시력 검사를 위해 스마트폰을 사용한 자각적 굴절 검사

교정되지 않은 굴절 이상(URE)은 전 세계적으로 실명 및 시력 장애의 주요 원인으로, 안경으로 치료할 수 있음에도 불구하고 8,600^{만 명}에서 1억 1,600만 명2에게 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 외딴 지역에서 URE가 만연한 주된 이유는 안과 전문의의 수가 적고 안경을 조제할 수 있는 적절한 의료 인프라가 부족하기 때문이라고 합니다³. 예를 들어, 사하라 사막 이남 아프리카에서 50세 이상 성인의 URE로 인한 시력 장애 유병률은 고소득 국가보다 10배 더 높습니다¹.

현재 업계의 발전으로 안경 비용은 몇 달러로 떨어졌습니다. 그러나 안과 전문의를 교육하는 것은 비용과 시간이 많이 소요되어 수년간의 교육이 필요합니다⁴. 최근 연구에 따르면 1인당 의료비 지출이 낮기 때문에 광범위한 의료 시스템 내에서, 특히 외딴 지역에서 안과 진료의 의미 있는 통합이 계속 제한되고 있다고 결론지었다⁵. 이러한 암울한 현실은 URE의 진단을 쉽게 내릴 수 있어야 할 필요성을 시사합니다.

경제성, 편재성 및 타당성 덕분에 스마트폰 기반 시력 검사 도구는 시력 검사 노력에서 중추적인 역할을 할 수 있습니다 6,7,8,9,10,11,12,13. 이러한 혁신적인 도구는 특히 소외된 지역 사회에서 시력 문제를 검사, 식별 및 해결하기 위한 비용 효율적이고 편리한 솔루션을 제공함으로써 안구 건강 관리에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 기술의 한 가지 예는 모바일 시력 검사 분야에서 상당한 발전을 이룬 Peek Acuity 앱입니다. 이 앱은 아프리카 ^14,15,16의 일부 연구에서 수만 명의 개인을 선별하기 위해 배포되었습니다. Peek Acuity 앱은 시력을 측정하는 효율적인 방법을 제공함으로써 의료 서비스 제공자가 더 많은 사람들에게 다가갈 수 있도록 하여 시각 장애를 해결하는 데 유용한 도구가 되었습니다. 시력 외에도 굴절 이상을 측정하기 위한 스마트폰 기반 기술도 제안되고 평가되었습니다^17,18. Salmerón-Campillo 등은 스마트폰 화면을 사용하여 시력 및 굴절 측정을 위해 Badal 옵터미터에 청색 시각 자극을 표시했습니다¹⁷. Tousignant 등은 스마트폰이 삽입된 휴대용 쌍안 뷰어로 구성된 Netra 스마트폰 굴절기를 테스트했습니다¹⁸. 일반 스마트폰 앱과 비교했을 때, 이러한 시스템에서 스마트폰 이외의 전용 부품이나 부착물은 사용자가 특별히 제작된 기기를 구매해야 하기 때문에 기술의 접근성을 제한할 수 있습니다.

대량 URE 검사의 접근성 문제를 해결하기 위해 컴퓨터 비전과 정신물리학적 방법을 사용하여 굴절 이상을 측정하는 스마트폰 기반 굴절 앱(그림 1)을 개발했습니다¹⁹. 이 앱은 근시 환자에서 주어진 자극에 대한 원거리(텀블링 E는 구형 등가물, 난시는 격자)를 찾아 주관적 굴절을 측정합니다. 앱의 주요 기능은 특별히 제작된 첨부 파일이 필요하지 않다는 것입니다. 측정을 수행하는 데 필요한 모든 처리는 앱 내의 장치에서 수행되며 클라우드 컴퓨팅은 포함되지 않습니다. 따라서 앱을 네트워크에 연결할 필요 없이 굴절을 측정할 수 있습니다. 최소한의 교육으로 일반인은 스마트폰이 호환되는 경우 앱을 사용하여 환자의 굴절을 측정할 수 있습니다. 앱의 정확도는 이전에 표준 임상 테스트 방법에 대해 평가되었습니다⁸. 이 앱은 안경 처방에 직접 사용되지 않을 수 있지만 근시 검사에 사용할 수 있는 잠재력이 있습니다. 최근에는 농촌 지역의 학교 학생들을 대상으로 한 시력 검진에 성공적으로 사용되었다⁹. 이 백서에서는 앱을 사용하여 주관적 굴절을 측정하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

이 연구는 Mass Eye and Ear Infirmary(매사추세츠주 보스턴)에서 헬싱키 선언의 원칙에 따라 수행되었습니다. 모든 참가자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다. 이 연구는 Mass Eye and Ear(매사추세츠주 보스턴)의 지역 기관 검토 위원회의 승인을 받았습니다. 검안사에 따르면 피험자 포함 기준은 근시 진단이었고 백내장 및 망막 질환과 같은 다른 눈 상태는 없었습니다.

1. 구형 등가 측정

1. 앱을 실행하고 홈 페이지에서 굴절( Refraction) 단추를 누릅니다(그림 1). 전화기를 환자로부터 최소 2m 떨어진 곳에 두십시오.
2. 텀블링 E 자극을 위해 버튼 E 를 선택합니다(그림 2). 측정할 눈 (왼쪽 또는 오른쪽)을 선택하고 환자에게 다른 쪽 눈을 가리도록 요청합니다.
3. 화면이 환자를 향하도록 전화기를 잡고 시작 버튼을 누릅니다. 환자에게 전화기 화면에 표시된 모든 글자의 방향을 알 수 있는지 물어보십시오.
4. 환자가 글자의 방향을 알 수 없으면 전화기를 환자 쪽으로 서서히 움직입니다.
5. 환자에게 서서히 접근하면서 글자를 식별할 수 있는지 계속 확인하십시오. 환자가 글자 방향을 말할 수 있게 되자마자 중지하십시오.
6. 확인 버튼을 탭합니다. 실제 문자 방향은 화면의 텍스트로 표시됩니다. 환자의 보고서와 비교하십시오. 3개의 답변이 모두 일치하면 정답 버튼을 눌러 테스트를 종료합니다. 글자의 방향이 올바르게 보고되지 않으면 잘못된 버튼을 눌러 테스트를 다시 실행합니다.

2. 난시 측정

1. 앱을 실행하고 홈 페이지에서 굴절( Refraction) 단추를 누릅니다(그림 1). 환자로부터 최소 2m 떨어진 곳에서 시작하십시오.
2. 클럭 다이얼 패턴인 Astigm 1 stimulus를 선택합니다( 그림 3에서 오른쪽 상단 삽입). 자극은 시계처럼 한 지점에서 다른 방향을 가리키는 일련의 선 그룹으로 구성됩니다. 각 선 그룹에는 3개의 평행한 가는 선이 포함됩니다.
3. 측정할 눈을 선택하고 환자에게 다른 쪽 눈을 가리도록 요청합니다. 화면이 환자를 향하도록 전화기를 잡고 시작 버튼을 누릅니다.
4. 환자에게 어떤 방향의 선 그룹이 3개의 개별 선으로 나타나는지 묻습니다. 환자가 어느 방향에서도 별도의 선을 볼 수 없으면 전화기를 환자 쪽으로 서서히 움직입니다.
5. 접근하는 움직임 동안 환자와 함께 계속 확인하십시오. 환자가 적어도 한 방향에서 분리된 선을 볼 수 있게 되는 즉시 중지합니다.
6. 빨간색과 녹색의 두 격자 패치인 Astigm 2 자극을 선택합니다. 이러한 패치는 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 넓습니다( 그림 3의 오른쪽 아래 삽입).
7. 전화기 화면에 수직인 축을 중심으로 전화기를 회전하여 격자가 대략 Astigm 1의 가장 명확한 선 그룹의 방향이 되는 위치로 회전합니다.
8. 환자가 빨간색과 녹색 격자 패치를 똑같이 선명하게 볼 수 있는 최상의 위치를 찾기 위해 전화기 회전을 미세 조정합니다. 가장 좋은 지점을 찾으면 포인트 1 버튼을 눌러 첫 번째 먼 지점을 기록합니다.
9. 포인트 1이 기록된 후 Astigm 2 자극은 자동으로 90° 회전합니다. 첫 번째 먼 지점(포인트 1 위치)에서 전화기 방향을 유지하고 환자가 빨간색과 녹색 격자 패치를 똑같이 명확하게 볼 수 있고 더 넓은 끝을 말할 수 있을 때까지 전화기를 더 가깝게 이동합니다.
10. 포인트 2 버튼을 눌러 두 번째 원거리 포인트를 기록합니다. 두 개의 원거리 점을 기록하면 앱은 구형 굴절 이상과 난시를 계산하고 결과를 화면에 표시할 수 있습니다.
11. 결과 메시지 상자에서 저장 버튼을 눌러 결과를 저장하거나 필요한 경우 재촬영 버튼을 눌러 측정을 다시 실행합니다.

3. 동공 간 거리(IPD) 측정

1. 앱을 실행하고 홈 페이지에서 IPD 버튼을 누릅니다(그림 1). 전화기를 환자의 눈높이에서 약 40cm 떨어진 곳에 놓고 환자에게 손전등을 보라고 합니다.
2. 오른쪽에 있는 동그란 버튼을 누르면 환자의 얼굴 사진이 찍힙니다. 그러면 앱이 이미지 처리를 시작합니다.
3. 화면에 두 개의 녹색 십자선이 표시되면(그림 4) 해당 위치가 눈의 중심과 정렬되어 있는지 확인합니다. 그렇다면 저장 버튼을 누릅니다.
4. 십자선 중 하나가 눈의 중앙에 있지 않은 것 같으면 재촬영 버튼을 눌러 측정을 거부하고 3.2단계로 돌아가서 측정을 다시 수행합니다.

이 연구에서 굴절 검사의 인터페이스는 그림 2에 나와 있습니다. 선택한 자극에 따라 앱은 구형 등가 또는 전체 굴절 테스트를 수행합니다. Tumbling E를 선택하면 앱이 구형에 해당하는 값을 측정합니다(그림 2). 격자 자극 난시 1 또는 2를 선택하면 앱이 난시를 포함한 굴절 이상을 측정합니다(그림 3).

앱의 효과를 입증하기 위해 66명의 피험자(여성 25명)를 3개 그룹으로 나누어 각각 구형 등가물, 난시, IPD 테스트에 참여했습니다. 피험자의 연령 범위는 8세에서 74세(SD± 평균: 33.7세 ± 13.9세)였다.

그림 5는 자동 굴절기를 사용하여 앱 측정을 표준 임상 측정과 비교한 연구(30안)의 구형 등가 측정 결과를 보여줍니다. 가장 높은 굴절 이상은 최대 -8D였습니다. 회귀 분석은 선형 회귀 기울기가 거의 1이고 회귀의 R-제곱이 0.965이기 때문에 두 방법이 매우 일치한다는 것을 시사합니다. 두 방법의 평균 절대 차이는 0.63D였고, 그 차이는 80%에서 1D< 나왔다. 그림 5B 의 Bland-Altman 플롯은 95% 합치도 한계가 [-1.81D, 1.58D]임을 보여줍니다.

그림 6은 난시 측정 연구(38안)의 결과를 보여주며, 앱 측정을 표준 주관적 굴절 측정과 비교했습니다. 가장 높은 난시는 -2.25D였고, 이들 환자의 평균 실린더 출력은 -0.63D ± 0.59D였습니다. 앱과 자가굴절기 측정값 간의 차이(평균 ± SD)는 0.08D ± 0.41D였고 절대 오차의 평균은 0.28D였습니다. 그림 6B 의 Bland-Altman 플롯은 95% 합치도 한계가 [-0.89D, 0.73D]임을 보여줍니다. 또한, 두 측정의 실린더 출력(Cylinder Power)을 실린더 축(20)을 기준으로 J0 및 J45의 두 벡터로 분해하여 앱의 오류를 분석했습니다. J0 오차(오차 평균과 표준 편차 확산)는 -0.15D ± 0.56D였고, J45 오차는 0.07D ± 0.21D였다.

그림 4에는 두 가지 IPD 측정 사례가 나와 있습니다. 왼쪽 그림은 성공적인 시도이고 오른쪽 그림은 왼쪽 눈의 십자선이 중앙에서 벗어나 있어 실패한 시도를 보여줍니다. 그림 7은 IPD 눈금자를 사용한 검안사의 임상 측정과 비교하여 앱(n=22)을 사용한 IPD 측정 오류를 보여줍니다. 눈금자 측정에 따른 IPD의 범위는 58-69mm(평균 ± SD: 63.6mm ± 3.2mm)였습니다. 앱의 오류는 (-0.55mm ± 1.4mm)이고 절대 오류의 평균은 1.2mm였습니다.

그림 1: 시력 검사 앱의 홈페이지. 사용자는 환자 기록을 생성하고 굴절, 동공 간 거리 및 시력(여기에 소개되지 않음)을 포함하여 수행할 검사를 선택할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 굴절 측정의 인터페이스. 이 스크린샷은 구형 등가 테스트 세션을 보여줍니다. 환자는 두 손가락으로 왼쪽 눈을 가립니다. 눈썹, 코, 입이 모두 보이기 때문에 폐색이 최소화됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 난시 측정. 이 경우, 환자는 Astigm 1(오른쪽 상단 삽입)의 1시 방향이 가장 날카롭다고 보고했습니다. 따라서 Astigm 2 자극(오른쪽 하단 삽입)으로 전환할 때 1시 방향 주변에서 가장 좋은 지점을 찾기 위해 전화기를 기울여야 했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: IPD 측정의 두 가지 사례. 왼쪽: 두 개의 십자선이 눈 중심과 잘 정렬됩니다. 측정을 수락할 수 있습니다. 오른쪽: 왼쪽 눈의 십자선이 눈 중앙에 있지 않은 것 같습니다. 이 측정은 폐기해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 구형 등가 측정 결과 평가. 이 연구에서는 앱과 자가굴절기로 30개의 눈을 측정했습니다. (A) 선형 회귀는 두 측정값이 매우 일관됨을 보여줍니다(기울기=1.02, R2=0.965). (B) 블랜드-알트만 플롯. 95%의 합의 한계는 [1.81,1.58]이었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 난시 측정 결과 평가. (A) 38개의 눈에 대한 앱에 의한 난시 측정 오류의 상자 그림. 이 환자들의 평균 실린더 출력은 -0.63D ± 0.59D였습니다. 상자는 사분위수 범위를 나타내고 수염은 오차 범위를 나타냅니다. 십자가는 오류의 평균을 나타냅니다. 원으로 표시된 것처럼 두 개의 이상값이 있었습니다. (B) 블랜드-알트만 플롯. 95%의 합치도 한계는 [-0.89, 0.73]이었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 22명의 피험자에 대한 앱에 의한 IPD 측정 오차의 상자 그림. IPD 눈금자와 임상 측정을 비교한 결과, 오차는 (-0.55mm± 1.4mm)였습니다. 상자는 사분위수 범위를 나타내고 수염은 오차 범위를 나타냅니다. 십자가는 오류의 평균을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Gang Luo는 굴절 측정과 관련된 특허를 보유하고 있습니다. Gang Luo와 Shrinivas Pundlik은 시력 테스트용 스마트폰 앱을 개발하는 신생 기업인 EyeNexo LLC의 공동 설립자입니다. 다른 저자에 대한 재정적 이해 상충이 없습니다.