.: ÖN SÖZ
ÖN SÖZ
PREFACE
Makale Dili: TR
Türkiye Klinikleri'nin gelenekselleşen 'Özel Konu' serileri için, bana yaptıkları Konuk Editörlük teklifi üzerine, ana konu olarak; yapay zekâ (YZ), nanoteknoloji, biyomateryaller, genetik girişimler ve benzeri yeni teknolojilerin oftalmoloji alanına girmesini irdelemeyi önerdim.
Konularında güncel gelişme ve teknolojileri uygulayan meslektaşlarımızın uygulamaları ve olası gelişmeleri, güncel bilgiler çerçevesinde yazma önerime yanıt veren yazarlarla zengin içerikli bir kitap hazırladık.
Gelecekte olabilecek gelişmeleri ve olası yenilikleri irdeleyen konularımızı özetlemek amacıyla kısa bilgiler vermek istiyorum.
Çeşitli retina hastalıklarının sonucunda gelişen görme engeli sorununu onlarca milyon insan yaşamaktadır. Bu hasta grubuna genellikle sadece habilitasyon ya da rehabilitasyon hizmetleri sunulabilmektedir. Retinitis pigmentosa (RP), yaşa bağlı makula dejenerasyonu ve koroideremia vb. gibi bazı distrofik veya dejeneratif retina hastalıkları, dış retina tabakalarından başlayarak kademeli olarak ilerler; fakat, iç retina tabakaları hastalığın ileri aşamalarına kadar değişik derecelerde canlı kalabilmektedir. Bir takım distrofik veya dejeneratif retina hastalıkları sağaltımında genetik yöntemler ve kök hücre araştırmaları devam etmektedir. Görme yollarının faklı farklı yerlerine uygulanan değişik görsel protez çalışmaları da yürütülmektedir. İleri dönemdeki RP ve geografik atrofiye ilişkin çalışmaların sonuçları umut vadetmektedir. Bu gelişmeler, az görenlerin rehabilitasyonuna yeni bir açılım getirebilecektir.
Çeşitli nedenlere bağlı olarak gelişen tüm körlüklere tek bir yaklaşımla çare olabilmek için, ülkemizde Argus II sistemine benzer şekilde gözlüğe takılı mikrokamera ile görüntülerin alındığı ve oksipital korteksteki primer görme merkezinin uyarıldığı kortikal implantlar üzerinde çalışılmaktadır.1 Kitabımızda, bu çalışmaların detaylarını okuyacağız.
Teletıp; uzak mesafedeki kişi veya toplumların yaşamlarının iyileşmesine yönelik olarak bilişim ve iletişim teknolojileri kullanılarak klinik destek verilmesi uygulamasıdır. Bu uygulamalar, Nöroloji alanında daha ziyade akut inme değerlendirmesinde uygulandı. COVID-19 pandemisinden sonra yüz yüze görüşmeleri azaltmak amacıyla teletıp uygulamaları kullanımı hızla arttı. Oftalmoloji alanındaysa, prematüre retinopatisi ve diyabetik retinopati değerlendirmelerinde kullanılmaya başlandı. Nörooftalmoloji alanında uzmanlaşmış oftalmologların az sayıda olması nedeniyle pandemiden önce de teletıp uygulamasına gereksinim vardı. Özellikle immobil veya ulaşım problemleri bulunan hastalarda oküler miyasteni veya nistagmus gibi efferent sistem patolojilerinde, takipli hastalarda yeni gelişen semptomların değerlendirilmesinde ya da tedaviye yanıtın takibinde kullanılmaktadır.2
Nörooftalmoloji alanındaki yeni gelişmelerle, ilerleyici görme kaybının önlenmesinde rolü olabilecek çok sayıda nöroprotektif molekül tanımlandı. Bunlar, etki mekanizmalarına göre üç grupta toplanabilir: nörotrofinler, nöronal apoptozisi inhibe edenler ve göz içi basıncını düşürenler.3
Optik koherens tomografi anjiyografi (OCT-A) retinal vasküler hastalıkların tanı ve takibinde yaygın kullanım alanı bulmuş bir görüntüleme yöntemidir. Multipl skleroz hastalarındaki görüntülemelerde, gri ve beyaz cevherdeki kan akımı azalması da bu bulgularla uyumlu görülmektedir.4 Alzheimer hastalığının oluşumunda ana rol oynayan, beyin dokuları ve retinada biriken beta-amiloid plaklarının, retinanın yüzeyel ve derin yapılarında birikmesiyle retinal gangliyon hücre hasarını gözlemleyebileceğimiz yeni teknikler, erken tanıda yardımcı olabilecektir
Korneanın endotel hastalıklarında Descemet membran endotelyal keratoplasti (DMEK), hemiDMEK, çeyrek-DMEK, bölünmüş kornea nakli gibi yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan başka, alternatif tedavi biçimleri de hızla gelişmektedir. Yeni teknolojiler, endotelyal keratoplasti için bize çok sayıda potansiyel teknik olanağı sunmaktadır. Bu tekniklerden hangisinin seçileceğine; yaş, endotelyal hastalığın varlığı/yokluğu, tipi ve hastalığın boyutu göz önüne alınarak karar verilebilir. Periferik kornea endotelini koruyan hastalıklarda hemi/çeyrek-DMEK, Descemet membran endotel transferi (DMET), endotelyal keratoplastisiz Descemet soyma (DWEK), ROCK inhibitörleri veya DWEK ile kombinasyon halinde Rho-kinazlar (ROCK) inhibitörleri uygulanabilir. Periferik endoteli korumayan hastalıkların tedavisi, ROCK inhibitörü ile birlikte hücre tedavisi veya geleneksel nakil gibi hücre veya doku naklini içeren tekniklerle yapılabilir.5 Gelecekteki çalışmalar, korneanın endotel hastalıkları için yeni tedavilerin geliştirilmesini, iyileştirilmesini ve sınırlı donör doku bağımlılığını azaltmayı sağlayabileceklerdir
Yapay kornea uygulamaları ve kornea doku mühendisliği alanında yapay korneaların, özellikle geleneksel donör kornea transplantasyonunda kötü sonuç öngörülen zor ya da yüksek riskli olgulardaki dezavantajları bertaraf edebileceğini öngörebilmekteyiz. Yapay kornea üretiminde, steril, toksisite içermeyen ve istikrarlı ürünler elde edilmek üzeredir. Yapay kornealarda su birikiminin sınırlandırılabilmesi, hastalara, ödeme dirençli, böylece daha az ışık saçılmasını sağlayan yeni nakledilmiş kornea sağlayabilecektir.6 Yeni teknolojilerle desteklenen yapay kornea tasarımındaki ilerlemeler; yeni biyosentetik malzemeler ve yüzey kaplama tekniklerinin eklenmesiyle sürekli gelişen biyomateryal teknolojileri sayesinde mümkün olabilecektir
Kuru göz alanında, hasta uyumunu koruyan, kuru göz hastalığı tedavisine yardımcı olan oküler salınım-biyoyararlanım sistemleri geliştirmek en önemli hedeftir. Bu hedefe ulaşılması pek kolay değildi ve hâlen değildir. Teoride, ilaçların göze yöresel uygulanması, hastalığın tedavisi için en uygun olanıdır. Ne var ki, bu hastalarda gözyaşı filminin bütünlüğü verimsiz olup uzun süreli yöresel ilaç uygulanması oküler toksisiteye eğilimi artırmaktadır. Bundan dolayı, en uygun yöresel ilaç verilmesi, etkinlik ile güvenlik arasındaki dengeyle sağlanmak durumundadır. Pratikte, koruyucu içermeyen formüllerde, ilaç biyoyararlanımının yüksek ve kuru göz hastalığının altında yatan birçok nedene yönelik yöresel uygulama amacıyla oküler ilaç salınım sistemleri geliştirmek için çok yoğun çalışmalar yapılmaktadır.7 Bunlardan bazısı sağlık otoritesi tarafından onaylanarak tıbbi pazara sunulmuştur. Diğer taraftan, hâlen araştırma aşamasında bulunan ilaç salınım sistemleri üzerinde çalışılmaktadır. Böylece, ilaç ve tıbbi cihazlardan başka, yeni teknolojilerle desteklenmiş tıbbi işlem örnekleri de kuru göz hastalığı sağaltımına sunulmaya başlandı. 8 Bunların sayıları ve çeşitleri zaman içinde kesinlikle artacaktır.
Oftalmoloji alanı, YZ'nin gücünden yararlanmak için iyi bir konuma sahiptir.9 Oftalmolojide, diyabetik retinopati, glokom, yaşa bağlı makula dejenerasyonu ve prematüre retinopatisinin tespiti için YZ algoritmaları geliştirilmiştir. Özellikle, derin öğrenme (deep learning-DL) kullanan YZ güdümlü algoritmalar, optik sinir başı (OSB) değişikliklerine neden olan nörolojik hastalıkların oftalmik, nöro-oftalmik ve oftalmik olmayan ortamlarda (ör., nöroloji klinikleri) DL yanında klasik makine öğrenmesi (machine learning-ML) de kullanmaktadır. Bu çalışmaların çoğunda, nörooftalmik ortamlarda OSB anormalliklerini saptamak renkli fundus görüntülerine dayansa da, optik disk anormalliklerini değerlendirmek ve papilödemi optik disk druzeninden ayırt etmek için diğer görüntüleme yöntemlerinde (ör., OCT) DL kullanılmaktadır.10 Yine de, bu tür bir teknolojinin klinik uygulamaya rutin olarak dâhil edilmesinden önce, çoğunlukla ihtiyaç duyulan (ör., nörooftalmik uzmanların eksikliği) bakım standartlarına kıyasla, karar destek araçları olarak ML algoritmalarının faydasını doğrulamak için gerçek dünya veri kümeleri üzerinde daha ileri prospektif çalışmalara ihtiyaç vardır.
YZ tabanlı olarak yapılan tıbbi müdahaleler, çeşitli disiplinlerden, hastalardan ve düzenleyicilerden giderek daha fazla kabul görmektedir. YZ uygulamalarındaki artış, tele-nöroyu teşvik etmek için gömülü YZ teknolojilerine ve uzun mesafeli klinik araştırmalara/kendi kendine soruşturmalara (örneğin, görme alanı test uygulamaları, telefon tabanlı görüntüleme, elde taşınabilir görüntüleme cihazları) uygulanabilir bir sağlık bakım sistemi olarak oftalmoloji uygulamalarına izin veren teknolojik yeniliklerle tamamlanabilecektir.
Oküloplastik muayeneler büyük ölçüde göz çevresi ve yüz özelliklerinin değerlendirilmesine dayanır. Basit yüz fotoğrafları, eğitimli bir gözlemci veya yazılım algoritmaları aracılığıyla göz kapağı ölçümlerini elde etmek veya belirli vakalarda tanı ve tedavi önerileri sunmak için kullanılabilir. Tam yüz fotoğraflarıyla göz çevresindeki yapılardan elde edilen ölçümler, YZ yardımlı değerlendirmelerin öncülüğünü yapmıştır.11 YZ güdümlü açık kaynaklı bir yüz analiz sistemi olan OpenFace ile palpebral açıklık hesaplanmış ve hekimin yüz-yüze yaptığı değerlendirmelerle iyi düzeyde korelasyon sağladığı gözlenmiştir.12 Ancak, bu ölçümlerin bazı kısıtlılıkları vardır. Üst göz kapağı dinamik olup, herhangi bir anda hastanın istemli çabası, frontal kasın istemsiz kasılması ve başın konumlandırılması gibi birçok faktör üst göz kapağı yükseklik ölçümlerini etkileyebilir. Dahası, kamera flaşının konumu bile ışık refleksinin yerini değiştirerek üst göz kapağı kenarı-refleks mesafesi ölçümünde hataya neden olabilir. Üst göz kapağında dermatoşalazis varlığı, göz kapağı kenarının gerçek pozisyonunun belirlenmesinde güçlüklere yol açabilir
Son olarak YZ, robotik ve algoritmaların yaratacağı olası sosyal, hukuksal ve etik sorunlara değinmek isterim. YZ, çözülemeyen gerçek dünya tabanlı sorunları çözmek için yeterince güçlü yaklaşımlar, yöntemler ve teknikler kullanan etkili bir bilimdir. Bu günkü aşamada YZ, salt algoritmik ve analitik süreçlerin ötesinde bir aşamadadır. Kendi kendini yönetmekte ve kendini uyarlayan bilgisayar etkinliği gerçekleştirmektedir. Bilgi işleyen bir sistem olduğu için, bilgi işleyen her sistem gibi bu da zekâ üretir. Buna 'autopoiesis' denir; bu, biyolojik sistemler için, 1977 Nobel Kimya Ödülü sahibi Ilya Prigogine'in öne sürdüğü ters-entropi mekanizmasıdır. Bu mekanizma, bilgisayar sistemlerinin daha önce insan zekâsı ve araba kullanmak gibi yerinde muhakeme uygulaması gerektiren daha karmaşık görevleri yerine getirdiği durumlarda ortaya çıkar. Bazı durumlarda YZ, ML içerir; bu sayede bir algoritma, sınırlı veya hiç insan müdahalesi olmadan büyük miktarda veride, deneyim yoluyla yanıtlarını optimize eder.13
Otonom robotik sistemler vb. YZ tabanlı sistemler, özellikle son yıllarda askeri kullanım ve savaş bağlamında hızla yerini aldı. Bazı uygulamalar hâlen geliştirilme aşamasındayken, yarı otomatik insansız hava araçlarının ve güçlendirici ilaçların savaşta kullanılması belgelenmiş bir gerçektir.14 Makine etiği, makine tasarlamakla uğraşan birçok kişiye çeşitli zorlamaları dayatabilir.
YZ'nin yeni uygulamaları; daha etkili tıbbi bakım, daha güvenli endüstriler ve hizmetler için heyecan verici fırsatlar ve büyük ölçekte üretkenliği artırma şansı açabilir. Buna karşın, etikçilerin, YZ'nin geleceği ve bu tür zekânın yetenekleri ve hatta mevcut teknolojilerin ve gelecekteki nanoteknolojinin sonuçları nedeniyle feci sonuçlara yol açabilecek sorunların nasıl giderileceği konusunda endişelerini ifade etmelerinin birçok nedeni vardır.14,15
Bütün bu gelişmelerin; hem etik hem de tıbbi etik açısından zarar verme, mahremiyete, özerkliğe, kişisel verilerin korunmasına müdahale gibi biri ötekinden önemli, çok çeşitli açıdan öngörülemez vahamet ve şiddette olabilecek kaçınılmaz sosyal, etik ve hukuksal sonuçları olacaktır. Bu nedenle, geniş bir perspektifle adı geçen yönlerden de değerlendirilmeleri gerekir. Bu değerlendirmeler sonucunda gerekli düzenlemelerin yapılmasında geç kalınmamalıdır.
Prof. Dr. H. Kadircan KESKİNBORA
Editör
KAYNAKLAR
1. Emin Özmert, ARGUS II biyonik göz ameliyatlarının uluslararası konsültanı olarak seçildi. http://eminozmert.com/prof-dr-emin-ozmert-argus-ii-biyonik-goz-ameliyatlarinin-uluslararasi-konsulutani-olarak-secildi/ (Erişim tarihi: 02.09.2022).
2. Wang SK, Callaway NF, Wallenstein MB, Henderson MT, Leng T, Moshfeghi DM. SUNDROP: six years of screening for retinopathy of prematurity with telemedicine. Can J Ophthalmol. 2015;50(2):101-6. doi: 10.1016/j.jcjo.2014.11.005.
3. Afarid M, Sanie-Jahromi F. Potential neuroprotective biomolecules in ophthalmology. Int Ophthalmol. 2021;41(3):1103-9. doi: 10.1007/s10792-020-01634-8.
4. Bulut M, Kurtuluş F, Gözkaya O, Erol MK, Cengiz A, Akıdan M, et al. Evaluation of optical coherence tomography angiographic findings in Alzheimer's type dementia. Br J Ophthalmol. 2018;102(2):233-7. doi: 10.1136/bjophthalmol-2017-310476.
5. Kandemir B, Tutaş Günaydın N, Göktaş E, Tanyıldız B. Does Storage Time Affect the Outcomes of Split Corneal Transplantation to Reduce Corneal Donor Shortage' A Retrospective Study. Inquiry. 2021;58:469580211045846. doi: 10.1177/00469580211045846.
6. Holland G, Pandit A, Sánchez-Abella L, Haiek A, Loinaz I, Dupin D, et al. Artificial Cornea: Past, Current, and Future Directions. Front Med (Lausanne). 2021;8:770780. doi: 10.3389/fmed.2021.770780.
7. Mohamed HB, Abd El-Hamid BN, Fathalla D, Fouad EA. Current trends in pharmaceutical treatment of dry eye disease: A review. Eur J Pharm Sci. 2022;175:106206. doi: 10.1016/j.ejps.2022.106206.
8. Gökçe EH, Sandri G, Eğrilmez S, Bonferoni MC, Güneri T, Caramella C. Cyclosporine a-loaded solid lipid nanoparticles: ocular tolerance and in vivo drug release in rabbit eyes. Curr Eye Res. 2009;34(11):996-1003. doi: 10.3109/02713680903261405.
9. Hogarty DT, Mackey DA, Hewitt AW. Current state and future prospects of artificial intelligence in ophthalmology: a review. Clin Exp Ophthalmol. 2019;47(1):128-39. doi: 10.1111/ceo.13381.
10. Girard MJA, Panda SK, Tun TA, Wibroe EA, Najjar RP, Tin A, et al. 3D Structural Analysis of the Optic Nerve Head to Robustly Discriminate Between Papilledema and Optic Disc Drusen. ArXiv211209970 Cs Eess. Published December 18, 2021. Available from: http://arxiv.org/abs/2112.09970 (Erişim tarihi: 27.01.2022).
11. Bahçeci Şimşek İ, Şirolu C. Analysis of surgical outcome after upper eyelid surgery by computer vision algorithm using face and facial landmark detection. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2021;259(10):3119-3125. doi: 10.1007/s00417-021-05219-8.
12. Baltrusaitis T. OpenFace 2019. Available at https://github.com/TadasBaltrusaitis/OpenFace (Erişim tarihi: 09.10.2022).
13. Algorithms, Artificial Intelligence and the Law. The Sir Henry Brooke Lecture for BAIL-II Freshfields Bruckhaus Deringer. London Lord Sales, Justice of the UK Supreme Court 12 November 2019. Available at: https://www.bailii.org/bailii/lecture/06.pdf (Erişim tarihi: 29 Mart 2022).
14. Keskinbora KH. Medical ethics considerations on artificial intelligence. J Clin Neurosci. 2019;64:277-82. doi: 10.1016/j.jocn.2019.03.001.
15. Erdoğan G. Yapay Zekâ ve Hukukuna Genel Bir Bakış. Adalet Dergisi. 2021;66:117-92.
Konularında güncel gelişme ve teknolojileri uygulayan meslektaşlarımızın uygulamaları ve olası gelişmeleri, güncel bilgiler çerçevesinde yazma önerime yanıt veren yazarlarla zengin içerikli bir kitap hazırladık.
Gelecekte olabilecek gelişmeleri ve olası yenilikleri irdeleyen konularımızı özetlemek amacıyla kısa bilgiler vermek istiyorum.
Çeşitli retina hastalıklarının sonucunda gelişen görme engeli sorununu onlarca milyon insan yaşamaktadır. Bu hasta grubuna genellikle sadece habilitasyon ya da rehabilitasyon hizmetleri sunulabilmektedir. Retinitis pigmentosa (RP), yaşa bağlı makula dejenerasyonu ve koroideremia vb. gibi bazı distrofik veya dejeneratif retina hastalıkları, dış retina tabakalarından başlayarak kademeli olarak ilerler; fakat, iç retina tabakaları hastalığın ileri aşamalarına kadar değişik derecelerde canlı kalabilmektedir. Bir takım distrofik veya dejeneratif retina hastalıkları sağaltımında genetik yöntemler ve kök hücre araştırmaları devam etmektedir. Görme yollarının faklı farklı yerlerine uygulanan değişik görsel protez çalışmaları da yürütülmektedir. İleri dönemdeki RP ve geografik atrofiye ilişkin çalışmaların sonuçları umut vadetmektedir. Bu gelişmeler, az görenlerin rehabilitasyonuna yeni bir açılım getirebilecektir.
Çeşitli nedenlere bağlı olarak gelişen tüm körlüklere tek bir yaklaşımla çare olabilmek için, ülkemizde Argus II sistemine benzer şekilde gözlüğe takılı mikrokamera ile görüntülerin alındığı ve oksipital korteksteki primer görme merkezinin uyarıldığı kortikal implantlar üzerinde çalışılmaktadır.1 Kitabımızda, bu çalışmaların detaylarını okuyacağız.
Teletıp; uzak mesafedeki kişi veya toplumların yaşamlarının iyileşmesine yönelik olarak bilişim ve iletişim teknolojileri kullanılarak klinik destek verilmesi uygulamasıdır. Bu uygulamalar, Nöroloji alanında daha ziyade akut inme değerlendirmesinde uygulandı. COVID-19 pandemisinden sonra yüz yüze görüşmeleri azaltmak amacıyla teletıp uygulamaları kullanımı hızla arttı. Oftalmoloji alanındaysa, prematüre retinopatisi ve diyabetik retinopati değerlendirmelerinde kullanılmaya başlandı. Nörooftalmoloji alanında uzmanlaşmış oftalmologların az sayıda olması nedeniyle pandemiden önce de teletıp uygulamasına gereksinim vardı. Özellikle immobil veya ulaşım problemleri bulunan hastalarda oküler miyasteni veya nistagmus gibi efferent sistem patolojilerinde, takipli hastalarda yeni gelişen semptomların değerlendirilmesinde ya da tedaviye yanıtın takibinde kullanılmaktadır.2
Nörooftalmoloji alanındaki yeni gelişmelerle, ilerleyici görme kaybının önlenmesinde rolü olabilecek çok sayıda nöroprotektif molekül tanımlandı. Bunlar, etki mekanizmalarına göre üç grupta toplanabilir: nörotrofinler, nöronal apoptozisi inhibe edenler ve göz içi basıncını düşürenler.3
Optik koherens tomografi anjiyografi (OCT-A) retinal vasküler hastalıkların tanı ve takibinde yaygın kullanım alanı bulmuş bir görüntüleme yöntemidir. Multipl skleroz hastalarındaki görüntülemelerde, gri ve beyaz cevherdeki kan akımı azalması da bu bulgularla uyumlu görülmektedir.4 Alzheimer hastalığının oluşumunda ana rol oynayan, beyin dokuları ve retinada biriken beta-amiloid plaklarının, retinanın yüzeyel ve derin yapılarında birikmesiyle retinal gangliyon hücre hasarını gözlemleyebileceğimiz yeni teknikler, erken tanıda yardımcı olabilecektir
Korneanın endotel hastalıklarında Descemet membran endotelyal keratoplasti (DMEK), hemiDMEK, çeyrek-DMEK, bölünmüş kornea nakli gibi yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan başka, alternatif tedavi biçimleri de hızla gelişmektedir. Yeni teknolojiler, endotelyal keratoplasti için bize çok sayıda potansiyel teknik olanağı sunmaktadır. Bu tekniklerden hangisinin seçileceğine; yaş, endotelyal hastalığın varlığı/yokluğu, tipi ve hastalığın boyutu göz önüne alınarak karar verilebilir. Periferik kornea endotelini koruyan hastalıklarda hemi/çeyrek-DMEK, Descemet membran endotel transferi (DMET), endotelyal keratoplastisiz Descemet soyma (DWEK), ROCK inhibitörleri veya DWEK ile kombinasyon halinde Rho-kinazlar (ROCK) inhibitörleri uygulanabilir. Periferik endoteli korumayan hastalıkların tedavisi, ROCK inhibitörü ile birlikte hücre tedavisi veya geleneksel nakil gibi hücre veya doku naklini içeren tekniklerle yapılabilir.5 Gelecekteki çalışmalar, korneanın endotel hastalıkları için yeni tedavilerin geliştirilmesini, iyileştirilmesini ve sınırlı donör doku bağımlılığını azaltmayı sağlayabileceklerdir
Yapay kornea uygulamaları ve kornea doku mühendisliği alanında yapay korneaların, özellikle geleneksel donör kornea transplantasyonunda kötü sonuç öngörülen zor ya da yüksek riskli olgulardaki dezavantajları bertaraf edebileceğini öngörebilmekteyiz. Yapay kornea üretiminde, steril, toksisite içermeyen ve istikrarlı ürünler elde edilmek üzeredir. Yapay kornealarda su birikiminin sınırlandırılabilmesi, hastalara, ödeme dirençli, böylece daha az ışık saçılmasını sağlayan yeni nakledilmiş kornea sağlayabilecektir.6 Yeni teknolojilerle desteklenen yapay kornea tasarımındaki ilerlemeler; yeni biyosentetik malzemeler ve yüzey kaplama tekniklerinin eklenmesiyle sürekli gelişen biyomateryal teknolojileri sayesinde mümkün olabilecektir
Kuru göz alanında, hasta uyumunu koruyan, kuru göz hastalığı tedavisine yardımcı olan oküler salınım-biyoyararlanım sistemleri geliştirmek en önemli hedeftir. Bu hedefe ulaşılması pek kolay değildi ve hâlen değildir. Teoride, ilaçların göze yöresel uygulanması, hastalığın tedavisi için en uygun olanıdır. Ne var ki, bu hastalarda gözyaşı filminin bütünlüğü verimsiz olup uzun süreli yöresel ilaç uygulanması oküler toksisiteye eğilimi artırmaktadır. Bundan dolayı, en uygun yöresel ilaç verilmesi, etkinlik ile güvenlik arasındaki dengeyle sağlanmak durumundadır. Pratikte, koruyucu içermeyen formüllerde, ilaç biyoyararlanımının yüksek ve kuru göz hastalığının altında yatan birçok nedene yönelik yöresel uygulama amacıyla oküler ilaç salınım sistemleri geliştirmek için çok yoğun çalışmalar yapılmaktadır.7 Bunlardan bazısı sağlık otoritesi tarafından onaylanarak tıbbi pazara sunulmuştur. Diğer taraftan, hâlen araştırma aşamasında bulunan ilaç salınım sistemleri üzerinde çalışılmaktadır. Böylece, ilaç ve tıbbi cihazlardan başka, yeni teknolojilerle desteklenmiş tıbbi işlem örnekleri de kuru göz hastalığı sağaltımına sunulmaya başlandı. 8 Bunların sayıları ve çeşitleri zaman içinde kesinlikle artacaktır.
Oftalmoloji alanı, YZ'nin gücünden yararlanmak için iyi bir konuma sahiptir.9 Oftalmolojide, diyabetik retinopati, glokom, yaşa bağlı makula dejenerasyonu ve prematüre retinopatisinin tespiti için YZ algoritmaları geliştirilmiştir. Özellikle, derin öğrenme (deep learning-DL) kullanan YZ güdümlü algoritmalar, optik sinir başı (OSB) değişikliklerine neden olan nörolojik hastalıkların oftalmik, nöro-oftalmik ve oftalmik olmayan ortamlarda (ör., nöroloji klinikleri) DL yanında klasik makine öğrenmesi (machine learning-ML) de kullanmaktadır. Bu çalışmaların çoğunda, nörooftalmik ortamlarda OSB anormalliklerini saptamak renkli fundus görüntülerine dayansa da, optik disk anormalliklerini değerlendirmek ve papilödemi optik disk druzeninden ayırt etmek için diğer görüntüleme yöntemlerinde (ör., OCT) DL kullanılmaktadır.10 Yine de, bu tür bir teknolojinin klinik uygulamaya rutin olarak dâhil edilmesinden önce, çoğunlukla ihtiyaç duyulan (ör., nörooftalmik uzmanların eksikliği) bakım standartlarına kıyasla, karar destek araçları olarak ML algoritmalarının faydasını doğrulamak için gerçek dünya veri kümeleri üzerinde daha ileri prospektif çalışmalara ihtiyaç vardır.
YZ tabanlı olarak yapılan tıbbi müdahaleler, çeşitli disiplinlerden, hastalardan ve düzenleyicilerden giderek daha fazla kabul görmektedir. YZ uygulamalarındaki artış, tele-nöroyu teşvik etmek için gömülü YZ teknolojilerine ve uzun mesafeli klinik araştırmalara/kendi kendine soruşturmalara (örneğin, görme alanı test uygulamaları, telefon tabanlı görüntüleme, elde taşınabilir görüntüleme cihazları) uygulanabilir bir sağlık bakım sistemi olarak oftalmoloji uygulamalarına izin veren teknolojik yeniliklerle tamamlanabilecektir.
Oküloplastik muayeneler büyük ölçüde göz çevresi ve yüz özelliklerinin değerlendirilmesine dayanır. Basit yüz fotoğrafları, eğitimli bir gözlemci veya yazılım algoritmaları aracılığıyla göz kapağı ölçümlerini elde etmek veya belirli vakalarda tanı ve tedavi önerileri sunmak için kullanılabilir. Tam yüz fotoğraflarıyla göz çevresindeki yapılardan elde edilen ölçümler, YZ yardımlı değerlendirmelerin öncülüğünü yapmıştır.11 YZ güdümlü açık kaynaklı bir yüz analiz sistemi olan OpenFace ile palpebral açıklık hesaplanmış ve hekimin yüz-yüze yaptığı değerlendirmelerle iyi düzeyde korelasyon sağladığı gözlenmiştir.12 Ancak, bu ölçümlerin bazı kısıtlılıkları vardır. Üst göz kapağı dinamik olup, herhangi bir anda hastanın istemli çabası, frontal kasın istemsiz kasılması ve başın konumlandırılması gibi birçok faktör üst göz kapağı yükseklik ölçümlerini etkileyebilir. Dahası, kamera flaşının konumu bile ışık refleksinin yerini değiştirerek üst göz kapağı kenarı-refleks mesafesi ölçümünde hataya neden olabilir. Üst göz kapağında dermatoşalazis varlığı, göz kapağı kenarının gerçek pozisyonunun belirlenmesinde güçlüklere yol açabilir
Son olarak YZ, robotik ve algoritmaların yaratacağı olası sosyal, hukuksal ve etik sorunlara değinmek isterim. YZ, çözülemeyen gerçek dünya tabanlı sorunları çözmek için yeterince güçlü yaklaşımlar, yöntemler ve teknikler kullanan etkili bir bilimdir. Bu günkü aşamada YZ, salt algoritmik ve analitik süreçlerin ötesinde bir aşamadadır. Kendi kendini yönetmekte ve kendini uyarlayan bilgisayar etkinliği gerçekleştirmektedir. Bilgi işleyen bir sistem olduğu için, bilgi işleyen her sistem gibi bu da zekâ üretir. Buna 'autopoiesis' denir; bu, biyolojik sistemler için, 1977 Nobel Kimya Ödülü sahibi Ilya Prigogine'in öne sürdüğü ters-entropi mekanizmasıdır. Bu mekanizma, bilgisayar sistemlerinin daha önce insan zekâsı ve araba kullanmak gibi yerinde muhakeme uygulaması gerektiren daha karmaşık görevleri yerine getirdiği durumlarda ortaya çıkar. Bazı durumlarda YZ, ML içerir; bu sayede bir algoritma, sınırlı veya hiç insan müdahalesi olmadan büyük miktarda veride, deneyim yoluyla yanıtlarını optimize eder.13
Otonom robotik sistemler vb. YZ tabanlı sistemler, özellikle son yıllarda askeri kullanım ve savaş bağlamında hızla yerini aldı. Bazı uygulamalar hâlen geliştirilme aşamasındayken, yarı otomatik insansız hava araçlarının ve güçlendirici ilaçların savaşta kullanılması belgelenmiş bir gerçektir.14 Makine etiği, makine tasarlamakla uğraşan birçok kişiye çeşitli zorlamaları dayatabilir.
