Méthode automatisée d’évaluation de l’acuité visuelle chez les nourrissons et les tout-petits à l’aide d’un système de suivi oculaire

Résumé

Dans cet article, nous présentons une nouvelle méthode automatisée pour évaluer l’acuité visuelle chez les nourrissons et les tout-petits à l’aide d’un système de suivi oculaire.

Résumé

La mesure de l’acuité visuelle est un test de fonction visuelle important à effectuer dans la petite enfance et l’enfance. Cependant, la mesure précise de l’acuité visuelle chez les nourrissons est difficile en raison de déficiences dans leur capacité de communication. Cet article présente une nouvelle méthode automatisée pour évaluer l’acuité visuelle chez les enfants (5-36 mois). Cette méthode, la procédure de carte d’acuité automatisée (AACP), utilise une webcam pour le suivi oculaire et reconnaît automatiquement les comportements d’observation des enfants. Un test préférentiel à deux choix est effectué lorsque l’enfant testé regarde les stimuli visuels affichés sur un écran d’affichage numérique haute résolution. Lorsque l’enfant testé regarde les stimuli, ses images faciales sont enregistrées par la webcam. Ces images sont utilisées par le programme informatique défini pour analyser leur comportement de visionnage. Avec cette procédure, les réponses des mouvements oculaires de l’enfant à différents stimuli sont mesurées et leur acuité visuelle est évaluée sans communication. En comparant les résultats avec l’acuité de réseau obtenue par les cartes d’acuité Teller (TAC), la performance de l’AACP est jugée comparable à celle des TAC.

Introduction

La période infantile est une période critique pour le développement visuel. Les problèmes visuels qui surviennent tôt dans la vie peuvent avoir un impact significatif sur le développement d’un enfant. Il est important de pouvoir effectuer une évaluation visuelle quantitative chez les nourrissons, ce qui peut aider à détecter les problèmes de vision précoce. Cependant, comme les nourrissons ne sont pas suffisamment développés ou expressifs sur le plan cognitif pour reconnaître les symboles du tableau d’acuité visuelle, tels que les lettres ou les graphiques, il est difficile de mesurer leur acuité visuelle. L’étalon-or actuel pour l’évaluation de la vision du nourrisson est la procédure de carte d’acuité¹ basée sur le test d’apparence préférentielle². Cependant, comme cette méthode nécessite des testeurs expérimentés pour juger de l’acuité visuelle en observant les mouvements oculaires^de l’enfant 3,4,5,6, elle est limitée par l’expérience des testeurs ^4,5. Par conséquent, les procédures de carte d’acuité, telles que les cartes d’acuité de guichet (TAC)^5,6, restent une méthode subjective. Ainsi, il existe un besoin pour une méthode qui peut mesurer quantitativement l’acuité visuelle chez les nourrissons et les jeunes enfants, qui peut être utilisée sans avoir besoin de communication verbale et qui n’est pas limitée par la nécessité de testeurs expérimentés.

L’invention et l’utilisation de l’eye tracker à distance ont permis de développer un système automatisé de mesure de l’acuité. Dans des études antérieures, les méthodes de suivi oculaire ont été utilisées comme outil d’évaluation de la fonction visuelle chez les enfants 7,8,9,10. Un eye tracker à distance peut être utilisé pour le suivi du regard et remplace l’observation par un testeur des mouvements oculaires d’un enfant. La procédure ACTIVE⁷ et la procédure^{AVAT 10} sont des tests d’acuité visuelle entièrement automatisés avec un eye tracker à distance; ils ont donné des résultats d’acuité visuelle comparables au test Keeler Acuity Cards chez des nourrissons et des jeunes enfants en bonne santé. Contrairement à d’autres études récentes, nous avons utilisé une webcam au lieu d’un eye tracker à distance pour capturer le regard de l’enfant. Nous avons inventé une méthode d’acquisition automatique des données de mouvement oculaire basée sur la vision par ordinateur. La procédure combinait la méthode d’acquisition des mouvements oculaires avec la technique de recherche préférentielle dans l’évaluation de la fonction visuelle chez les enfants.

