Subjectieve refractietest met behulp van een smartphone voor visusscreening

Samenvatting

Dit artikel presenteert de protocollen en klinische validatiegegevens voor het gebruik van een smartphone-app om subjectief brekingsfouten te meten.

Samenvatting

Om de toegang tot oogzorg te verbeteren en massale visusscreening mogelijk te maken, is een smartphone-app ontwikkeld om brekingsfouten te meten. Zonder dat er een externe bijlage nodig is, kan de app die op een zelfstandige telefoon draait, door leken worden gebruikt om subjectieve breking te meten. De validiteit ervan is getest in klinische omgevingen en achtergestelde gemeenschappen. De app schat de brekingsfout door de afstanden van verre punten te meten voor het onderscheiden van visuele stimuli. Sferische equivalente breking en astigmatisme kunnen worden gemeten met behulp van respectievelijk Tumbling E-letters en roosterpatronen. Het doel van dit artikel is om de meetprotocollen te beschrijven voor het uitvoeren van subjectieve breking met behulp van de app. Experimentele resultaten met 34 proefpersonen (30 ogen voor sferisch equivalent en 38 ogen voor beoordeling van astigmatisme) worden gepresenteerd. Meting met de app werd vergeleken met standaard klinische methoden. De gemiddelde absolute fout van sferische equivalente breking was 0,63D en de gemiddelde absolute fout van astigmatismemeting was 0,28D. Daarnaast werden 22 proefpersonen ingeschreven om de meting van de pupilafstand (IPD) met de app te evalueren. De gemiddelde absolute fout in IPD-metingen met de app was 1,2 mm. Ook wordt het protocol voor het meten van IPD met de app beschreven.

Inleiding

Ongecorrigeerde brekingsfout (URE) is een belangrijke oorzaak van blindheid en slechtziendheid in de wereld en treft 86¹ tot 116 miljoen mensen², hoewel het met een bril kan worden behandeld. Studies hebben aangetoond dat de prevalentie van URE in afgelegen gebieden voornamelijk wordt veroorzaakt door het lage aantal oogzorgprofessionals en het ontbreken van een adequate gezondheidsinfrastructuur om brillen te verstrekken³. Zo is de prevalentie van slechtziendheid als gevolg van URE onder volwassenen boven de 50 jaar in Sub-Sahara Afrika 10 keer hoger dan in landen met een hoog inkomen¹.

Met de huidige ontwikkelingen in de branche zijn de kosten van brillen gedaald tot slechts een paar dollar. Het opleiden van oogzorgprofessionals is echter kostbaar en tijdrovend - het vereist jarenlange training⁴. Een recente studie concludeerde dat lage uitgaven per hoofd van de bevolking aan gezondheidszorg een zinvolle integratie van oogzorg binnen de bredere gezondheidszorgstelsels blijven beperken, met name in afgelegen gebieden⁵. Deze grimmige realiteit wijst op de grote noodzaak om de diagnose URE toegankelijk te maken.

Dankzij hun betaalbaarheid, alomtegenwoordigheid en validiteit kunnen smartphone-gebaseerde tools voor visuele screening een cruciale rol spelen bij inspanningen op het gebied van visuele screening 6,7,8,9,10,11,12,13. Deze innovatieve tools kunnen van invloed zijn op de ooggezondheidszorg door een kosteneffectieve en handige oplossing te bieden voor het screenen, identificeren en aanpakken van zichtproblemen, vooral in achtergestelde gemeenschappen.