YZ'nin yeni uygulamaları; daha etkili tıbbi bakım, daha güvenli endüstriler ve hizmetler için heyecan verici fırsatlar ve büyük ölçekte üretkenliği artırma şansı açabilir. Buna karşın, etikçilerin, YZ'nin geleceği ve bu tür zekânın yetenekleri ve hatta mevcut teknolojilerin ve gelecekteki nanoteknolojinin sonuçları nedeniyle feci sonuçlara yol açabilecek sorunların nasıl giderileceği konusunda endişelerini ifade etmelerinin birçok nedeni vardır.14,15
Bütün bu gelişmelerin; hem etik hem de tıbbi etik açısından zarar verme, mahremiyete, özerkliğe, kişisel verilerin korunmasına müdahale gibi biri ötekinden önemli, çok çeşitli açıdan öngörülemez vahamet ve şiddette olabilecek kaçınılmaz sosyal, etik ve hukuksal sonuçları olacaktır. Bu nedenle, geniş bir perspektifle adı geçen yönlerden de değerlendirilmeleri gerekir. Bu değerlendirmeler sonucunda gerekli düzenlemelerin yapılmasında geç kalınmamalıdır.
Prof. Dr. H. Kadircan KESKİNBORA
Editör
KAYNAKLAR
1. Emin Özmert, ARGUS II biyonik göz ameliyatlarının uluslararası konsültanı olarak seçildi. http://eminozmert.com/prof-dr-emin-ozmert-argus-ii-biyonik-goz-ameliyatlarinin-uluslararasi-konsulutani-olarak-secildi/ (Erişim tarihi: 02.09.2022).
2. Wang SK, Callaway NF, Wallenstein MB, Henderson MT, Leng T, Moshfeghi DM. SUNDROP: six years of screening for retinopathy of prematurity with telemedicine. Can J Ophthalmol. 2015;50(2):101-6. doi: 10.1016/j.jcjo.2014.11.005.
3. Afarid M, Sanie-Jahromi F. Potential neuroprotective biomolecules in ophthalmology. Int Ophthalmol. 2021;41(3):1103-9. doi: 10.1007/s10792-020-01634-8.
4. Bulut M, Kurtuluş F, Gözkaya O, Erol MK, Cengiz A, Akıdan M, et al. Evaluation of optical coherence tomography angiographic findings in Alzheimer's type dementia. Br J Ophthalmol. 2018;102(2):233-7. doi: 10.1136/bjophthalmol-2017-310476.
5. Kandemir B, Tutaş Günaydın N, Göktaş E, Tanyıldız B. Does Storage Time Affect the Outcomes of Split Corneal Transplantation to Reduce Corneal Donor Shortage' A Retrospective Study. Inquiry. 2021;58:469580211045846. doi: 10.1177/00469580211045846.
6. Holland G, Pandit A, Sánchez-Abella L, Haiek A, Loinaz I, Dupin D, et al. Artificial Cornea: Past, Current, and Future Directions. Front Med (Lausanne). 2021;8:770780. doi: 10.3389/fmed.2021.770780.
7. Mohamed HB, Abd El-Hamid BN, Fathalla D, Fouad EA. Current trends in pharmaceutical treatment of dry eye disease: A review. Eur J Pharm Sci. 2022;175:106206. doi: 10.1016/j.ejps.2022.106206.
8. Gökçe EH, Sandri G, Eğrilmez S, Bonferoni MC, Güneri T, Caramella C. Cyclosporine a-loaded solid lipid nanoparticles: ocular tolerance and in vivo drug release in rabbit eyes. Curr Eye Res. 2009;34(11):996-1003. doi: 10.3109/02713680903261405.
9. Hogarty DT, Mackey DA, Hewitt AW. Current state and future prospects of artificial intelligence in ophthalmology: a review. Clin Exp Ophthalmol. 2019;47(1):128-39. doi: 10.1111/ceo.13381.
10. Girard MJA, Panda SK, Tun TA, Wibroe EA, Najjar RP, Tin A, et al. 3D Structural Analysis of the Optic Nerve Head to Robustly Discriminate Between Papilledema and Optic Disc Drusen. ArXiv211209970 Cs Eess. Published December 18, 2021. Available from: http://arxiv.org/abs/2112.09970 (Erişim tarihi: 27.01.2022).
11. Bahçeci Şimşek İ, Şirolu C. Analysis of surgical outcome after upper eyelid surgery by computer vision algorithm using face and facial landmark detection. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2021;259(10):3119-3125. doi: 10.1007/s00417-021-05219-8.
12. Baltrusaitis T. OpenFace 2019. Available at https://github.com/TadasBaltrusaitis/OpenFace (Erişim tarihi: 09.10.2022).
13. Algorithms, Artificial Intelligence and the Law. The Sir Henry Brooke Lecture for BAIL-II Freshfields Bruckhaus Deringer. London Lord Sales, Justice of the UK Supreme Court 12 November 2019. Available at: https://www.bailii.org/bailii/lecture/06.pdf (Erişim tarihi: 29 Mart 2022).
14. Keskinbora KH. Medical ethics considerations on artificial intelligence. J Clin Neurosci. 2019;64:277-82. doi: 10.1016/j.jocn.2019.03.001.
15. Erdoğan G. Yapay Zekâ ve Hukukuna Genel Bir Bakış. Adalet Dergisi. 2021;66:117-92.
Upon the offer of being Guest Editor for the Traditional 'Special Topic' series of Türkiye Klinikleri, I proposed to examine the entry of artificial intelligence (AI), nanotechnology, biomaterials, genetic initiatives and similar new technologies into the field of ophthalmology as the main subject.
We have prepared a contentful book, with the authors who responded to my suggestion to write the current information, practices, technologies and possible developments.
I would like to give brief information to summarize our topics that examine future developments and probable innovations.
Tens of millions of people experience the problem of visual impairment, which develops as a result of various retinal diseases. Generally, only habilitation or rehabilitation services can be offered to this patient group. Some dystrophic or degenerative retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP), age-related macular degeneration (AMD), and choroideremia, etc. progress gradually starting from the outer retinal layers; however, the inner retinal layers can remain alive to varying degrees until the advanced stages of the disease. Genetic methods and stem cell researches continue to treat dystrophic or degenerative retinal diseases. Various visual prosthesis studies applied to different parts of the visual pathways are also carried out. The results of studies on RP and geographic atrophy in the advanced period are promising. These developments may bring a new perspective to the rehabilitation of people with low vision.
In order to be able to cure all blindness due to various reasons with a single approach, studies are being done on cortical implants in our country, where images are taken with a micro camera attached to glasses and stimulated the primary visual center in the occipital cortex, similar to the Argus II system.1 In our book, we will read the details of these studies.
Telemedicine is the practice of providing clinical support by using information and communication technologies for the improvement of the lives of people or communities at a distance. These applications were mostly applied in the evaluation of acute stroke in the field of Neurology. After the COVID-19 pandemic, using telemedicine applications use has increased rapidly in order to reduce face-to-face meetings. In the field of ophthalmology, it started to be used in the evaluation of retinopathy of prematurity and diabetic retinopathy. Due to the small number of ophthalmologists specializing in neuro-ophthalmology telemedicine was needed before the pandemic. It is used especially in patients with immobile or transportation problems in efferent system pathologies such as ocular myasthenia or nystagmus, in the evaluation of newly developing symptoms in follow-up patients, or in the follow-up of response to treatment.2
With new developments in neuro-ophthalmology, many neuroprotective molecules have been identified that may have a role in preventing progressive vision loss. They can be grouped into three groups according to their mechanism of action: neurotrophins, those that inhibit neuronal apoptosis, and those that lower intraocular pressure.3 Optical coherence tomography angiography (OCT-A) is an imaging method that has found widespread use in the diagnosis and follow-up of retinal vascular diseases. Decreased blood flow in gray and white matter in patients with Multiple Sclerosis is also consistent with these findings.4 New techniques by which we can observe retinal ganglion cell damage by the accumulation of beta-amyloid plaques, which play a major role in the formation of Alzheimer's disease and accumulate in the brain tissues and retina, in the superficial and deep structures of the retina, may help in early diagnosis.
