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深度学习模型预测青光眼光学相干断层扫描测量的中央 10°视野。

Deep learning model to predict visual field in central 10° from optical coherence tomography measurement in glaucoma.

机构信息

Department of Ophthalmology, The University of Tokyo, Tokyo, Japan.

Department of Ophthalmology, University of Tokyo Graduate School of Medicine, Tokyo, Japan

出版信息

Br J Ophthalmol. 2021 Apr;105(4):507-513. doi: 10.1136/bjophthalmol-2019-315600. Epub 2020 Jun 27.

Abstract

BACKGROUND/AIM: To train and validate the prediction performance of the deep learning (DL) model to predict visual field (VF) in central 10° from spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT).

METHODS

This multicentre, cross-sectional study included paired Humphrey field analyser (HFA) 10-2 VF and SD-OCT measurements from 591 eyes of 347 patients with open-angle glaucoma (OAG) or normal subjects for the training data set. We trained a convolutional neural network (CNN) for predicting VF threshold (TH) sensitivity values from the thickness of the three macular layers: retinal nerve fibre layer, ganglion cell layer+inner plexiform layer and outer segment+retinal pigment epithelium. We implemented pattern-based regularisation on top of CNN to avoid overfitting. Using an external testing data set of 160 eyes of 131 patients with OAG, the prediction performance (absolute error (AE) and R between predicted and actual TH values) was calculated for (1) mean TH in whole VF and (2) each TH of 68 points. For comparison, we trained support vector machine (SVM) and multiple linear regression (MLR).

RESULTS

AE of whole VF with CNN was 2.84±2.98 (mean±SD) dB, significantly smaller than those with SVM (5.65±5.12 dB) and MLR (6.96±5.38 dB) (all, p<0.001). Mean of point-wise mean AE with CNN was 5.47±3.05 dB, significantly smaller than those with SVM (7.96±4.63 dB) and MLR (11.71±4.15 dB) (all, p<0.001). R with CNN was 0.74 for the mean TH of whole VF, and 0.44±0.24 for the overall 68 points.

CONCLUSION

DL model showed considerably accurate prediction of HFA 10-2 VF from SD-OCT.

摘要

背景/目的:利用深度学习(DL)模型,从光谱域光相干断层扫描(SD-OCT)中预测中央 10°的视野(VF)。

方法

本多中心、横断面研究纳入了 347 名开角型青光眼(OAG)患者或正常受试者的 591 只眼,这些患者的 Humphrey 视野分析仪(HFA)10-2VF 和 SD-OCT 测量结果用于训练数据集。我们训练了一个卷积神经网络(CNN),从三个黄斑层的厚度预测 VF 阈值(TH)敏感值:神经纤维层、节细胞层+内丛状层和外节+视网膜色素上皮。我们在 CNN 之上实施了基于模式的正则化,以避免过度拟合。使用来自 131 名 OAG 患者的 160 只眼的外部测试数据集,计算了预测性能(整个 VF 的平均 TH 的绝对误差(AE)和预测与实际 TH 值之间的 R)(1)和(2)分别为 68 个点的每个 TH。为了比较,我们还训练了支持向量机(SVM)和多元线性回归(MLR)。

结果

CNN 对整个 VF 的 AE 为 2.84±2.98(平均值±标准差)dB,明显小于 SVM(5.65±5.12 dB)和 MLR(6.96±5.38 dB)(均 p<0.001)。CNN 的点平均 AE 的平均值为 5.47±3.05 dB,明显小于 SVM(7.96±4.63 dB)和 MLR(11.71±4.15 dB)(均 p<0.001)。CNN 对整个 VF 的平均 TH 的 R 为 0.74,对整个 68 个点的 R 为 0.44±0.24。

结论

DL 模型对 SD-OCT 中的 HFA 10-2VF 进行了相当准确的预测。

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