一种基于多标签转换器的深度学习方法,用于预测焦点视野进展。

A multi-label transformer-based deep learning approach to predict focal visual field progression.

机构信息

Institute of Hospital and Health Care Administration, National Yang Ming Chiao Tung University, Taipei, Taiwan.

Department of Computer Science, National Yang Ming Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan.

出版信息

Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2024 Jul;262(7):2227-2235. doi: 10.1007/s00417-024-06393-1. Epub 2024 Feb 9.

Abstract

PURPOSE

Tracking functional changes in visual fields (VFs) through standard automated perimetry remains a clinical standard for glaucoma diagnosis. This study aims to develop and evaluate a deep learning (DL) model to predict regional VF progression, which has not been explored in prior studies.

METHODS

The study included 2430 eyes of 1283 patients with four or more consecutive VF examinations from the baseline. A multi-label transformer-based network (MTN) using longitudinal VF data was developed to predict progression in six VF regions mapped to the optic disc. Progression was defined using the mean deviation (MD) slope and calculated for all six VF regions, referred to as clusters. Separate MTN models, trained for focal progression detection and forecasting on various numbers of VFs as model input, were tested on a held-out test set.

RESULTS

The MTNs overall demonstrated excellent macro-average AUCs above 0.884 in detecting focal VF progression given five or more VFs. With a minimum of 6 VFs, the model demonstrated superior and more stable overall and per-cluster performance, compared to 5 VFs. The MTN given 6 VFs achieved a macro-average AUC of 0.848 for forecasting progression across 8 VF tests. The MTN also achieved excellent performance (AUCs ≥ 0.86, 1.0 sensitivity, and specificity ≥ 0.70) in four out of six clusters for the eyes already with severe VF loss (baseline MD ≤  - 12 dB).

CONCLUSION

The high prediction accuracy suggested that multi-label DL networks trained with longitudinal VF results may assist in identifying and forecasting progression in VF regions.

摘要

目的

通过标准的自动化视野计(VF)跟踪视野(VF)的功能变化仍然是青光眼诊断的临床标准。本研究旨在开发和评估一种深度学习(DL)模型,以预测区域 VF 进展,这在以前的研究中尚未探索过。

方法

该研究纳入了来自基线的 1283 名患者的 2430 只眼,这些患者进行了 4 次或更多次连续的 VF 检查。使用基于纵向 VF 数据的多标签转换器网络(MTN)来预测六个映射到视盘的 VF 区域的进展。使用平均偏差(MD)斜率来定义进展,并计算所有六个 VF 区域的进展,称为集群。针对各种数量的 VF 作为模型输入,对用于检测焦点进展和预测的分离 MTN 模型进行测试,这些模型作为测试集的保留集进行测试。

结果

总体而言,在使用 5 次或更多次 VF 检测到焦点 VF 进展时,MTN 的宏观平均 AUC 超过 0.884。与 5 次 VF 相比,使用至少 6 次 VF 时,模型的整体和每个集群的性能都更优越且更稳定。MTN 在 6 次 VF 中达到了 0.848 的宏观平均 AUC,用于预测 8 次 VF 测试中的进展。MTN 在四个 VF 区域中的六个 VF 区域中的四个区域中也实现了出色的性能(AUCs≥0.86,1.0 灵敏度和特异性≥0.70),这些区域已经有严重的 VF 损失(基线 MD≤-12 dB)。

结论

高预测精度表明,使用纵向 VF 结果训练的多标签 DL 网络可能有助于识别和预测 VF 区域的进展。

文献AI研究员

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