Methods such as Descemet's membrane endothelial keratoplasty (DMEK), hemi-DMEK, quarter-DMEK, and split corneal transplantation have been developed in the endothelial diseases of the cornea. Apart from these alternative forms of treatment are also developing rapidly. New technologies offer us many potential technical possibilities for endothelial keratoplasty. Which of these techniques will be chosen can be decided by considering age, presence/absence of endothelial disease, and type and extent of disease. In diseases that preserve the peripheral corneal endothelium, hemi-/quarter-DMEK, Descemet Membrane Endothelial Transfer (DMET), Descemet peeling without endothelial keratoplasty (DWEK), ROCK inhibitors, or Rho-kinases (ROCK) inhibitors in combination with DWEK can be administered. Treatment of diseases that do not protect the peripheral endothelium can be done with techniques that include cell or tissue transplantation, such as cell therapy with a ROCK inhibitor or conventional transplantation.5 Future studies may enable the development and improvement of new treatments for corneal endothelial diseases and reduce dependence on limited donor tissues.
In the field of artificial corneal applications and corneal tissue engineering, we can predict that artificial corneas can eliminate the disadvantages in difficult or high-risk cases, especially in traditional donor corneal transplantation, where poor results are predicted. In the production of artificial corneas, sterile, non-toxic, and stable products are about to be obtained. Limiting the accumulation of water in artificial corneas would provide patients with a newly transplanted cornea that is resistant to edema, thus allowing less light scattering.6 Advances in artificial cornea design supported by new technologies; It will be possible thanks to the constantly developing biomaterial technologies with the addition of new biosynthetic materials and surface coating techniques.
In the dry eye field, the most important goal is to develop ocular release-bioavailability systems that maintain patient compliance and assist in the treatment of dry eye disease. This goal was not and still is not easy to achieve. In theory, the local application of drugs to the eye is most appropriate for the treatment of the disease. However, the integrity of the tear film is inefficient in these patients, and long-term topical drug administration increases the tendency for ocular toxicity. Therefore, the most appropriate local drug administration has to be provided with a balance between efficacy and safety. In practice, intensive studies are carried out to develop ocular drug delivery systems for local application in preservative-free formulas, with high drug bioavailability and for many underlying causes of dry eye disease.7 Some of them were approved by the health authority and presented to the medical market. On the other hand, drug delivery systems, which are still in the research phase, are being studied. Thus, in addition to drugs and medical devices, medical procedures supported by new technologies began to be offered for the treatment of Dry Eye Disease.8 Their number and variety will certainly increase over time.
The field of ophthalmology is well-placed to tap into the power of AI.9 In ophthalmology, AI algorithms have been developed for the detection of diabetic retinopathy, glaucoma, AMD, and retinopathy of prematurity. In particular, AI-driven algorithms using deep learning (DL) use classical machine learning (ML) as well as DL in ophthalmic, neuro-ophthalmic, and non-ophthalmic settings (eg., neurology clinics) of neurological diseases causing Optic Nerve Head (ONH) changes. Although most of these studies rely on color fundus images to detect ONH abnormalities in neuro-ophthalmic settings, other imaging modalities (eg., OCT) are used in DL to evaluate optic disc abnormalities and differentiate papilledema from optic disc drusen.10 Still, further prospective studies on real-world datasets are needed to validate the utility of ML algorithms as decision support tools compared to standards of care that are often needed (eg, lack of neuro-ophthalmic specialists) before such technology can be routinely incorporated into clinical practice.
AI-based medical interventions are gaining increasing acceptance from a variety of disciplines, patients, and regulators. The increase in applications of AI allows embedded AI technologies to promote tele-neuro and ophthalmology applications as a healthcare system that can be applied to long-distance clinical research/self-investigation (e.g. visual field testing applications, phone-based imaging, handheld imaging devices) would be complemented by innovations.
Oculoplastic examinations are largely based on the evaluation of the eye contour and facial features. Simple facial photographs can be used to obtain eyelid measurements or, in certain cases, to provide diagnosis and treatment recommendations, either by a trained observer or through software algorithms. Measurements of structures around the eyes with full-face photographs pioneered AI-assisted assessments.11 Palpebral aperture was calculated with OpenFace, an opensource AI-driven face analysis system, and it was observed that it correlated well with the physician's face-to-face evaluations.12 However, these measurements have some limitations. The upper eyelid is dynamic, and many factors such as the patient's voluntary effort, involuntary contraction of the frontal muscle, and positioning of the head at any given time can affect the upper eyelid height measurements. Moreover, even the position of the camera flash can displace the light reflex, causing an error in the measurement of the upper eyelid margin to reflex distance. The presence of dermatochalasis in the upper eyelid may cause difficulties in determining the true position of the eyelid margin.
Finally, I would like to mention possible social, legal, and ethical problems that AI, robotics, and algorithms will create. AI is an effective science that uses sufficiently powerful approaches, methods, and techniques to solve unsolvable real-world-based problems. At today's stage, AI is beyond pure algorithmic and analytical processes. It is self-directed and performs self-adaptive computer activity. Since it is an information-processing system, it produces intelligence like any information-processing system. This is called 'autopoiesis'; this is the reverse-entropy mechanism proposed by Ilya Prigogine, winner of the 1977 Nobel Prize in Chemistry. This mechanism occurs when computer systems previously performed more complex tasks that required human intelligence and the application of on-site reasoning, such as driving a car. In some cases, AI includes ML; whereby an algorithm optimizes its responses through experience in large volumes of data with limited or no human intervention.13,14
AI-based systems such as autonomous robotic systems have rapidly taken their place in the context of military use and warfare, especially in recent years. While some applications are still in development, the use of semi-automatic drones and boosters in combat is a documented fact.14 Machine ethics can impose a variety of constraints on many people involved in designing machines.
New applications of AI could open up exciting opportunities for more effective medical care, safer industries and services, and the chance to increase productivity at scale. However, there are many reasons why ethicists have expressed concern about the future of AI and how to address the problems that could have disastrous consequences due to the capabilities of this type of intelligence and even the consequences of current technologies and future nanotechnology.14,15
All these developments will have unavoidable social, ethical, and legal consequences, once more important than the other, unpredictable gravity and violence in a wide variety of ways, such as maleficence (harming), interfering with privacy, autonomy, and the protection of personal data. For this reason, they should also be evaluated from a broad perspective on the aforementioned aspects. As a result of these evaluations, it should not be late to make the necessary arrangements.
Prof. Dr. H. Kadircan KESKİNBORA
Editor
REFERENCES
1. Emin Özmert, ARGUS II biyonik göz ameliyatlarının uluslararası konsültanı olarak seçildi. http://eminozmert.com/prof-dr-emin-ozmert-argus-ii-biyonik-goz-ameliyatlarinin-uluslararasi-konsulutani-olarak-secildi/ (Erişim tarihi: 02.09.2022).
2. Wang SK, Callaway NF, Wallenstein MB, Henderson MT, Leng T, Moshfeghi DM. SUNDROP: six years of screening for retinopathy of prematurity with telemedicine. Can J Ophthalmol. 2015;50(2):101-6. doi: 10.1016/j.jcjo.2014.11.005.
3. Afarid M, Sanie-Jahromi F. Potential neuroprotective biomolecules in ophthalmology. Int Ophthalmol. 2021;41(3):1103-9. doi: 10.1007/s10792-020-01634-8.
4. Bulut M, Kurtuluş F, Gözkaya O, Erol MK, Cengiz A, Akıdan M, et al. Evaluation of optical coherence tomography angiographic findings in Alzheimer's type dementia. Br J Ophthalmol. 2018;102(2):233-7. doi: 10.1136/bjophthalmol-2017-310476.
