Анализ долгосрочных результатов фемтолазерной рефракционной аутокератопластики при кератоконусе III–IV стадии с использованием методов машинного обучения

Abstract

Цель. Провести анализ отдаленных результатов фемтолазерной рефракционной аутокератопластики (ФРАК) с дополнительным кросслинкингом роговицы и без него, установить факторы риска прогрессирования кератоконуса у этих пациентов с использованием методов машинного обучения (МО). Материалы и методы. В исследование включены 74 пациента с кератоконусом III–IV стадии, 47 (63,5%) мужчин, 27 (36,5%) женщин, период наблюдения – от 5 до 11 лет. Средний возраст – 32±9,4 года. Для анализа были использованы супервизированные методы МО: SVM, логистическая регрессия, XGBoost, random forest; интерпретируемость обеспечивалась методом SHAP. Результаты. Лучшие результаты показала модель SVM (AUC=0,72). Согласно SHAP, значимыми предикторами прогрессии кератоконуса были минимальная пахиметрия и исходный Kmax. PCA и кластеризация выявили 3 кластера: стабильные, со скрытым прогрессированием и с агрессивным прогрессированием. Установлено, что величина минимальной пахиметрии роговицы более 340 мкм может являться одним из критериев отбора кандидатов для ФРАК. Лучшие отдаленные функциональные результаты были получены в группе 2 (ФРАК + кросслинкинг). НКОЗ оставалась 0,3 в группе 1 в 25%, в группе 2 – в 35%. В группе 2 в 38,7% НКОЗ была 0,5 и более, тогда как в группе 1 таких случаев не было (χ²=22,5, p=0,00042). КОЗ от 0,7 до 1,0 установлена в группе 1 в 21,7%, тогда как в группе 2 – в 61,6% (U=205,0, p=0,017). Заключение. Ремоделирование роговицы при кератоконусе III–IV стадии, достигаемое с помощью сочетания операции ФРАК и кросслинкинга, обеспечивает стабильные долгосрочные результаты и позволяет отложить пересадку роговицы, что является приоритетной задачей у пациентов молодого возраста. Использование методов МО и интеграция результатов в работу врача-офтальмолога позволят персонифицировать сроки и выбор метода лечения пациентов с кератоконусом и улучшить его результаты

Purpose. To analyze the long-term results of femtosecond laser refractive autokeratoplasty (FRAK) with and without additional corneal crosslinking and to identify risk factors or keratoconus progression in these patients using machine learning (ML) methods. Materials and methods. The study included 74 patients with keratoconus stages III–IV, 47 (63.5%) men, 27 (36.5%) women, the follow up period varied from 5 to 11 years. Mean age was 32±9.4 years old. Supervised ML methods were used for purposes of the study: SVM, logistic regression, XGBoost, random forest; interpretability was ensured by the SHAP method. Results. The SVM model showed the best results (AUC=0.72). According to SHAP, minimum pachymetry and baseline Kmax were significant predictors of keratoconus progression. PCA and clustering revealed three clusters: stable, with latent progression, and with aggressive progression. It was established that a minimum corneal pachymetry value greater than 340 μm can be used as a candidate selection criterion for FRAK. The best long-term functional results were achieved in Group 2 (FRAK + crosslinking). Uncorrected isual acuity (UCVA) remained 0.3 in 25% of Group 1 and 35% of Group 2. 38.7% of patients of Group 2 had a UCVA 0.5 or higher while in Group 1 such cases were absent (χ²=22.5, p=0.00042). UCVA from 0.7 to 1.0 was established in Group 1 in 21.7%, and there were 61.6% in group 2 (U=205.0, p=0.017). Conclusion. Achieved with the use of combination of FRAK and crosslinking, corneal remodeling provides stable long-term results and allows to avoid of corneal transplantation, which is a priority in young patients with keratoconus stage III–IV. The use of MO and the integration of results into practice of ophthalmologist provides personalization of keratoconus treatment and improves the results.