Summary
Мы представляем протокол использования приложения для смартфона для выполнения теста Хиршберга для измерения манифеста и прерывистого глазного несоответствия (strabismus) в условиях ближней и дальней фиксации.
Abstract
Смартфон приложение было разработано для выполнения автоматизированного фотографического теста Хиршберг для объективного измерения глазной несогласованности. Вычисляя разницу в отражении роговицы, генерируемой вспышкой камеры телефона по отношению к центру радужной оболочки глаза на основе изображений с высоким разрешением, приложение может измерять несогласованность с гораздо более высокой точностью, чем невооруженным глазом, выполняющим тест Хиршберга. Он был подтвержден в предыдущем клиническом исследовании оценки, сравнивая с клинической золотой стандарт-призма и альтернативный тест покрытия. Цель этой статьи состоит в том, чтобы описать методы тестирования относительно того, как использовать приложение для измерения глазного выравнивания для различных расстояний фиксации, без или с крышкой, чтобы сломать слияние, а также угол каппа, так что пользователи могут использовать приложение для выполнения эквивалента тесты обычно проводятся в клинике с использованием призм.
Introduction
Измерение выравнивания глаз часто выполняется в клиниках по уходу за зрением. Обложка тест с призмы нейтрализации является широко используемым клиническим методом для количественной оценки степени несогласованности глаз (strabismus). Этот метод требует высокой степени подготовки и опыта. Точное измерение становится все более сложным, когда пациенты не могут в полной мере участвовать в экзамене, таких как маленькие дети1, лица с черепно-мозговой травмой илиинсультом 2, или отклонения в развитии3. Кроме того, существует необходимость в глазной выравнивания тестирования в школе скрининга, потому что косоглазие развивается в детстве, по оценкам, 5-8% населения США4, и является существенным фактором риска для амблиопии около 30-40% случаев амблиопии, приписываемых косоглазие5,6,7. Тем не менее, школьные медсестры, как правило, не обучены проводить стандартный тест покрытия с призм нейтрализации для такого скрининга. Для специалистов по уходу за глазами, дополнительная проблема в косоглазие скрининга является то, что прерывистый косоглазие (несогласованность не всегда проявляется) и меньшие величины несогласованности не являются визуально очевидными (lt;15 призма диоптрии )8.
В попытке решить проблемы в обнаружении и измерении косоглазия, мы разработали приложение для смартфонов (EyeTurn), которое реализует и автоматизирует фотографический метод Хиршберга9, сравнивая смещение отражений роговицы между глазами. В то время как обычный фотографический метод Хиршберга, как было показано, имеет хорошую воспроизводимость в клиниках10,11, стоимость выделенных, автономных устройств является барьером для широкого принятия. Предоставляя простой в использовании инструмент для измерения выравнивания глаз со стандартными смартфонами, мы предполагаем, что он будет широко принят в школьном скрининге зрения и используется профессионалами, не являющимися специалистами по уходу за глазами. Наши предыдущие исследования оценки показали, что измерение приложения согласуется с текущим клиническим стандартом призмы и альтернативный тест покрытия12, для косоглазие величины эзотропии и экзотропии до 60 ". В экспериментальном исследовании скрининга школы, мы также показали, что приложение может помочь школьной медсестре обнаружить детей с прерывистыми экзотропиями, которые были пропущены стандартными протоколами скрининга школьного видения13.
Версия приложения для iOS в настоящее время доступна исследователям и клиницистам по запросу для исследовательских целей. К числу запрашиваемых до сих пор входили школьные медсестры, детские офтальмологи, оптометристы, нейроофтальмологи и специалисты по косоглазию. Цель юных статей состоит в том, чтобы поделиться подробными протоколами приложения для использования приложения для оценки глазного выравнивания при различных условиях просмотра, а именно, вближнемивную и дальную дистанцию фиксации; с и без глаз покрытия разорвать бинокль слияния.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Это исследование было проведено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации, в Научно-исследовательском институте глаз Schepens (Бостон, Массачусетс) и Spaulding реабилитационной больницы (Бостон, Массачусетс). От всех участников было получено информированное согласие. Исследование было одобрено местными институциональными наблюдательными советами Mass Eye and Ear (Бостон, Массачусетс).
