Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2791204C1 - Method for determining the optical power of an intraocular lens using an artificial neural network - Google Patents

Method for determining the optical power of an intraocular lens using an artificial neural network Download PDF

Info

Publication number
RU2791204C1
RU2791204C1 RU2021133515A RU2021133515A RU2791204C1 RU 2791204 C1 RU2791204 C1 RU 2791204C1 RU 2021133515 A RU2021133515 A RU 2021133515A RU 2021133515 A RU2021133515 A RU 2021133515A RU 2791204 C1 RU2791204 C1 RU 2791204C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
server
ann model
optical power
iol
value
Prior art date
Application number
RU2021133515A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Арзамасцев
Олег Львович Фабрикантов
Константин Константинович Сырых
Сергей Вячеславович Беликов
Original Assignee
федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2791204C1 publication Critical patent/RU2791204C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely, to ophthalmology, and can be used to calculate the optical power of an intraocular lens (IOL) using the capabilities of an artificial intelligence, namely, a mathematical model created by deep learning of an artificial neural network (ANN model). Initial empirical data are prepared on a server, compiling a table, followed by building a primary ANN model on the server and performing machine learning of the primary ANN model on the server. The parameters of the primary ANN model are then determined and tested for sensitivity. Significant input factors are determined, the table is transformed on the server with the columns thereof corresponding to insignificant input factors, as determined when setting the sensitivity threshold, being removed. A secondary ANN model is then built on the server, subjected to machine learning on the server, potentially followed by operating the ANN model by the user, entering the data of preoperative examination of patients on the computer display and obtaining the value of optical power of the IOL.
EFFECT: possibility of increasing the accuracy of calculating the optical power of the IOL due to the possibility of taking the additional input factors and the unsteadiness of input data into account.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно, к офтальмологии, и может быть использовано для расчета оптической силы интраокулярной линзы (ИОЛ) с использованием возможностей искусственного интеллекта, а именно, математической модели, полученной в результате глубокого обучения искусственной нейронной сети (ИНС-модели).The invention relates to medicine, namely to ophthalmology, and can be used to calculate the optical power of an intraocular lens (IOL) using the capabilities of artificial intelligence, namely, a mathematical model obtained as a result of deep learning of an artificial neural network (ANN model).

Точный предоперационный расчет оптической силы ИОЛ наряду с качественным выполнением операции обеспечивает высокий функциональный результат лечения патологии, соответствующий потребностям и желаниям конкретного пациента, а также техническим условиям проведения операции. В настоящее время для определения оптической силы ИОЛ используют различные формулы, наиболее известными из которых являются SRK II, SRK/T, Hoffer-Q, Holladay II, Haigis, Barrett (Балашевич Л.И. Результаты использования формулы С.Н. Федорова для расчета силы заднекамерных интраокулярных линз / Л.И. Балашевич, Е.В. Даниленко // Офтальмохирургия. - 2011. - №1. - С. 34-38.; Sanders D.R. Comparision of the SRK-2 formula and other second-generation formulas / D.R. Sanders, J. A. Retzlaff, M.C. Kraff // J. Cataract Refract. Surg.-1988.- Vol.14. - P. 136-141; Sanders D.R. Development of the SRK/T IOL power calculation formula / D.R. Sanders, J. A. Retzlaff, M.C. Kraff // J. Cataract Refract. Surg. - 1990. - Vol.16. - P. 333-340; Hoffer K. J. The Hoffer Q formula: a comparison of theoretic and regression formulas // J. Cataract Refract. Surg. -1993. - Vol.19. - P. 700-712).Accurate preoperative calculation of the optical power of the IOL, along with high-quality performance of the operation, ensures a high functional result of pathology treatment that meets the needs and desires of a particular patient, as well as the technical conditions for the operation. Currently, various formulas are used to determine the optical power of the IOL, the most famous of which are SRK II, SRK / T, Hoffer-Q, Holladay II, Haigis, Barrett (Balashevich L.I. Results of using the formula of S.N. Fedorov to calculate powers of posterior chamber intraocular lenses / L.I. Balashevich, E.V. Danilenko // Ophthalmosurgery. - 2011. - No. 1. - P. 34-38.; Sanders D.R. Comparision of the SRK-2 formula and other second-generation formulas / D.R. Sanders, J.A. Retzlaff, M.C. Kraff // J. Cataract Refract Surg.-1988.- Vol.14.- P. 136-141; Retzlaff, M.C. Kraff // J. Cataract Refract Surg - 1990 - Vol.16 - P. 333-340 Hoffer K. J. The Hoffer Q formula: a comparison of theoretic and regression formulas // J. Cataract Refract Surg -1993. - Vol. 19. - P. 700-712).

Однако процент средней относительной погрешности расчета ИОЛ для каждой из формул достаточно высокий (формула Haigis - 15,6%, формула Holladay - 13,4%, SRK - 11,7%, SRK T - 12,5% (Арзамасцев A.A. Оптимизация формул для расчета ИОЛ / А.А. Арзамасцев, О.Л. Фабрикантов, Н.А. Зенкова, Н.К. Белоусов // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. - 2016. - Т.21. - Вып.1 - С. 208-212)). Все формулы хорошо работают для "среднего пациента", но в недостаточной степени адекватны на границах диапазонов входных переменных. Другими их недостатками является невозможность учета нестационарности объекта и настройки при поступлении новых эмпирических данных, например, в случае их локализации, а также малое, явно недостаточное количество учитываемых входных факторов. Данные обстоятельства порождают большое число локальных поправок к этим формулам, их постоянную адаптацию и коррекцию (Першин К.Б. Алгоритм выбора формулы для расчета оптической силы ИОЛ при экстремальной миопии / К.Б. Першин, Н.Ф. Пашинова, А.Ю. Цыганков, С.Л. Легких // Точка зрения. Восток-Запад. - 2016. - №1. - С.64-67).However, the percentage of the average relative error of IOL calculation for each of the formulas is quite high (Haigis formula - 15.6%, Holladay formula - 13.4%, SRK - 11.7%, SRK T - 12.5% (Arzamastsev A.A. Optimization of formulas for / A. A. Arzamastsev, O. L. Fabrikantov, N. A. Zenkova, N. K. Belousov // Bulletin of the Tambov University. Series Natural and technical sciences. - 2016. - V.21. - Issue 1. - S. 208-212)). All formulas work well for the "average patient", but are not adequate enough at the boundaries of the ranges of input variables. Their other disadvantages are the impossibility of taking into account the non-stationarity of the object and adjustment when new empirical data arrives, for example, in the case of their localization, as well as a small, clearly insufficient number of input factors taken into account. These circumstances give rise to a large number of local corrections to these formulas, their constant adaptation and correction (Pershin K.B. Algorithm for choosing a formula for calculating the optical power of the IOL in extreme myopia / K.B. Pershin, N.F. Pashinova, A.Yu. Tsygankov, S.L. Lungs // Point of view. East-West. - 2016. - No. 1. - P. 64-67).

Вместе с этим в настоящее время активно развивается использование систем искусственного интеллекта на основе искусственных нейронных сетей, которые путем глубокого обучения с использованием значительных по объемам массивов эмпирических данных позволяют строить адекватные модели практически в любых предметных областях, в том числе биологии и медицине (Будума Н. Основы глубокого обучения. Создание алгоритмов для искусственного интеллекта следующего поколения / Н. Будума, Н. Локашо; пер. с англ. А. Коробейникова; (науч. Ред. А. Созыкин). - М.: Манн, Иванов и Фербер, 2020 - 304 с.). Кроме того, современные офтальмологические центры за последние десятилетия создали хранилища данных о пациентах, включающие десятки и сотни тысяч записей оцифрованных показателей.At the same time, the use of artificial intelligence systems based on artificial neural networks is being actively developed, which, through deep learning using significant arrays of empirical data, make it possible to build adequate models in almost any subject area, including biology and medicine (Buduma N. Fundamentals of Deep Learning: Creating Algorithms for the Next Generation of Artificial Intelligence / N. Buduma, N. Lokasho, translated from English by A. Korobeynikova (Scientific ed. A. Sozykin) - Moscow: Mann, Ivanov and Ferber, 2020 - 304 p.). In addition, modern ophthalmological centers over the past decades have created patient data repositories, including tens and hundreds of thousands of records of digitized indicators.