Een voorbeeld van dergelijke technologie is de Peek Acuity-app, die aanzienlijke vooruitgang heeft geboekt op het gebied van mobiele zichtscreening. Deze app is ingezet om tienduizenden personen te screenen in sommige onderzoeken in Afrika 14,15,16. Door een efficiënte manier te bieden om de gezichtsscherpte te meten, heeft de Peek Acuity-app zorgverleners in staat gesteld meer mensen te bereiken, waardoor het een nuttig hulpmiddel is om visuele beperkingen aan te pakken. Naast de gezichtsscherpte zijn er ook smartphone-gebaseerde technologieën voor het meten van brekingsfouten voorgesteld en geëvalueerd ^17,18. Salmerón-Campillo et al. gebruikten een smartphonescherm om blauwe visuele stimuli weer te geven in een Badal-optometer voor gezichtsscherpte- en brekingsmeting¹⁷. Tousignant et al. testte de Netra smartphone-refractor, die bestaat uit een draagbare verrekijkerkijker met een smartphone erin¹⁸. In vergelijking met algemene smartphone-apps kunnen speciale componenten of bijlagen, anders dan smartphones, in deze systemen de toegankelijkheid van de technologie beperken omdat gebruikers speciaal gemaakte apparaten moeten aanschaffen.

Om het toegankelijkheidsprobleem van massale URE-screening aan te pakken, hebben we een smartphone-gebaseerde refractie-app ontwikkeld (Figuur 1), die gebruikmaakt van computervisie en psychofysische methoden om brekingsfout^{te meten 19}. De app meet subjectieve breking door de verre punten te vinden voor bepaalde stimuli (tuimelen E voor sferisch equivalent en rooster voor astigmatisme) bij bijziende patiënten. Een belangrijk kenmerk van de app is dat er geen speciaal gemaakt hulpstuk nodig is. Alle verwerking die nodig is om een meting uit te voeren, wordt op het apparaat in de app uitgevoerd en er is geen sprake van cloud computing. Zo kan de breking worden gemeten zonder dat de app met het netwerk hoeft te worden verbonden. Met een minimale training kunnen leken de app gebruiken om de refractie van patiënten te meten als hun smartphones compatibel zijn. De nauwkeurigheid van de app is eerder geëvalueerd aan de hand van standaard klinische testmethoden⁸. Hoewel de app misschien niet direct wordt gebruikt voor het voorschrijven van een bril, heeft deze het potentieel om te worden gebruikt bij screening op bijziendheid. Onlangs is het met succes gebruikt bij een visusscreening onder scholieren in een landelijk gebied⁹. Dit artikel presenteert de protocollen voor het gebruik van de app om subjectieve breking te meten.

Protocol

De studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de principes van de Verklaring van Helsinki in de Mass Eye and Ear Infirmary (Boston, MA). Van alle deelnemers werd geïnformeerde toestemming verkregen. De studie werd goedgekeurd door de lokale institutionele beoordelingscommissies van Mass Eye and Ear (Boston, MA). Inclusiecriteria voor de proefpersoon waren de diagnose van bijziendheid en geen andere oogaandoeningen, zoals staar en netvliesaandoeningen, volgens een optometrist.

1. Meten van sferisch equivalent

1. Start de app en tik op de brekingsknop op de startpagina (Afbeelding 1). Plaats de telefoon op minimaal 2 m afstand van de patiënt.
2. Selecteer knop E voor Tumbling E stimuli (Figuur 2). Selecteer het oog dat moet worden gemeten (links of rechts) en vraag de patiënt om het andere oog te bedekken.
3. Houd de telefoon met het scherm naar de patiënt gericht en tik op de Start-knop. Vraag de patiënt of hij/zij de richting kan zien van alle letters die op het telefoonscherm worden weergegeven.
4. Als de patiënt de oriëntatie van de letters niet kan zien, beweeg de telefoon dan geleidelijk naar de patiënt toe.
5. Terwijl je de patiënt geleidelijk benadert, blijf je controleren of hij de letters kan herkennen. Stop zodra de patiënt de letterrichtingen kan zien.
6. Tik op de knop Verifiëren. De echte letteroriëntaties worden in tekst op het scherm weergegeven. Vergelijk ze met het rapport van de patiënt. Als alle 3 de antwoorden overeenkomen, tikt u op de knop Correct om de test af te ronden. Als de richting van een van de letters niet correct wordt gerapporteerd, tikt u op de knop Verkeerd om de test opnieuw uit te voeren.

2. Astigmatisme meten

1. Start de app en tik op de brekingsknop op de startpagina (Afbeelding 1). Begin op minimaal 2 m van de patiënt.
2. Selecteer Astigm 1-stimulus, een wijzerplaatpatroon (inzet rechtsboven in afbeelding 3). De stimulus bestaat uit een reeks lijngroepen vanaf één plek die in verschillende richtingen wijzen, zoals een klok. Elke lijngroep bevat 3 parallelle fijne lijnen.
3. Selecteer het oog dat moet worden gemeten en vraag de patiënt om het andere oog te bedekken. Houd de telefoon met het scherm naar de patiënt gericht en tik op de Start-knop.
4. Vraag de patiënt of de lijngroep in een van de richtingen wordt weergegeven als 3 afzonderlijke lijnen. Als de patiënt geen afzonderlijke lijnen in een van de richtingen kan zien, beweeg de telefoon dan geleidelijk naar de patiënt toe.
5. Blijf de patiënt controleren tijdens de naderende beweging. Stop zodra de patiënt gescheiden lijnen in ten minste één richting kan zien.
6. Selecteer Astigm 2 stimuli, dit zijn twee rasppleisters in rode en groene kleuren. Deze pleisters zijn aan het ene uiteinde breder dan aan het andere (inzet rechtsonder in figuur 3).
7. Draai de telefoon rond de as loodrecht op het telefoonscherm naar een positie waarbij het rooster ongeveer de richting is van de duidelijkste lijngroep van Astigm 1.
8. Verfijn de rotatie van de telefoon om de beste plek te vinden waar de patiënt de rode en groene roosterplekken even duidelijk kan zien. Zodra de beste plek is gevonden, tikt u op de knop Punt 1 om het eerste verre punt vast te leggen.
9. Nadat punt 1 is opgenomen, draait de Astigm 2-stimulus automatisch 90°. Houd vanaf het eerste verre punt (positie punt 1) de richting van de telefoon aan en plaats de telefoon dichterbij totdat de patiënt de rode en groene roosters even duidelijk kan zien en het bredere uiteinde kan zien.
10. Tik op de knop Punt 2 om het tweede verre punt op te nemen. Met de twee verre punten geregistreerd, kan de app sferische brekingsfout en astigmatisme berekenen en de resultaten op het scherm weergeven.
11. Tik in het berichtvenster op het resultaat op de knop Opslaan om het resultaat op te slaan of, indien nodig, op de knop Opnieuw om de meting opnieuw uit te voeren.

3. Meten van pupilafstand (IPD)

1. Start de app en tik op de IPD-knop op de startpagina (Afbeelding 1). Plaats de telefoon op ongeveer 40 cm afstand van de patiënt op ooghoogte en vraag de patiënt om naar de zaklamp te kijken.
2. Tik op de ronde knop aan de rechterkant om een foto te maken van het gezicht van de patiënt. De app begint dan met het verwerken van de afbeelding.
3. Wanneer twee groene dradenkruisen op het scherm zijn uitgezet (Figuur 4), onderzoek dan of hun locaties zijn uitgelijnd met het midden van de ogen. Zo ja, tik dan op de knop Opslaan.
4. Als een van de dradenkruisen zich blijkbaar niet in het midden van het oog bevindt, negeert u de meting door op de knop Opnieuw te tikken om terug te gaan naar stap 3.2 en de meting opnieuw uit te voeren.

Resultaten

Voor dit onderzoek is het raakvlak van de refractietest weergegeven in figuur 2. Afhankelijk van de geselecteerde stimuli voert de app een sferische equivalente of volledige brekingstest uit. Wanneer Tumbling E is geselecteerd, meet de app het bolvormige equivalent (Afbeelding 2). Wanneer raspstimuli Astigma 1 of 2 is geselecteerd, meet de app brekingsfouten, inclusief astigmatisme (Figuur 3).

Om de effectiviteit van de app aan te tonen, werden 66 proefpersonen (25 vrouwen) opgesplitst in 3 groepen en namen ze deel aan respectievelijk sferische equivalente, astigmatisme- en IPD-tests. De leeftijdscategorie van de proefpersoon was van 8 jaar tot 74 jaar (gemiddelde ± SD: 33,7 jaar ± 13,9 jaar).

Figuur 5 toont de resultaten van sferische equivalente metingen uit een onderzoek (30 ogen) waarin de app-meting werd vergeleken met de standaard klinische meting met behulp van een autorefractor. De hoogste brekingsfout was tot -8D. Regressieanalyse suggereert dat de twee methoden zeer consistent waren, aangezien de lineaire regressiehelling bijna 1 is en het R-kwadraat van regressie 0,965 is. Het gemiddelde absolute verschil tussen de twee methoden was 0,63D en het verschil was < 1D in 80% van de gevallen. De Bland-Altman-plot in figuur 5B laat zien dat de 95%-limieten van overeenstemming [-1.81D, 1.58D] waren.

Figuur 6 toont de resultaten van het astigmatisme-meetonderzoek (38 ogen), waarin de app-metingen zijn vergeleken met de standaard subjectieve refractiemeting. Het hoogste astigmatisme was -2,25 D en het gemiddelde cilindervermogen van die patiënten was -0,63 D ± 0,59 D. Het verschil (gemiddelde ± SD) tussen de app- en autorefractormetingen was 0,08D ± 0,41D en het gemiddelde van absolute fout was 0,28D. De Bland-Altman-plot in figuur 6B laat zien dat de 95%-limieten van overeenstemming [-0,89D, 0,73D] waren. Verder werd het cilindervermogen van de twee metingen ontleed naar twee vectoren, J0 en J45, op basis van de cilinderas²⁰, de fouten van de app werden geanalyseerd. De J0-fout (foutgemiddelde en standaarddeviatie van de foutenspreiding) was -0,15D ± 0,56D en de J45-fout was 0,07D ± 0,21D.

In figuur 4 worden twee IPD-meetgevallen getoond. De foto aan de linkerkant is een succesvolle proef, en de foto aan de rechterkant toont een mislukte proef, omdat het dradenkruis van het linkeroog niet in het midden staat. Figuur 7 toont de fout van IPD-metingen met de app (n=22) in vergelijking met de klinische metingen van een optometrist met behulp van een IPD-liniaal. Het bereik van IPD volgens de liniaalmeting was van 58-69 mm (gemiddelde ± SD: 63,6 mm ± 3,2 mm). De fout van de app was (-0,55 mm ± 1,4 mm) en het gemiddelde van de absolute fout was 1,2 mm.

Figuur 1: Startpagina van de app voor visuele screening. Gebruikers kunnen patiëntendossiers maken en de test selecteren die moet worden uitgevoerd, inclusief breking, oogafstand en gezichtsscherpte (hier niet geïntroduceerd). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Interface van de brekingsmeting. Deze schermafbeelding toont een sferische equivalente testsessie. De patiënt gebruikt twee vingers om zijn linkeroog te bedekken. De occlusie is minimaal, omdat de wenkbrauw, neus en mond allemaal zichtbaar zijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Astigmatisme meten. In dit geval meldde de patiënt dat de richting van één uur van Astigm 1 (inzet rechtsboven) de scherpste was. Daarom moest de telefoon bij het overschakelen naar de Astigm 2-stimulus (inzet rechtsonder) worden gekanteld om te zoeken naar de beste plek rond de richting van één uur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Twee gevallen van IPD-meting. Links: de twee dradenkruisen zijn goed uitgelijnd met het oogcentrum. De meting kan worden geaccepteerd. Rechts: het dradenkruis op het linkeroog bevindt zich blijkbaar niet in het midden van het oog. Deze meting moet worden genegeerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Evaluatie van de resultaten van sferische equivalente metingen. In dit onderzoek werden 30 ogen gemeten met de app en ook een autorefractor. (A) De lineaire regressie laat zien dat de twee metingen zeer consistent zijn (helling=1,02, R²=0,965). (B) Bland-Altman-plot. De 95%-grenzen van overeenstemming waren [1.81,1.58]. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Evaluatie van de resultaten van de meting van astigmatisme. (A) Boxplot van fout van astigmatismemeting door de app voor 38 ogen. Het gemiddelde cilindervermogen van die patiënten was -0,63D ± 0,59D. Het vak geeft het interkwartielbereik weer en de snorharen geven het bereik van de fout aan. Het kruisje geeft het gemiddelde van de fout aan. Er waren twee uitschieters, zoals aangegeven door de cirkels. (B) Bland-Altman-plot. De 95%-grenzen van overeenstemming waren [-0,89, 0,73]. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Boxplot van de fout van IPD-meting door de app voor 22 proefpersonen. Bij vergelijking van klinische metingen met een IPD-liniaal was de fout (-0,55 mm ± 1,4 mm). Het vak geeft het interkwartielbereik weer en de snorharen geven het bereik van de fout aan. Het kruisje geeft het gemiddelde van de fout aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Met behulp van de app is het voor een persoon zonder professionele optometrietraining haalbaar om subjectieve brekingsfouttests uit te voeren. De toepassing ervan bij visusscreening is aangetoond in een recent oogscreeningsonderzoek onder scholieren in de leeftijd van een landelijk gebied⁹. Vergeleken met de andere screeningsmethoden voor massavisie die uitsluitend zijn gebaseerd op gezichtsscherptetesten²¹, kan deze app refractie meten in termen van sferische en cilindrische foutwaarden die doorgaans in klinieken worden gebruikt. Aangezien de app klaar is voor gebruik zodra deze op smartphones is geïnstalleerd, is deze oplossing zeer toegankelijk voor achtergestelde gemeenschappen. Smartphones met een schermresolutie hoger dan 400 pixels per inch en een selfiecameraresolutie hoger dan 1920 x 1080 pixels zijn geschikt voor het uitvoeren van de brekingsapp. Veel smartphones die tegenwoordig op de markt zijn, kunnen aan de specificaties voldoen.

Verwacht mag worden dat op smartphones gebaseerde refractiemeetoplossingen een aanvulling kunnen vormen op de serviceprogramma's van oogheelkundige clinici en speciale screeningapparaten (bijv. iScreen, Spot Vision Screener)²² en bijzonder geschikt zijn voor landen en situaties met weinig middelen. Een beperking van de app is echter dat deze geen verziendheid meet met behulp van het hier gepresenteerde protocol. Er wordt onderzocht hoe verziendheid kan worden gemeten of geïdentificeerd met behulp van de app. Wat betreft de scheelzienbeoordeling die vereist is in sommige oogscreeningprogramma's, hebben we een andere app ontwikkeld en gevalideerd, die ook kan worden gebruikt bij het screenen van het gezichtsvermogen in achtergestelde gemeenschappen 10,11,12.

Hoewel oogvoorschriften niet gebaseerd mogen zijn op de app-meting wanneer toegang tot oogzorgprofessionals beschikbaar is, kan het nog steeds waardevol zijn bij massale visusscreening waarbij niet-professioneel personeel zich bij het personeelsbestand kan voegen. Patiënten bij wie een significante brekingsfout is vastgesteld, kunnen voor verder onderzoek worden doorverwezen naar oogzorgartsen.

Meetnauwkeurigheid is cruciaal voor het minimaliseren van het aantal vals-positieve verwijzingen. Hieronder volgen enkele tips voor succesvolle metingen. Metingen met de app moeten doorgaans worden uitgevoerd in goed verlichte omgevingen (bij voorkeur ten minste 300 lux). De smartphone-app maakt gebruik van computervisietechnologieën om gelaatstrekken te extraheren, op basis waarvan de kijkafstand wordt geschat. Het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat alleen het gezicht van de patiënt in het gezichtsveld van de telefooncamera verschijnt. Er mag geen ander gezicht, inclusief het gezicht van de testbeheerder, verschijnen in het voorbeeld van de selfiecamera dat tijdens de test op het telefoonscherm wordt weergegeven, omdat de app niet kan zien wie de patiënt is. Aangezien de app vertrouwt op gelaatstrekken om de kijkafstand te schatten, is het handig voor het schatten van de kijkafstand als er tijdens de test zoveel mogelijk gelaatstrekken zichtbaar zijn. Het wordt aanbevolen om een kleine afsluiter of slechts twee vingers te gebruiken om het niet-geteste oog te bedekken, zodat de wenkbrauw, neus en mondhoek allemaal zichtbaar zijn voor de camera (Figuur 2). Op korte kijkafstanden kan het gezicht van de patiënt bijna het hele camerabeeld in beslag nemen. Testers moeten het livebeeld op het scherm in de gaten houden en ervoor zorgen dat de camera goed is uitgelijnd, zodat het volledige gezicht altijd zichtbaar is in de cameraweergave.

IPD is een essentiële parameter voor app-gemeten breking. Het kan handmatig worden ingevoerd in het patiëntprofiel in de app, indien vooraf bekend. Anders kan IPD worden gemeten met behulp van de app. Zonder een geïndividualiseerde IPD zal de app een standaardwaarde gebruiken en kan dit tot op zekere hoogte meetfouten veroorzaken. Opgemerkt moet worden dat onnauwkeurige convergentie van invloed kan zijn op de IPD-meting. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat een patiënt met brekingsfouten en forie niet goed fixeert op de zaklamp verrekijker, omdat één oog kan afwijken. In dergelijke gevallen moet de patiënt een bril dragen in de IPD-test.

Testers moeten begrijpen dat de test een subjectieve maat voor breking is, wat betekent dat de uitkomst gebaseerd is op de perceptie van de patiënt in plaats van op analyse van oogoptica zoals gedaan door autorefractors. Subjectieve refractie is de gouden standaard voor het voorschrijven van brillen. De uitdaging is echter om de status van de beste subjectieve perceptie te vinden. Voor sferische equivalente meting is het criterium gebaseerd op het lezen van 3 letters. De kans bestaat dat patiënten sommige letters goed raden, terwijl ze niet echt alle letters duidelijk kunnen zien. Meerdere tests kunnen helpen het probleem te verminderen.

Bovendien zijn patiënten met een hoog astigmatisme (meestal hoger dan 2D) mogelijk niet geschikt voor sferisch equivalent testen met de app, omdat het huidige protocol met Tumbling E-letters geen rekening houdt met letteroriëntatie. Voor patiënten van wie wordt vermoed dat ze sterk astigmatisme hebben, kan een ruwe schatting worden gevonden door de stimulus van de wijzerklok (Astigm 1) te tonen en de patiënt te vragen of de ene richting veel scherper is dan de andere richtingen.

Astigmatismemeting is procedureel veeleisender dan sferische equivalente meting, omdat de breking voor verschillende assen moet worden bepaald. De sleutel tot nauwkeurige metingen is het lokaliseren van de ware verre punten voor verschillende assen, terwijl ook de nauwkeurige richting van de as moet worden bepaald. Een goede strategie is om de oriëntatie van het rooster te scannen door het telefoonscherm relatief snel te draaien terwijl de telefoon langzaam naar de patiënt toe beweegt. Te snel bewegen kan overschatting veroorzaken omdat de telefoon over de verre punten kan gaan. Sommige patiënten hebben de neiging om te melden dat ze het rooster duidelijk kunnen zien, terwijl ze in feite beter kunnen zien dan zeer wazige beelden. Dergelijke voorbarige berichten zorgen voor onderschatting. Het is nuttig om patiënten vóór het testen te laten zien hoe scherpe stimuli eruit zien, zodat ze tijdens het testen consistent kunnen rapporteren. Als u niet begrijpt hoe de perceptie van de stimulus correct moet worden gerapporteerd, kan dit aanzienlijke fouten veroorzaken, zoals de uitschieters in figuur 6A. De twee uitschieters waren van één proefpersoon, die punt 1 te vroeg meldde (de gescheiden lijnen van het rooster niet echt duidelijk zag) toen zijn rechteroog werd getest. Hij meldde ook punt 2 te laat (hij was het duidelijke punt al gepasseerd) toen zijn linkeroog werd getest. De onjuiste far-point rapporten leidden dus tot grote fouten.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Smartphone	Samsung	Galaxy	commercieel verkrijgbare smartphone