ПРИМЕЧАНИЕ: Критерии включения пациента были предварительной диагностики горизонтальных косоглазий (постоянная или прерывистая экзотропия или эотропия) и никаких других нарушений зрения. Это исследование было частью более крупного, о чем сообщалось ранее12. Данные для 14 пациентов, набранных в США в более крупном исследовании12, сообщаются здесь с разрешения. Оптометрист, специализирующийся на реабилитации зрения, которые регулярно оценивают косоглазие в клинике, выполнил призму и альтернативный тест покрытия, следуя за измерением с приложением, чтобы предотвратить предвзятость результатов теста покрытия объективным измерением приложения.
1. Подготовка теста
ПРИМЕЧАНИЕ: Тестирование может быть выполнено в любой среде; однако следующие элементы управления, вероятно, помогут в успешном тестировании.
- Проведите тест в хорошо освещенной среде. Пусть пациенты сталкиваются в направлении, что отражения роговицы от окон и потолочных фонарей не расположены в центре глаз. Старайтесь избегать сильного фонового света, например окон.
ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно это помогает иметь потолок свет прямо над головой, или окно на одной стороне пациента. Иногда, прося творец держать руку над лоб или с помощью козырька может помочь оградить глаза от сильных источников света, которые создают дополнительные отражения на роговицу, по мере необходимости. Отключение точечных источников света, таких как канистра огни или гусиные лампы уменьшит интенсивность дополнительных отражений роговицы, что делает его легче для программного обеспечения для обнаружения отражения от вспышки камеры, как предполагалось. Если источник точечного света необходим, он может быть рассеян, указывая его на стену или с помощью диффузора (т.е. тени лампы).
2. Мера тропия (манифест косоглазие) с одним моментальным снимком
- Запустите приложение и установите режим No Cover (кнопка в правом верхнем углу).
- Выберите вблизи фиксации (кнопка в правом нижнем углу).
- Держите телефон в ландшафтной ориентации около 40 см от пациента на уровне глаз с задней камерой, обращенной к пациенту, чтобы быть измеренным.
ПРИМЕЧАНИЕ: Расстояние не должно точно контролироваться. Приложение может автоматически компенсировать различные расстояния. - Проинструктируйте пациента зафиксировать сядки, который выключен в этой точке. Для тестов, требующих точного размещения, таких как при скрининге на акмодиативную эсотропию, вставьте цель фиксации (например, букву) на задней части телефона, непосредственно под или над фонариком.
- В то время как пациент подтверждает, что он / она фиксируется, нажмите круглую кнопку, чтобы сделать снимок, который будет проанализирован приложением.
- Когда анализ завершен, приложение покажет обнаруженные особенности глаз: лимб (внешняя) граница, указанная большим кругом (зеленый), центр глаза, указанный крестом (зеленый), и расположение отражения роговицы, указанное небольшим кругом (красный). Проверить эти функции обнаруживаются без очевидных ошибок (таких как неправильное облегающее приспособление, или неправильное расположение или отсутствует отражение роговицы).
- На том же экране, под захваченной картинкой, приложение покажет измерения, связанные с выравниванием глаз. Если вы удовлетворены результатами, нажмите кнопку сохранения, чтобы сохранить текущий тест в телефоне. В противном случае нажмите кнопку «Задняя стрелка», чтобы провести повторное тестирование.
3. Мера тропия (явный косоглазие) с моментальным-дальней фиксации
ПРИМЕЧАНИЕ: Для измерения тропии для далекой фиксации, угол каппа для каждого глаза должен быть измерен по крайней мере один раз. Приложение будет автоматически выбирать последнее измерение угла каппа в истории. Если он не доступен ни для одного глаза, приложение даст напоминание, чтобы сначала получить это измерение (см. раздел 6 для деталей измерения угла каппа).
- Запустите приложение и установите режим No Cover (кнопка в правом верхнем углу).
- Выберите режим дальней фиксации (кнопка в правом нижнем углу).