Известен способ машинного обучения для прогнозирования рефракции после операции по удалению катаракты (Yamauchi, Т. Use of a machine learning method in predicting refraction after cataract surgery / T. Yamauchi, T. Tabuchi, K. Takase, H. Masumoto // Journal of Clinical Medicine.- 2021, 10, P. 1103.), включающий использование машинного обучения для прогнозирования возникновения послеоперационной рефракции после удаления катаракты и сравнение точности полученной модели с формулами расчета оптической силы ИОЛ. Возникновение послеоперационной рефракции предсказывают с использованием общепринятых формул, SRK/T, Haigis, Holladay 1, Hoffer Q и Barrett Universal II formula (BU-II). Однако при сравнении точности полученной модели с известными формулами расчета ИОЛ статистически значимой разницы не наблюдалось, поскольку, возможно, в способе не использовались дополнительные входные параметры, а машинное обучение и метод наименьших квадратов, обычно используемый при параметрической идентификации формул, обычно приводят к сопоставимым результатам.A known method of machine learning for predicting refraction after cataract surgery (Yamauchi, T. Use of a machine learning method in predicting refraction after cataract surgery / T. Yamauchi, T. Tabuchi, K. Takase, H. Masumoto // Journal of Clinical Medicine.- 2021, 10, P. 1103.), including the use of machine learning to predict the occurrence of postoperative refraction after cataract removal and comparing the accuracy of the resulting model with formulas for calculating the optical power of the IOL. The occurrence of postoperative refraction is predicted using conventional formulas, SRK/T, Haigis, Holladay 1, Hoffer Q and Barrett Universal II formula (BU-II). However, when comparing the accuracy of the resulting model with the known formulas for calculating the IOL, no statistically significant difference was observed, since, perhaps, additional input parameters were not used in the method, and machine learning and the least squares method, usually used in the parametric identification of formulas, usually lead to comparable results.

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование расчета оптической силы ИОЛ за счет построения математической модели, учитывающей по сравнению с известными формулами большее число входных параметров для пациента, а также обладающей возможностью адаптации к локальным эмпирическим данным (в том числе и к вновь поступающим).The objective of the invention is to improve the calculation of the optical power of the IOL by constructing a mathematical model that takes into account, compared to the known formulas, a greater number of input parameters for the patient, and also has the ability to adapt to local empirical data (including new ones).

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в повышении точности расчета оптической силы ИОЛ за счет возможности учета дополнительных входных факторов и нестационарности приходящих данных.The technical result obtained by implementing the proposed invention is to increase the accuracy of calculating the optical power of the IOL due to the possibility of taking into account additional input factors and the non-stationarity of the incoming data.

Технический результат достигается тем, для реализации математической модели используется симулятор искусственной нейронной сети с возможностью построения ее архитектуры (конструктор структур) и встроенными алгоритмами глубокого машинного обучения модели (градиентные и безградиентные методы нелинейного программирования) на основе эмпирических данных, позволяющий пользователю выполнить точный расчет оптической силы ИОЛ.The technical result is achieved by the fact that for the implementation of the mathematical model, an artificial neural network simulator is used with the ability to build its architecture (structure designer) and built-in algorithms for deep machine learning of the model (gradient and non-gradient methods of nonlinear programming) based on empirical data, allowing the user to perform an accurate calculation of the optical power IOL.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

1. Выполняют подготовку исходных эмпирических данных. По результатам ранее проведенных успешных расчетов оптической силы ИОЛ составляют таблицу (базу данных) на сервере, столбцами являются входные факторы двух типов:1. Prepare the initial empirical data. Based on the results of previous successful calculations of the optical power of the IOL, a table (database) is compiled on the server, the columns are input factors of two types:

1) определяемые как результаты предоперационных измерений и анализов пациента;1) defined as the results of preoperative measurements and analyzes of the patient;

2) отражающие историю болезни пациента и выходной фактор - оптическая сила ИОЛ.2) reflecting the patient's medical history and the output factor - the optical power of the IOL.

Под успешными расчетами ИОЛ подразумеваются такие расчеты оптической силы ИОЛ, в которых расчетное (предоперационное) и нужное (послеоперационное) значения рефракции совпали. Число столбцов в таблице может быть несколько десятков, число записей (строк) таблицы должно быть несколько сотен (существенно больше, чем число связей математической модели). В противном случае модель не будет обладать генерализующими и предсказательными свойствами.Successful IOL calculations mean such calculations of the IOL optical power, in which the calculated (preoperative) and desired (postoperative) refraction values coincided. The number of columns in the table can be several tens, the number of records (rows) of the table should be several hundred (significantly more than the number of links of the mathematical model). Otherwise, the model will not have generalizing and predictive properties.

2. Осуществляют построение первичной ИНС-модели. Используя любой симулятор искусственной нейронной сети (имеется значительное количество онлайн симуляторов или встроенные средства, например, Python, MatLab и др.) создают на сервере искусственную нейронную сеть следующей простой архитектуры: число входов сети должно быть равно числу входных факторов таблицы, выходной фактор - только один - это оптическая сила ИОЛ; единственный скрытый слой ИНС-модели содержит лишь один линейный нейрон. Такая сеть (назовем ее - первичная ИНС-модель) не будет иметь хорошей прогностической способности, но по ней очень легко оценить значимость входных факторов, содержащихся в таблице.2. Carry out the construction of the primary ANN model. Using any artificial neural network simulator (there are a significant number of online simulators or built-in tools, for example, Python, MatLab, etc.), an artificial neural network is created on the server of the following simple architecture: the number of network inputs must be equal to the number of input factors of the table, the output factor is only one is the optical power of the IOL; the only hidden layer of the ANN model contains only one linear neuron. Such a network (let's call it the primary ANN model) will not have a good predictive ability, but it is very easy to evaluate the significance of the input factors contained in the table.

3. Проводят машинное обучение первичной ИНС-модели. Используя встроенные алгоритмы глубокого машинного обучения (градиентные и безградиентные методы нелинейного программирования), обучают на сервере первичную ИНС-модель до достижения минимального значения среднеквадратической ошибки, определяемой формулой:3. Carry out machine learning of the primary ANN model. Using the built-in algorithms of deep machine learning (gradient and non-gradient methods of non-linear programming), the primary ANN model is trained on the server until the minimum value of the mean square error is reached, determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где, N - число записей в таблице;

Figure 00000002
- табличное (точное) значение оптической силы ИОЛ в i-й стоке;
Figure 00000003
- значение оптической силы ИОЛ в i-й стоке, полученное расчетным путем по ИНС-модели при векторе ее параметров Р.where, N is the number of records in the table;
Figure 00000002
- tabular (exact) value of the optical power of the IOL in the i-th drain;
Figure 00000003
- the value of the optical power of the IOL in the i-th drain, obtained by calculation using the ANN model with the vector of its parameters Р.

4. Определяют параметры первичной ИНС-модели и оценивают их чувствительность. Определяют параметры обученной первичной ИНС-модели, которые представляют собой чувствительности выходной переменной (оптической силы ИОЛ) к входным факторам и соответствующие минимуму выражения (1). Эти параметры определяют по формуле:4. Determine the parameters of the primary ANN model and evaluate their sensitivity. The parameters of the trained primary ANN model are determined, which are the sensitivity of the output variable (optical power of the IOL) to the input factors and corresponding to the minimum of expression (1). These parameters are determined by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

Для ИНС-модели вектор параметров Р представляет собой коэффициенты синаптических связей нейронов. Далее по этим данным строят график чувствительности выходной величины к входным параметрам. Пример такого графика приведен на фиг.1, гдеFor the ANN model, the vector of parameters P is the coefficients of synaptic connections of neurons. Further, according to these data, a graph of the sensitivity of the output value to the input parameters is built. An example of such a graph is shown in figure 1, where

x1 - пол,x1 - floor,

х2- значение остроты зрения без коррекции до операции, дптр;x2 is the value of visual acuity without correction before surgery, diopters;

х3 - значение сферы (Sph) до операции, дптр;x3 - the value of the sphere (Sph) before the operation, diopters;

х4 - значение оптической силы цилиндра (Cyl) до операции, дптр;x4 - the value of the optical power of the cylinder (Cyl) before surgery, diopters;

х5 - значение оси цилиндрического наклона (Ах) до операции, град;x5 - the value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) before the operation, deg;

х6 - значение остроты зрения с коррекцией до операции, дптр;x6 - the value of visual acuity with correction before surgery, diopters;

х7 - значение сильного меридиана до операции, град;x7 - the value of the strong meridian before surgery, deg;

х8 - значение рефракции сильного меридиана до операции, дптр;x8 - refraction value of the strong meridian before surgery, diopters;

х9 - значение слабого меридиана до операции, град;x9 - the value of the weak meridian before the operation, deg;

х10 - значение рефракции слабого меридиана до операции, дптр;x10 - refraction value of the weak meridian before surgery, diopters;

x11 - значение рефракции сферы (Sph) до операции, дптр;x11 - refraction value of the sphere (Sph) before surgery, diopters;

х12 - значение рефракции оптической силы цилиндра (Cyl) до операции, дптр;x12 - the refraction value of the optical power of the cylinder (Cyl) before surgery, diopters;

х13 - значение рефракции оси цилиндрического наклона (Ах) до операции, дптр;x13 - the refraction value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) before surgery, diopters;

х14 - значение длины глаза оптической, мм;x14 - the value of the length of the optical eye, mm;

х15 - значение остроты зрения без коррекции после операции, дптр;x15 - the value of visual acuity without correction after surgery, diopters;

х16 - значение сферы (Sph) после операции, дптр;x16 - the value of the sphere (Sph) after the operation, diopters;

х17 - значение оптической силы цилиндра (Cyl) после операции, дптр;x17 - the value of the optical power of the cylinder (Cyl) after surgery, diopters;

х18 - значение оси цилиндрического наклона (Ах) после операции, град;x18 - the value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) after the operation, deg;

х19 - значение остроты зрения с коррекцией после операции, дптр;x19 - the value of visual acuity with correction after surgery, diopters;

х20 - значение сильного меридиана после, град;x20 - the value of the strong meridian after, deg;

х21 - значение рефракции сильного меридиана после операции, дптр;x21 - refraction value of the strong meridian after surgery, diopters;

х22 - значение слабого меридиана после операции, град;x22 - the value of the weak meridian after the operation, deg;

х23 - значение рефракции слабого меридиана после операции, дптр;x23 - refraction value of the weak meridian after surgery, diopters;

х24 - значение рефракции сферы (Sph) после операции, дптр;x24 - the value of the refraction of the sphere (Sph) after surgery, diopters;

х25- значение рефракции оптической силы цилиндра (Cyl) после операции, дптр;x25 - the refraction value of the optical power of the cylinder (Cyl) after surgery, diopters;

х26 - значение рефракции оси цилиндрического наклона (Ах) после операции, дптр.x26 - the refraction value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) after the operation, diopters.

5. Определяют значимые входные факторы. Задавшись определенным допустимым уровнем чувствительности, отделяют значимые входные факторы, значения которых в дальнейшем будут использованы для построения вторичной ИНС-модели и незначимые, воздействие которых является фоновым, и которые не будут участвовать в построении вторичной ИНС-модели. Изменяя допустимый уровень чувствительности, возможна регулировка числа используемых входных факторов: это число будет максимально возможным при снижении уровня и приближаться к числу входных факторов, заданных классическими формулами при повышении уровня.5. Determine significant input factors. Given a certain acceptable level of sensitivity, significant input factors are separated, the values of which will later be used to build the secondary ANN model, and insignificant ones, the impact of which is background, and which will not participate in the construction of the secondary ANN model. By changing the allowable sensitivity level, it is possible to adjust the number of input factors used: this number will be the maximum possible with a decrease in the level and approach the number of input factors given by classical formulas with an increase in the level.

6. Преобразовывают на сервере таблицу, составленную на этапе 1. Удаляют из таблицы столбцы, соответствующие незначимым входным факторам, определенным при задании порога чувствительности на шаге 5.6. Transform on the server the table compiled in step 1. Delete from the table columns corresponding to insignificant input factors determined when setting the sensitivity threshold in step 5.