5. Kandemir B, Tutaş Günaydın N, Göktaş E, Tanyıldız B. Does Storage Time Affect the Outcomes of Split Corneal Transplantation to Reduce Corneal Donor Shortage' A Retrospective Study. Inquiry. 2021;58:469580211045846. doi: 10.1177/00469580211045846.
6. Holland G, Pandit A, Sánchez-Abella L, Haiek A, Loinaz I, Dupin D, et al. Artificial Cornea: Past, Current, and Future Directions. Front Med (Lausanne). 2021;8:770780. doi: 10.3389/fmed.2021.770780.
7. Mohamed HB, Abd El-Hamid BN, Fathalla D, Fouad EA. Current trends in pharmaceutical treatment of dry eye disease: A review. Eur J Pharm Sci. 2022;175:106206. doi: 10.1016/j.ejps.2022.106206.
8. Gökçe EH, Sandri G, Eğrilmez S, Bonferoni MC, Güneri T, Caramella C. Cyclosporine a-loaded solid lipid nanoparticles: ocular tolerance and in vivo drug release in rabbit eyes. Curr Eye Res. 2009;34(11):996-1003. doi: 10.3109/02713680903261405.
9. Hogarty DT, Mackey DA, Hewitt AW. Current state and future prospects of artificial intelligence in ophthalmology: a review. Clin Exp Ophthalmol. 2019;47(1):128-39. doi: 10.1111/ceo.13381.
10. Girard MJA, Panda SK, Tun TA, Wibroe EA, Najjar RP, Tin A, et al. 3D Structural Analysis of the Optic Nerve Head to Robustly Discriminate Between Papilledema and Optic Disc Drusen. ArXiv211209970 Cs Eess. Published December 18, 2021. Available from: http://arxiv.org/abs/2112.09970 (Erişim tarihi: 27.01.2022).
11. Bahçeci Şimşek İ, Şirolu C. Analysis of surgical outcome after upper eyelid surgery by computer vision algorithm using face and facial landmark detection. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2021;259(10):3119-3125. doi: 10.1007/s00417-021-05219-8.
12. Baltrusaitis T. OpenFace 2019. Available at https://github.com/TadasBaltrusaitis/OpenFace (Erişim tarihi: 09.10.2022).
13. Algorithms, Artificial Intelligence and the Law. The Sir Henry Brooke Lecture for BAIL-II Freshfields Bruckhaus Deringer. London Lord Sales, Justice of the UK Supreme Court 12 November 2019. Available at: https://www.bailii.org/bailii/lecture/06.pdf (Erişim tarihi: 29 Mart 2022).
14. Keskinbora KH. Medical ethics considerations on artificial intelligence. J Clin Neurosci. 2019;64:277-82. doi: 10.1016/j.jocn.2019.03.001. 15. Erdoğan G. Yapay Zekâ ve Hukukuna Genel Bir Bakış. Adalet Dergisi. 2021;66:117-92.
We have prepared a contentful book, with the authors who responded to my suggestion to write the current information, practices, technologies and possible developments.
I would like to give brief information to summarize our topics that examine future developments and probable innovations.
Tens of millions of people experience the problem of visual impairment, which develops as a result of various retinal diseases. Generally, only habilitation or rehabilitation services can be offered to this patient group. Some dystrophic or degenerative retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP), age-related macular degeneration (AMD), and choroideremia, etc. progress gradually starting from the outer retinal layers; however, the inner retinal layers can remain alive to varying degrees until the advanced stages of the disease. Genetic methods and stem cell researches continue to treat dystrophic or degenerative retinal diseases. Various visual prosthesis studies applied to different parts of the visual pathways are also carried out. The results of studies on RP and geographic atrophy in the advanced period are promising. These developments may bring a new perspective to the rehabilitation of people with low vision.
In order to be able to cure all blindness due to various reasons with a single approach, studies are being done on cortical implants in our country, where images are taken with a micro camera attached to glasses and stimulated the primary visual center in the occipital cortex, similar to the Argus II system.1 In our book, we will read the details of these studies.
Telemedicine is the practice of providing clinical support by using information and communication technologies for the improvement of the lives of people or communities at a distance. These applications were mostly applied in the evaluation of acute stroke in the field of Neurology. After the COVID-19 pandemic, using telemedicine applications use has increased rapidly in order to reduce face-to-face meetings. In the field of ophthalmology, it started to be used in the evaluation of retinopathy of prematurity and diabetic retinopathy. Due to the small number of ophthalmologists specializing in neuro-ophthalmology telemedicine was needed before the pandemic. It is used especially in patients with immobile or transportation problems in efferent system pathologies such as ocular myasthenia or nystagmus, in the evaluation of newly developing symptoms in follow-up patients, or in the follow-up of response to treatment.2
With new developments in neuro-ophthalmology, many neuroprotective molecules have been identified that may have a role in preventing progressive vision loss. They can be grouped into three groups according to their mechanism of action: neurotrophins, those that inhibit neuronal apoptosis, and those that lower intraocular pressure.3 Optical coherence tomography angiography (OCT-A) is an imaging method that has found widespread use in the diagnosis and follow-up of retinal vascular diseases. Decreased blood flow in gray and white matter in patients with Multiple Sclerosis is also consistent with these findings.4 New techniques by which we can observe retinal ganglion cell damage by the accumulation of beta-amyloid plaques, which play a major role in the formation of Alzheimer's disease and accumulate in the brain tissues and retina, in the superficial and deep structures of the retina, may help in early diagnosis.
Methods such as Descemet's membrane endothelial keratoplasty (DMEK), hemi-DMEK, quarter-DMEK, and split corneal transplantation have been developed in the endothelial diseases of the cornea. Apart from these alternative forms of treatment are also developing rapidly. New technologies offer us many potential technical possibilities for endothelial keratoplasty. Which of these techniques will be chosen can be decided by considering age, presence/absence of endothelial disease, and type and extent of disease. In diseases that preserve the peripheral corneal endothelium, hemi-/quarter-DMEK, Descemet Membrane Endothelial Transfer (DMET), Descemet peeling without endothelial keratoplasty (DWEK), ROCK inhibitors, or Rho-kinases (ROCK) inhibitors in combination with DWEK can be administered. Treatment of diseases that do not protect the peripheral endothelium can be done with techniques that include cell or tissue transplantation, such as cell therapy with a ROCK inhibitor or conventional transplantation.5 Future studies may enable the development and improvement of new treatments for corneal endothelial diseases and reduce dependence on limited donor tissues.
In the field of artificial corneal applications and corneal tissue engineering, we can predict that artificial corneas can eliminate the disadvantages in difficult or high-risk cases, especially in traditional donor corneal transplantation, where poor results are predicted. In the production of artificial corneas, sterile, non-toxic, and stable products are about to be obtained. Limiting the accumulation of water in artificial corneas would provide patients with a newly transplanted cornea that is resistant to edema, thus allowing less light scattering.6 Advances in artificial cornea design supported by new technologies; It will be possible thanks to the constantly developing biomaterial technologies with the addition of new biosynthetic materials and surface coating techniques.
In the dry eye field, the most important goal is to develop ocular release-bioavailability systems that maintain patient compliance and assist in the treatment of dry eye disease. This goal was not and still is not easy to achieve. In theory, the local application of drugs to the eye is most appropriate for the treatment of the disease. However, the integrity of the tear film is inefficient in these patients, and long-term topical drug administration increases the tendency for ocular toxicity. Therefore, the most appropriate local drug administration has to be provided with a balance between efficacy and safety. In practice, intensive studies are carried out to develop ocular drug delivery systems for local application in preservative-free formulas, with high drug bioavailability and for many underlying causes of dry eye disease.7 Some of them were approved by the health authority and presented to the medical market. On the other hand, drug delivery systems, which are still in the research phase, are being studied. Thus, in addition to drugs and medical devices, medical procedures supported by new technologies began to be offered for the treatment of Dry Eye Disease.8 Their number and variety will certainly increase over time.