- Держите телефон в ландшафтной ориентации около 40 см от пациента на уровне глаз с задней стороны телефона, обращенного к пациенту.
ПРИМЕЧАНИЕ: Расстояние не должно точно контролироваться. Приложение может автоматически компенсировать различные расстояния. - Поместите телефон чуть ниже двух глаз, чтобы пациент мог смотреть выше телефона и зафиксировать цель на расстоянии (обычно 5 м). Убедитесь, что камера находится примерно между двумя глазами, не слишком далеко в сторону любого глаза.
- Убедившись, что пациент фиксируется должным образом, нажмите круглую кнопку, чтобы сделать снимок.
- Когда анализ завершен, приложение покажет обнаруженные особенности глаз: лимб границы, указанные большой круг (зеленый), центр глаза, указанный крест (зеленый), и расположение отражения роговицы, указанные небольшой круг (красный). Проверить эти функции обнаруживаются без очевидных ошибок (таких как неправильное облегающее приспособление, или неправильное расположение или отсутствует отражение роговицы).
- Под изображением Есть результаты измерения для выравнивания глаз в том числе призма диоптрии. Если удовлетворены результатами, нажмите кнопку сохранения, чтобы сохранить тест в телефоне. В противном случае нажмите кнопку «Задняя стрелка», чтобы провести повторное тестирование.
4. Измерьте прерывистый косоглазие или форию с тестом крышки-близкой фиксацией
- Запустите приложение и переключите на крышку тестового режима (кнопка в правом верхнем углу), а также выберите вблизи фиксации (кнопка в правом нижнем углу).
- Держите телефон в ландшафтной ориентации примерно в 40 см от пациента.
ПРИМЕЧАНИЕ: Расстояние не должно точно контролироваться. Приложение может автоматически компенсировать различные расстояния. - Проинструктируйте пациента зафиксировать вспышку, которая в этот момент выключается. Для тестов, требующих точного размещения, вставьте цель фиксации на задней части телефона, непосредственно ниже или выше фонарика.
- Используйте окклюдер, чтобы покрыть один из глаз.
- Нажмите круглую кнопку. Приложение начнет следить за состоянием двух глаз (будь то один глаз покрыт).
- Убедившись, что пациент фиксируется должным образом, удалить окклюдер быстро (т.е. крышка-раскройте тест), или сначала переместить окклюдер между двумя глазами, чтобы выполнить альтернативное покрытие несколько раз, а затем принять окклюдера прочь быстро. Приложение автоматически сфотографирует, как только окклуд будет снят с глаз.
- Когда анализ будет завершен, приложение покажет обнаруженные особенности глаз: радужная оболочка, указанная большим зеленым кругом, центр глаза, указанный зеленым крестом, и отражение роговицы от вспышки, указанной небольшим красным кругом. Проверить эти функции обнаруживаются без очевидных ошибок.
- Под изображением Есть результаты измерения для выравнивания глаз в призма диоптрии. Если удовлетворены результатами, нажмите кнопку сохранения, чтобы сохранить тест в телефоне. В противном случае нажмите кнопку «Задняя стрелка», чтобы провести повторное тестирование.
5. Измерьте прерывистый косоглазие или форию с фиксацией крышки-далекой
ПРИМЕЧАНИЕ: Для измерения прерывистых глазной несогласованности для далекой фиксации, угол каппа для каждого глаза должен быть измерен по крайней мере один раз. Приложение будет автоматически выбирать последнюю меру каппа угла. Если он не доступен ни для одного глаза, приложение даст напоминание, чтобы сначала получить это измерение (см. раздел 6 для деталей измерения угла каппа).
- Запустите приложение и установите режим для покрытия теста (кнопка в правом верхнем углу).
- Выберите дальней фиксации (кнопка в правом нижнем углу).
- Держите телефон в ландшафтной ориентации около 40 см от пациента на уровне глаз.
