Ten artykuł przedstawia protokoły i dane walidacji klinicznej dotyczące korzystania z aplikacji na smartfony do subiektywnego pomiaru wady refrakcji.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł przedstawia protokoły i dane walidacji klinicznej dotyczące korzystania z aplikacji na smartfony do subiektywnego pomiaru wady refrakcji.
Aby poprawić dostęp do opieki zdrowotnej i umożliwić masowe badania przesiewowe wzroku, stworzono aplikację na smartfony do pomiaru wad refrakcji. Bez konieczności stosowania zewnętrznego łącznika, aplikacja działająca na samodzielnym telefonie może być używana przez laika do pomiaru subiektywnej refrakcji. Jego skuteczność została przetestowana pilotażowo w warunkach klinicznych i społecznościach o niedostatecznym dostępie do usług. Aplikacja szacuje wadę refrakcji, mierząc odległości odległych punktów w celu rozróżniania bodźców wzrokowych. Sferyczne równoważne załamanie światła i astygmatyzm można zmierzyć odpowiednio za pomocą liter Tumble E i wzorów siatki. Celem tego artykułu jest opisanie protokołów pomiarowych do wykonywania subiektywnej refrakcji za pomocą aplikacji. Przedstawiono wyniki eksperymentów z udziałem 34 osób (30 oczu do oceny astygmatyzmu w ekwiwalencie sferycznym i 38 oczu do oceny astygmatyzmu). Pomiar za pomocą aplikacji porównano ze standardowymi metodami klinicznymi. Średni błąd bezwzględny równoważnego załamania sferycznego wynosił 0,63D, a średni błąd bezwzględny pomiaru astygmatyzmu wynosił 0,28D. Ponadto 22 osoby zostały włączone do oceny pomiaru odległości między źrenicami (IPD) za pomocą aplikacji. Średni błąd bezwzględny w pomiarze IPD za pomocą aplikacji wynosił 1,2 mm. Opisany jest również protokół pomiaru IPD za pomocą aplikacji.
Nieskorygowana wada refrakcji (URE) jest główną przyczyną ślepoty i upośledzenia wzroku na świecie, dotykając 861 do 116 milionów osób2, chociaż można go leczyć za pomocą okularów. Badania wykazały, że rozpowszechnienie URE w odległych obszarach wynika przede wszystkim z małej liczby specjalistów w dziedzinie okulistyki i braku odpowiedniej infrastruktury zdrowotnej do wydawania okularów3. Na przykład częstość występowania upośledzenia wzroku z powodu URE wśród dorosłych w wieku powyżej 50 lat w Afryce Subsaharyjskiej jest 10 razy wyższa niż w krajach o wysokich dochodach1.
Przy obecnym postępie w branży, koszt okularów spadł do zaledwie kilku dolarów amerykańskich. Jednak szkolenie specjalistów od okulistyki jest kosztowne i czasochłonne - wymaga wielu lat szkolenia4. Niedawne badanie wykazało, że niskie wydatki na zdrowie na mieszkańca nadal ograniczają znaczącą integrację opieki okulistycznej z szerszymi systemami opieki zdrowotnej, szczególnie w odległych obszarach5. Te ponure realia wskazują na ogromną potrzebę ułatwienia diagnostyki URE.
Dzięki swojej przystępności cenowej, wszechobecności i trafności, narzędzia do badań przesiewowych wzroku oparte na smartfonach mogą odgrywać kluczową rolę w badaniach przesiewowych wzroku6,7,8,9,10,11,12,13. Te innowacyjne narzędzia mogą wpłynąć na opiekę okulistyczną, zapewniając opłacalne i wygodne rozwiązanie do badań przesiewowych, identyfikacji i rozwiązywania problemów ze wzrokiem, zwłaszcza w społecznościach o niedostatecznym dostępie do opieki zdrowotnej.
