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Using Deep Learning and Transfer Learning to Accurately Diagnose Early-Onset Glaucoma From Macular Optical Coherence Tomography Images - 25/01/19

Doi : 10.1016/j.ajo.2018.10.007 
Ryo Asaoka a, , Hiroshi Murata a, Kazunori Hirasawa e, f, Yuri Fujino a, Masato Matsuura a, e, Atsuya Miki g, Takashi Kanamoto h, Yoko Ikeda i, j, Kazuhiko Mori k, Aiko Iwase k, Nobuyuki Shoji f, Kenji Inoue b, Junkichi Yamagami c, Makoto Araie d
a Department of Ophthalmology, The University of Tokyo, Tokyo, Japan 
b Inouye Eye Hospital, Tokyo, Japan 
c JR Tokyo General Hospital, Tokyo, Japan 
d Kanto Central Hospital of the Mutual Aid Association of Public School Teachers, Tokyo, Japan 
e Moorfields Eye Hospital National Health Service Foundation Trust and University College London, Institute of Ophthalmology, London, United Kingdom 
f Department of Ophthalmology, School of Medicine, Kitasato University, Kanagawa, Japan 
g Department of Ophthalmology, Osaka University Graduate School of Medicine, Osaka, Japan 
h Department of Ophthalmology, Hiroshima Memorial Hospital, Hiroshima, Japan 
i Department of Ophthalmology, Kyoto Prefectural University of Medicine, Kyoto, Japan 
j Oike Ikeda Eye Clinic, Kyoto, Japan 
k Tajimi Iwase Eye Clinic, Tajimi, Japan 

Inquiries to Ryo Asaoka, Department of Ophthalmology, University of Tokyo Graduate School of Medicine, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8655 JapanDepartment of OphthalmologyUniversity of Tokyo Graduate School of Medicine7-3-1 Hongo, Bunkyo-kuTokyo113-8655Japan

Abstract

Purpose

We sought to construct and evaluate a deep learning (DL) model to diagnose early glaucoma from spectral-domain optical coherence tomography (OCT) images.

Design

Artificial intelligence diagnostic tool development, evaluation, and comparison.

Methods

This multi-institution study included pretraining data of 4316 OCT images (RS3000) from 1371 eyes with open angle glaucoma (OAG) regardless of the stage of glaucoma and 193 normal eyes. Training data included OCT-1000/2000 images from 94 eyes of 94 patients with early OAG (mean deviation > −5.0 dB) and 84 eyes of 84 normal subjects. Testing data included OCT-1000/2000 from 114 eyes of 114 patients with early OAG (mean deviation > −5.0 dB) and 82 eyes of 82 normal subjects. A DL (convolutional neural network) classifier was trained using a pretraining dataset, followed by a second round of training using an independent training dataset. The DL model input features were the 8 × 8 grid macular retinal nerve fiber layer thickness and ganglion cell complex layer thickness from spectral-domain OCT. Diagnostic accuracy was investigated in the testing dataset. For comparison, diagnostic accuracy was also evaluated using the random forests and support vector machine models. The primary outcome measure was the area under the receiver operating characteristic curve (AROC).

Results

The AROC with the DL model was 93.7%. The AROC significantly decreased to between 76.6% and 78.8% without the pretraining process. Significantly smaller AROCs were obtained with random forests and support vector machine models (82.0% and 67.4%, respectively).

Conclusion

A DL model for glaucoma using spectral-domain OCT offers a substantive increase in diagnostic performance.

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P. 136-145 - février 2019 Retour au numéro
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