ПРИМЕЧАНИЕ: Расстояние не должно точно контролироваться. Приложение может автоматически компенсировать различные расстояния. Лучше всего, если вспышка света / камеры находится между глазами. Так как камера и вспышка выключены в один угол в большинстве моделей телефонов, это означает, что дисплей телефона сам будет немного вне центра. - Проинструктируйте пациента посмотреть чуть выше телефона и зафиксировать цель на расстоянии (обычно на расстоянии 6 м).
- Используйте окклюдер, чтобы покрыть глаз.
- Нажмите круглую кнопку. Приложение начнет обнаруживать раскрытие глаза.
- Убедившись, что пациент фиксируется должным образом, удалить окклюдер быстро (т.е. крышка-раскройте тест), или сначала переместить окклюдер между двумя глазами, чтобы выполнить альтернативное покрытие несколько раз, а затем принять окклюдера прочь быстро. Приложение автоматически сфотографирует, как только окклюдер будет снят с глаз.
- Когда анализ завершен, приложение покажет обнаруженные особенности глаз: лимб границы, указанные большой круг (зеленый), центр глаза, указанный крест (зеленый), и расположение отражения роговицы, указанные небольшой круг (красный). Проверить эти функции обнаруживаются без очевидных ошибок (таких как неправильное облегающее приспособление, или неправильное расположение или отсутствует отражение роговицы).
- Под изображением Есть результаты измерения для выравнивания глаз в призма диоптрии. Если удовлетворены результатами, нажмите кнопку сохранения, чтобы сохранить тест в телефоне. В противном случае нажмите кнопку «Задняя стрелка», чтобы провести повторное тестирование.
6. Измерение угол каппа
- Запустите приложение.
- Выберите угол измерения каппа.
- Держите телефон в ландшафтной ориентации около 40 см от пациента на уровне глаз.
ПРИМЕЧАНИЕ: Расстояние не должно точно контролироваться. Приложение может автоматически компенсировать различные расстояния. - Поручить пациенту использовать глаз для тестирования (либо глаз), чтобы зафиксировать на вспышку света, который выключен в этой точке. Ите другой покрыты рукой или окклюдером.
- Убедившись, что пациент фиксируется должным образом, нажмите круглую кнопку, чтобы сделать снимок, который будет проанализирован приложением.
- Когда анализ завершен, приложение покажет обнаруженные особенности глаза: лимб границы, указанные большой круг (зеленый), центр глаза, указанный крест (зеленый), и расположение отражения роговицы, указанные небольшой круг (красный). Проверить эти функции обнаруживаются без очевидных ошибок (таких как неправильное облегающее приспособление, или неправильное расположение или отсутствует отражение роговицы). Под рисунком есть результаты измерения для угла каппа (в градусах).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В этой работе мы описываем протоколы для оценки глазного выравнивания с помощью приложения для смартфона, которое выполняет фотографический тест Хиршберга. Интерфейс приложения отображается на рисунке 1. Пользователи могут выбрать для выполнения теста покрытия или измерить пациента с обоими глазами фиксации на цель одновременно, либо на ближнем или дальнем расстоянии фиксации. После определения условий просмотра в зависимости от целей тестирования пользователи могут следовать протоколам и фотографировать пациента. После обработки изображений приложение покажет пользователям результаты анализа. В качестве примера, показанного на рисунке 2, конечности границ (зеленые круги) двух глаз, а также отражение роговицы вспышки (красные точки) были обнаружены правильно. Это говорит о том, что глазная мера выравнивания (18,5 "), показанная под изображением, не подвержена ошибке анализа изображений. В данном конкретном случае пациент оставил экзотропию, что очевидно из изображения, так как смещение отражения роговицы было гораздо больше в левом глазу. Тем не менее, приложение не сообщает, какой глаз отклоняется, потому что в случаях небольшой угол косоглазия и неизвестный угол каппа, было бы ненадежным для приложения, чтобы определить отклоненный глаз. Для сравнения, пример без косоглазия показан на рисунке 3. На рисунке 4 показан пример ошибочного обнаружения конечностей. В то время как обнаружение отражения роговицы (маленький красный круг) является правильным, зеленый круг, по-видимому, не соответствует границе лимба. Тест должен быть переизведн.