Jednym z przykładów takiej technologii jest aplikacja Peek Acuity, która poczyniła znaczące postępy w dziedzinie mobilnych badań przesiewowych. Ta aplikacja została wdrożona do przesiewania dziesiątek tysięcy osób w niektórych badaniach w Afryce14,15,16. Oferując skuteczny sposób pomiaru ostrości wzroku, aplikacja Peek Acuity umożliwiła pracownikom służby zdrowia dotarcie do większej liczby osób, dzięki czemu jest użytecznym narzędziem do rozwiązywania problemów z upośledzeniem wzroku. Oprócz ostrości wzroku zaproponowano i oceniono również technologie oparte na smartfonach do pomiaru wady refrakcji17,18. Salmerón-Campillo i wsp. wykorzystali ekran smartfona do prezentacji niebieskich bodźców wzrokowych w optometrze Badal do pomiaru ostrości wzroku i refrakcji17. Tousignant i in. przetestowali refraktor Netra do smartfonów, który składa się z ręcznego lornetki z włożonym do niej smartfonem18. W porównaniu z ogólnymi aplikacjami na smartfony, dedykowane komponenty lub przystawki inne niż smartfony w tych systemach mogą ograniczać dostępność technologii, ponieważ użytkownicy muszą kupować specjalnie wykonane urządzenia.
Aby rozwiązać problem dostępności masowych badań przesiewowych URE, opracowaliśmy aplikację do badania refrakcji na smartfony (Rysunek 1), która wykorzystuje widzenie komputerowe i metody psychofizyczne do pomiaru wady refrakcji19. Aplikacja mierzy subiektywną refrakcję, znajdując odległe punkty dla danych bodźców (przewracanie E dla odpowiednika sferycznego i zgrzyt dla astygmatyzmu) u pacjentów z krótkowzrocznością. Kluczową cechą aplikacji jest to, że nie jest potrzebna żadna specjalnie wykonana załącznik. Całe przetwarzanie potrzebne do wykonania pomiaru odbywa się na urządzeniu w aplikacji i nie jest zaangażowane w przetwarzanie w chmurze. Dzięki temu refrakcja może być mierzona bez konieczności łączenia aplikacji z siecią. Przy minimalnym przeszkoleniu laicy mogą używać aplikacji do pomiaru refrakcji u pacjentów, jeśli ich smartfony są kompatybilne. Dokładność aplikacji została wcześniej oceniona pod kątem standardowych metod testowania klinicznego8. Chociaż aplikacja może nie być bezpośrednio używana do przepisywania okularów, może być stosowana w badaniach przesiewowych w kierunku krótkowzroczności. Ostatnio został z powodzeniem wykorzystany w badaniach przesiewowych wzroku wśród uczniów szkół na obszarach wiejskich9. W artykule przedstawiono protokoły korzystania z aplikacji do pomiaru subiektywnej refrakcji.
Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z założeniami Deklaracji Helsińskiej w Mass Eye and Ear Infirmary (Boston, MA). Uzyskano świadomą zgodę od wszystkich uczestników. Badanie zostało zatwierdzone przez lokalne instytucjonalne komisje rewizyjne Mass Eye and Ear (Boston, MA). Kryteriami włączenia badanych były rozpoznanie krótkowzroczności i brak innych chorób oczu, takich jak zaćma i choroby siatkówki, według optometrysty.
1. Mierzenie sferycznego odpowiednika
2. Pomiar astygmatyzmu
3. Pomiar odległości między źrenicami (IPD)
W niniejszym badaniu interfejs testu refrakcji przedstawiono na Rysunku 2. W zależności od wybranych bodźców aplikacja przeprowadza badanie ekwiwalentu sferycznego lub pełną refrakcję. Po wybraniu testu Tumbling E aplikacja mierzy ekwiwalent sferyczny (Rysunek 2). Po wybraniu bodźców kratkowych Astigma 1 lub 2 aplikacja mierzy wada refrakcji, w tym astygmatyzm (Rysunek 3).
Aby wykazać skuteczność aplikacji, 66 badanych (w tym 25 kobiet) podzielono na 3 grupy, które odpowiednio uczestniczyły w testach równoważnika sferycznego, astygmatyzmu oraz IPD. Wiek badanych mieścił się w przedziale od 8 do 74 lat (średnia ± SD: 33,7 lat ± 13,9 lat).
Rysunek 5 przedstawia wyniki pomiaru ekwiwalentu sferycznego z badania (30 oczu), w którym pomiar za pomocą aplikacji porównano ze standardowym pomiarem klinicznym wykonanym za pomocą autorefraktometru. Najwyższa wada refrakcji wynosiła do -8D. Analiza regresji sugeruje, że obie metody były wysoce spójne, ponieważ nachylenie linii regresji liniowej wynosi niemal 1, a współczynnik determinacji R-kwadrat wynosi 0,965. Średnia różnica bezwzględna między obiema metodami wyniosła 0,63D, a różnica ta była < 1D w 80% przypadków. Wykres Blanda-Altmana w Rysunek 5B wykazuje, że granice zgodności na poziomie 95% wynosiły [-1,81D, 1,58D].
Rysunek 6 przedstawia wyniki badania pomiaru astygmatyzmu (38 oczu), w którym pomiary wykonane aplikacją porównano ze standardowym pomiarem refrakcji subiektywnej. Najwyższy astygmatyzm wyniósł -2.25D, a średnia moc cylindra u tych pacjentów wynosiła -0.63D ± 0.59D. Różnica (średnia ± SD) między pomiarami z aplikacji a autorefraktometrem wyniosła 0.08D ± 0.41D, a średnia błędu bezwzględnego wyniosła 0.28D. Wykres Bland-Altmana na Rysunku 6B pokazuje, że 95% granice zgodności wynosiły [-0.89D, 0.73D]. Ponadto moc cylindra z dwóch pomiarów została rozłożona na dwa wektory, J0 i J45, w oparciu o oś cylindra20, i przeanalizowano błędy aplikacji. Błąd J0 (średnia błędu i odchylenie standardowe rozrzutu błędu) wyniósł -0.15D ± 0.56D, a błąd J45 wyniósł 0.07D ± 0.21D.
Na Rysunku 4 przedstawiono dwa przypadki pomiaru IPD. Zdjęcie po lewej stronie przedstawia udaną próbę, natomiast zdjęcie po prawej pokazuje próbę nieudaną, ponieważ celownik lewego oka znajduje się poza centrum. Rysunek 7 przedstawia błąd pomiarów IPD wykonanych za pomocą aplikacji (n=22) w porównaniu do pomiarów klinicznych optometrysty z wykorzystaniem linijki do IPD. Zakres IPD według pomiaru linijką wynosił od 58-69 mm (średnia ± SD: 63,6 mm ± 3,2 mm). Błąd aplikacji wynosił (-0,55 mm ± 1,4 mm), a średnia błędu bezwzględnego wyniosła 1,2 mm.

Rycina 1: Strona główna aplikacji do badań przesiewowych wzroku. Użytkownicy mogą tworzyć karty pacjentów i wybierać test do przeprowadzenia, w tym refrakcję, odległość między źrenicami oraz ostrość wzroku (nieomawianą w niniejszym opracowaniu). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Interfejs pomiaru refrakcji. Ten zrzut ekranu przedstawia sesję badania ekwiwalentu sferycznego. Pacjent zakrywa dwoma palcami lewe oko. Zasłonięcie jest minimalne, ponieważ brwi, nos i usta pozostają widoczne. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Pomiar astygmatyzmu. W tym przypadku pacjent zgłosił, że kierunek godziny pierwszej w teście Astigm 1 (wstawka w prawym górnym rogu) był najostrzejszy. W związku z tym po przejściu do bodźca Astigm 2 (wstawka w prawym dolnym rogu) należało przechylić telefon, aby znaleźć optymalny punkt w okolicach godziny pierwszej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Dwa przypadki pomiaru IPD. Po lewej: dwa celowniki dobrze pokrywają się z centrami oczu. Pomiar można zaakceptować. Po prawej: celownik na lewym oku najwyraźniej nie znajduje się w centrum oka. Ten pomiar należy odrzucić. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Ocena wyników pomiaru ekwiwalentu sferycznego. W badaniu dokonano pomiaru 30 oczu za pomocą aplikacji oraz autorefraktometru. (A) Regresja liniowa wykazuje wysoką spójność obu pomiarów (nachylenie=1,02, R2=0,965). (B) Wykres Blanda-Altmana. Granice zgodności 95% wyniosły [1,81,1,58]. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Ocena wyników pomiaru astygmatyzmu. (A) Wykres pudełkowy błędu pomiaru astygmatyzmu za pomocą aplikacji dla 38 oczu. Średnia moc cylindra u tych pacjentów wynosiła -0.63D ± 0.59D. Pudełko reprezentuje rozstęp międzykwartylowy, a wąsy wskazują zakres błędu. Krzyżyk oznacza średnią wartość błędu. Odnotowano dwie wartości odstające, zaznaczone kółkami. (B) Wykres Bland-Altman. Granice zgodności 95% wynosiły [-0.89, 0.73]. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 7: Wykres pudełkowy błędów pomiaru IPD za pomocą aplikacji dla 22 badanych. W porównaniu z pomiarami klinicznymi wykonanymi linijką IPD, błąd wyniósł (-0,55 mm ± 1,4 mm). Pudełko reprezentuje rozstęp międzykwartylny, a wąsy wskazują zakres błędu. Krzyżyk oznacza średnią wartość błędu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Korzystając z aplikacji, osoba bez profesjonalnego przeszkolenia z optometrii może wykonać subiektywne testy wad refrakcji. Jego zastosowanie w badaniach przesiewowych wzroku wykazano w niedawnym badaniu przesiewowym wzroku wśród uczniów w wieku szkolnym na obszarach wiejskich9. W porównaniu z innymi metodami masowych badań przesiewowych wzroku, które opierają się wyłącznie na badaniu ostrości wzroku21, ta aplikacja może zapewnić pomiar refrakcji pod względem wartości błędu sferycznego i cylindrycznego, zwykle stosowanych w klinikach. Ponieważ aplikacja jest gotowa do użycia po zainstalowaniu na smartfonach, to rozwiązanie jest bardzo dostępne dla społeczności o niedostatecznym dostępie. Smartfony z rozdzielczością ekranu wyższą niż 400 pikseli na cal i rozdzielczością aparatu do selfie wyższą niż 1920 x 1080 pikseli są odpowiednie do uruchamiania aplikacji do refrakcji. Wiele smartfonów dostępnych obecnie na rynku może spełnić te specyfikacje.
Można się spodziewać, że rozwiązania do pomiaru refrakcji oparte na smartfonach mogą uzupełniać programy serwisowe świadczone przez lekarzy okulistów i dedykowane urządzenia do badań przesiewowych (np. iScreen, Spot Vision Screener)22 i są szczególnie przydatne w krajach i sytuacjach o niskich zasobach. Jednym z ograniczeń aplikacji jest jednak to, że nie mierzy ona nadwzroczności za pomocą przedstawionego tutaj protokołu. Sposób pomiaru lub identyfikacji nadwzroczności za pomocą aplikacji jest badany. Jeśli chodzi o ocenę zeza wymaganą w niektórych programach badań przesiewowych oczu, opracowaliśmy i zwalidowaliśmy inną aplikację, która może być również używana w badaniach przesiewowych wzroku w społecznościach o niedostatecznym dostępiedo opieki zdrowotnej 10,11,12.
Chociaż recepta na okulistę nie powinna opierać się na pomiarze z aplikacji, gdy dostępny jest dostęp do specjalistów od okulistyki, nadal może być cenna w masowych badaniach przesiewowych wzroku, w których personel nieprofesjonalny może dołączyć do siły roboczej. Pacjenci ze znaczną wadą refrakcji mogą być kierowani do lekarzy okulistów w celu dalszych badań.
Dokładność pomiaru ma kluczowe znaczenie dla zminimalizowania odsetka wyników fałszywie dodatnich skierowań. Poniżej znajduje się kilka wskazówek dotyczących udanych pomiarów. Pomiar za pomocą aplikacji zazwyczaj powinien być wykonywany w dobrze oświetlonym otoczeniu (preferowane co najmniej 300 luksów). Aplikacja na smartfony wykorzystuje technologie widzenia komputerowego do wyodrębniania rysów twarzy, na podstawie których szacowana jest odległość oglądania. Należy upewnić się, że w polu widzenia kamery telefonu pojawia się tylko twarz pacjenta. Żadna inna twarz, w tym twarz administratora testu, nie powinna pojawić się w podglądzie aparatu do selfie wyświetlanym na ekranie telefonu podczas testu, ponieważ aplikacja nie jest w stanie stwierdzić, który pacjent jest pacjentem. Ponieważ aplikacja opiera się na rysach twarzy w celu oszacowania odległości oglądania, będzie pomocna w oszacowaniu odległości oglądania, jeśli podczas testu widocznych jest jak najwięcej rysów twarzy. Zaleca się użycie małego okludera lub tylko dwóch palców do zakrycia niebadanego oka, tak aby kącik brwi, nos i usta były widoczne dla aparatu (ryc. 2). Przy krótkich odległościach widzenia twarz pacjenta może zajmować prawie cały obszar widzenia kamery. Testerzy powinni monitorować obraz na żywo na ekranie i upewnić się, że kamera jest odpowiednio ustawiona, tak aby cała twarz była zawsze widoczna w widoku kamery.
IPD jest kluczowym parametrem dla refrakcji mierzonej przez aplikację. Można go ręcznie wprowadzić do profilu pacjenta w aplikacji, jeśli jest on wcześniej znany. W przeciwnym razie IPD można zmierzyć za pomocą aplikacji. Bez zindywidualizowanego IPD aplikacja użyje wartości domyślnej i może do pewnego stopnia powodować błędy pomiaru. Należy zauważyć, że nieprecyzyjna zbieżność może mieć wpływ na pomiar IPD. Na przykład pacjent z wadą refrakcji i forią może nie skupiać się prawidłowo na lornetce latarki, ponieważ jedno oko może się odchylić. W takich przypadkach pacjent powinien nosić okulary w badaniu IChP.
Testerzy muszą zrozumieć, że test jest subiektywną miarą refrakcji, co oznacza, że wynik opiera się na percepcji pacjenta, a nie na analizie optyki oka, jak to ma miejsce w przypadku autorefraktorów. Subiektywne załamanie światła jest złotym standardem w przepisywaniu okularów. Wyzwaniem jest jednak znalezienie statusu najlepszego subiektywnego odbioru. W przypadku sferycznego pomiaru równoważnego kryterium opiera się na odczytaniu 3 liter. Istnieje szansa, że pacjenci poprawnie odgadną niektóre litery, podczas gdy tak naprawdę nie widzą wyraźnie wszystkich liter. Wiele testów może pomóc w złagodzeniu problemu.
Ponadto pacjenci z wysokim astygmatyzmem (zwykle wyższym niż 2D) mogą nie nadawać się do równoważnych testów sferycznych za pomocą aplikacji, ponieważ obecny protokół z literami Tumbling E nie bierze pod uwagę orientacji liter. W przypadku pacjentów, u których podejrzewa się silny astygmatyzm, przybliżone oszacowanie można uzyskać, pokazując bodziec zegara zegara (Astigm 1) i pytając pacjenta, czy jeden kierunek jest znacznie ostrzejszy niż inne.
Pomiar astygmatyzmu jest proceduralnie bardziej wymagający niż równoważny pomiar sferyczny, ponieważ należy określić refrakcję dla różnych osi. Kluczem do dokładnego pomiaru jest zlokalizowanie prawdziwych odległych punktów dla różnych osi, przy czym należy również określić dokładny kierunek osi. Dobrą strategią jest zeskanowanie orientacji siatki poprzez stosunkowo szybkie obracanie ekranu telefonu przy jednoczesnym powolnym przesuwaniu telefonu w kierunku pacjenta. Zbyt szybkie poruszanie się może spowodować przeszacowanie, ponieważ telefon może przelatywać nad odległymi punktami. Niektórzy pacjenci mają tendencję do zgłaszania, że widzą wyraźnie kratę, podczas gdy w rzeczywistości widzą lepiej niż bardzo rozmazane obrazy. Takie przedwczesne doniesienia powodują niedoszacowanie. Pomocne jest pokazanie pacjentom, jak wyglądają ostre bodźce przed badaniem, aby mogli konsekwentnie raportować podczas badania. Brak zrozumienia, jak prawidłowo raportować percepcję bodźca, może powodować poważne błędy, takie jak wartości odstające pokazane na rysunku 6A. Dwa wyjątki pochodziły od jednego badanego, który zgłosił punkt 1 zbyt wcześnie (tak naprawdę nie widział wyraźnie oddzielonych linii siatki), gdy badano jego prawe oko. Zgłosił się również do punktu 2 zbyt późno (przekroczył już punkt wyraźny), kiedy badano mu lewe oko. W związku z tym nieprawidłowe raporty dalekosiężne prowadziły do dużych błędów.
Gang Luo posiada patent związany z pomiarem refrakcji. Gang Luo i Shrinivas Pundlik to dwaj współzałożyciele EyeNexo LLC, która jest start-upem opracowującym aplikacje na smartfony do testów wzroku. Brak finansowego konfliktu interesów dla pozostałych autorów.
Aplikacja do badania refrakcji została opracowana częściowo dzięki wsparciu EY034345 grantu NIH oraz nagrody Harvard Catalyst (National Center for Advancing Translational Sciences, NIH Award UL1 TR002541). Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy Harvard Catalyst, Uniwersytetu Harvarda i powiązanych z nim akademickich ośrodków opieki zdrowotnej lub NIH.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Smartfon | Samsung | Galaxy | dostępny na rynku |