7. Выполняют на сервере построение вторичной ИНС-модели. Проводят наращивание числа нелинейных (например, параболического второго, третьего и т.д. порядка) нейронов в слое, а при необходимости и числа скрытых слоев, следуя алгоритму, основанному на двух феноменах обучения ИНС-моделей: 1-й - при наращивании числа нейронов в слое погрешность обучения модели сначала снижается, а затем стабилизируется на определенном уровне так, что дальнейшее увеличение их числа нецелесообразно; 2-й - при увеличении числа скрытых слоев ИНС-модели погрешность обучения сначала также снижается, но начиная с некоторого числа слоев ее снижение становится малым, так, что дальнейшее увеличение числа скрытых слоев нецелесообразно. При этом используют полносвязанный персептрон прямого распространения сигнала.7. Perform the construction of a secondary ANN model on the server. The number of non-linear (for example, parabolic second, third, etc. order) neurons in the layer is increased, and, if necessary, the number of hidden layers, following an algorithm based on two learning phenomena of ANN models: 1st - when increasing the number of neurons in the layer, the model training error first decreases and then stabilizes at a certain level so that a further increase in their number is inappropriate; 2nd - with an increase in the number of hidden layers of the ANN model, the learning error also first decreases, but starting from a certain number of layers, its decrease becomes small, so that a further increase in the number of hidden layers is impractical. In this case, a fully coupled perceptron of direct signal propagation is used.

8. Проводят глубокое машинное обучение вторичной ИНС-модели. Используя встроенные алгоритмы глубокого машинного обучения (градиентные и безградиентные методы нелинейного программирования) обучают на сервере вторичную ИНС-модель до достижения минимального значения среднеквадратической ошибки, определяемой формулой (1). При этом, если величина этой ошибки превышает допустимый (заданный пользователем) уровень, то осуществляют переход к шагу 7. Если величина ошибки меньше допустимого уровня, то ИНС-модель для предоперационного расчета оптической силы ИОЛ считают построенной. Однако эта модель может быть переучена и уточнена еще любое число раз, при поступлении и дополнении новых данных в исходную таблицу.8. Perform deep machine learning of the secondary ANN model. Using the built-in algorithms of deep machine learning (gradient and non-gradient methods of nonlinear programming), a secondary ANN model is trained on the server until the minimum value of the root-mean-square error, defined by formula (1), is reached. In this case, if the value of this error exceeds the allowable (user-specified) level, then go to step 7. If the error is less than the allowable level, then the ANN model for preoperative calculation of the optical power of the IOL is considered built. However, this model can be retrained and refined any number of times as new data arrives and is added to the original table.

9. Эксплуатация ИНС-модели. ИНС-модель, полученная на предыдущем шаге, представляет собой математическую модель для определения оптической силы ИОЛ, реализованную с использованием методов глубокого машинного обучения искусственной нейронной сети. Для расчета оптической силы ИОЛ с использованием данной ИНС-модели пациенту проводят диагностическое офтальмологическое обследование, по результатам которого используют следующие параметры: пол, значение остроты зрения без коррекции до операции, дптр; значение сферы (Sph) до операции, дптр; значение оптической силы цилиндра (Cyl) до операции, дптр; значение оси цилиндрического наклона (Ах) до операции, град; значение остроты зрения с коррекцией до операции, дптр; значение сильного меридиана до операции, град; значение рефракции сильного меридиана до операции, дптр; значение слабого меридиана до операции, град; значение рефракции слабого меридиана до операции, дптр; значение рефракции сферы (Sph) до операции, дптр; значение рефракции оптической силы цилиндра (Cyl) до операции, дптр; значение рефракции оси цилиндрического наклона (Ах) до операции, дптр; значение длины глаза оптической, мм.9. Operation of the ANN model. The ANN model obtained in the previous step is a mathematical model for determining the optical power of the IOL, implemented using artificial neural network deep machine learning methods. To calculate the optical power of the IOL using this ANN model, the patient undergoes a diagnostic ophthalmological examination, the results of which use the following parameters: gender, visual acuity value without correction before surgery, diopters; sphere value (Sph) before surgery, diopters; the value of the optical power of the cylinder (Cyl) before surgery, diopters; the value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) before the operation, deg; the value of visual acuity with correction before surgery, diopters; the value of the strong meridian before surgery, deg; refraction value of the strong meridian before surgery, diopters; the value of the weak meridian before the operation, deg; refraction value of the weak meridian before surgery, diopters; sphere refraction value (Sph) before surgery, diopter; the refraction value of the optical power of the cylinder (Cyl) before surgery, diopters; the refraction value of the axis of the cylindrical inclination (Ax) before surgery, diopters; optical eye length value, mm.

Вводя полученные значения параметров в соответствующие поля ИНС-модели на дисплее компьютера, рассчитывают в предоперационный период необходимую для имплантации оптическую силу ИОЛ.By entering the obtained parameter values into the corresponding fields of the ANN-model on the computer display, the optical power of the IOL required for implantation is calculated in the preoperative period.

Изобретение иллюстрируется следующим клиническим примером.The invention is illustrated by the following clinical example.

Пациент П., 1947 г. р., поступил в Тамбовский филиал ФГАУ «НМИЦ «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. с диагнозом - осложненная катаракта OD. По результатам диагностического обследования для определения оптической силы ИОЛ использовались следующие параметры:Patient P., born in 1947, was admitted to the Tambov branch of the Federal State Autonomous Institution "NMITs" Eye Microsurgery "n.a. acad. S.N. diagnosed with complicated cataract OD. According to the results of the diagnostic examination, the following parameters were used to determine the optical power of the IOL:

Острота зрения OD при поступлении: 0,05 Sph-4,0=0,08Visual acuity OD at admission: 0.05 Sph-4.0=0.08

длина глаза 23,04 ммeye length 23.04 mm

глубина передней камеры 4,41 ммanterior chamber depth 4.41 mm

Офтальмометрия: рефракция сильного меридиана 43,75 дптрOphthalmometry: refraction of the strong meridian 43.75 diopters

рефракция слабого меридиана 43,50 дптрrefraction of the weak meridian 43.50 diopters

Планируемая рефракция - эмметропияPlanned refraction - emmetropia

Выполнен расчет оптический силы ИОЛ:The optical power of the IOL was calculated:

- по формуле Holladay=22,02 дптр- according to the formula Holladay = 22.02 diopters

- по формуле Haigis=23,18 дптр- according to the formula Haigis=23.18 diopters

По результатам расчета ИОЛ с использованием предлагаемого способа получена величина оптической силы ИОЛ 21,00 дптр.Based on the results of the IOL calculation using the proposed method, the optical power of the IOL was 21.00 diopters.

Пациенту выполнена ФЭК с имплантацией ИОЛ Acrisof Natural фирмы Alcon, США 21,00 дптрThe patient underwent PE with implantation of Acrisof Natural IOL by Alcon, USA 21.00 diopters

Острота зрения через 1 месяц после операции составила 0,7 С - 0,25=1,0, что подтверждает эффективность предлагаемого способа. Если бы была поставлена линза по формуле Holladay, рефракция составила бы-1,25 D, а по формуле Haigis рефракция составила бы-2,25 D, что свидетельствовало бы о не попадании в эмметропию и получении миопической рефракции для пациента, не обеспечило бы получение функционального результата лечения и снизило бы степень удовлетворенности пациента.Visual acuity 1 month after the operation was 0.7 C - 0.25=1.0, which confirms the effectiveness of the proposed method. If a lens were placed according to the Holladay formula, the refraction would be -1.25 D, and according to the Haigis formula, the refraction would be -2.25 D, which would indicate that the patient did not get into emmetropia and obtain myopic refraction for the patient, would not provide functional outcome of treatment and would reduce patient satisfaction.

Claims (1)

Способ определения оптической силы интраокулярной линзы (ИОЛ) с использованием математической модели, полученной в результате глубокого обучения искусственной нейронной сети (ИНС-модели), включающий подготовку исходных эмпирических данных на сервере с составлением таблицы, построение на сервере первичной ИНС-модели, машинное обучение на сервере первичной ИНС-модели, определение параметров первичной ИНС-модели и оценку их чувствительности, определение значимых входных факторов, преобразование на сервере таблицы с удалением из нее столбцов, соответствующих незначимым входным факторам, определенных при задании порога чувствительности, построение на сервере вторичной ИНС-модели, глубокое машинное обучение на сервере вторичной ИНС-модели и эксплуатацию ИНС-модели пользователем с введением данных дооперационного обследования пациентов на дисплее компьютера и получением значения оптической силы ИОЛ.A method for determining the optical power of an intraocular lens (IOL) using a mathematical model obtained as a result of deep learning of an artificial neural network (ANN model), including preparation of initial empirical data on a server with compilation of a table, building a primary ANN model on a server, machine learning on on the server of the primary ANN model, determining the parameters of the primary ANN model and assessing their sensitivity, determining significant input factors, transforming the table on the server with the removal of columns from it corresponding to insignificant input factors determined when setting the sensitivity threshold, building a secondary ANN model on the server , deep machine learning on the server of the secondary ANN model and operation of the ANN model by the user with the introduction of data from the preoperative examination of patients on the computer display and obtaining the value of the optical power of the IOL.
RU2021133515A 2022-02-25 Method for determining the optical power of an intraocular lens using an artificial neural network RU2791204C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791204C1 true RU2791204C1 (en) 2023-03-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343884C1 (en) * 2007-04-26 2009-01-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method of determination of optical force of intraocular lens at extraction of cataract after excimer laser keratorefractive surgery
RU2523150C1 (en) * 2013-05-07 2014-07-20 федеральное государственное бюджетное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for measuring intraocular lens power with intracapsular fixation following previous excimer laser keratectomy
US20150092158A1 (en) * 2009-07-14 2015-04-02 Wavetec Vision Systems, Inc. Determination of the effective lens position of an intraocular lens using aphakic refractive power
US20190099262A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 John Gregory LADAS Systems, apparatuses, and methods for intraocular lens selection using artifical intelligence
EP3491996A4 (en) * 2016-07-29 2020-03-25 Nidek Co., Ltd. Ophthalmologic device and iol power determination program