The field of ophthalmology is well-placed to tap into the power of AI.9 In ophthalmology, AI algorithms have been developed for the detection of diabetic retinopathy, glaucoma, AMD, and retinopathy of prematurity. In particular, AI-driven algorithms using deep learning (DL) use classical machine learning (ML) as well as DL in ophthalmic, neuro-ophthalmic, and non-ophthalmic settings (eg., neurology clinics) of neurological diseases causing Optic Nerve Head (ONH) changes. Although most of these studies rely on color fundus images to detect ONH abnormalities in neuro-ophthalmic settings, other imaging modalities (eg., OCT) are used in DL to evaluate optic disc abnormalities and differentiate papilledema from optic disc drusen.10 Still, further prospective studies on real-world datasets are needed to validate the utility of ML algorithms as decision support tools compared to standards of care that are often needed (eg, lack of neuro-ophthalmic specialists) before such technology can be routinely incorporated into clinical practice.
AI-based medical interventions are gaining increasing acceptance from a variety of disciplines, patients, and regulators. The increase in applications of AI allows embedded AI technologies to promote tele-neuro and ophthalmology applications as a healthcare system that can be applied to long-distance clinical research/self-investigation (e.g. visual field testing applications, phone-based imaging, handheld imaging devices) would be complemented by innovations.
Oculoplastic examinations are largely based on the evaluation of the eye contour and facial features. Simple facial photographs can be used to obtain eyelid measurements or, in certain cases, to provide diagnosis and treatment recommendations, either by a trained observer or through software algorithms. Measurements of structures around the eyes with full-face photographs pioneered AI-assisted assessments.11 Palpebral aperture was calculated with OpenFace, an opensource AI-driven face analysis system, and it was observed that it correlated well with the physician's face-to-face evaluations.12 However, these measurements have some limitations. The upper eyelid is dynamic, and many factors such as the patient's voluntary effort, involuntary contraction of the frontal muscle, and positioning of the head at any given time can affect the upper eyelid height measurements. Moreover, even the position of the camera flash can displace the light reflex, causing an error in the measurement of the upper eyelid margin to reflex distance. The presence of dermatochalasis in the upper eyelid may cause difficulties in determining the true position of the eyelid margin.
Finally, I would like to mention possible social, legal, and ethical problems that AI, robotics, and algorithms will create. AI is an effective science that uses sufficiently powerful approaches, methods, and techniques to solve unsolvable real-world-based problems. At today's stage, AI is beyond pure algorithmic and analytical processes. It is self-directed and performs self-adaptive computer activity. Since it is an information-processing system, it produces intelligence like any information-processing system. This is called 'autopoiesis'; this is the reverse-entropy mechanism proposed by Ilya Prigogine, winner of the 1977 Nobel Prize in Chemistry. This mechanism occurs when computer systems previously performed more complex tasks that required human intelligence and the application of on-site reasoning, such as driving a car. In some cases, AI includes ML; whereby an algorithm optimizes its responses through experience in large volumes of data with limited or no human intervention.13,14
AI-based systems such as autonomous robotic systems have rapidly taken their place in the context of military use and warfare, especially in recent years. While some applications are still in development, the use of semi-automatic drones and boosters in combat is a documented fact.14 Machine ethics can impose a variety of constraints on many people involved in designing machines.
New applications of AI could open up exciting opportunities for more effective medical care, safer industries and services, and the chance to increase productivity at scale. However, there are many reasons why ethicists have expressed concern about the future of AI and how to address the problems that could have disastrous consequences due to the capabilities of this type of intelligence and even the consequences of current technologies and future nanotechnology.14,15
All these developments will have unavoidable social, ethical, and legal consequences, once more important than the other, unpredictable gravity and violence in a wide variety of ways, such as maleficence (harming), interfering with privacy, autonomy, and the protection of personal data. For this reason, they should also be evaluated from a broad perspective on the aforementioned aspects. As a result of these evaluations, it should not be late to make the necessary arrangements.
Prof. Dr. H. Kadircan KESKİNBORA
Editor
REFERENCES
1. Emin Özmert, ARGUS II biyonik göz ameliyatlarının uluslararası konsültanı olarak seçildi. http://eminozmert.com/prof-dr-emin-ozmert-argus-ii-biyonik-goz-ameliyatlarinin-uluslararasi-konsulutani-olarak-secildi/ (Erişim tarihi: 02.09.2022).
2. Wang SK, Callaway NF, Wallenstein MB, Henderson MT, Leng T, Moshfeghi DM. SUNDROP: six years of screening for retinopathy of prematurity with telemedicine. Can J Ophthalmol. 2015;50(2):101-6. doi: 10.1016/j.jcjo.2014.11.005.
3. Afarid M, Sanie-Jahromi F. Potential neuroprotective biomolecules in ophthalmology. Int Ophthalmol. 2021;41(3):1103-9. doi: 10.1007/s10792-020-01634-8.
4. Bulut M, Kurtuluş F, Gözkaya O, Erol MK, Cengiz A, Akıdan M, et al. Evaluation of optical coherence tomography angiographic findings in Alzheimer's type dementia. Br J Ophthalmol. 2018;102(2):233-7. doi: 10.1136/bjophthalmol-2017-310476.
5. Kandemir B, Tutaş Günaydın N, Göktaş E, Tanyıldız B. Does Storage Time Affect the Outcomes of Split Corneal Transplantation to Reduce Corneal Donor Shortage' A Retrospective Study. Inquiry. 2021;58:469580211045846. doi: 10.1177/00469580211045846.
6. Holland G, Pandit A, Sánchez-Abella L, Haiek A, Loinaz I, Dupin D, et al. Artificial Cornea: Past, Current, and Future Directions. Front Med (Lausanne). 2021;8:770780. doi: 10.3389/fmed.2021.770780.
7. Mohamed HB, Abd El-Hamid BN, Fathalla D, Fouad EA. Current trends in pharmaceutical treatment of dry eye disease: A review. Eur J Pharm Sci. 2022;175:106206. doi: 10.1016/j.ejps.2022.106206.
8. Gökçe EH, Sandri G, Eğrilmez S, Bonferoni MC, Güneri T, Caramella C. Cyclosporine a-loaded solid lipid nanoparticles: ocular tolerance and in vivo drug release in rabbit eyes. Curr Eye Res. 2009;34(11):996-1003. doi: 10.3109/02713680903261405.
9. Hogarty DT, Mackey DA, Hewitt AW. Current state and future prospects of artificial intelligence in ophthalmology: a review. Clin Exp Ophthalmol. 2019;47(1):128-39. doi: 10.1111/ceo.13381.
10. Girard MJA, Panda SK, Tun TA, Wibroe EA, Najjar RP, Tin A, et al. 3D Structural Analysis of the Optic Nerve Head to Robustly Discriminate Between Papilledema and Optic Disc Drusen. ArXiv211209970 Cs Eess. Published December 18, 2021. Available from: http://arxiv.org/abs/2112.09970 (Erişim tarihi: 27.01.2022).
11. Bahçeci Şimşek İ, Şirolu C. Analysis of surgical outcome after upper eyelid surgery by computer vision algorithm using face and facial landmark detection. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2021;259(10):3119-3125. doi: 10.1007/s00417-021-05219-8.
12. Baltrusaitis T. OpenFace 2019. Available at https://github.com/TadasBaltrusaitis/OpenFace (Erişim tarihi: 09.10.2022).
13. Algorithms, Artificial Intelligence and the Law. The Sir Henry Brooke Lecture for BAIL-II Freshfields Bruckhaus Deringer. London Lord Sales, Justice of the UK Supreme Court 12 November 2019. Available at: https://www.bailii.org/bailii/lecture/06.pdf (Erişim tarihi: 29 Mart 2022).
14. Keskinbora KH. Medical ethics considerations on artificial intelligence. J Clin Neurosci. 2019;64:277-82. doi: 10.1016/j.jocn.2019.03.001. 15. Erdoğan G. Yapay Zekâ ve Hukukuna Genel Bir Bakış. Adalet Dergisi. 2021;66:117-92.
.: İşlem Listesi