲率，這與Santodomingo-Rubido 等[5]的前瞻性研究結(jié)果相似，他們發(fā)現(xiàn)角膜塑形鏡的控制效果受到多種因素的影響，包括年齡、近視發(fā)病年齡及研究開(kāi)始時(shí)的近視度數(shù)等。

本研究采用的隨機(jī)森林算法屬于機(jī)器集成學(xué)習(xí)中的一種，具有很好的分類性能和較高的分類準(zhǔn)確性，即使缺乏特征篩選也能得到較高的準(zhǔn)確率，具有較好的數(shù)據(jù)推廣能力。黃峻嘉等[10]在對(duì)比了5 種集成學(xué)習(xí)方法對(duì)未來(lái)視力情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，綜合考慮魯棒性和精確度，隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)效果最好。同時(shí)劉奕志教授團(tuán)隊(duì)也運(yùn)用該算法建立了人工智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)近視趨勢(shì)急性個(gè)體化預(yù)測(cè)，3 年內(nèi)準(zhǔn)確率達(dá)90%[11]。 隨機(jī)森立算法建立的模型可以通過(guò)ROC 曲線下面積來(lái)評(píng)估該模型的準(zhǔn)確性。本研究通過(guò)特征篩選后的隨機(jī)森林算法對(duì)配戴角膜塑形鏡后的近視控制效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)驗(yàn)配角膜塑形鏡時(shí)的年齡、眼軸、角膜平坦曲率、球鏡度數(shù)以及柱鏡度數(shù)5 個(gè)特征所建的模型能夠較好預(yù)測(cè)患者在配戴角膜塑形鏡1 年后的近視控制效果。

本研究也存在一定局限性，本研究數(shù)據(jù)里缺少瞳孔直徑及生長(zhǎng)發(fā)育數(shù)據(jù)，有研究報(bào)道角膜塑形鏡控制效果與瞳孔大小相關(guān)[5，12]，同時(shí)身高發(fā)育與眼軸的增長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系[13]，這些特征是否會(huì)提高或降低模型的準(zhǔn)確性仍待進(jìn)一步研究。