白内障是一种不透明,眼睛的晶状体内形成,导致视力模糊。如果不透明度非常密集,可能会导致失明。每年数以百万计的人求助于白内障手术恢复视力。过程期间,眼科医生通过手术移除的自然镜头病人的眼睛,用人工关节替换它称为人工晶状体(IOL)。白内障患者依赖外科医生的培训和经验。他们还取决于外科医生选择正确的权力的晶体。对于一些特殊类型的人工晶体,植入正确的力量决定了过程的成功。
“我们都喜欢每个病人有一个完美的结果。传统数学真的不允许我们得到正确答案经常我们。”
沃伦·希尔博士,眼科医生和创造者的RBF计算器
一些测量人眼可能在人与人之间显著不同。这些变化的力量很难准确预测最优所需的人工晶体术后结果。眼科医生长期以来依靠公式基于传统高斯光学估计术后正确的权力。计算使用标准的测量技术和广泛的常用公式。由于±0.50度(D),测量透镜的力量,被认为是一个成功的手术结果。计算通常提供一个78%的成功率在±0.50 d,每年全球约有2800万人接受白内障手术,成功率让许多患者比预期的结果可能不同。
白内障的症状包括颜色知觉改变由于透镜发黄,视力模糊、复视或“重影”。
“虽然屈光状况继续改善,我们所有人在眼科做白内障手术偶尔斗争的结果。当然,我们都喜欢每个病人有一个完美的结果,”说沃伦·希尔,医学博士白内障手术,眼科医生一直执行了35年。“传统数学不允许我们得到正确答案经常想。”
希尔博士解释说,眼科医生一直在进步向更精确的计算在过去40年,但将这些改进描述为“痛苦的增量。”他说,问题的一部分是,没有足够的眼科医生一直在想外面box-an问题不瘟疫。他是一个受过训练的艺术家,有经验的作家,与成熟的医生。山也是一个商业飞行员和紧密编队军事飞机示范团队的成员在业余时间。他不断地寻求新的信息。
希尔对新信息的渴求非常富有成果的十年后努力更好的计算个人白内障患者术后的权力,无论他们独特的眼睛结构。希尔的方法,利用人工智能(AI)的力量,推动了±0.50 D手术成功率90%。
从汽车行业经验
希尔发现一个全新的方式来计算透镜需要力量。“眼科医生了解眼科手术,但几乎没有被训练为数学家和工程师,”他承认。“你必须愿意走出你的专长以新的方式来解决长期问题。”
希尔知道MathWorks提供了强有力的数学工具和MATLAB®对病人数据建模可能有用。他在MathWorks与工程师合作,其中一个是熟悉汽车行业类似的建模问题:动力系统优化。优化发动机的燃油效率和性能,汽车公司使用响应面模型,如径向基函数与发动机控制设置发动机的反应和找到最优组合发动机设置存储在电子发动机控制器。
皮特•马洛尼MathWorks开发工程师,成为熟悉这种方法通过他的汽车行业经验。当山走到团队在MathWorks优化人工晶体的光功率的目标对于白内障手术患者,马宏升明白了径向基函数(RBF)用于在汽车发动机标定优化模型复杂的引擎行为也可以应用到这类问题。
“完全新思想在数学相对较少见,”观察山,“但应用现有的想法以全新的方式是一种很常见的方法去解决问题。”
径向基函数(RBF)人工计算器模型在MATLAB开发的。
一个预测RBF网络模型必须与高质量的训练数据。眼睛测量以前收集使用的现有数据不一致,有时缺乏验证方法。希尔知道得到良好的RBF模型,预测需要比通常更高质量的数据可用。
希尔伸出道格·科赫,医学博士贝勒医学院眼科教授,和李,医学博士博士,副教授,贝勒医学院眼科生物医学统计与经验。在一起,他们列出的准确性,这将要求等项目取得成功。
用适当的方法和标准,数据收集,希尔又试图招募最有经验的眼科医生,他知道,争取信任的同事都在美国和海外。这些眼科医生开始收集详细的测量病人的眼睛白内障手术前使用Haag-Streit的高度精确Lenstar生物计,观察术后结果。
