KI-Augenscans zeigen, wer möglicherweise ein höheres Osteoporoserisiko hat

Eine neue Studie legt nahe, dass die KI-gestützte Bildgebung der Netzhaut systemische Alterungssignale erfassen kann, die mit schwächeren Knochen verbunden sind, und einen potenziell kostengünstigen Weg zur Identifizierung von Personen bietet, die möglicherweise eine formelle Osteoporose-Untersuchung benötigen, bevor es zu Frakturen kommt.

In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie PLOS Digitale GesundheitForscher untersuchten, ob „RetiAGE“, ein von der KI abgeleiteter Wahrscheinlichkeitsscore, dabei helfen könnte, die Einschränkungen aktueller Osteoporose-Risiko-Screening-Ansätze zu beseitigen. Dieses Modell verwendet Schätzungen des biologischen Alters der Netzhaut als potenziellen Marker für die systemische Skelettgesundheit.

Das Modell wurde anschließend verwendet, um die Skelettgesundheit in zwei großen, ethnisch unterschiedlichen Kohorten vorherzusagen: der singapurischen PIONEER-Studie (n = 1.965) und der britischen Biobank (n = 43.938). Die Modellergebnisse deuten darauf hin, dass ein höheres biologisches Alter der Netzhaut umgekehrt mit der Knochenmineraldichte (BMD) zusammenhängt und unabhängig davon das Auftreten von Osteoporose vorhersagt.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass RetiAGE ein nicht-invasiver, kostengünstiger Kandidat für ein „opportunistisches“ Screening ist, bei dem ein routinemäßiger Besuch beim Optiker letztendlich als Frühwarnsystem für die Knochengesundheit fungieren und dabei helfen könnte, Personen zu identifizieren, die möglicherweise eine formelle Osteoporose-Untersuchung rechtfertigen, bevor es zu einer Fraktur kommt.

Hintergrund der Netzhautalterung und Osteoporose

Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, die durch eine zunehmende Ausdünnung des Knochengewebes, eine Verschlechterung der Knochenmikroarchitektur, einen systemischen Rückgang der Knochenmasse und ein steigendes Risiko lebensbedrohlicher Frakturen gekennzeichnet ist. Aus aktuellen öffentlichen Gesundheitsakten geht hervor, dass etwa 19,7 % der Weltbevölkerung von Osteoporose betroffen sind. Allerdings gehen Forscher davon aus, dass dieser Wert die tatsächliche Prävalenz der Erkrankung deutlich unterschätzt.

Der klinische „Goldstandard“ für die Diagnose ist die präzise Schätzung der Knochenmineraldichte (BMD) mittels Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DEXA). Allerdings ist das DEXA-Screening aufgrund der hohen Kosten, der eingeschränkten Zugänglichkeit, der geringen Strahlenbelastung und des Bedarfs an spezieller Ausrüstung und Personal häufig auf Personen mit hohem Risiko beschränkt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dies zu einer erheblichen diagnostischen Lücke führt, bei der viele Patienten die Erkrankung erst nach einer Sentinel-Fraktur entdecken, während viele andere symptomatisch „still“ bleiben.

Daher zielen immer mehr Studien darauf ab, alternative, kostengünstige und leicht zugängliche Screening-Instrumente zu identifizieren, wofür die Netzhaut ein starker Kandidat ist. Der Netzhautfundus ist die einzige Stelle, an der Mikrogefäße und Nervengewebe direkt und nichtinvasiv abgebildet werden können. Frühere Forschungen haben Alterslücken in der Netzhaut mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD), Parkinson-Krankheit (PD) und chronischer Nierenerkrankung (CKD) in Verbindung gebracht.

RetiAGE Osteoporose-Studiendesign

Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob gemeinsame biologische Prozesse eine Verbindung zwischen Netzhautdegeneration und Skelettknochenverlust herstellen, wodurch eine nicht-invasive Bewertung ersterer als prädiktiver Indikator für den systemischen Zustand und das biologische Alter letzterer ermöglicht wird. Die biologische Alterung ist ein heterogener Prozess, der Zell- oder Gewebedegeneration erfasst und oft vom chronologischen oder kalendarischen Alter einer Person abweicht.

