מאמר שיטה

שיטה אוטומטית להערכת חדות ראייה אצל תינוקות ופעוטות באמצעות מערכת מעקב עיניים

DOI:

10.3791/65274

⸱

17 במרץ 2023

 ,  ,  ,  , 
1Department of Pediatric Ophthalmology, Peking University First Hospital, Peking University Children Vison Institute, Peking University, 2School of Intelligence Science and Technology, Peking University, 3School of Psychological and Cognitive Sciences and Beijing Key Laboratory of Behavior and Mental Health, Peking University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

במאמר זה אנו מציגים שיטה אוטומטית חדשנית להערכת חדות הראייה אצל תינוקות ופעוטות באמצעות מערכת מעקב עיניים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידת חדות ראייה היא בדיקת תפקוד ראייה חשובה לביצוע בינקות ובילדות. עם זאת, מדידת חדות ראייה מדויקת אצל תינוקות קשה בגלל ליקויים ביכולת התקשורת שלהם. מאמר זה מציג שיטה אוטומטית חדשנית להערכת חדות הראייה אצל ילדים (בני 5-36 חודשים). שיטה זו, הליך כרטיס החדות האוטומטי (AACP), משתמשת במצלמת אינטרנט למעקב אחר העיניים ומזהה התנהגויות צפייה של ילדים באופן אוטומטי. מבחן דו-ברירה מועדף למראה מתבצע כאשר הילד הנבדק צופה בגירויים החזותיים המוצגים על מסך תצוגה דיגיטלי ברזולוציה גבוהה. כאשר הילד הנבדק צופה בגירויים, תמונות הפנים שלו נרשמות על ידי מצלמת האינטרנט. תמונות אלה משמשות את תוכנית המחשב כדי לנתח את התנהגות הצפייה שלהם. בהליך זה נמדדות תגובות תנועת העיניים של הילד לגירויים שונים, וחדות הראייה שלהם מוערכת ללא תקשורת. על ידי השוואת התוצאות עם חדות סורג המתקבלת על ידי כרטיסי חדות טלר (TACs), ביצועי AACP נחשבים דומים לאלה של TACs.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התקופה האינפנטילית היא תקופה קריטית להתפתחות הראייה. לבעיות ראייה המתעוררות בשלב מוקדם בחיים יכולה להיות השפעה משמעותית על התפתחות הילד. חשוב להיות מסוגל לבצע הערכה חזותית כמותית אצל תינוקות, אשר יכול לעזור לזהות בעיות ראייה מוקדמת. עם זאת, מכיוון שתינוקות אינם מפותחים קוגניטיבית או אקספרסיביים מספיק כדי לזהות סמלים של תרשים חדות הראייה, כגון אותיות או גרפים, מדידת חדות הראייה שלהם קשה. תקן הזהב הנוכחי להערכת ראיית תינוקות הוא הליך כרטיס חדות1 המבוסס על מבחן המראה המועדף2. עם זאת, מכיוון ששיטה זו דורשת מהבודקים המנוסים לשפוט את חדות הראייה על ידי התבוננות בתנועות העיניים של הילד 3,4,5,6, היא מוגבלת על ידי הניסיון של הבודקים 4,5. לכן, הליכי כרטיס חדות, כגון כרטיסי חדות טלר (TACs)5,6, נשארים שיטה סובייקטיבית. לפיכך, יש צורך בשיטה שתוכל למדוד כמותית את חדות הראייה אצל תינוקות וילדים צעירים, שניתן להשתמש בה ללא צורך בתקשורת מילולית ושאינה מוגבלת על ידי דרישת בודקים מנוסים.

המצאת עוקב העיניים מרחוק והשימוש בו אפשרו פיתוח של מערכת אוטומטית למדידת חדות. במחקרים קודמים, שיטות מעקב עיניים שימשו ככלי להערכת תפקוד חזותי בקרב ילדיםבני 7,8,9,10. מעקב עיניים מרחוק יכול לשמש למעקב אחר מבטים והוא מהווה תחליף לתצפית של בודק על תנועות העיניים של הילד. ACTIVE procedure7 ו-AVAT procedure10 הן בדיקות חדות ראייה אוטומטיות לחלוטין עם מעקב עיניים מרחוק; הם הניבו תוצאות חדות ראייה דומות למבחן Keeler Acuity Cards בתינוקות בריאים וילדים צעירים. בניגוד למחקרים אחרים שנעשו לאחרונה, השתמשנו במצלמת אינטרנט במקום במעקב עיניים מרחוק כדי ללכוד את מבטו של הילד. המצאנו שיטת רכישה אוטומטית של נתוני תנועות עיניים המבוססת על ראייה ממוחשבת. ההליך שילב את שיטת רכישת תנועות העיניים עם טכניקת המראה המועדף בהערכת תפקוד הראייה אצל ילדים.

מאמר זה נועד להציג שיטה אוטומטית חדשנית, אשר יכולה להעריך חדות ראייה אצל ילדים צעירים, הנקראת הליך כרטיס חדות אוטומטי (AACP). הליך זה שימושי במיוחד עבור תינוקות וילדים צעירים יותר שעדיין לא רכשו מיומנויות תקשורת מספיקות. ההיבט העיקרי הוא שניתן לכמת תגובות חזותיות כדי להניב חדות גרידה אצל תינוקות וילדים צעירים. מדידת חדות הגרירה מאפשרת זיהוי פתולוגיות חזותיות וממלאת תפקיד חשוב בניהול הרפואי לאחר מכן.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול המתואר כאן אושר על ידי הוועדה האתית של בית החולים הראשון של אוניברסיטת פקין (PKUFH 2018-223). הנהלים דבקו בעקרונות הצהרת הלסינקי למחקר בבני אדם. מתכונת המחקר תוארה, והתקבלה הסכמה מדעת של הורי המשתתפים.

1. הכנת המנגנון

הערה: רכיבי AACP הוצבו בחדר בדיקה מואר מעט. וילונות נמשכו בחדר כדי למנוע הפרעה מאור השמש. מערכת תצוגה, מערכת הקלטה ומערכת ניתוח היו שלושת המרכיבים של AACP (איור 1).

  1. הגדר מערכת תצוגה, צג תצוגה גביש נוזלי בגודל 28 אינץ '(מסך 62.208 ס"מ x 34.992 ס"מ, 3840 פיקסלים x 2160 פיקסלים, 0.162 מ"מ / פיקסל, קצב פריימים של 30 הרץ). הנח את צג התצוגה על שולחן שניתן להגביה. הפוך את זוהר המסך לליניארי על-ידי טבלת חיפוש של 8 סיביות. הגדר את הזוהר ל- 1 cd/m 2, 200 cd/m 2 ו- 400 cd/m2 עבור שחור, אפור בינוני ולבן, בהתאמה.
  2. מקמו שני לוחות צדדיים משני צדי המסך כדי להפחית את הסחות הדעת של הילדים הנבדקים.
  3. הגדר מערכת הקלטה, מצלמת אינטרנט מקצועית בחדות גבוהה עם רזולוציה של 1080 פיקסלים / 30 fps.
    הערה: מצלמת האינטרנט מתעדת רצפי תמונות של התנהגויות הבודקים, שכל אחד מהם נחתך בגודל 1280 פיקסלים x 720 פיקסלים. במהלך בדיקת חדות אוטומטית, מתקבלת תמונת מצלמת אינטרנט אחת עם חותמת זמן אחת כל 200 אלפיות השנייה לצורך סנכרון.
  4. חבר את צג התצוגה ואת מצלמת האינטרנט למחשב, מערכת הניתוח. ודא שמצלמת האינטרנט ממוקמת במרכז, ישירות מתחת למסך, וניתן לכוונן אותה לפי הצורך.
    הערה: הצג ומצלמת האינטרנט משולבים במחשב (מחשב נישא או מחשב שולחני) או שהם התקנים נפרדים המחוברים לאחר מכן למחשב.
  5. התקן את תוכנת הליך AACP במחשב להצגת גירויים וניתוח תנועות עיניים. תוכנת הליך AACP (פטנטים לאומיים להמצאה בסין, מס '201910865074.4 ומס '201510919621.4) כוללת מודול מציג גירוי, מודול בדיקת ראייה ומודול עיבוד תוצאות בדיקה.
  6. הגדר את הגירויים החזותיים כסורג גל מרובע בגודל 12 ס"מ x 12 ס"מ עם תדרי מחזור/מעלה מרחביים שונים ויחס ניגודיות של 1.00. ודא שהגירוי מוצג באופן אקראי במרכז החלק השמאלי או הימני של המסך, וששאר המסך מציג אזור אפור תואם זוהר בדומה ל- TACII.
    הערה: במרחק זיהוי של 55 ס"מ (התואם את זה של TACII), הגירויים היו זהים בקירוב (בשל מגבלות גודל פיקסלים) לאלה שבכרטיסי TACII מודפסים (16 כרטיסים, 1/2 אוקטבה).

2. כיול מעקב אחר העיניים

  1. לקבל הסכמה מדעת מההורים, ולתאר להם את מתכונת הלימוד.
  2. מקם את הילד במרחק של 55 ס"מ מצג התצוגה. תנו לילד לשבת לבד על כיסא או, רצוי, על ברכי ההורה. אם הילד יושב לבד, תנו להורה לשבת לצדו.
  3. התאם את מיקום שולחן ההרמה ומקם אותו עם הצג. סדרו את המסך בניצב לעיני הילד.
  4. התאם את מיקום מצלמת האינטרנט כדי להבטיח שפני הילד גלויים במערכת ההקלטה ולהימנע מלכידת פרצופים שאינם של הילד.
  5. לפני תחילת ההליך, ליידע את הילד כי הם צופים במסך. הנחו את ההורה להנחות את הילד להביט במסך כאשר הילד אינו שם לב. אין צורך בהוראות ספציפיות במהלך הבחינה.
  6. פתח את תוכנת הפרוצדורה AACP. הקלד את פרטי הילד בתוכנה (שם, מין, גיל).
  7. לחץ על לחצן התחל . התוכנה מתחילה את הליך הכיול. תמונה בתבנית החלפת גרפיקה (GIF) (2.0736 ס"מ x 2.0736 ס"מ, 128 x 128 פיקסלים) מופיעה על רקע לבן במרכז המסך (איור 2). התמונה ומוזיקת הרקע מופיעות בו-זמנית. גירוי זה מוצג לפחות 3 שניות. מערכת הניתוח קובעת בו זמנית אם קו הראייה של הילד מקובע על התמונה. אם אין נתוני מבט זמינים תוך דקה אחת במהלך מצגת זו, המסך מציג תמונת GIF מצוירת נוספת. כאשר קואורדינטות מבט מזוהות באזור זה, הליך הבדיקה מתחיל ללא פעולות הבודק ופועל באופן אוטומטי.

3. הליך הבדיקה

  1. הציגו את הסורג הראשוני. התדרים המרחביים של הגרטינגים נעים בין 0.33-30.0 cpd ב-1/2 צעדים באוקטבה. לקבוע את הסורג הראשוני לפי גיל הילד, כמו במבחן TACII.
  2. הצג את הסורג הראשוני עבור 1,000 מילישניות, שהוא אורך הניסיון. לאחר מכן, הצג מסך ריק עבור 200 אלפיות השנייה. הצג שוב את אותו גירוי, ואחריו שוב מסך ריק. הציגו את הסורג של אותה קבוצת תדרים מרחבית שלוש פעמים.
  3. במהלך ביצוע ההליך, תן למצלמת האינטרנט להקליט את תמונות הפנים של הילד. התוכנה משתמשת בתמונות אלה כדי לנתח את התנהגות הצפייה שלהם. תוכנית בדיקות הראייה בודקת את תגובות תנועות העיניים עם הקריטריונים המצוינים בטבלה 1 כדי לקבוע אם הגירוי נצפה (איור 3).
  4. תנו לתוכנית עיבוד תוצאות הבדיקה להציג את הגירוי הבא, בהתאם לפרוטוקול המוצג באיור 411.
  5. לאחר כל שלושה ניסויים, הציגו תמונת GIF (עם מוזיקת רקע) כפרס חזותי כדי לשמור על העניין של הילד. אם לא ניתן להשתמש בנתוני מבט (למשל, אם הילד הסתובב או עצם את עיניו) תוך דקה אחת ממצגת תמונת ה- GIF, הפסק את הבדיקה. בדיקה זו אינה מניבה תוצאה.
  6. לאחר ביצוע שלבים 3.4 ו-3.5, נתחו את תוצאות חדות הסורגים עבור הילד שהופק על ידי התוכנות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

AACP יושם על קבוצה אחת של ילדים11: 155 תינוקות ופעוטות המתפתחים בדרך כלל (5 עד 36 חודשים, בהתבסס על גיל ההריון). במחקר שפורסם בעבר, תוצאות חדות הסורגים שהתקבלו על ידי AACP הושוו לאלה שהתקבלו על ידי TACII. התוצאות המתקבלות על ידי שני הליכים אלה מתואמות באופן משמעותי (r153 = 0.83, p < 0.001). רק 10.32% (16 מתוך 155) מתוצאות הילדים היו שונות ביותר מאוקטבה אחת. ביניהם, שמונה ילדים היו בני 5-7 חודשים. מתוך 16 ילדים אלה, לשלושה היו תוצאות חדות ראייה שהתקבלו על ידי AACP שהיו 1.5-2 ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מספר מחקרים 7,8,9,10 המבוססים על שיטת מעקב העיניים הראו את ערכה של שיטה זו בהערכת תינוקות וילדים צעירים המתקשים בתקשורת מילולית. עם זאת, מספר המשתתפים במחקרים קודמים קטן יחסית. רק 30 תינוקות מתחת לגיל 12 חודשים נבדקו על ידי הליך ACTIVE, אשר פותח על ידי Jones et al.7. הליך AVAT, שפותח על ידי Vrabic et al.10, בדק 35 תינוקות וילדים צעירים באופן דומה....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים פרסמו את הגילויים הבאים: BK.Y., XQ.L., JS.C. ו-L.W.: China National Invention Patent "שיטה ומערכת לזיהוי פנים ולוקליזציה של אישונים במסגרות וידאו רציפות" (CN201910865074.4); XQ.L., BK.Y., JS.C. ו- L.W.: פטנט ההמצאה הלאומי של סין "מערכת בדיקה אוטומטית לחזון" (מס '201510919621.4).

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי הקרן לשיפור הבריאות והמחקר של קפיטל (מס '2018-2Z-4076) וקרנות המחקר SEED של בית החולים הראשון של אוניברסיטת פקין (2019SF31).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
תוכנת נוהל AACPפנימיתתוכנת נוהל AACP (פטנטים לאומיים של סין, מס' 201910865074.4 ומס' 201510919621.4) כוללת מודול הצגת גירוי, מודול בדיקת ראייה ומודול עיבוד תוצאות בדיקה.
מעבד מחשביםIntel Corporation, סנטה קלרה, קליפורניה, ארה"ב מעבד Intel CORE i7-6500Uניתוח מערכת
צג תצוגהInnoLux Co., Ltd., סיןInnoLux M280DGJ-L30 מערכת תצוגה
מצלמת רשתLogitech International S.A., לוזאן, שוויץ Logitech C920 מערכת הקלטת מצלמת רשת מקצועית בחדות גבוהה

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Teller, D. Y., McDonald, M. A., Preston, K., Sebris, S. L., Dobson, V. Assessment of visual acuity in infants and children: the acuity card procedure. Developmental Medicine and Child Neurology. 28 (6), 779-789 (1986).
  2. Teller, D. Y. The forced-choice preferential looking procedure: a psychophysical technique for use with human infants. Infant Behavior and Development. 2, 135-153 (1979).
  3. Preston, K. L., McDonald, M., Sebris, S. L., Dobson, V., Teller, D. Y. Validation of the acuity card procedure for assessment of infants with ocular disorders. Ophthalmology. 94 (6), 644-653 (1987).
  4. Mohn, G., vanHof-van Duin, J., Fetter, W. P., de Groot, L., Hage, M. Acuity assessment of non-verbal infants and children: clinical experience with the acuity card procedure. Developmental Medicine and Child Neurology. 30 (2), 232-244 (1988).
  5. Cavallini, A., et al. Visual acuity in the first two years of life in healthy term newborns: an experience with the teller acuity cards. Functional Neurology. 17 (2), 87-92 (2002).
  6. Clifford, C. E., Haynes, B. M., Dobson, V. Are norms based on the original teller acuity cards appropriate for use with the new teller acuity cards II. Journal of American Association for Pediatric Ophthalmology and Strabismus. 9 (5), 475-479 (2005).
  7. Jones, P. R., Kalwarowsky, S., Atkinson, J., Braddick, O. J., Nardini, M. Automated measurement of resolution acuity in infants using remote eye-tracking. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (12), 8102-8110 (2014).
  8. Hathibelagal, A. R., Leat, S. J., Irving, E. L., Nandakumar, K., Eizenman, M. Measuring infant visual acuity with gaze tracker monitored visual fixation. Optometry and Vision Science. 92 (7), 823-833 (2015).
  9. Barsingerhorn, A. D., Boonstra, F. N., Goossens, J. Saccade latencies during a preferential looking task and objective scoring of grating acuity in children with and without visual impairments. Acta Ophthalmologica. 97 (6), 616-625 (2019).
  10. Vrabič, N., Juroš, B., Tekavčič Pompe, M. Automated visual acuity evaluation based on preferential looking technique and controlled with remote eye tracking. Ophthalmic Research. 64 (3), 389-397 (2021).
  11. Wen, J., Yang, B., Li, X., Cui, J., Wang, L. Automated assessment of grating acuity in infants and toddlers using an eye-tracking system. Journal of Vision. 22 (12), 8(2022).
  12. Leone, J. F., Mitchell, P., Kifley, A., Rose, K. A. Normative visual acuity in infants and preschool-aged children in Sydney. Acta Ophthalmologica. 92 (7), e521-e529 (2014).
  13. Clifford-Donaldson, C. E., Haynes, B. M., Dobson, V. Teller Acuity Card norms with and without use of a testing stage. Journal of AAPOS. 10 (6), 547-551 (2006).
  14. Robinson, J., Moseley, M., Fielder, A. Grating acuity cards-spurious resolution and the edge artifact. Clinical Vision Sciences. 3 (4), 285-288 (1988).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים