Exploring Deep Learning Techniques for Glaucoma Detection: A Comprehensive Review

Glaucoma is one of the primary causes of vision loss around the world, necessitating accurate and efficient detection methods. Traditional manual detection approaches have limitations in terms of cost, time, and subjectivity. Recent developments in deep learning approaches demonstrate potential in automating glaucoma detection by detecting relevant features from retinal fundus images. This article provides a comprehensive overview of cutting-edge deep learning methods used for the segmentation, classification, and detection of glaucoma. By analyzing recent studies, the effectiveness and limitations of these techniques are evaluated, key findings are highlighted, and potential areas for further research are identified. The use of deep learning algorithms may significantly improve the efficacy, usefulness, and accuracy of glaucoma detection. The findings from this research contribute to the ongoing advancements in automated glaucoma detection and have implications for improving patient outcomes and reducing the global burden of glaucoma

Machine learning strategies for diagnostic imaging support on histopathology and optical coherence tomography

Tesis por compendio[ES] Esta tesis presenta soluciones de vanguardia basadas en algoritmos de computer vision (CV) y machine learning (ML) para ayudar a los expertos en el diagnóstico clínico. Se centra en dos áreas relevantes en el campo de la imagen médica: la patología digital y la oftalmología. Este trabajo propone diferentes paradigmas de machine learning y deep learning para abordar diversos escenarios de supervisión en el estudio del cáncer de próstata, el cáncer de vejiga y el glaucoma. En particular, se consideran métodos supervisados convencionales para segmentar y clasificar estructuras específicas de la próstata en imágenes histológicas digitalizadas. Para el reconocimiento de patrones específicos de la vejiga, se llevan a cabo enfoques totalmente no supervisados basados en técnicas de deep-clustering. Con respecto a la detección del glaucoma, se aplican algoritmos de memoria a corto plazo (LSTMs) que permiten llevar a cabo un aprendizaje recurrente a partir de volúmenes de tomografía por coherencia óptica en el dominio espectral (SD-OCT). Finalmente, se propone el uso de redes neuronales prototípicas (PNN) en un marco de few-shot learning para determinar el nivel de gravedad del glaucoma a partir de imágenes OCT circumpapilares. Los métodos de inteligencia artificial (IA) que se detallan en esta tesis proporcionan una valiosa herramienta de ayuda al diagnóstico por imagen, ya sea para el diagnóstico histológico del cáncer de próstata y vejiga o para la evaluación del glaucoma a partir de datos de OCT.[CA] Aquesta tesi presenta solucions d'avantguarda basades en algorismes de *computer *vision (CV) i *machine *learning (ML) per a ajudar als experts en el diagnòstic clínic. Se centra en dues àrees rellevants en el camp de la imatge mèdica: la patologia digital i l'oftalmologia. Aquest treball proposa diferents paradigmes de *machine *learning i *deep *learning per a abordar diversos escenaris de supervisió en l'estudi del càncer de pròstata, el càncer de bufeta i el glaucoma. En particular, es consideren mètodes supervisats convencionals per a segmentar i classificar estructures específiques de la pròstata en imatges histològiques digitalitzades. Per al reconeixement de patrons específics de la bufeta, es duen a terme enfocaments totalment no supervisats basats en tècniques de *deep-*clustering. Respecte a la detecció del glaucoma, s'apliquen algorismes de memòria a curt termini (*LSTMs) que permeten dur a terme un aprenentatge recurrent a partir de volums de tomografia per coherència òptica en el domini espectral (SD-*OCT). Finalment, es proposa l'ús de xarxes neuronals *prototípicas (*PNN) en un marc de *few-*shot *learning per a determinar el nivell de gravetat del glaucoma a partir d'imatges *OCT *circumpapilares. Els mètodes d'intel·ligència artificial (*IA) que es detallen en aquesta tesi proporcionen una valuosa eina d'ajuda al diagnòstic per imatge, ja siga per al diagnòstic histològic del càncer de pròstata i bufeta o per a l'avaluació del glaucoma a partir de dades d'OCT.[EN] This thesis presents cutting-edge solutions based on computer vision (CV) and machine learning (ML) algorithms to assist experts in clinical diagnosis. It focuses on two relevant areas at the forefront of medical imaging: digital pathology and ophthalmology. This work proposes different machine learning and deep learning paradigms to address various supervisory scenarios in the study of prostate cancer, bladder cancer and glaucoma. In particular, conventional supervised methods are considered for segmenting and classifying prostate-specific structures in digitised histological images. For bladder-specific pattern recognition, fully unsupervised approaches based on deep-clustering techniques are carried out. Regarding glaucoma detection, long-short term memory algorithms (LSTMs) are applied to perform recurrent learning from spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) volumes. Finally, the use of prototypical neural networks (PNNs) in a few-shot learning framework is proposed to determine the severity level of glaucoma from circumpapillary OCT images. The artificial intelligence (AI) methods detailed in this thesis provide a valuable tool to aid diagnostic imaging, whether for the histological diagnosis of prostate and bladder cancer or glaucoma assessment from OCT data.García Pardo, JG. (2022). Machine learning strategies for diagnostic imaging support on histopathology and optical coherence tomography [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182400Compendi