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343884C1 (en) * 2007-04-26 2009-01-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method of determination of optical force of intraocular lens at extraction of cataract after excimer laser keratorefractive surgery
US20150092158A1 (en) * 2009-07-14 2015-04-02 Wavetec Vision Systems, Inc. Determination of the effective lens position of an intraocular lens using aphakic refractive power
RU2523150C1 (en) * 2013-05-07 2014-07-20 федеральное государственное бюджетное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for measuring intraocular lens power with intracapsular fixation following previous excimer laser keratectomy
EP3491996A4 (en) * 2016-07-29 2020-03-25 Nidek Co., Ltd. Ophthalmologic device and iol power determination program
US20190099262A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 John Gregory LADAS Systems, apparatuses, and methods for intraocular lens selection using artifical intelligence

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9393108B2 (en) Apparatus, system, and method for intraocular lens power calculation using a regression formula incorporating corneal spherical aberration
Canovas et al. Customized eye models for determining optimized intraocular lenses power
US8182088B2 (en) Systems and methods for determining intraocular lens power
JP2023145613A (en) Using deep learning to process images of eye to predict visual acuity
WO2010028654A1 (en) System and method for determining and predicting iol power in situ
US20180296320A1 (en) Forecasting cataract surgery effectiveness
Gatinel et al. Determining the theoretical effective lens position of thick intraocular lenses for machine learning–based IOL power calculation and simulation
JP2008531069A (en) Apparatus and method for selecting an intraocular lens
US6626538B1 (en) Method for determining the power of an intraocular lens used for the treatment of myopia
Hallett et al. Deep learning based unsupervised and semi-supervised classification for keratoconus
JP7579864B2 (en) COMPUTER IMPLEMENTED METHOD, PROCESSING PIPELINE SYSTEM AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT FOR A MACHINE LEARNING ASSISTANT PIPELINE FOR SIZING INTRAOcular LENSES - Patent application
Cabeza-Gil et al. Customised selection of the haptic design in c-loop intraocular lenses based on deep learning
JP7402262B2 (en) Equipment operating methods, systems, and computer program products
Moshirfar et al. Exploring nomograms for implantable collamer lens size selection in myopia: a literature-based compilation
RU2791204C1 (en) Method for determining the optical power of an intraocular lens using an artificial neural network
Burwinkel et al. Physics-aware learning and domain-specific loss design in ophthalmology
Valdés-Mas et al. Machine learning for predicting astigmatism in patients with keratoconus after intracorneal ring implantation
Shin et al. Code-Free Machine Learning Approach for EVO-ICL Vault Prediction: A Retrospective Two-Center Study
Sramka et al. Artificial neural networks application in intraocular lens power calculation
Kaplin et al. The system of intraocular pressure assessment using interference eye pictures
Castillo-Cabrera et al. Proposal for a tool for the calculation of toric intraocular lens using multivariate regression
US20240081640A1 (en) Prediction of iol power
US20230148859A1 (en) Prediction of iol power
Einighammer The individual virtual eye
CN117238514B (en) Intraocular lens refractive power prediction method, system, equipment and medium