Verwenden einer automatisierten Hirschberg-Test-App zur Bewertung der Augenausrichtung

Die Messung der Augenausrichtung wird häufig in Vision Care-Kliniken durchgeführt. Der Covertest mit Prismenneutralisation ist die häufig verwendete klinische Methode zur Quantifizierung des Grades der Augenfehlausrichtung (Strabismus). Diese Methode erfordert ein hohes Maß an Ausbildung und Erfahrung. Genaue Messungen werden schwieriger, wenn Patienten nicht vollständig an der Prüfung teilnehmen können, wie kleine Kinder¹, Personen mit Hirnverletzungen oder Schlaganfall², oder Entwicklungsstörungen³. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Augenausrichtungstests im Schulscreening, da sich Strabismus im Kindesalter bei schätzungsweise 5 8% der US-Bevölkerung^{entwickelt 4}, und ist ein wesentlicher Risikofaktor für Amblyopie mit etwa 30-40% der Fälle von Amblyopie, die auf Strabismus^5,6,7zurückzuführen sind. Schulschwestern sind jedoch in der Regel nicht geschult, den Standard-Deckungstest mit Prismenneutralisierung für ein solches Screening durchzuführen. Für Nicht-Augen-Pflegeprofis besteht eine zusätzliche Herausforderung beim Strabismus-Screening darin, dass intermittierender Strabismus (Fehlausrichtung ist nicht immer manifestiert) und kleinere Größen von Fehlausrichtungen nicht visuell offensichtlich sind (<15 prisma-dioptrien [))⁸.

Um den Herausforderungen bei der Erkennung und Messung von Strabismus zu begegnen, haben wir eine Smartphone-App (EyeTurn) entwickelt, die die fotografische Hirschberg-Methode⁹ implementiert und automatisiert, indem sie die Verschiebung von Hornhautreflexionen zwischen den Augen vergleicht. Während die herkömmliche fotografische Hirschberg-Methode in Kliniken^10,11eine gute Reproduzierbarkeit gezeigt hat, sind die Kosten für dedizierte, eigenständige Geräte ein Hindernis für eine breite Akzeptanz. Durch die Bereitstellung eines einfach zu bedienenden Tools zur Messung der Augenausrichtung mit Standard-Smartphones gehen wir davon aus, dass es im Schulbild-Screening weit verbreitet sein wird und von Nicht-Augen-Pflegeexperten verwendet wird. Unsere bisherigen Auswertungsstudien haben gezeigt, dass die App-Messung mit dem aktuellen klinischen Standard von Prisma und alternativem Deckungstest¹²für Strabismus-Größen von Esotropie und Exotropie bis zu 60 % übereinstimmt. In einer Pilotstudie zur Vorführung von Schulen haben wir auch gezeigt, dass die App der Schulschwester helfen kann, Kinder mit intermittierender Exotropie zu erkennen, die durch Standard-Schulsicht-Screening-Protokolle¹³vermisst wurden.

Die iOS-Version der App steht Forschern und Klinikern derzeit auf Anfrage zu Forschungszwecken zur Verfügung. Zu den Antragstellern gehörten bisher Schulschwestern, Kinderaugenärzte, Augenoptiker, Neuro-Ophthalmologen und Strabismus-Spezialisten. Der Zweck dieses Artikels ist es, die detaillierten App-Protokolle für die Verwendung der App zu teilen, um die Augenausrichtung unter verschiedenen Betrachtungsbedingungen auszuwerten, nämlich, nahe und weit FixierungSentfernung; mit und ohne Augenbedeckung, um die binokulare Fusion zu brechen.

Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Erklärung von Helsinki am Schepens Eye Research Institute (Boston, MA) und Spaulding Rehabilitation Hospital (Boston, MA) durchgeführt. Von allen Teilnehmern wurde eine informierte Zustimmung eingeholt. Die Studie wurde von den lokalen institutionellen Fachkollegien von Mass Eye and Ear (Boston, MA) genehmigt.