Computational methods for new clinical applications using imaging techniques

Esta tesis tiene por objetivo desarrollar diferentes métodos computacionales con aplicación clínica en varias enfermedades. De este modo, la investigación aquí presentada pretende aumentar el conocimiento sobre cómo el análisis y el estudio de los datos procedentes de técnicas de imagen pueden convertirse en un gran valor clínico para los profesionales de la medicina. Por lo tanto, dichos métodos pueden ser incorporados en la práctica clínica, lo que supone un beneficio para el paciente.Por un lado, la mejora de los diferentes dispositivos de imagen aumenta el abanico de posibilidades de análisis y presentación de los datos. Algunas técnicas de imagen arrojan directamente datos numéricos que tradicionalmente sólo se usaban para la monitorización de enfermedades. Sin embargo, dichos datos pueden ser empleados como biomarcadores tanto para el diagnóstico como para la predicción de enfermedades mediante la inteligencia artificial. Hoy en día, la inteligencia artificial se utiliza en muchos campos ya que todo lo que proporciona datos es abordable por estas nuevas tecnologías. Parece que no hay límite y se están desarrollando nuevas aplicaciones que hace sólo unas décadas parecían imposibles.Por otro lado, las técnicas de imagen nos permiten analizar diferentes partes del cuerpo humano en los respectivos pacientes y compararlas con controles sanos. Del mismo modo, con las imágenes se puede realizar el seguimiento de los tratamientos aplicados en dichos pacientes y, así, verificar su eficacia. Además, estas tecnologías, que proporcionan imágenes de alta resolución, son fáciles de usar, rentables y objetivas.Para resumir, esta tesis se ha centrado en desarrollar varias aplicaciones clínicas, basadas en los métodos numéricos descritos, que podrían ser una poderosa herramienta para aportar mayor información que ayude a los clínicos en la toma de decisiones.This thesis aims to develop different computational methods with clinical application in various diseases. In this way, the research presented here aims to increase knowledge on how the analysis and study of data from imaging techniques can be of great clinical value to medical professionals. Therefore, these methods can be incorporated into clinical practice, which is of benefit to the patient. On the one hand, the improvement of different imaging devices increases the range of possibilities for data analysis and presentation. Some imaging techniques directly yield numerical data that were traditionally only used for disease monitoring. However, these data can be used as biomarkers for both diagnosis and disease prediction using artificial intelligence. Today, artificial intelligence is used in many fields as everything that provides data can be addressed by these new technologies. There seems to be no limit and new applications are being developed that only a few decades ago seemed impossible. On the other hand, imaging techniques allow us to analyse different parts of the human body in the respective patients and compare them with healthy controls. In the same way, imaging can be used to monitor the treatments applied to these patients and, thus, verify their efficacy. Moreover, these technologies, which provide high-resolution images, are easy to use, cost-effective and objective. To summarise, this thesis has focused on developing several clinical applications, based on the described numerical methods, which could be a powerful tool to provide further information to help clinicians in decision making.<br /