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Human Versus Machine: Comparing a Deep Learning Algorithm to Human Gradings for Detecting Glaucoma on Fundus Photographs - 10/03/20

Doi : 10.1016/j.ajo.2019.11.006 
Alessandro A. Jammal a, c, Atalie C. Thompson a, Eduardo B. Mariottoni a, Samuel I. Berchuck a, b, Carla N. Urata a, Tais Estrela a, Susan M. Wakil a, Vital P. Costa c, Felipe A. Medeiros a,
a Vision, Imaging and Performance Laboratory (VIP), Duke Eye Center and Department of Ophthalmology, Duke University, Durham, North Carolina, USA 
b Department of Statistical Science and Forge, Duke University, Durham, North Carolina, USA 
c Department of Ophthalmology, State University of Campinas, Campinas, Brazil 

Inquiries to Felipe A. Medeiros, Duke Eye Center, Department of Ophthalmology, Duke University, 2351 Erwin Rd, Durham, NC 27705, USADuke Eye CenterDepartment of OphthalmologyDuke University2351 Erwin RdDurhamNC27705USA

Abstract

Purpose

To compare the diagnostic performance of human gradings vs predictions provided by a machine-to-machine (M2M) deep learning (DL) algorithm trained to quantify retinal nerve fiber layer (RNFL) damage on fundus photographs.

Design

Evaluation of a machine learning algorithm.

Methods

An M2M DL algorithm trained with RNFL thickness parameters from spectral-domain optical coherence tomography was applied to a subset of 490 fundus photos of 490 eyes of 370 subjects graded by 2 glaucoma specialists for the probability of glaucomatous optical neuropathy (GON), and estimates of cup-to-disc (C/D) ratios. Spearman correlations with standard automated perimetry (SAP) global indices were compared between the human gradings vs the M2M DL–predicted RNFL thickness values. The area under the receiver operating characteristic curves (AUC) and partial AUC for the region of clinically meaningful specificity (85%-100%) were used to compare the ability of each output to discriminate eyes with repeatable glaucomatous SAP defects vs eyes with normal fields.

Results

The M2M DL–predicted RNFL thickness had a significantly stronger absolute correlation with SAP mean deviation (rho=0.54) than the probability of GON given by human graders (rho=0.48; P < .001). The partial AUC for the M2M DL algorithm was significantly higher than that for the probability of GON by human graders (partial AUC = 0.529 vs 0.411, respectively; P = .016).

Conclusion

An M2M DL algorithm performed as well as, if not better than, human graders at detecting eyes with repeatable glaucomatous visual field loss. This DL algorithm could potentially replace human graders in population screening efforts for glaucoma.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 211

P. 123-131 - mars 2020 Retour au numéro
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  • Sidra Zafar, Krisztian Sebestyen, Zaid Qureshi, Oliver Schein, Pamela Johnson, Divya Srikumaran, Fasika A. Woreta
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  • Characteristics of Ophthalmology Trials Registered in ClinicalTrials.gov, 2007-2018
  • Brandon Turner, Nitya Rajeshuni, Elaine M. Tran, Cassie A. Ludwig, Zujaja Tauqeer, Brannon Weeks, Benyam Kinde, Suzann Pershing

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