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Intraocular Lens Power Calculation—Comparing Big Data Approaches to Established Formulas - 08/04/25

Doi : 10.1016/j.ajo.2025.02.010 
LIAM D. REDDEN a, BIRGIT GRUBAUER b, PETER HOFFMANN c, ACHIM LANGENBUCHER d, KAMRAN M. RIAZ a, DAMIEN GATINEL e, HELGA WAGNER b, JASCHA A. WENDELSTEIN d, f, g,
a From the Dean McGee Eye Institute, University of Oklahoma (L.D.R, K.M.R.), Oklahoma City, Oklahoma, USA. 
b Institute of medical statistics and biometry, Johannes Kepler University (B.G., H.W.), Linz, Austria. 
c Augen- und Lasertagesklinik Castrop Rauxel (P.H.), Germany. 
d Institute of Experimental Ophthalmology, Saarland University (A.L., J.A.W.), Homburg, Germany. 
e Department of Anterior Segment and Refractive Surgery, Rothschild Foundation Hospital (D.G.), Paris, France. 
f University Eye Hospital, Ludwig-Maximilians-University (J.A.W.), Munich, Germany. 
g Institut für Refraktive und Ophthalmo-Chirurgie (J.A.W.), Zurich, Switzerland. 

Inquiries to Jascha A. Wendelstein, University Eye Hospital, Ludwig-Maximilians-University, Munich, GermanyUniversity Eye HospitalLudwig-Maximilians-UniversityMunichGermany

HIGHLIGHTS

Regression splines outperform classical IOL formulas in predicting postoperative refraction.
Random forest regression shows overfitting, limiting its generalizability in IOL prediction.
Castrop formula demonstrates the best out-of-sample accuracy among traditional IOL formulas.
Regression models trained on a random dataset improve out-of-sample prediction accuracy.
Machine learning demonstrates potential for enhancing refractive outcomes.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Purpose

To evaluate the predictive performance of traditional intraocular lens (IOL) power calculation formulas (e.g., SRK/T, Haigis, Hoffer Q, and Holladay I) compared to advanced regression models, including classical linear models, regression splines, and random forest regression, in predicting postoperative refraction following cataract surgery.

Design

Retrospective, comparative analysis of IOL power calculations.

Subjects

The study included 886 eyes from 631 patients who underwent cataract surgery with monofocal aspherical IOL implantation.

Methods

Biometric measurements were obtained using optical biometry (IOLMaster 700), and postoperative refraction was assessed at least 4 weeks after surgery. Formula constants for 5 IOL formulas (SRK/T, Haigis, Hoffer Q, Holladay I and Castrop V1) were optimized using root mean squared error (RMSE). Regression models (classical linear model, regression splines, and random forest regression) were trained on 4 datasets categorized by axial length (AL); normal, short, long, and random. Model performance was assessed using mean absolute error (MAE), RMSE, and prediction error variance, for both in-sample and out-of-sample predictions.

Main Outcome Measures

The primary parameters measured were MAE, RMSE, and prediction error variance.

Results

Regression models outperformed traditional IOL formulas in in-sample prediction error. Overall, linear regression models performed similarly to traditional formulas with respect to out-of-sample prediction error. The lowest out-of-sample prediction error (MAE = 0.279, RMSE = 0.359) was achieved with a model where effects of some covariates (R2, AL, CCT) were modelled as nonlinear via regression splines. This model outperformed all traditional formulas, and the Castrop formula, which had the lowest errors among the formulas (MAE = 0.284, RMSE = 0.359). Random forest regression showed strong in-sample performance but poor out-of-sample generalizability due to overfitting.

Conclusions

Regression models which allow for nonlinear effects, e.g. based on regression splines, provide a promising alternative to traditional IOL formulas for predicting postoperative refraction. Linear regression and random forest regression models can reduce in-sample error, however, their clinical utility is currently limited by out-of-sample performance. Future work should focus on improving generalizability and integrating machine learning models into clinical practice to enhance refractive outcomes, especially for eyes with atypical anatomy.

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Plan


© 2025  Publié par Elsevier Masson SAS.
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Vol 273

P. 141-150 - mai 2025 Retour au numéro
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  • The Role of Intravitreal Chemotherapy as an Adjunctive Treatment for Retinoblastoma: A Systematic Review and Single-Arm Meta-Analysis
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