基于802年验证测量和术后结果,最初的努力测试的前提下一个人工智能模型可以准确地计算一个人工晶状体的力量放在人类的眼睛。这个相对较小的数据集的预测结果很容易遇到了王博士的标准。清除障碍,项目推进创造一个全新的工具,眼科医生使用获得提高白内障手术折射的结果的准确性。
山顶的Haag-Streit Lenstar 900生物计使用人工计算器。(图片来源:Haag-Streit诊断)
看到明确的结果
接下来,MathWorks使用更大的数据集的大约有3400例手术病例的外科医生在全世界许多国家和一个RBF模型适合这些数据。团队导出模型来仿真软件金宝app®,一个图形环境设计、模拟和测试系统中,然后从模型中生成的代码并将其部署到Lenstar设备。计算器被称为Hill-RBF计算器。一个在线版本的计算器同时也释放了,所以任何全球眼科医生会访问。
“我们在版本3(希尔RBF计算器),你知道,从我的轮椅在养老院,我可能会在48版,只是想让它越来越好。”
沃伦·希尔博士,眼科医生和创造者的RBF计算器
计算器,成立于2016年,很快就被全球眼科社区。看到计算器的成功,希尔的团队决定进一步完善这个工具。这涉及到接触许多眼科专家,培训他们收集数据,并创建一个更具包容性和精确的人工智能模型。总共44调查人员在20个国家参加。外科医生的贡献他们的情况下都这样做在自愿的基础上。
使用更新和改进版本的计算器,把一个更大的数据集,外科医生现在看到的结果90%±0.50 D的准确性,与78%的成功率相比常用的传统和老高斯公式。这麽一来,每年全世界大约2800万进行的手术,12%的改善结果将导致340万年额外手术成功。对于近视,计算器的成功率更高。
“这是一个重大进步在眼科,”希尔说。”始终准确地计算人工晶体的力量是我们一直在挣扎了40年,而且,由于很多人的工作,我们能够显著增加的准确性。”
希尔出席会议,提出了关于这一主题的多个命名讲师职务,并传播的世界各地的计算器,计算器逐渐流行起来。他把这个工具网上供任何人使用,也不收取费用从一开始。
第二个版本的山RBF计算器,基于数据来自12000多个的眼睛,是在2018年推出。它已成为第二个最受欢迎的计算器在北美Lenstar用户估算人工晶体的力量,并在全世界有超过200万的操作使用。
整体式丙烯酸IOL之前插入。(图片来源:沃伦·希尔,医学博士)
最近推出的第三个版本依赖数据从一个扩展的眼睛。现在,希尔的团队正致力于一个全新版本的计算器,包括数据来自新种群通过与来自其他国家的眼科医生合作,如中国。眼睛经常显示解剖不同,不同的人群,和优化一个AI人工专门为这些团体权力选择模型提供了提高计算精度的可能性。
希尔RBF计算器的另一个重要成果是能够更好地预测对个别患者手术成功的可能性。嵌入到工具被称为边界模型。这是一个额外的模型(凸包)的外边界的训练数据集。如果一个人的眼睛从训练数据变化太多,这个边界模型表明,RBF人工预测可能没有足够的数据来确定正确的镜头。
“这是第一次在眼科手术,任何人的被告知,在手术之前,精度在一定水平的机会,”希尔解释说。
他说,工作在这个项目上已经非常有益的,特别是从眼科医生的反馈来自世界各地。“许多外科医生现在使用这个计算器只和他们的结果是相当惊人的,”希尔说。
希尔还记得他的父亲曾告诉他,没有什么比一个好主意。他认为使用AI进行白内障手术术后权力选择是千载难逢的好主意他感到骄傲与世界分享。
”,我们会做得更好。我们在三个版本,你知道,我从轮椅在养老院可能会在48版,只是想让它越来越好。”
