Purpose: The optic nerve head (ONH) undergoes complex and deep 3D morphological changes during the development and progression of glaucoma. Optical coherence tomography (OCT) is the current gold standard to visualize and quantify these changes, however the resulting 3D deep-tissue information has not yet been fully exploited for the diagnosis and prognosis of glaucoma. To this end, we aimed: (1) To compare the performance of two relatively recent geometric deep learning techniques in diagnosing glaucoma from a single OCT scan of the ONH; and (2) To identify the 3D structural features of the ONH that are critical for the diagnosis of glaucoma. Methods: In this study, we included a total of 2,247 non-glaucoma and 2,259 glaucoma scans from 1,725 subjects. All subjects had their ONHs imaged in 3D with Spectralis OCT. All OCT scans were automatically segmented using deep learning to identify major neural and connective tissues. Each ONH was then represented as a 3D point cloud. We used PointNet and dynamic graph convolutional neural network (DGCNN) to diagnose glaucoma from such 3D ONH point clouds and to identify the critical 3D structural features of the ONH for glaucoma diagnosis. Results: Both the DGCNN (AUC: 0.97$\pm$0.01) and PointNet (AUC: 0.95$\pm$0.02) were able to accurately detect glaucoma from 3D ONH point clouds. The critical points formed an hourglass pattern with most of them located in the inferior and superior quadrant of the ONH. Discussion: The diagnostic accuracy of both geometric deep learning approaches was excellent. Moreover, we were able to identify the critical 3D structural features of the ONH for glaucoma diagnosis that tremendously improved the transparency and interpretability of our method. Consequently, our approach may have strong potential to be used in clinical applications for the diagnosis and prognosis of a wide range of ophthalmic disorders.


翻译:目的: 光学神经头( ONH) 在光学光学光学诊断和进展期间, 经历了复杂和深3D的形态变化; 光学一致性成像仪(OCT) 是目前可视化和量化这些变化的金质标准, 然而,由此产生的3D深层信息尚未被充分用于对青光眼的诊断和剖析。 为此, 我们的目标是:(1) 将两个相对近期的深地球深度学习技术在诊断GLOH的单一OCT扫描中进行分解; (2) 确定对光学诊断至关重要的 ONH的3D结构结构特征。 光学上,我们总共包括了2,247个非GGLO和2,25个GLaumaa的特征。 所有对象都以3D和OCT为图像。 所有OCT的扫描都是自动分解的,通过深度学习来识别主要红心和连接的组织。 每个ONH值的直流值值值值值值 5, DNA为3ODF 。

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