HINWEIS: Patientenintegrationskriterien waren die vorherige Diagnose des horizontalen Strabismus (konstante oder intermittierende Exotropie oder Esotropie) und keine anderen Sehbehinderungen. Diese Studie war Teil einer größeren, die zuvor berichtet wurde¹². Daten für 14 Patienten, die in den USA in der größeren Studie¹² rekrutiert wurden, werden hier mit Erlaubnis gemeldet. Ein auf Sehrehabilitation spezialisierter Optometrist, der strabismus in der Klinik routinemäßig evaluiert, führte Prismen- und alternative Deckungstests durch, gefolgt von Messungen mit der App, um eine Verzerrung der Deckungstestergebnisse durch die objektive App-Messung zu verhindern.

1. Bereiten Sie den Test vor

HINWEIS: Tests können in jeder Umgebung durchgeführt werden; Die folgenden Kontrollen dürften jedoch zu erfolgreichen Tests führen.

1. Führen Sie den Test in einer gut beleuchteten Umgebung durch. Lassen Sie die Patienten in eine Richtung blicken, die dazu führen, dass sich Hornhautreflexionen aus Fenstern und Deckenleuchten nicht in der Mitte der Augen befinden. Versuchen Sie, starke Hintergrundbeleuchtung zu vermeiden, z. B. Fenster.
   HINWEIS: In der Regel hilft es, eine Deckenleuchte direkt über dem Kopf oder ein Fenster auf einer Seite des Patienten zu haben. Manchmal kann die Bitte an den Patienten, seine Hand über die Stirn zu halten oder ein Visier zu verwenden, dazu beitragen, die Augen vor starken Lichtquellen zu schützen, die bei Bedarf zusätzliche Reflexionen auf der Hornhaut erzeugen. Das Ausschalten von Punktlichtquellen wie Kanisterleuchten oder Schwanenhalslampen verringert die Intensität zusätzlicher Hornhautreflexionen, was es der Software erleichtert, die Reflexion vom Kamerablitz wie beabsichtigt zu erkennen. Wenn eine Punktlichtquelle benötigt wird, kann sie durch Zeigen an der Wand oder mit einem Diffusor (d. h. Lampenschirm) diffundiert werden.

2. Messen Sie Tropia (Manifest strabismus) mit einer einzigen Momentaufnahme

1. Starten Sie die App und stellen Sie den Modus auf No Cover (Taste in der oberen rechten Ecke).
2. Wählen Sie in der Nähe Fixierung (Taste in der unteren rechten Ecke).
3. Halten Sie das Telefon in Querrichtung etwa 40 cm vom Patienten auf Augenhöhe mit der Rückkamera mit Blick auf den zu messenden Patienten.
   HINWEIS: Der Abstand muss nicht genau gesteuert werden. Die App kann unterschiedliche Entfernungen automatisch kompensieren.
4. Weisen Sie den Patienten an, sich an dem Blitzlicht zu fixieren, das an dieser Stelle ausgeschaltet ist. Für Tests, die eine genaue Unterbringung erfordern, z. B. beim Screening auf akkommodierende Esotropie, fügen Sie ein Fixierungsziel (z. B. einen Buchstaben) auf der Rückseite des Telefons direkt unter oder über der Taschenlampe ein.
5. Während der Patient bestätigt, dass er sich fixiert, drücken Sie die runde Taste, um einen Schnappschuss zu machen, der von der App analysiert wird.
6. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, zeigt die App erkannte Augenmerkmale an: Limbus (Iris-Außengrenze), die durch einen großen Kreis (grün) angezeigt wird, die Mitte des Auges, die durch ein Kreuz (grün) angezeigt wird, und die Position der Hornhautreflexion, die durch einen kleinen Kreis (rot) angezeigt wird. Überprüfen Sie, ob diese Features ohne offensichtliche Fehler erkannt werden (z. B. falsche Limbusanpassung oder falsche Position oder fehlende Hornhautreflexion).
7. Auf demselben Bildschirm zeigt die App unter dem aufgenommenen Bild die Messungen im Zusammenhang mit der Augenausrichtung an. Wenn Sie mit den Ergebnissen zufrieden sind, drücken Sie die Schaltfläche Speichern, um den aktuellen Test im Telefon zu speichern. Andernfalls drücken Sie die Back-Pfeil-Taste, um den Test erneut durchzuführen.

3. Messen Sie Tropia (Manifest strabismus) mit Schnappschuss-Far-Fixierung

HINWEIS: Um Tropia für die Weitfixierung zu messen, muss der Winkel kappa für jedes Auge mindestens einmal gemessen werden. Die App wählt automatisch die neueste Messung des Winkelkappa in der Geschichte. Wenn es für keines der beiden Augen verfügbar ist, wird die App eine Erinnerung geben, um zuerst diese Messung zu erhalten (siehe Abschnitt 6 für Details der Winkel kappa Messung).

1. Starten Sie die App und stellen Sie den Modus auf No Cover (Taste in der oberen rechten Ecke).
2. Wählen Sie den Fernfixierungsmodus (Taste in der unteren rechten Ecke).
3. Halten Sie das Telefon in Querrichtung etwa 40 cm vom Patienten auf Augenhöhe mit der Rückseite des Telefons mit Blick auf den Patienten.
   HINWEIS: Der Abstand muss nicht genau gesteuert werden. Die App kann unterschiedliche Entfernungen automatisch kompensieren.
4. Platzieren Sie das Telefon etwas unter zwei Augen, so dass der Patient über das Telefon schauen und ein Ziel in der Ferne (in der Regel 5 m entfernt) fixieren kann. Stellen Sie sicher, dass sich die Kamera ungefähr zwischen den beiden Augen befindet, nicht zu weit zur Seite eines der beiden Augen.
5. Drücken Sie die runde Taste, um einen Schnappschuss zu machen, während Sie sicherstellen, dass sich der Patient richtig fixiert.
6. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, zeigt die App erkannte Augenmerkmale an: Limbusgrenze, die durch einen großen Kreis (grün) angezeigt wird, die Mitte des Auges, die durch ein Kreuz (grün) angezeigt wird, und die Position der Hornhautreflexion, die durch einen kleinen Kreis (rot) angezeigt wird. Überprüfen Sie, ob diese Features ohne offensichtliche Fehler erkannt werden (z. B. falsche Limbusanpassung oder falsche Position oder fehlende Hornhautreflexion).
7. Unter dem Bild gibt es Messergebnisse für die Augenausrichtung einschließlich Prismendioptrien. Wenn Sie mit den Ergebnissen zufrieden sind, drücken Sie die Schaltfläche Speichern, um den Test im Telefon zu speichern. Andernfalls drücken Sie die Back-Pfeil-Taste, um den Test erneut durchzuführen.

4. Messen Sie intermittierenden Strabismus oder Phoria mit Abdecktest-Near-Fixation

1. Starten Sie die App und schalten Sie den Covertestmodus (Taste in der oberen rechten Ecke), und wählen Sie die nahe Fixierung (Taste in der unteren rechten Ecke).
2. Halten Sie das Telefon in Querrichtung etwa 40 cm vom Patienten entfernt.
   HINWEIS: Der Abstand muss nicht genau gesteuert werden. Die App kann unterschiedliche Entfernungen automatisch kompensieren.
3. Weisen Sie den Patienten an, das Anscheinslicht zu fixieren, das an dieser Stelle ausgeschaltet ist. Für Tests, die eine präzise Unterbringung erfordern, fügen Sie ein Fixierungsziel auf der Rückseite des Telefons, direkt unter oder über der Taschenlampe.
4. Verwenden Sie einen Okkluder, um eines der Augen zu bedecken.
5. Drücken Sie die runde Taste. Die App beginnt, den Status der beiden Augen zu überwachen (ob ein Auge bedeckt ist).
6. Während Sie sicherstellen, dass sich der Patient richtig fixiert, entfernen Sie den Okkluder schnell (d. h. den Deckschutztest), oder bewegen Sie zuerst den Okkluder zwischen den beiden Augen, um eine alternative Abdeckung ein paar Mal durchzuführen und dann den Okkluder schnell wegzunehmen. Die App nimmt automatisch ein Bild auf, sobald die Okklusion aus den Augen genommen wird.
7. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, zeigt die App erkannte Augenmerkmale: Iris, die durch einen großen grünen Kreis angezeigt wird, die Mitte des Auges, die durch ein grünes Kreuz angezeigt wird, und Hornhautreflexion vom Blitz, die durch einen kleinen roten Kreis angezeigt wird. Überprüfen Sie, ob diese Features ohne offensichtliche Fehler erkannt werden.
8. Unter dem Bild gibt es Messergebnisse für die Augenausrichtung in Prismendioptrien. Wenn Sie mit den Ergebnissen zufrieden sind, drücken Sie die Schaltfläche Speichern, um den Test im Telefon zu speichern. Andernfalls drücken Sie die Back-Pfeil-Taste, um den Test erneut durchzuführen.

5. Messen Sie intermittierenden Strabismus oder Phoria mit Abdeckungstest-Far-Fixierung

HINWEIS: Um die intermittierende Augenfehlausrichtung für die Weitfixierung zu messen, muss der Winkelkappa für jedes Auge mindestens einmal gemessen werden. Die App wählt automatisch die neueste Winkel-Kappa-Messung. Wenn es für keines der beiden Augen verfügbar ist, wird die App eine Erinnerung geben, um zuerst diese Messung zu erhalten (siehe Abschnitt 6 für Details der Winkel kappa Messung).

1. Starten Sie die App und stellen Sie den Modus auf Test (Taste in der oberen rechten Ecke).
2. Wählen Sie die Far Fixation (Taste in der unteren rechten Ecke).
3. Halten Sie das Telefon in Querrichtung etwa 40 cm vom Patienten auf Augenhöhe.
   HINWEIS: Der Abstand muss nicht genau gesteuert werden. Die App kann unterschiedliche Entfernungen automatisch kompensieren. Es ist am besten, wenn das Blitzlicht / Kamera zwischen den Augen ist. Da die Kamera und der Blitz in den meisten Telefonmodellen an einer Ecke ausgeschaltet sind, bedeutet dies, dass das Telefondisplay selbst leicht außerhalb der Mitte ist.
4. Weisen Sie den Patienten an, direkt über das Telefon zu schauen und das Ziel in der Ferne zu fixieren (in der Regel 6 m entfernt).
5. Verwenden Sie einen Okkluder, um ein Auge zu bedecken.
6. Drücken Sie die runde Taste. Die App beginnt, die Enthüllung des Auges zu erkennen.
7. Während Sie sicherstellen, dass sich der Patient richtig fixiert, entfernen Sie den Okkluder schnell (d. h. den Deckschutztest), oder bewegen Sie zuerst den Okkluder zwischen den beiden Augen, um eine alternative Abdeckung ein paar Mal durchzuführen und dann den Okkluder schnell wegzunehmen. Die App nimmt automatisch ein Bild auf, sobald der Okkluder aus den Augen genommen wird.
8. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, zeigt die App erkannte Augenmerkmale an: Limbusgrenze, die durch einen großen Kreis (grün) angezeigt wird, die Mitte des Auges, die durch ein Kreuz (grün) angezeigt wird, und die Position der Hornhautreflexion, die durch einen kleinen Kreis (rot) angezeigt wird. Überprüfen Sie, ob diese Features ohne offensichtliche Fehler erkannt werden (z. B. falsche Limbusanpassung oder falsche Position oder fehlende Hornhautreflexion).
9. Unter dem Bild gibt es Messergebnisse für die Augenausrichtung in Prismendioptrien. Wenn Sie mit den Ergebnissen zufrieden sind, drücken Sie die Schaltfläche Speichern, um den Test im Telefon zu speichern. Andernfalls drücken Sie die Back-Pfeil-Taste, um den Test erneut durchzuführen.

6. Messwinkel kappa

1. Starten Sie die App.
2. Wählen Sie Winkel kappa messen.
3. Halten Sie das Telefon in Querrichtung etwa 40 cm vom Patienten auf Augenhöhe.
   HINWEIS: Der Abstand muss nicht genau gesteuert werden. Die App kann unterschiedliche Entfernungen automatisch kompensieren.
4. Weisen Sie den Patienten an, das zu prüfende Auge (entweder Auge) zu verwenden, um das Blitzlicht zu fixieren, das an dieser Stelle ausgeschaltet ist. Lassen Sie den anderen von Hand oder einen Okkluder bedeckt.
5. Während Sie sicherstellen, dass sich der Patient richtig fixiert, tippen Sie auf die runde Taste, um einen Schnappschuss zu erstellen, der von der App analysiert wird.
6. Wenn die Analyse abgeschlossen ist, zeigt die App die erkannten Augenmerkmale: Limbusgrenze durch einen großen Kreis (grün), die Mitte des Auges durch ein Kreuz (grün) angezeigt, und die Position der Hornhautreflexion durch einen kleinen Kreis (rot) angezeigt. Überprüfen Sie, ob diese Features ohne offensichtliche Fehler erkannt werden (z. B. falsche Limbusanpassung oder falsche Position oder fehlende Hornhautreflexion). Unter dem Bild gibt es Messergebnisse für Winkelkappa (in Grad).

In dieser Arbeit beschreiben wir die Protokolle zur Bewertung der Augenausrichtung mit einer Smartphone-App, die den fotografischen Hirschberg-Test durchführt. Die Benutzeroberfläche der App ist in Abbildung 1dargestellt. Die Benutzer können wählen, ob sie einen Deckungstest durchführen oder einen Patienten messen, bei dem sich beide Augen gleichzeitig an einem Ziel fixieren, entweder in nahe oder weit entfernten Fixationsabständen. Sobald die Betrachtungsbedingungen abhängig von den Testzwecken bestimmt sind, können die Benutzer die Protokolle befolgen und ein Foto des Patienten machen. Nach der Bildverarbeitung zeigt die App den Benutzern die Analyseergebnisse an. Als Beispiel in Abbildung 2wurden die Limbusgrenzen (grüne Kreise) der beiden Augen sowie die Hornhautreflexion des Blitzlichts (rote Punkte) korrekt erkannt. Dies deutet darauf hin, dass das unter dem Bild gezeigte Augenausrichtungsmaß (18,5 " keinem Bildanalysefehler unterliegt. In diesem speziellen Fall hatte der Patient Die Exotropie verlassen, was aus dem Bild ersichtlich ist, da der Hornhautreflexionsabstand im linken Auge viel größer war. Allerdings meldet die App nicht, welches Auge abgewichen ist, denn in Fällen von kleinem Strabismuswinkel und unbekanntem Winkel kappa wäre es für die App unzuverlässig, das abweichende Auge zu bestimmen. Zum Vergleich ist in Abbildung 3ein Beispiel ohne Strabismus dargestellt. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für eine fehlerhafte Limbuserkennung. Während die Erkennung der Hornhautreflexion (kleiner roter Kreis) korrekt ist, stimmt der grüne Kreis offenbar nicht mit der Limbusgrenze. Der Test sollte noch einmal rückgängig machen.

Nach dem Decktest bei diesen Patienten lag der Strabismus-Winkel bereich zwischen 25 und 50" Exotropie, wobei die kleinste Strabismus-Winkelgröße 6 °C betrug. Es gab 10 Patienten mit Exotropie und 4 Patienten mit Esotropie. Wie die lineare Regressionsanalyse zeigte (Slope = 1,02, R2 = 0,94, p < 0,001), entsprachen die App-Messungen von Strabismus-Winkeln mit klinischen Deckungstestmessungen (Abbildung 5).

Abbildung 1: Benutzeroberfläche der strabismus-Test-App. Benutzer können auf Abdeckungstest und Fixierung Sitzer umschalten. Unter verschiedenen Bedingungen können die Anweisungen, die dem Patienten gegeben werden, anders sein, wie im Protokoll beschrieben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Ein Fall von linker Exptropie. Dies ist die Ergebnisse, die den Benutzern gezeigt, die den Nachweis der Limbusgrenze und Hornhautreflexion überprüfen sollten, bevor sie den Strabismus-Winkel lesen. Wenn diese Bild-Features nicht richtig erkannt werden, sollten die Benutzer den Test wiederholen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Ein Beispiel unter Nahbefestigung ohne Deckungstest. Die Hornhautreflexion und das Augenzentrum waren in beiden Augen gut ausgerichtet. Daher war die horizontale (HOR) Okulärfehlausrichtung fast Null, wie die App berichtete. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Ein Beispiel für eine fehlerhafte Limbuserkennung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Vergleich der Strabismus-Winkelmessung mit der App mit klinischen Messungen mit verdeckten Tests (n = 14). Negative Werte zeigen exotrope Abweichungen, positive Werte auf esotrope Abweichungen. Insgesamt stimmten die Messungen mit der App mit den klinischen Messungen des Strabismus überein. Diese Zahl wurde aus unserer vorherigen Publikation12geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Alle Autoren haben eine anhängige Patentanmeldung auf ein Verfahren zur Messung von Strabismus mit einer Smartphone-Kamera. Die Technologie wird von EyeNexo LLC vermarktet, die von den Autoren GL, PS, MT und KH unter einer Lizenz von Mass Eye and Ear gegründet wurde.