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Using Kalman Filtering to Forecast Disease Trajectory for Patients With Normal Tension Glaucoma - 21/02/19

Doi : 10.1016/j.ajo.2018.10.012 
Gian-Gabriel P. Garcia a, Koji Nitta e, f, Mariel S. Lavieri a, Chris Andrews b, c, Xiang Liu a, Elizabeth Lobaza a, Mark P. Van Oyen a, Kazuhisa Sugiyama f, Joshua D. Stein b, c, d,
a Department of Industrial and Operations Engineering, University of Michigan College of Engineering, Ann Arbor, Michigan, USA 
b Department of Ophthalmology and Visual Sciences, University of Michigan Medical School, Ann Arbor, Michigan, USA 
c Center for Eye Policy and Innovation, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA 
d Department of Health Management and Policy, University of Michigan School of Public Health, Ann Arbor, Michigan, USA 
e Fukui-ken Saiseikai Hospital, Fukui, Japan 
f Kanazawa University Graduate School of Medical Science, Kanazawa, Japan 

Inquiries to Joshua D. Stein, University of Michigan, Department of Ophthalmology and Visual Sciences, W. K. Kellogg Eye Center, 1000 Wall St, Ann Arbor, MI 48105, USAUniversity of MichiganDepartment of Ophthalmology and Visual SciencesW. K. Kellogg Eye Center1000 Wall StAnn ArborMI48105USA

Abstract

Purpose

To determine whether a machine learning technique called Kalman filtering (KF) can accurately forecast future values of mean deviation (MD), pattern standard deviation, and intraocular pressure for patients with normal tension glaucoma (NTG).

Design

Development and testing of a forecasting model for glaucoma progression.

Methods

We parameterized and validated a KF (KF-NTG) to forecast MD, pattern standard deviation, and intraocular pressure at 24 months into the future using 263 eyes of 263 Japanese patients with NTG. We determined the proportion of patients with MD forecasts within 0.5, 1.0, and 2.5 dBs of the actual values and calculated the root mean squared error (RMSE) for each forecast. We compared KF-NTG with a previously published KF model calibrated using patients with high-tension open-angle glaucoma (KF-HTG) and to 3 conventional forecasting algorithms.

Results

The 263 patients with NTG had mean ± standard deviation age of 63.4 ± 10.5 years. KF-NTG forecasted MD values 24 months ahead within 0.5, 1.0, and 2.5 dBs of the actual value for 78 eyes (32.2%), 122 eyes (50.4%), and 211 eyes (87.2%), respectively. The proportion of eyes with MD values forecasted within 2.5 dB of the actual value for the KF-NTG (87.2%) were similar to KF-HTG (86.0%) and the null model (86.4%), and much better than the 2 linear regression–based models (72.7-74.0%; P < .001). When forecasting MD, KF-NTG (RMSE = 2.71) and KF-HTG (RMSE = 2.68) achieved lower RMSE than the other 3 forecasting models (RMSE = 2.81-3.90), indicating better performance.

Conclusion

As observed previously for patients with HTG, KF can also effectively forecast disease trajectory for many patients with NTG.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Kalman filtering, from machine learning, accurately predicts NTG disease trajectory.
Kalman filtering outperformed standard forecasting methods like linear regression.
Kalman filtering predicted MD within 1 dB of the actual value for >50% of patients.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 199

P. 111-119 - mars 2019 Retour au numéro
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  • Prevalence of Normal-Tension Glaucoma in the Chinese Population: A Systematic Review and Meta-Analysis
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