Using deep learning to detect diabetic retinopathy on handheld non-mydriatic retinal images acquired by field workers in community settings
Creators
-
Joan M. Nunez do Rio1
-
Paul Nderitu1
-
Rajiv Raman2
-
Ramachandran Rajalakshmi3, 4
-
Kim Ramasamy5
-
Padmaja Kumari Rani6
- Sobha Sivaprasad1, 7, 8
-
Christos Bergeles9
-
Rajiv Raman2
- Pramod Bhende10
-
Janani Surya10
-
Lingam Gopal10
-
R. Ramakrishnan1
-
Rupak Roy10
- Supita Das10
-
George J Manayath5
-
T P Vignesh5
-
Giridhar Anantharaman11
-
Mahesh Gopalakrishnan11
-
Sundaram Natarajan12
-
Radhika Krishnan12
- Sheena Liz Mani13
-
Manisha Agarwal14
-
Umesh Chandra Behera6
- Harsha Bhattacharjee10
- Manabjyoti Barman10
-
Alok Sen
- Moneesh Saxena
- Asim Kumar Sil
- Subhratanu Chakabarty
-
Thomas Cherian15
- Reesha Jitesh15
- Rushikesh Naigaonkar
- Abishek Desai
-
Sucheta Kulkarni16
- 1. University College London
- 2. Oil and Natural Gas Corporation (India)
- 3. Dr. Mohan's Diabetes Specialities Centre
- 4. Madras Diabetes Research Foundation
- 5. Aravind Eye Hospital
- 6. L V Prasad Eye Institute
- 7. Moorfields Eye Hospital
- 8. NIHR Moorfields Biomedical Research Centre
- 9. King's College London
- 10. Sankara Nethralaya
- 11. Chaithanya Eye Hospital and Research Institute
- 12. Aditya Jyot Eye Hospital
- 13. Fernandez Hospital
- 14. Dr. Shroff's Charity Eye Hospital
- 15. Little Flower Hospital & Research Centre
- 16. PBMA's H.V. Desai Eye Hospital
Description
Diabetic retinopathy (DR) at risk of vision loss (referable DR) needs to be identified by retinal screening and referred to an ophthalmologist. Existing automated algorithms have mostly been developed from images acquired with high cost mydriatic retinal cameras and cannot be applied in the settings used in most low- and middle-income countries. In this prospective multicentre study, we developed a deep learning system (DLS) that detects referable DR from retinal images acquired using handheld non-mydriatic fundus camera by non-technical field workers in 20 sites across India. Macula-centred and optic-disc-centred images from 16,247 eyes (9778 participants) were used to train and cross-validate the DLS and risk factor based logistic regression models. The DLS achieved an AUROC of 0.99 (1000 times bootstrapped 95% CI 0.98-0.99) using two-field retinal images, with 93.86 (91.34-96.08) sensitivity and 96.00 (94.68-98.09) specificity at the Youden's index operational point. With single field inputs, the DLS reached AUROC of 0.98 (0.98-0.98) for the macula field and 0.96 (0.95-0.98) for the optic-disc field. Intergrader performance was 90.01 (88.95-91.01) sensitivity and 96.09 (95.72-96.42) specificity. The image based DLS outperformed all risk factor-based models. This DLS demonstrated a clinically acceptable performance for the identification of referable DR despite challenging image capture conditions.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يجب تحديد اعتلال الشبكية السكري (DR) المعرض لخطر فقدان البصر (DR المشار إليه) عن طريق فحص الشبكية وإحالته إلى طبيب عيون. تم تطوير الخوارزميات الآلية الحالية في الغالب من الصور التي تم الحصول عليها بكاميرات شبكية العين ذات التكلفة العالية ولا يمكن تطبيقها في الإعدادات المستخدمة في معظم البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل. في هذه الدراسة المرتقبة متعددة المراكز، طورنا نظامًا للتعلم العميق (DLS) يكتشف DR القابل للإحالة من صور شبكية العين التي تم الحصول عليها باستخدام كاميرا قاع غير مائية محمولة باليد من قبل عمال ميدانيين غير تقنيين في 20 موقعًا في جميع أنحاء الهند. تم استخدام الصور التي تركز على البقعة الضوئية والتي تركز على القرص البصري من 16247 عينًا (9778 مشاركًا) لتدريب نماذج الانحدار اللوجستي القائمة على عوامل الخطر والتحقق من صحتها. حققت DLS AUROC 0.99 (1000 مرة تمهيد 95 ٪ CI 0.98-0.99) باستخدام صور شبكية العين ثنائية المجال، مع حساسية 93.86 (91.34-96.08) وخصوصية 96.00 (94.68-98.09) عند نقطة تشغيل مؤشر يودن. مع مدخلات حقل واحد، وصلت DLS إلى AUROC عند 0.98 (0.98-0.98) لحقل البقعة و 0.96 (0.95-0.98) لحقل القرص البصري. كان أداء الصف البيني 90.01 (88.95-91.01) حساسية و 96.09 (95.72-96.42) خصوصية. تفوقت DLS القائمة على الصورة على جميع النماذج القائمة على عوامل الخطر. أظهر نظام دعم التصوير هذا أداءً مقبولًا سريريًا لتحديد حالات الكوارث القابلة للإحالة على الرغم من ظروف التقاط الصور الصعبة.Translated Description (French)
La rétinopathie diabétique (RD) à risque de perte de vision (RD référable) doit être identifiée par un dépistage rétinien et référée à un ophtalmologiste. Les algorithmes automatisés existants ont principalement été développés à partir d'images acquises avec des caméras rétiniennes mydriatiques à coût élevé et ne peuvent pas être appliqués dans les paramètres utilisés dans la plupart des pays à revenu faible et intermédiaire. Dans cette étude multicentrique prospective, nous avons développé un système d'apprentissage en profondeur (DLS) qui détecte la DR referable à partir d'images rétiniennes acquises à l'aide d'une caméra de fond d'œil non hydriatique portable par des travailleurs de terrain non techniques dans 20 sites à travers l'Inde. Des images centrées sur la macula