Die Forschung verwendete ein Deep-Learning-Modell, um RetiAGE abzuleiten, einen kontinuierlichen Wahrscheinlichkeitswert, der die Wahrscheinlichkeit schätzt, dass eine Person biologisch älter als 65 Jahre ist. Das Modell wurde unter Verwendung der Convolutional Neural Network (CNN)-Architektur der Visual Geometry Group (VGG16) entwickelt und anhand von 129.236 Netzhautbildern von 40.480 Teilnehmern trainiert.

Nach dem Modelltraining wurde RetiAGE verwendet, um Daten aus zwei verschiedenen Populationen zu analysieren: Querschnittsdaten aus der PIONEER-Studie (PopulatION HEalth and Eye Disease PRofilE in Elderly Singaporeans) (n = 1.965; Durchschnittsalter = 72,5) und prospektive Daten aus der UK Biobank (n = 43.938 Teilnehmer ohne Osteoporose zu Beginn; Durchschnittsalter = 56,2; mittlere Nachbeobachtungszeit = 12,2 Jahre).

Zu den Hauptergebnissen der Studie gehörten BMD-T-Scores und 10-Jahres-Frakturrisiko-Scores, die mit dem Fracture Risk Assessment Tool (FRAX) berechnet wurden. Die Studie führte außerdem eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) an 45.496 Teilnehmern durch, um genetische Treiber von RetiAGE zu identifizieren.

Befunde zum Netzhautalter und zur Knochengesundheit

Die Ergebnisse von RetiAGE deuten darauf hin, dass die Knochen tendenziell umso schwächer waren, je höher der biologische Alterswert der Netzhaut einer Person im Verhältnis zu chronologischen und klinischen Risikofaktoren war.

In der singapurischen PIONEER-Studie war ein erhöhter RetiAGE-Score umgekehrt mit den BMD- und T-Scores in mehreren Femur- und Hüftregionen assoziiert, wobei mehrere Assoziationen auch nach Anpassung an Osteoporose-Risikofaktoren signifikant blieben. Darüber hinaus stieg mit jedem Anstieg der Standardabweichung (SD) des Netzhautalters der Risikowert für schwere osteoporotische Frakturen um 0,48 und für Hüftfrakturen um 0,29.

In der Längsschnittkohorte der britischen Biobank war die Wahrscheinlichkeit, im Laufe des nächsten Jahrzehnts an Osteoporose zu erkranken, bei Teilnehmern mit höherem Netzhautalter deutlich höher, mit einer Hazard Ratio (HR) von 1,12 pro SD (p < 0,001). Bei der Aufteilung der Daten in Quartile zeigten diejenigen in der höchsten Netzhautaltersgruppe ein um 40 % höheres Osteoporoserisiko als diejenigen im untersten Quartil (p = 0,003).

Darüber hinaus wurde durch die Hinzufügung von RetiAGE zum herkömmlichen Osteoporose-Selbstbewertungstool (OST) die Diagnoseleistung erheblich verbessert. Der Konkordanzindex (C-Index) stieg von 0,585 auf 0,635 und der Netto-Reklassifizierungsindex (NRI) nach 10 Jahren betrug 2,5 %.

Klinische Implikationen des KI-Netzhaut-Screenings

Diese Studie zeigt, dass eine beschleunigte biologische Alterung der Netzhaut ein unabhängiger Risikomarker für eine verringerte Knochenmineraldichte und das Auftreten von Osteoporose bei mehreren ethnischen Gruppen ist. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Netzhautbildgebung bis zur weiteren Validierung eine skalierbare, kostengünstige und nicht-invasive Methode für das opportunistische Screening auf Osteoporoserisiko in der Augenheilkunde oder in der Grundversorgung darstellen könnte.

Während DEXA der diagnostische Standard bleibt, erfassen KI-gesteuerte Netzhautmarker wie RetiAGE einzigartige systemische Alterungssignale und bieten einen inkrementellen prognostischen Wert, der über herkömmliche demografische Risikofaktoren hinausgeht. Allerdings weisen die Autoren darauf hin, dass RetiAGE ursprünglich in einer koreanischen Bevölkerung entwickelt wurde, ohne bevölkerungsspezifische Umschulung angewendet wurde und vor dem routinemäßigen Einsatz möglicherweise eine weitere Kalibrierung über Bildgebungsgeräte, ethnische Gruppen und reale klinische Arbeitsabläufe hinweg erforderlich sein könnte.

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Quellen: