Test di rifrazione soggettiva con smartphone per lo screening della vista

Sommario

Questo documento presenta i protocolli e i dati di convalida clinica per l'utilizzo di un'app per smartphone per misurare soggettivamente l'errore di rifrazione.

Abstract

Per migliorare l'accesso alle cure oculistiche e consentire lo screening della vista di massa, è stata sviluppata un'app per smartphone per misurare gli errori di rifrazione. Senza bisogno di alcun collegamento esterno, l'app in esecuzione su un telefono autonomo può essere utilizzata da personale laico per misurare la rifrazione soggettiva. La sua validità è stata testata in contesti clinici e comunità svantaggiate. L'app stima l'errore di rifrazione misurando le distanze dei punti lontani per discernere gli stimoli visivi. La rifrazione equivalente sferica e l'astigmatismo possono essere misurati utilizzando rispettivamente le lettere E tumbling e i modelli di reticolo. Lo scopo di questo articolo è quello di descrivere i protocolli di misurazione per l'esecuzione della rifrazione soggettiva utilizzando l'app. Vengono presentati i risultati sperimentali con 34 soggetti (30 occhi per l'equivalente sferico e 38 occhi per la valutazione dell'astigmatismo). La misurazione con l'app è stata confrontata con i metodi clinici standard. L'errore assoluto medio di rifrazione equivalente sferica era di 0,63D e l'errore assoluto medio di misurazione dell'astigmatismo era di 0,28D. Inoltre, 22 soggetti sono stati arruolati per valutare la misurazione della distanza interpupillare (IPD) con l'app. L'errore assoluto medio nella misurazione dell'IPD con l'app è stato di 1,2 mm. Viene inoltre descritto il protocollo per la misurazione dell'IPD con l'app.

Introduzione

L'errore di rifrazione non corretto (URE) è una delle principali cause di cecità e compromissione della vista nel mondo, che colpisce da 86¹ a 116 milioni di individui², sebbene sia curabile con gli occhiali. Gli studi hanno dimostrato che la prevalenza delle URE nelle aree remote è principalmente determinata dal basso numero di oculisti e dalla mancanza di un'adeguata infrastruttura sanitaria per la distribuzione degli occhiali³. Ad esempio, la prevalenza della compromissione della vista dovuta all'URE tra gli adulti di età superiore ai 50 anni nell'Africa subsahariana è 10 volte superiore a quella dei paesi ad alto reddito¹.

Con gli attuali progressi nel settore, il costo degli occhiali è sceso a pochi dollari USA. Tuttavia, la formazione di oculisti è costosa e richiede molto tempo, richiedendo anni di formazione⁴. Uno studio recente ha concluso che la bassa spesa pro capite per la salute continua a limitare un'integrazione significativa delle cure oculistiche all'interno dei sistemi sanitari più ampi, in particolare nelle aree remote⁵. Queste tristi realtà sottolineano la grande necessità di rendere accessibile la diagnosi di URE.

Grazie alla loro convenienza, ubiquità e validità, gli strumenti di screening della vista basati su smartphone possono svolgere un ruolo fondamentale negli sforzi di screening della vista 6,7,8,9,10,11,12,13. Questi strumenti innovativi possono avere un impatto sulla salute degli occhi fornendo una soluzione conveniente e conveniente per lo screening, l'identificazione e la risoluzione dei problemi visivi, soprattutto nelle comunità meno servite.

Un esempio di tale tecnologia è l'app Peek Acuity, che ha fatto passi da gigante nel campo dello screening della vista mobile. Questa app è stata implementata per lo screening di decine di migliaia di individui in alcuni studi in Africa 14,15,16. Offrendo un modo efficiente per misurare l'acuità visiva, l'app Peek Acuity ha consentito agli operatori sanitari di raggiungere più persone, rendendola uno strumento utile per affrontare la disabilità visiva. Oltre all'acuità visiva, sono state proposte e valutate anche tecnologie basate su smartphone per misurare l'errore di rifrazione^17,18. Salmerón-Campillo et al. hanno utilizzato lo schermo di uno smartphone per presentare gli stimoli visivi blu in un optometro Badal per la misurazione dell'acuità visiva e della rifrazione¹⁷. Tousignant et al. hanno testato il rifrattore per smartphone Netra, che consiste in un visore binoculare portatile con uno smartphone inserito al suo interno¹⁸. Rispetto alle app per smartphone generiche, i componenti o gli accessori dedicati diversi dagli smartphone in questi sistemi possono limitare l'accessibilità della tecnologia perché gli utenti devono acquistare dispositivi appositamente realizzati.

Per affrontare il problema dell'accessibilità dello screening di massa degli URE, abbiamo sviluppato un'app di rifrazione basata su smartphone (Figura 1), che impiega la visione artificiale e metodi psicofisici per misurare l'errore di rifrazione¹⁹. L'app misura la rifrazione soggettiva trovando i punti più lontani per determinati stimoli (E di caduta per l'equivalente sferico e reticolo per l'astigmatismo) nei pazienti miopi. Una caratteristica chiave dell'app è che non è necessario alcun attacco appositamente realizzato. Tutta l'elaborazione necessaria per eseguire una misurazione viene eseguita sul dispositivo all'interno dell'app e non è coinvolto il cloud computing. Pertanto, la rifrazione può essere misurata senza la necessità di collegare l'app alla rete. Con una formazione minima, i non addetti ai lavori possono utilizzare l'app per misurare la rifrazione dei pazienti se i loro smartphone sono compatibili. L'accuratezza dell'app è stata precedentemente valutata rispetto ai metodi di test clinici standard⁸. Anche se l'app potrebbe non essere utilizzata direttamente per la prescrizione di occhiali, ha il potenziale per essere utilizzata nello screening della miopia. Recentemente, è stato utilizzato con successo in uno screening della vista tra gli studenti delle scuole in un'area rurale⁹. Questo documento presenta i protocolli per l'utilizzo dell'app per misurare la rifrazione soggettiva.

Protocollo

Lo studio è stato condotto in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki presso il Mass Eye and Ear Infirmary (Boston, MA). Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti. Lo studio è stato approvato dai comitati di revisione istituzionali locali di Mass Eye and Ear (Boston, MA). I criteri di inclusione del soggetto erano la diagnosi di miopia e nessun'altra condizione oculare, come cataratta e malattia della retina, secondo un optometrista.

1. Misurazione dell'equivalente sferico

1. Avvia l'app e tocca il pulsante Rifrazione nella home page (Figura 1). Posizionare il telefono ad almeno 2 m di distanza dal paziente.
2. Selezionare il pulsante E per gli stimoli Tumbling E (Figura 2). Selezionare l'occhio da misurare (sinistro o destro) e chiedere al paziente di coprire l'altro occhio.
3. Tenere il telefono con lo schermo rivolto verso il paziente e toccare il pulsante Start. Chiedi al paziente se può dire l'orientamento di tutte le lettere visualizzate sullo schermo del telefono.
4. Se il paziente non è in grado di capire l'orientamento delle lettere, spostare gradualmente il telefono verso il paziente.
5. Mentre ti avvicini gradualmente al paziente, continua a controllare se riesce a identificare le lettere. Fermarsi non appena il paziente è in grado di capire l'orientamento delle lettere.
6. Tocca il pulsante Verifica. I veri orientamenti delle lettere verranno visualizzati nel testo sullo schermo. Confrontali con il referto del paziente. Se tutte e 3 le risposte corrispondono, tocca il pulsante Correggi per concludere il test. Se l'orientamento di una delle lettere non viene riportato correttamente, tocca il pulsante Sbagliato per ripetere il test.

2. Misurazione dell'astigmatismo

1. Avvia l'app e tocca il pulsante Rifrazione nella home page (Figura 1). Iniziare da almeno 2 m dal paziente.
2. Selezionare lo stimolo Astigm 1, che è un modello di quadrante dell'orologio (riquadro in alto a destra nella Figura 3). Lo stimolo consiste in una serie di gruppi di linee che partono da un punto e puntano verso direzioni diverse, come un orologio. Ogni gruppo di linee comprende 3 linee sottili parallele.
3. Selezionare l'occhio da misurare e chiedere al paziente di coprire l'altro occhio. Tenere il telefono con lo schermo rivolto verso il paziente e toccare il pulsante Start.
4. Chiedere al paziente se il gruppo di linee in una qualsiasi delle direzioni appare come 3 linee separate. Se il paziente non riesce a vedere linee separate in nessuna delle direzioni, spostare gradualmente il telefono verso il paziente.
5. Continuare a controllare il paziente durante il movimento di avvicinamento. Fermarsi non appena il paziente può vedere linee separate in almeno una direzione.
6. Seleziona gli stimoli Astigm 2, che sono due cerotti da grattugia nei colori rosso e verde. Queste patch sono più larghe su un'estremità rispetto all'altra (riquadro in basso a destra nella Figura 3).
7. Ruotare il telefono attorno all'asse perpendicolare allo schermo del telefono in una posizione in cui la griglia sia all'incirca la direzione del gruppo di linee più chiaro di Astigm 1.
8. Regola con precisione la rotazione del telefono per trovare il punto migliore in cui il paziente può vedere le macchie rosse e verdi del reticolo in modo altrettanto chiaro. Una volta trovato il punto migliore, tocca il pulsante Punto 1 per registrare il primo punto lontano.
9. Dopo aver registrato il punto 1, lo stimolo Astigm 2 ruoterà automaticamente di 90°. Dal primo punto lontano (posizione del punto 1), mantenere l'orientamento del telefono e avvicinare il telefono fino a quando il paziente non riesce a vedere le macchie rosse e verdi del reticolo in modo altrettanto chiaro e a distinguere l'estremità più larga.
10. Tocca il pulsante Punto 2 per registrare il secondo punto lontano. Con i due punti lontani registrati, l'app può calcolare l'errore di rifrazione sferico e l'astigmatismo e mostrare i risultati sullo schermo.
11. Nella finestra di messaggio del risultato, toccare il pulsante Salva per salvare il risultato o, se necessario, il pulsante Ripeti per ripetere la misurazione.

3. Misurazione della distanza interpupillare (IPD)

1. Avvia l'app e tocca il pulsante IPD nella home page (Figura 1). Posizionare il telefono a circa 40 cm di distanza dal paziente all'altezza degli occhi e chiedere al paziente di guardare la torcia.
2. Tocca il pulsante rotondo a destra per scattare una foto del viso del paziente. L'app inizierà quindi a elaborare l'immagine.
3. Quando due mirini verdi vengono tracciati sullo schermo (Figura 4), esaminare se le loro posizioni sono allineate con il centro degli occhi. In caso affermativo, tocca il pulsante Salva.
4. Se uno dei mirini non è apparentemente al centro dell'occhio, rifiutare la misurazione toccando il pulsante Ripeti per tornare al passaggio 3.2 e ripetere la misurazione.

Risultati

Per questo studio, l'interfaccia del test di rifrazione è mostrata nella Figura 2. A seconda degli stimoli selezionati, l'app esegue un test di rifrazione sferica equivalente o completa. Quando si seleziona Tumbling E, l'app misura l'equivalente sferico (Figura 2). Quando si selezionano gli stimoli a griglia Astigma 1 o 2, l'app misura l'errore di rifrazione, incluso l'astigmatismo (Figura 3).

Per dimostrare l'efficacia dell'app, 66 soggetti (25 femmine) sono stati divisi in 3 gruppi e hanno partecipato rispettivamente a test di equivalente sferico, astigmatismo e IPD. La fascia d'età dei soggetti era compresa tra 8 anni e 74 anni (media ± DS: 33,7 anni ± 13,9 anni).

La Figura 5 mostra i risultati della misurazione dell'equivalente sferico di uno studio (30 occhi) in cui la misurazione dell'app è stata confrontata con la misurazione clinica standard utilizzando un autorifrattore. L'errore di rifrazione più alto è stato fino a -8D. L'analisi della regressione suggerisce che i due metodi erano altamente coerenti, poiché la pendenza della regressione lineare è quasi 1 e l'R-quadrato della regressione è 0,965. La differenza media assoluta tra i due metodi era di 0,63D e la differenza era di < 1D nell'80% dei casi. Il grafico di Bland-Altman nella Figura 5B mostra che i limiti di concordanza del 95% erano [-1,81D, 1,58D].

La Figura 6 mostra i risultati dello studio di misurazione dell'astigmatismo (38 occhi), in cui le misurazioni dell'app sono state confrontate con la misurazione standard della rifrazione soggettiva. L'astigmatismo più alto era di -2,25 D e la potenza media del cilindro di quei pazienti era di -0,63 D ± 0,59 D. La differenza (media ± SD) tra le misurazioni dell'app e dell'autorefrattore era di 0,08 D ± 0,41 D e la media dell'errore assoluto era di 0,28 D. Il grafico di Bland-Altman nella Figura 6B mostra che i limiti di concordanza del 95% erano [-0,89D, 0,73D]. Inoltre, la potenza del cilindro delle due misurazioni è stata scomposta in due vettori, J0 e J45, in base all'asse^{del cilindro 20}, sono stati analizzati gli errori dell'app. L'errore J0 (media dell'errore e deviazione standard della diffusione dell'errore) era -0,15D ± 0,56D e l'errore J45 era 0,07D ± 0,21D.

Nella Figura 4 sono mostrati due casi di misurazione IPD. L'immagine sul lato sinistro è una prova riuscita, mentre quella a destra mostra una prova fallita, poiché il mirino dell'occhio sinistro è decentrato. La Figura 7 mostra l'errore delle misurazioni IPD con l'app (n=22) rispetto alle misurazioni cliniche di un optometrista utilizzando un righello IPD. L'intervallo di IPD in base alla misurazione del righello era compreso tra 58 e 69 mm (media ± SD: 63,6 mm ± 3,2 mm). L'errore dell'app era (-0,55 mm ± 1,4 mm) e la media dell'errore assoluto era 1,2 mm.

Figura 1: Home page dell'app per lo screening della vista. Gli utenti possono creare cartelle cliniche e selezionare il test da eseguire, tra cui la rifrazione, la distanza interpupillare e l'acuità visiva (non introdotto qui). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Interfaccia della misura della rifrazione. Questa schermata mostra una sessione di test equivalente sferica. Il paziente usa due dita per coprire l'occhio sinistro. L'occlusione è minima, poiché il sopracciglio, il naso e la bocca sono tutti visibili. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Misurazione dell'astigmatismo. In questo caso, il paziente ha riferito che la direzione dell'una di Astigm 1 (riquadro in alto a destra) era la più acuta. Pertanto, quando si passa allo stimolo Astigm 2 (riquadro in basso a destra), il telefono deve essere inclinato per cercare il punto migliore intorno alla direzione dell'una. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Due casi di misurazione IPD. A sinistra: i due mirini si allineano bene con i centri oculari. La misurazione può essere accettata. A destra: il mirino sull'occhio sinistro apparentemente non è al centro dell'occhio. Questa misurazione deve essere scartata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Valutazione dei risultati della misura dell'equivalente sferico. In questo studio, 30 occhi sono stati misurati con l'app e anche un autorefrattore. (A) La regressione lineare mostra che le due misurazioni sono altamente coerenti (pendenza = 1,02, R² = 0,965). (B) Complotto di Bland-Altman. I limiti del 95% dell'accordo erano [1,81,1,58]. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Valutazione dei risultati della misurazione dell'astigmatismo. (A) Box plot dell'errore di misurazione dell'astigmatismo da parte dell'app per 38 occhi. La potenza media del cilindro di questi pazienti era di -0,63D ± 0,59D. La casella rappresenta l'intervallo interquartile e i baffi indicano l'intervallo dell'errore. La croce indica la media dell'errore. C'erano due valori anomali, come indicato dai cerchi. (B) Complotto di Bland-Altman. I limiti di accordo del 95% erano [-0,89, 0,73]. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Box plot dell'errore di misurazione dell'IPD da parte dell'app per 22 soggetti. Confrontando le misurazioni cliniche con un righello IPD, l'errore era (-0,55 mm ± 1,4 mm). La casella rappresenta l'intervallo interquartile e i baffi indicano l'intervallo dell'errore. La croce indica la media dell'errore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

Utilizzando l'app, è possibile per una persona senza una formazione professionale in optometria eseguire test soggettivi dell'errore di rifrazione. La sua applicazione nello screening della vista è stata dimostrata in un recente studio di screening oculistico tra studenti in età scolare in un'area rurale⁹. Rispetto agli altri metodi di screening della visione di massa che si basano esclusivamente sul test dell'acuità visiva²¹, questa app può fornire la misurazione della rifrazione in termini di valori di errore sferico e cilindrico tipicamente utilizzati nelle cliniche. Poiché l'app è pronta per l'uso una volta installata sugli smartphone, questa soluzione è altamente accessibile per le comunità meno servite. Gli smartphone con una risoluzione dello schermo superiore a 400 pixel per pollice e una risoluzione della fotocamera selfie superiore a 1920 x 1080 pixel sono adatti per l'esecuzione dell'app di rifrazione. Molti smartphone sul mercato al giorno d'oggi possono soddisfare le specifiche.

Ci si può aspettare che le soluzioni di misurazione della rifrazione basate su smartphone possano integrare i programmi di servizio forniti dai medici oftalmici e dai dispositivi di screening dedicati (ad esempio, iScreen, Spot Vision Screener)²² e siano particolarmente adatte per paesi e situazioni con scarse risorse. Una limitazione dell'app, tuttavia, è che non misura l'ipermetropia utilizzando il protocollo presentato qui. Come misurare o identificare l'ipermetropia utilizzando l'app è in fase di studio. Per quanto riguarda la valutazione dello strabismo richiesta in alcuni programmi di screening oculistico, abbiamo sviluppato e convalidato un'altra app, che può essere utilizzata anche nello screening della vista nelle comunità svantaggiate 10,11,12.

Sebbene la prescrizione oculistica non debba essere basata sulla misurazione dell'app quando è disponibile l'accesso ai professionisti della cura degli occhi, può comunque essere preziosa nello screening della vista di massa in cui il personale non professionale può unirsi alla forza lavoro. I pazienti contrassegnati con un errore di rifrazione significativo possono essere indirizzati ai medici oculisti per ulteriori esami.

L'accuratezza della misurazione è fondamentale per ridurre al minimo il tasso di falsi positivi di riferimento. Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti per misurazioni di successo. La misurazione con l'app in genere deve essere eseguita in ambienti ben illuminati (preferibilmente almeno 300 lux). L'app per smartphone utilizza tecnologie di visione artificiale per estrarre le caratteristiche del viso, in base alle quali viene stimata la distanza di visione. È necessario assicurarsi che solo il volto del paziente appaia nel campo visivo della fotocamera del telefono. Nessun altro volto, incluso il volto dell'amministratore del test, dovrebbe apparire nell'anteprima della fotocamera selfie mostrata sullo schermo del telefono durante il test, perché l'app non è in grado di dire chi è il paziente. Poiché l'app si basa sulle caratteristiche facciali per stimare la distanza di visualizzazione, sarà utile per la stima della distanza di visualizzazione se il maggior numero possibile di caratteristiche facciali è visibile durante il test. Si consiglia di utilizzare un piccolo occlusore o solo due dita per coprire l'occhio non testato in modo che il sopracciglio, il naso e l'angolo della bocca siano tutti visibili alla telecamera (Figura 2). A brevi distanze di visione, il viso del paziente può occupare quasi l'intera visuale della telecamera. I tester devono monitorare l'immagine dal vivo sullo schermo e assicurarsi di allineare correttamente la telecamera in modo che il volto completo sia sempre visibile nella vista della telecamera.

L'IPD è un parametro essenziale per la rifrazione misurata tramite app. Può essere inserito manualmente nel profilo del paziente nell'app, se noto in anticipo. In caso contrario, l'IPD può essere misurato utilizzando l'app. Senza un IPD personalizzato, l'app utilizzerà un valore predefinito e potrebbe causare errori di misurazione in una certa misura. Va notato che una convergenza imprecisa potrebbe influenzare la misurazione dell'IPD. Ad esempio, un paziente con errore di rifrazione e foria potrebbe non fissarsi correttamente sulla torcia in modo binoculare, poiché un occhio potrebbe deviare. In questi casi, il paziente deve indossare gli occhiali nel test IPD.

I tester devono capire che il test è una misura soggettiva della rifrazione, il che significa che il risultato si basa sulla percezione dei pazienti piuttosto che sull'analisi dell'ottica dell'occhio come fatto dagli auto-rifrattori. La rifrazione soggettiva è il gold standard per la prescrizione di occhiali. Tuttavia, la sfida è trovare lo stato della migliore percezione soggettiva. Per la misurazione dell'equivalente sferico, il criterio si basa sulla lettura di 3 lettere. C'è la possibilità che i pazienti indovinino correttamente alcune lettere mentre non riescono a vedere chiaramente tutte le lettere. Più test possono aiutare a mitigare il problema.

Inoltre, i pazienti con astigmatismo elevato (di solito superiore a 2D) potrebbero non essere adatti per i test equivalenti sferici con l'app perché l'attuale protocollo con le lettere Tumbling E non prende in considerazione l'orientamento delle lettere. Per i pazienti che si sospetta abbiano un forte astigmatismo, una stima approssimativa potrebbe essere trovata mostrando lo stimolo dell'orologio a quadrante (Astigm 1) e chiedendo al paziente se una direzione è molto più nitida delle altre.

La misurazione dell'astigmatismo è proceduralmente più impegnativa della misurazione equivalente sferica perché è necessario determinare la rifrazione per assi diversi. La chiave per una misurazione accurata è individuare i veri punti lontani per i diversi assi, mentre è necessario determinare anche la direzione precisa dell'asse. Una buona strategia consiste nel scansionare l'orientamento del reticolo ruotando lo schermo del telefono relativamente velocemente mentre si sposta lentamente il telefono verso il paziente. Muoversi troppo velocemente può causare una sovrastima perché il telefono potrebbe passare sopra i punti più lontani. Alcuni pazienti tendono a riferire di poter vedere chiaramente la grata quando, in realtà, possono vedere meglio delle immagini molto sfocate. Tali rapporti prematuri causano sottostima. È utile mostrare ai pazienti come appaiono gli stimoli acuti prima del test, in modo che possano riferire in modo coerente durante il test. Non capire come riportare correttamente la percezione dello stimolo può causare errori significativi, come i valori anomali mostrati nella Figura 6A. I due valori anomali provenivano da un soggetto, che ha riportato il punto 1 troppo presto (non ha visto chiaramente le linee separate del reticolo) quando il suo occhio destro è stato testato. Ha anche segnalato il punto 2 troppo tardi (aveva già superato il punto chiaro) quando il suo occhio sinistro è stato testato. Pertanto, i rapporti errati del punto lontano portavano a grandi errori.

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