Vorhersage der axialen Position einer Kunstlinse aus der präoperativ gemessenen Biometrie

AI Quick Summary

Bei der klassischen formelbasierten Linsenberechnung wird eine fiktive Linsenposition (ELP) aus bereits erfolgten Kataraktoperationen abgeleitet, bei der die biometrischen Daten, der Brechwert der Kunstlinse (IOL) und die gemessene postoperative Refraktion (Brillenwert) zusammenpassen. Diese ELP spiegelt i.d.R. nicht die tatsächliche Linsenposition (ALP) wieder. Ausgangslage und ProblemstellungDie Katarakt oder Grauer Star ist eine Trübung der Augenlinse, die zu einem langsam fortschreitenden Verlust der Sehschärfe führt. Die Katarakt tritt bei ca. jeder sechsten Person über 40 Jahren auf. Bei der Kataraktoperation wird die trübe Linse durch ein künstliches Implantat ersetzt. Die Kataraktoperation ist die heute weltweit am häufigsten durchgeführte Operation. Alleine in Deutschland werden rund 950.000 Eingriffe pro Jahr durchgeführt.Bei der klassischen formelbasierten Linsenberechnung wird eine fiktive Linsenposition (ELP) aus bereits erfolgten Kataraktoperationen abgeleitet, bei der die biometrischen Daten, der Brechwert der Kunstlinse (IOL) und die gemessene postoperative Refraktion (Brillenwert) zusammenpassen. Diese ELP spiegelt i.d.R. nicht die tatsächliche Linsenposition (ALP) wieder.Bei modernen formelbasierten Ansätzen zur IOL-Berechnung oder auch beim Raytracing werden heute große Anstrengungen unternommen, mit einem anatomisch und physiologisch korrekten Augenmodell zu arbeiten und anstatt der ELP die ALP für zukünftige Eingriffe vorherzusagen. Bisher gibt es hierfür nur unzureichende Ansätze mit einfachen linearen Regressionen.Ziel der Arbeit und erwartete ResultateZiel der Arbeit soll sein, auf der Basis von biometrischen Messdaten, die vor und nach der Kataraktoperation erhoben wurden, die relevanten Prädiktoren aus der präoperativen Biometrie herauszuarbeiten, mit denen die ALP (die im Rahmen dieser Arbeit aus den postoperativen Biometrien als ‚Label‘ abgeleitet werden kann) bestmöglich vorhergesagt werden kann. So kann z.B. als Referenzebene die Mittenebene der Kunstlinse aus der postoperativen Messung der beiden Linsenpole herangezogen werden. Weiter soll im Rahmen dieser Arbeit mit Verfahren des Maschinenlernens ein Vorhersagemodell entwickelt und validiert werden, mit dem die ALP zuverlässig prädiziert werden kann, so dass in Zukunft moderne Linsenberechnungsformeln oder Raytracingverfahren mit dieser Vorhersage eine bessere Vorhersage des refraktiven Ergebnisses nach der Kataraktoperation ermöglichen. Weiter können die neu entwickelten ALP-Vorhersageverfahren mit den bestehenden linearen Regressionsverfahren verglichen werden.Parametersatz:z.B. mit dem Biometer IOLMaster 700 (Zeiss Meditec) oder LenStar (Haag-Streit) oder Anterion (Heidelberg-Engineering) erhobenpräoperativ vor Kataraktoperation:AugenlängeHornhautdickeVorderkammertiefe (vorderer Hornhautscheitel bis zum vorderen Linsenscheitel)Linsendickehorizontaler HornhautdurchmesserKrümmungsradius der vorderen HornhautflächeKrümmungsradius der hinteren HornhautflächePostoperativ (nach der Kataraktoperation):Vorderkammertiefe mit KunstlinseDicke der KunstlinseWeitere potentielle Größen die geliefert werden:AlterGeschlechtAugenseite R/LModell der eingesetzten LinseBrechkraft der eingesetzten LinseGewünschte Methoden, VorgehenBei diesem Projekt handelt es sich um explorative Forschung, das in einem iterativen, inkrementellen Ansatz umgesetzt werden soll. Die/der Student:in soll den aktuellen Stand des Projektes und die nächsten Schritte in regelmässigen Absprachen mit dem Betreuer besprechen, um Feedback zu sammeln und sich zu verbessern. Dabei gilt es, den Fokus auf der Entwicklung eines Vorhersage-Algorithmus zu halten und diesen im Sinne einer Machbarkeitsstudie zu entwickeln und zu testen. Darüber hinaus müssen Risiken so früh wie möglich gesammelt, verfolgt und gemindert werden, um zu überprüfen, ob einige Risiken ein Hindernis für das Projekt darstellen. Kreativität, Varianten, InnovationDas Projektziel ist bewusst offen formuliert und lässt viel Raum für eigene Kreativität. Die Auswahl und Umsetzung des geeigneten Projektvorgehens ist Teil der Projektaufgabe und liegt grundsätzlich in der Verantwortung der/s Student:in. In regelmäßigen Treffen mit dem Betreuer werden der aktuelle Stand und die nächsten Schritte besprochen. Der Betreuer soll regelmässig bis einen Tag vor dem geplanten Treffen schriftlich (max. 1 Seite) über den aktuellen Stand informiert werden:· Welche Arbeiten wurden im letzten Berichtszeitraum durchgeführt, welche Arbeiten sind für die nächste Periode geplant· Stand der Arbeiten (Soll-Ist-Vergleich mit Planung), ggf. Begründung von Abweichungen· Top-3-Risiken inklusive geplanter Maßnahmen Die Architektur soll so einfach wie möglich gehalten werden. Bezüglich der Programmiersprache ist der/die Student:in frei; es sollen jedoch wenn möglich und sinnvoll vorhandene Open-Source-Bibliotheken (wie sklearn, pytorch, …) wiederverwendet werden, um das Ziel effizient zu erreichen.

Project Idea Metadata

• Project Idea Name: Vorhersage der axialen Position einer Kunstlinse aus der präoperativ gemessenen Biometrie
• Date: 11/22/2022 9:04:49 PM
• Administrators:
  • Andreas Streich

Project Idea Description

Ausgangslage und Problemstellung

Die Katarakt oder Grauer Star ist eine Trübung der Augenlinse, die zu einem langsam fortschreitenden Verlust der Sehschärfe führt. Die Katarakt tritt bei ca. jeder sechsten Person über 40 Jahren auf. Bei der Kataraktoperation wird die trübe Linse durch ein künstliches Implantat ersetzt. Die Kataraktoperation ist die heute weltweit am häufigsten durchgeführte Operation. Alleine in Deutschland werden rund 950.000 Eingriffe pro Jahr durchgeführt.

Bei der klassischen formelbasierten Linsenberechnung wird eine fiktive Linsenposition (ELP) aus bereits erfolgten Kataraktoperationen abgeleitet, bei der die biometrischen Daten, der Brechwert der Kunstlinse (IOL) und die gemessene postoperative Refraktion (Brillenwert) zusammenpassen. Diese ELP spiegelt i.d.R. nicht die tatsächliche Linsenposition (ALP) wieder.

Bei modernen formelbasierten Ansätzen zur IOL-Berechnung oder auch beim Raytracing werden heute große Anstrengungen unternommen, mit einem anatomisch und physiologisch korrekten Augenmodell zu arbeiten und anstatt der ELP die ALP für zukünftige Eingriffe vorherzusagen. Bisher gibt es hierfür nur unzureichende Ansätze mit einfachen linearen Regressionen.

Ziel der Arbeit und erwartete Resultate

Ziel der Arbeit soll sein, auf der Basis von biometrischen Messdaten, die vor und nach der Kataraktoperation erhoben wurden, die relevanten Prädiktoren aus der präoperativen Biometrie herauszuarbeiten, mit denen die ALP (die im Rahmen dieser Arbeit aus den postoperativen Biometrien als ‚Label‘ abgeleitet werden kann) bestmöglich vorhergesagt werden kann. So kann z.B. als Referenzebene die Mittenebene der Kunstlinse aus der postoperativen Messung der beiden Linsenpole herangezogen werden. Weiter soll im Rahmen dieser Arbeit mit Verfahren des Maschinenlernens ein Vorhersagemodell entwickelt und validiert werden, mit dem die ALP zuverlässig prädiziert werden kann, so dass in Zukunft moderne Linsenberechnungsformeln oder Raytracingverfahren mit dieser Vorhersage eine bessere Vorhersage des refraktiven Ergebnisses nach der Kataraktoperation ermöglichen. Weiter können die neu entwickelten ALP-Vorhersageverfahren mit den bestehenden linearen Regressionsverfahren verglichen werden.

Parametersatz:

z.B. mit dem Biometer IOLMaster 700 (Zeiss Meditec) oder LenStar (Haag-Streit) oder Anterion (Heidelberg-Engineering) erhoben

präoperativ vor Kataraktoperation:

• Augenlänge
• Hornhautdicke
• Vorderkammertiefe (vorderer Hornhautscheitel bis zum vorderen Linsenscheitel)
• Linsendicke
• horizontaler Hornhautdurchmesser
• Krümmungsradius der vorderen Hornhautfläche
• Krümmungsradius der hinteren Hornhautfläche

Postoperativ (nach der Kataraktoperation):

• Vorderkammertiefe mit Kunstlinse
• Dicke der Kunstlinse

Weitere potentielle Größen die geliefert werden:

• Alter
• Geschlecht
• Augenseite R/L
• Modell der eingesetzten Linse
• Brechkraft der eingesetzten Linse

Gewünschte Methoden, Vorgehen

Bei diesem Projekt handelt es sich um explorative Forschung, das in einem iterativen, inkrementellen Ansatz umgesetzt werden soll. Die/der Student:in soll den aktuellen Stand des Projektes und die nächsten Schritte in regelmässigen Absprachen mit dem Betreuer besprechen, um Feedback zu sammeln und sich zu verbessern. Dabei gilt es, den Fokus auf der Entwicklung eines Vorhersage-Algorithmus zu halten und diesen im Sinne einer Machbarkeitsstudie zu entwickeln und zu testen.

Darüber hinaus müssen Risiken so früh wie möglich gesammelt, verfolgt und gemindert werden, um zu überprüfen, ob einige Risiken ein Hindernis für das Projekt darstellen.

Kreativität, Varianten, Innovation

Das Projektziel ist bewusst offen formuliert und lässt viel Raum für eigene Kreativität.

Die Auswahl und Umsetzung des geeigneten Projektvorgehens ist Teil der Projektaufgabe und liegt grundsätzlich in der Verantwortung der/s Student:in. In regelmäßigen Treffen mit dem Betreuer werden der aktuelle Stand und die nächsten Schritte besprochen.

Der Betreuer soll regelmässig bis einen Tag vor dem geplanten Treffen schriftlich (max. 1 Seite) über den aktuellen Stand informiert werden:

· Welche Arbeiten wurden im letzten Berichtszeitraum durchgeführt, welche Arbeiten sind für die nächste Periode geplant

· Stand der Arbeiten (Soll-Ist-Vergleich mit Planung), ggf. Begründung von Abweichungen

· Top-3-Risiken inklusive geplanter Maßnahmen

Die Architektur soll so einfach wie möglich gehalten werden. Bezüglich der Programmiersprache ist der/die Student:in frei; es sollen jedoch wenn möglich und sinnvoll vorhandene Open-Source-Bibliotheken (wie sklearn, pytorch, …) wiederverwendet werden, um das Ziel effizient zu erreichen.

Bei der klassischen formelbasierten Linsenberechnung wird eine fiktive Linsenposition (ELP) aus bereits erfolgten Kataraktoperationen abgeleitet, bei der die biometrischen Daten, der Brechwert der Kunstlinse (IOL) und die gemessene postoperative Refraktion (Brillenwert) zusammenpassen. Diese ELP spiegelt i.d.R. nicht die tatsächliche Linsenposition (ALP) wieder.