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Predicting the Glaucomatous Central 10-Degree Visual Field From Optical Coherence Tomography Using Deep Learning and Tensor Regression - 21/09/20

Doi : 10.1016/j.ajo.2020.04.037 
Linchuan Xu a, Ryo Asaoka b, c, d, , Taichi Kiwaki a, Hiroshi Murata b, Yuri Fujino b, c, d, e, Masato Matsuura b, e, Yohei Hashimoto b, Shotaro Asano b, Atsuya Miki f, Kazuhiko Mori g, Yoko Ikeda g, h, Takashi Kanamoto i, Junkichi Yamagami j, Kenji Inoue k, Masaki Tanito l, Kenji Yamanishi a
a Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo, Tokyo, Japan 
b Department of Ophthalmology, The University of Tokyo, Tokyo, Japan 
c Department of Ophthalmology, Seirei Hamamatsu General Hospital, Shizuoka, Hamamatsu, Japan 
d Seirei Christopher University, Shizuoka, Hamamatsu, Japan 
e Department of Ophthalmology, School of Medicine, Kitasato University, Kanagawa, Japan 
f Department of Ophthalmology, Osaka University Graduate School of Medicine, Osaka, Japan 
g Department of Ophthalmology, Kyoto Prefectural University of Medicine, Kyoto, Japan 
h Oike-Ganka Ikeda Clinic, Kyoto, Japan 
i Hiroshima Memorial Hospital, Hiroshima, Japan 
j Department of Ophthalmology, JR General Hospital, Tokyo, Japan 
k Inouye Eye Hospital, Tokyo, Japan 
l Department of Ophthalmology, Shimane University Faculty of Medicine, Shimane, Japan 

Inquiries to Ryo Asaoka, Department of Ophthalmology, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8655 JapanDepartment of OphthalmologyThe University of Tokyo7-3-1 Hongo, Bunkyo-kuTokyo113-8655Japan

Abstract

Purpose

To predict the visual field (VF) of glaucoma patients within the central 10° from optical coherence tomography (OCT) measurements using deep learning and tensor regression.

Design

Cross-sectional study.

Methods

Humphrey 10-2 VFs and OCT measurements were carried out in 505 eyes of 304 glaucoma patients and 86 eyes of 43 normal subjects. VF sensitivity at each test point was predicted from OCT-measured thicknesses of macular ganglion cell layer + inner plexiform layer, retinal nerve fiber layer, and outer segment + retinal pigment epithelium. Two convolutional neural network (CNN) models were generated: (1) CNN-PR, which simply connects the output of the CNN to each VF test point; and (2) CNN-TR, which connects the output of the CNN to each VF test point using tensor regression. Prediction performance was assessed using 5-fold cross-validation through the root mean squared error (RMSE). For comparison, RMSE values were also calculated using multiple linear regression (MLR) and support vector regression (SVR). In addition, the absolute prediction error for predicting mean sensitivity in the whole VF was analyzed.

Results

RMSE with the CNN-TR model averaged 6.32 ± 3.76 (mean ± standard deviation) dB. Significantly (P < .05) larger RMSEs were obtained with other models: CNN-PR (6.76 ± 3.86 dB), SVR (7.18 ± 3.87 dB), and MLR (8.56 ± 3.69 dB). The absolute mean prediction error for the whole VF was 2.72 ± 2.60 dB with the CNN-TR model.

Conclusion

The Humphrey 10-2 VF can be predicted from OCT-measured retinal layer thicknesses using deep learning and tensor regression.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 218

P. 304-313 - octobre 2020 Retour au numéro
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