et centrées sur le disque optique de 16 247 yeux (9778 participants) ont été utilisées pour former et valider de manière croisée les modèles de régression logistique basés sur le DLS et les facteurs de risque. Le DLS a atteint un AUROC de 0,99 (IC à 95 % amorcé 1000 fois 0,98-0,99) en utilisant des images rétiniennes à deux champs, avec une sensibilité de 93,86 (91,34-96,08) et une spécificité de 96,00 (94,68-98,09) au point opérationnel de l'indice de Youden. Avec des entrées à champ unique, le DLS a atteint un AUROC de 0,98 (0,98-0,98) pour le champ de macula et de 0,96 (0,95-0,98) pour le champ de disque optique. La performance de l'interlocuteur était de 90,01 (88,95-91,01) sensibilité et 96,09 (95,72-96,42) spécificité. Le DLS basé sur l'image a surpassé tous les modèles basés sur les facteurs de risque. Ce DLS a démontré une performance cliniquement acceptable pour l'identification de la DR référable malgré des conditions de capture d'image difficiles.Translated Description (Spanish)
La retinopatía diabética (RD) en riesgo de pérdida de visión (RD referible) debe identificarse mediante un cribado retiniano y derivarse a un oftalmólogo. Los algoritmos automatizados existentes se han desarrollado principalmente a partir de imágenes adquiridas con cámaras retinianas midriáticas de alto coste y no se pueden aplicar en los entornos utilizados en la mayoría de los países de ingresos bajos y medios. En este estudio prospectivo multicéntrico, desarrollamos un sistema de aprendizaje profundo (DLS) que detecta la DR referible a partir de imágenes retinianas adquiridas utilizando una cámara de fondo de ojo no midriática de mano por trabajadores de campo no técnicos en 20 sitios en toda la India. Se utilizaron imágenes centradas en la mácula y en el disco óptico de 16 247 ojos (9778 participantes) para entrenar y validar de forma cruzada los modelos de regresión logística basados en DLS y factores de riesgo. El DLS logró un AUROC de 0,99 (IC del 95% de arranque 1000 veces 0,98-0,99) utilizando imágenes retinianas de dos campos, con 93,86 (91,34-96,08) de sensibilidad y 96,00 (94,68-98,09) de especificidad en el punto operativo del índice de Youden. Con entradas de campo único, el DLS alcanzó AUROC de 0.98 (0.98-0.98) para el campo mácula y 0.96 (0.95-0.98) para el campo de disco óptico. El rendimiento del intergraduador fue de 90.01 (88.95-91.01) de sensibilidad y 96.09 (95.72-96.42) de especificidad. El DLS basado en imágenes superó a todos los modelos basados en factores de riesgo. Este DLS demostró un rendimiento clínicamente aceptable para la identificación de DR referible a pesar de las difíciles condiciones de captura de imágenes.Files
s41598-023-28347-z.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:47cab4b589631f3f4e8cef13bb9e6956
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استخدام التعلم العميق للكشف عن اعتلال الشبكية السكري على صور الشبكية المحمولة غير المائية التي حصل عليها العاملون الميدانيون في البيئات المجتمعية
- Translated title (French)
- Utilisation de l'apprentissage en profondeur pour détecter la rétinopathie diabétique sur des images rétiniennes non hydriatiques portatives acquises par des travailleurs de terrain dans des contextes communautaires
- Translated title (Spanish)
- Uso del aprendizaje profundo para detectar la retinopatía diabética en imágenes de retina no midriáticas de mano adquiridas por trabajadores de campo en entornos comunitarios
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4317935552
- DOI
- 10.1038/s41598-023-28347-z
References
- https://openalex.org/W1966206262
- https://openalex.org/W1969496006
- https://openalex.org/W2090777308
- https://openalex.org/W2100864127
- https://openalex.org/W2127614020
- https://openalex.org/W2150780222
- https://openalex.org/W2183341477
- https://openalex.org/W2194775991
- https://openalex.org/W2234307896
- https://openalex.org/W2431146319
- https://openalex.org/W2473407416
- https://openalex.org/W2557738935
- https://openalex.org/W2598442119
- https://openalex.org/W2618530766
- https://openalex.org/W2751818590
- https://openalex.org/W2755701800
- https://openalex.org/W2772246530
- https://openalex.org/W2789360655
- https://openalex.org/W2800027855
- https://openalex.org/W2828862258
- https://openalex.org/W2886281300
- https://openalex.org/W2887873758
- https://openalex.org/W2899693970
- https://openalex.org/W2942586440
- https://openalex.org/W2947164691
- https://openalex.org/W2948685905
- https://openalex.org/W2949074827
- https://openalex.org/W2968617104
- https://openalex.org/W2979325309
- https://openalex.org/W2983395335
- https://openalex.org/W3007579635
- https://openalex.org/W3047378341
- https://openalex.org/W3108717672
- https://openalex.org/W3112779759
- https://openalex.org/W3118677001
- https://openalex.org/W3122431193
- https://openalex.org/W3159154275
- https://openalex.org/W3165183789
- https://openalex.org/W4210811047
- https://openalex.org/W4211205882
- https://openalex.org/W4244478258
- https://openalex.org/W4248872298
- https://openalex.org/W4290282396