Согласно тесту на покрытие этих пациентов, диапазон косоглазия угол был между 25 "эсотропия до 50"экзотропии, с наименьшей величиной косоглазия угол был 6 ". Было 10 пациентов с экзотропией и 4 пациента с эсотропией. Как показал линейный регрессионный анализ (наклон No 1,02, R2 и 0,94, р-р 0,001), измерения состояния косоглазия были согласованы с клиническими измерениями испытаний покрытия(рисунок 5).
Рисунок 1: Пользовательский интерфейс приложения для тестирования косоглазия. Пользователи могут переключаться на тесте крышки и расстоянии фиксации. При различных условиях инструкции, данные пациенту, могут быть разными, как описано в протоколе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Случай левой экстропии. Это результаты, показанные пользователям, которые должны проверить обнаружение лимба границы и роговицы отражения перед чтением косоглазие угол. Если эти функции изображения не обнаружены правильно, пользователи должны переделать тест. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Пример под близкой фиксацией без теста крышки. Отражение роговицы и глазной центр были выровнены хорошо в обоих глазах. Поэтому горизонтальная (HOR) глазная несогласованность была почти нулевой, как сообщает приложение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Пример ошибочного обнаружения конечностей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Сравнение измерения угла косоглазия с помощью приложения с клиническими измерениями, сделанными с тайным тестированием (n No 14). Отрицательные значения указывают на экзотропные отклонения, положительные значения указывают на эотропные отклонения. В целом, измерения с приложением были в соответствии с клиническими измерениями косоглазия. Эта цифра была изменена из нашей предыдущей публикации12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Человек без профессиональной подготовки может использовать приложение EyeTurn для захвата фотографий глаз и получения глазных измерений выравнивания, которые могут быть интерпретированы специалистом по уходу за глазами на месте или удаленно. Приложение только обеспечивает величину диспропорции, а не какой-либо интерпретации или диагностики. Специалисты по уходу за глазами, такие как оптометристы или офтальмологи должны определить, если несоответствие является значительным или нет, и поставить диагноз после рассмотрения других факторов, включая условия, при которых измерение было принято.
Принимая хорошее качество фотографии имеет важное значение для измерения. Камера должна быть помещена в положение между двумя глазами. Находясь слишком далеко от средней линии может привести к разнице в размере изображения между двумя глазами, и, следовательно, привести к измерению погрешности.
Граница limbus является одной из ключевых особенностей, которые приложение использует для определения положения глаз. Проверка лимбуса границы установки (зеленый круг в результатах) является важным шагом. Если фитинг окажется неточным, измерение будет подвержено ошибкам, а специалист по уходу за глазами не сможет правильно интерпретировать тест. Обычно для пациентов с большими глазными трещинами, т.е. область радужной оболочки более выявлены, фитинг будет надежным и точным. С другой стороны, для пациентов с меньшими трещинами глаз, которые имеют только небольшую часть левой и правой границы показали, фитинг может быть склонен к неточностям. В этой ситуации операторы могут попросить пациентов широко открыть глаза или осторожно поднять широко едок. Текущая версия не предусматривает измерения вертикальной несогласованности, которая будет реализована в будущих версиях.
В дополнение к обещанию для использования в косоглазие клиники, еще одно потенциальное применение приложения в зрение скрининга. Для профилактики амблиопии Американская академия педиатрии решительно одобрила разработку экономически эффективного скрининга на основе изображений в качестве средства для распространения скрининга на всех детей14. Красный рефлекс метод, который сравнивает яркость "красный глаз" флэш-артефакт с косоглазие глаз быть светлее или ярче красного цвета, может обнаружить как рефракционные ошибки и косоглазие, но не может количественно величину косоглазия. Устройства реализации красного гибкого метода включают Фотоэкранер и Vision Screener15,16. Эти фотоэкранеры не были широко приняты школьных округов, вероятно, из-за стоимости. По сравнению с автономными системами, современные камеры смартфонов обеспечивают лучшую ценность, улучшенную доступность и быстро улучшенные камеры с более высоким разрешением. Недавно появилось приложение, которое реализует красный рефлекторный метод, приложение GCK17. Приложение GCK имеет некоторые ограничения в том, что оно не дает количественного измерения косоглазия и требует большего контроля окружающего освещения, чем методы Хиршберга. Приложение, представленное в этой статье, может быть потенциально альтернативным или дополнительным решением для скрининга зрения, из-за его простоты использования и эквивалентной точности со стандартными клиническими измерениями с использованием призм.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Все авторы имеют отложенную заявку на патент на метод измерения косоглазия с помощью камеры смартфона. Технология коммерциализирована компанией EyeNexo LLC, которая была основана авторами GL, PS, MT и KH, по лицензии Mass Eye and Ear.