Cet article vise à présenter une nouvelle méthode automatisée, qui peut évaluer l’acuité visuelle chez les jeunes enfants, appelée procédure de carte d’acuité automatisée (AACP). Cette procédure est particulièrement utile pour les nourrissons et les jeunes enfants qui n’ont pas encore acquis des compétences de communication suffisantes. L’aspect clé est que les réponses visuelles peuvent être quantifiées pour donner une acuité de réseau chez les nourrissons et les jeunes enfants. La mesure de l’acuité des réseaux permet la détection de pathologies visuelles et joue un rôle important dans la prise en charge médicale ultérieure.

Protocole

Le protocole décrit ici a été approuvé par le comité d’éthique du premier hôpital universitaire de Pékin (PKUFH 2018-223). Les procédures étaient conformes aux principes de la Déclaration d’Helsinki pour la recherche impliquant des sujets humains. Le format de l’étude a été décrit et le consentement éclairé a été obtenu des parents des participants.

1. Préparation de l’appareil

REMARQUE: Les composants AACP ont été installés dans une salle de test légèrement éclairée. Des rideaux ont été tirés dans la pièce pour éviter les interférences de la lumière du soleil. Un système d’affichage, un système d’enregistrement et un système d’analyse étaient les trois composantes de l’AACP (figure 1).

1. Configurez un système d’affichage, un moniteur à cristaux liquides de 28 pouces (écran de 62,208 cm x 34,992 cm, 3840 pixels x 2160 pixels, 0,162 mm/pixel, fréquence d’images de 30 Hz). Placez le moniteur d’affichage sur une table qui peut être soulevée. Linéarisez la luminance de l’écran à l’aide d’une table de consultation 8 bits. Réglez la luminance à 1 cd/m 2, 200 cd/m 2 et 400 cd/m² pour le noir, le gris moyen et le blanc, respectivement.
2. Placez deux panneaux latéraux de chaque côté de l’écran pour réduire les distractions pour les enfants testés.
3. Mettez en place un système d’enregistrement, une webcam pro haute définition avec une résolution de 1080 pixels/30 fps.
   REMARQUE: La webcam enregistre des séquences d’images des comportements des testeurs, chacune recadrée à 1280 pixels x 720 pixels. Lors des tests d’acuité automatisés, une image de webcam horodatée est obtenue toutes les 200 ms pour la synchronisation.
4. Connectez le moniteur d’affichage et la webcam à un ordinateur, le système d’analyse. Assurez-vous que la webcam est située au centre, directement sous l’écran, et qu’elle peut être ajustée au besoin.
   REMARQUE: Le moniteur et la webcam sont intégrés à l’ordinateur (un ordinateur portable ou de bureau) ou sont des périphériques distincts qui sont ensuite connectés à un ordinateur.
5. Installez le logiciel de procédure AACP sur l’ordinateur pour la présentation des stimuli et l’analyse des mouvements oculaires. Le logiciel de procédure AACP (China National Invention Patents, n° 201910865074.4 et n° 201510919621.4) comprend un module d’affichage de stimulus, un module de test de vision et un module de traitement des résultats de test.
6. Définissez les stimuli visuels comme un réseau à ondes carrées de 12 cm x 12 cm avec différentes fréquences spatiales période/degré (cpd) et un rapport de contraste de 1,00. Assurez-vous que le stimulus est affiché de manière aléatoire au centre de la partie gauche ou droite de l’écran et que le reste de l’écran affiche une zone grise à luminance similaire au TACII.
   NOTE: À la distance de détection de 55 cm (ce qui est cohérent avec celle de TACII), les stimuli étaient approximativement les mêmes (en raison des limitations de taille de pixel) que ceux des cartes TACII imprimées (16 cartes, 1/2 octave).

2. Calibrage du suivi oculaire

1. Obtenir le consentement éclairé des parents et leur décrire le format de l’étude.
2. Placez l’enfant à une distance de 55 cm du moniteur d’affichage. Laissez l’enfant s’asseoir seul sur une chaise ou, de préférence, sur les genoux du parent. Si l’enfant est assis seul, laissez le parent s’asseoir à côté de l’enfant.
3. Ajustez la position de la table élévatrice et placez-la avec le moniteur. Disposez l’écran perpendiculairement aux yeux de l’enfant.
4. Ajustez la position de la webcam pour vous assurer que le visage de l’enfant est visible dans le système d’enregistrement et pour éviter de capturer des visages autres que ceux de l’enfant.
5. Avant de commencer la procédure, informez l’enfant qu’il regardera l’écran. Demandez au parent d’inviter l’enfant à regarder l’écran lorsqu’il ne fait pas attention. Aucune instruction spécifique n’est nécessaire pendant l’essai.
6. Ouvrez le logiciel de procédure AACP. Tapez les informations de l’enfant dans le logiciel (nom, sexe, âge).
7. Cliquez sur le bouton Démarrer . Le logiciel démarre la procédure d’étalonnage. Une image GIF (Graphics Interchange Format) (2,0736 cm x 2,0736 cm, 128 x 128 pixels) apparaît sur le fond blanc au centre de l’écran (Figure 2). L’image et la musique de fond apparaissent simultanément. Ce stimulus est présenté pendant au moins 3 s. Le système d’analyse détermine simultanément si la ligne de visée de l’enfant est fixée sur l’image. Si aucune donnée de regard n’est disponible dans les 1 min lors de cette présentation, l’écran présente une autre image GIF de dessin animé. Lorsque des coordonnées du regard sont détectées dans cette région, la procédure de test démarre sans les actions du testeur et s’exécute automatiquement.

3. Procédure d’essai

1. Présentez le caillebotis initial. Les fréquences spatiales des réseaux vont de 0,33 à 30,0 cpd par pas de 1/2 octave. Déterminez le réseau initial en fonction de l’âge de l’enfant, comme dans le test TACII.
2. Présentez le réseau initial pendant 1 000 ms, ce qui correspond à la durée d’un essai. Ensuite, présentez un écran vide pendant 200 ms. Présentez à nouveau le même stimulus, suivi d’un écran vide. Présentez le réseau de la même fréquence spatiale réglée trois fois.
3. Pendant l’exécution de la procédure, laissez la webcam enregistrer les images faciales de l’enfant. Le logiciel utilise ces images pour analyser leur comportement de visionnage. Le programme de tests de la vue vérifie les réponses des mouvements oculaires avec les critères énoncés dans le tableau 1 pour déterminer si le stimulus a été observé (figure 3).
4. Laissez le programme de traitement des résultats des tests présenter le stimulus suivant, selon le protocole illustré à la figure 4¹¹.
5. Après trois essais, présentez une image GIF (avec musique de fond) comme récompense visuelle pour maintenir l’intérêt de l’enfant. Si aucune donnée de regard n’est utilisable (par exemple, si l’enfant s’est retourné ou a eu les yeux fermés) dans les 1 min suivant la présentation de l’image GIF, arrêtez le test. Ce test ne donne aucun résultat.
6. Après avoir effectué les étapes 3.4 et 3.5, analysez les résultats de l’acuité de réseau pour l’enfant émis par les logiciels.

Résultats

L’AACP a été appliqué à un groupe d’enfants^{de 11 à 155} nourrissons et tout-petits en développement normal (âgés de 5 à 36 mois, selon l’âge gestationnel). Dans une étude publiée précédemment, les résultats de l’acuité de réseau obtenus par l’AACP ont été comparés à ceux obtenus par TACII. Les résultats obtenus par ces deux procédures sont significativement corrélés (r₁₅₃ = 0,83, p < 0,001). Seulement 10,32 % (16 sur 155) des résultats des enfants différaient de plus d’une oc...

Discussion

Plusieurs études 7,8,9,10 basées sur la méthode de suivi oculaire ont montré l’intérêt de cette méthode dans l’évaluation des nourrissons et des jeunes enfants qui ont des difficultés à communiquer verbalement. Cependant, le nombre de participants aux études précédentes est relativement faible. Seulement 30 nourrissons de moins de 12 mois ont été testés par la procédure ACTIVE, qui a été dévelo...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
		Le logiciel de procédure AACP (China National Invention Patents, n° 201910865074.4 et n° 201510919621.4) comprend un module d’affichage de stimulus, un module de test de vision et un module de traitement des résultats de test.
Processeur Intel	Corporation, Santa Clara, CA, États-Unis  ;	Processeur Intel CORE i7-6500U	Système d’analyse
Moniteur d’affichage	InnoLux Co., Ltd., Chine	InnoLux M280DGJ-L30  ;	Système d’affichage
Webcam	Logitech International S.A., Lausanne, Suisse  ;	Logitech C920 webcam professionnelle haute définition	Système d’enregistrement