过去五年来，加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）的几位电气工程研究生每周有一天会在谢莉眼科研究所（Shiley Eye Institute）的乔安和欧文·雅各布视网膜研究中心（Joan and Irwin Jacobs Retina Center）工作。该中心是全国唯一的独立视网膜研究中心，致力于增加对视网膜疾病（如黄斑变性和糖尿病相关失明）的理解，并进行临床试验以开发更好的治疗方法。但这些学生并不是为了治疗或看病人而来。
神经生物学学生莎拉·沙克特曼（Sarah Shacterman）自愿接受视网膜扫描。
通过这一独特而长期的合作，电气工程师们嵌入到雅各布视网膜研究中心，与眼科医生合作，开发更好的计算机视觉、人工智能（AI）和图像处理工具，帮助医生更快更准确地诊断患者；预测哪些药物对特定患者最有效；甚至辅助开发新的视网膜疾病治疗方法。
在这五年的合作中，工程师和眼科医生共同发表了21篇论文，在临床和工程期刊上发表了多项进展。
“我们最初的问题是能否帮助眼科医生对齐视网膜图像，以及AI是否能真正帮助医生更快更准确地检测疾病。”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院（Jacobs School of Engineering）电气与计算机工程教授阮特龙（Truong Nguyen）说，“我们做到了这一点。在这个合作中，拥有工程方面的专业知识（如机器学习、图像处理等）和临床方面的专业知识至关重要。我们在取得成果方面非常成功，并产生了广泛的影响。”
阮特龙实验室的研究生与威廉·弗里曼博士（William Freeman, MD）合作。弗里曼是加州大学圣地亚哥分校医学院维特比家族眼科系（Viterbi Family Department of Ophthalmology）的杰出教授和副主任，同时也是谢莉眼科研究所雅各布视网膜研究中心的主任。弗里曼和阮特龙指出，这种长期且有影响力的合作伙伴关系在两个研究领域都极为罕见。
“每周的讨论中，工程师积极参与患者护理，这使得他们更容易理解工作需求。”弗里曼说，“我们的合作不仅仅是短期项目；即使有人与我们一起工作两到三年并获得博士学位，这种持续的联系也是独特的。这种跨校园医学和工程学的持续努力不仅仅是为了声称我们使用AI——它是一种致力于通过创新解决实际医疗挑战的专门方法。”
更快的诊断
“当观察视网膜边缘的病变时，这些区域很难看到。要跟踪随时间的变化，通常会比较前几年和当前的图像，看看是否超过了某个特定点，如血管或标记物。”
威廉·弗里曼博士（William Freeman, MD），维特比家族眼科系教授兼副主任
虽然这项合作迄今已发表了近二十篇科学论文，还有更多在筹备中，但有几个特别值得注意的例子展示了这种合作研究如何改善患者的治疗效果。最近，联合团队开发了一种AI工具，可以通过查看患者眼睛的光学相干断层扫描血管成像（OCT血管成像）图像来预测患者是否患有年龄相关性黄斑变性。这些图像是非侵入性的，只需几分钟即可在标准临床就诊期间完成。AI工具使眼科医生可以从照片中获取与之前需要活检才能评估的信息，并且基于图像的准确性达到了80%，超过了人类专家的表现。
该工具不仅帮助医生更快更准确地诊断患者，还可以用于开发更好的药物来治疗黄斑变性。
在另一项研究中，团队开发了一种方法，可以合成不同时点的多张图像，更准确地检查血管损伤或肿瘤的大小是否有所增长。
“当观察视网膜边缘的病变时，这些区域很难看到。”弗里曼说，“要跟踪随时间的变化，通常会比较前几年和当前的图像，看看是否超过了某个特定点，如血管或标记物。”
工程师们开发了一种方法，将之前的图像与当前患者的图像重叠，从而立即判断所关注的对象是否从几年前开始生长或变化。AI方法比传统的一侧对比图像方法快37%，且误差率为0%，而眼科医生进行一侧对比时的误差率为18%。
眼科医生和工程师还开发了深度学习网络，用于校正三维视网膜成像中的眼球运动，定量评估因年龄相关性黄斑变性导致的血管形态变化，纠正超广角和窄角视网膜图像之间的畸变，并创建了一种AI工具，用于叠加视网膜色素变性患者不同光学仪器的多模态图像，以及其他许多联合进展。
临床医生强调，这些算法和模型最终只是工具，旨在增强而不是取代眼科医生的专业知识和伦理决策能力。
为公众利益而工程
参与这些眼科项目的电气工程研究生温博（Bo Wen）表示，取得如此具体的结果对他和其他电气工程学生来说是一个巨大的动力。
“如果我们不能真正帮助人们，那我们为什么要做这个？”温博说，“如果只是为了发表几篇论文，那就太肤浅了。我们希望我们的工作能在疾病诊断和治疗方面产生影响。”
阮特龙鼓励加州大学圣地亚哥分校的其他教师和学生投入时间，发展跨校园的合作。该校有近4,000名从事前沿研究的教职员工，提供了无数机会以新方式应用专业知识。
“这种合作的真正力量在于我们了解自己的专长，了解自己的贡献，并定期会面，探讨如何共同利用这些专长。”阮特龙说，“工程师有很多机会扩展业务范围，真正服务于现实问题——这是我最喜欢的部分。”
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