Acknowledgments
Эта работа была частично поддержана NIH грант R44EY025902 и массовый глаз и ухо curing Kids Грант.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| EyeTurn | EyeNexo | Smartphone app for measureing eye misalignment |
References
- Kemper, A. R., Clark, S. J. Preschool vision screening in pediatric practices. Clinical Pediatrics. 45 (3), 263-266 (2006).
- Rowe, F. VIS group UK. The profile of strabismus in stroke survivors. Eye. 24 (4), 682-685 (2010).
- Black, K., McCarus, C., Collins, M. L. Z., Jensen, A.
- Taylor, K., Elliott, S.
- Cotter, S. A., et al. Fixation preference and visual acuity testing in a population-based cohort of preschool children with amblyopia risk factors. Ophthalmology. 116 (1), 145-153 (2009).
- Robaei, D., et al. Factors Associated with Childhood Strabismus: Findings from a Population-Based Study. Ophthalmology. 113 (7), 1146-1153 (2006).
- Tarczy-Hornoch, K., et al. Risk factors for decreased visual acuity in preschool children: the multi-ethnic pediatric eye disease and Baltimore pediatric eye disease studies. Ophthalmology. 118 (11), 2262-2273 (2011).
- Chan, K. W., Deng, L., Weissberg, E. M. Detection of Strabismus by Non-Health Care Professionals in an Ethnically Diverse Set of Images. JAMA Ophthalmology. 134 (1), 30-36 (2016).
- Hunter, D. G., Guyton, D. L. Vertical location of the corneal light reflex in strabismus photography. Archives of Ophthalmology. 116 (6), 767-771 (1998).
- Eskridge, J. B., Wick, B., Perrigin, D. The Hirschberg test: a double-masked clinical evaluation. American Journal of Optometry and Physiological Optics. 65 (9), 745-750 (1988).
- Hasebe, S., Ohtsuki, H., Tadokoro, Y., Okano, M., Furuse, T. The reliability of a video-enhanced Hirschberg test under clinical conditions. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 36 (13), 2678-2685 (1995).
- Pundlik, S., Tomasi, M., Liu, R., Houston, K., Luo, G. Development and Preliminary Evaluation of a Smartphone App for Measuring Eye Alignment. Translational Vision Science & Technology. 8 (1), 19 (2019).
- Cheng, W., et al. The EyeTurn App for School Vision Screening. American Academy of Optometry Annual Meeting. San Antonio, TX, , (2018).
- Committee on Practice and Ambulatory Medicine and Section on Ophthalmology. Use of Photoscreening for Children's Vision Screening. Pediatrics. 109 (3), 524-525 (2002).
- Simons, B. D., Siatkowski, R. M., Schiffman, J. C., Berry, B. E., Flynn, J. T. Pediatric photoscreening for strabismus and refractive errors in a high-risk population. Ophthalmology. 106 (6), 1073-1080 (1999).
- Kerr, N. C., Somes, G., Enzenauer, R. W. The effect of developmentally-at-risk status on the reliability of the iScreen(R) photorefractive device in young children. The American Journal of Orthopedics. 61, 117-123 (2011).
- Arnold, R. W., O'Neil, J. W., Cooper, K. L., Silbert, D. I., Donahue, S. P. Evaluation of a smartphone photoscreening app to detect refractive amblyopia risk factors in children aged 1-6 years. Clinical Ophthalmology. 12, 1533-1537 (2018).
