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Prediction of Visual Field Progression with Baseline and Longitudinal Structural Measurements Using Deep Learning - 16/05/24

Doi : 10.1016/j.ajo.2024.02.007 
Vahid Mohammadzadeh 1, Sean Wu 2, Sajad Besharati 1, Tyler Davis 3, Arvind Vepa 3, Esteban Morales 1, Kiumars Edalati 1, Mahshad Rafiee 1, Arthur Martinyan 1, David Zhang 1, Fabien Scalzo 2, 3, Joseph Caprioli 1, Kouros Nouri-Mahdavi 1,
1 From the Glaucoma Division, Stein Eye Institute, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles (V.M., S.B., E.M., K.E., M.R., A.M., D.Z., J.C., K.N.-M.), Los Angeles, California, USA 
2 Department of Computer Science, Pepperdine University (S.W., F.S.), Malibu, California, USA 
3 Department of Computer Science, University of California Los Angeles (T.D., A.V., F.S.), Los Angeles, California, USA 

Inquiries to Kouros Nouri-Mahdavi, 100 Stein Plaza, Los Angeles, California, 90095, USA100 Stein PlazaLos AngelesCalifornia90095USA

Résumé

Purpose

Identifying glaucoma patients at high risk of progression based on widely available structural data is an unmet task in clinical practice. We test the hypothesis that baseline or serial structural measures can predict visual field (VF) progression with deep learning (DL).

Design

Development of a DL algorithm to predict VF progression.

Methods

3,079 eyes (1,765 patients) with various types of glaucoma and ≥5 VFs, and ≥3 years of follow-up from a tertiary academic center were included. Serial VF mean deviation (MD) rates of change were estimated with linear-regression. VF progression was defined as negative MD slope with p<0.05. A Siamese Neural Network with ResNet-152 backbone pre-trained on ImageNet was designed to predict VF progression using serial optic-disc photographs (ODP), and baseline retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness. We tested the model on a separate dataset (427 eyes) with RNFL data from different OCT. The Main Outcome Measure was Area under ROC curve (AUC).

Results

Baseline average (SD) MD was 3.4 (4.9)dB. VF progression was detected in 900 eyes (29%). AUC (95% CI) for model incorporating baseline ODP and RNFL thickness was 0.813 (0.757-0.869). After adding the second and third ODPs, AUC increased to 0.860 and 0.894, respectively (p<0.027). This model also had highest AUC (0.911) for predicting fast progression (MD rate <1.0 dB/year). Model's performance was similar when applied to second dataset using RNFL data from another OCT device (AUC=0.893; 0.837-0.948).

Conclusions

DL model predicted VF progression with clinically relevant accuracy using baseline RNFL thickness and serial ODPs and can be implemented as a clinical tool after further validation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Plan


 Supplemental Material available at AJO.com.
 Meeting Presentation: Presented as a poster at the Annual Meeting of the Association of Research in Vision and Ophthalmology (ARVO), April 22-26, 2023 (New Orleans, LA).


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Vol 262

P. 141-152 - juin 2024 Retour au numéro
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