Brug af en automatiseret Hirschberg-testapp til at evaluere okulær justering

Summary

Vi præsenterer en protokol for at bruge en smartphone app til at udføre Hirschberg test til måling af manifest og intermitterende okulær forskydning (strabismus) under nær og fjern fiksering betingelser.

Abstract

En smartphone app er blevet udviklet til at udføre den automatiserede fotografiske Hirschberg test for objektiv måling af okulær forskydning. Ved at beregne forskellen i hornhinde refleksion genereret af telefonens kamera flash i forhold til iris center baseret på billeder i høj opløsning, kan app måle forskydning med en langt højere præcision end det blotte øje udfører Hirschberg test. Det er blevet valideret i en tidligere klinisk evalueringsundersøgelse ved at sammenligne med den kliniske guld standard-prisme og suppleant dækning test. Målet med denne artikel er at beskrive testteknikkerne for, hvordan du bruger appen til at måle okulær justering for forskellige fikseringsafstande, uden eller med dækning for at bryde fusion, samt vinkel kappa, så brugerne kan bruge appen til at udføre tilsvarende test, der typisk udføres på klinikken ved hjælp af prismer.

Introduction

Måling af øjenjustering udføres ofte i vision pleje klinikker. Cover test med prisme neutralisering er den almindeligt anvendte kliniske metode til kvantificering af graden af øjenforskydning (strabismus). Denne metode kræver en høj grad af uddannelse og erfaring. Nøjagtig måling bliver mere udfordrende, når patienter ikke fuldt ud kan deltage i eksamen såsom små børn¹, personer med hjerneskader eller slagtilfælde², eller udviklingsmæssige handicap³. Desuden er der behov for øjenjusteringstest i skolescreening, fordi strabismus udvikler sig i barndommen i ca. 5-8 % af den amerikanske befolkning⁴og er en væsentlig risikofaktor for amblyopi med ca. 30-40 % af tilfældene af amblyopi, der tilskrives strabismus^5,6,7. Skolesygeplejersker er dog normalt ikke uddannet til at gennemføre standarddækningstesten med prisme neutralisering til en sådan screening. For ikke-øje pleje fagfolk, en yderligere udfordring i strabismus screening er, at intermitterende strabismus (forskydning er ikke altid manifesteret) og mindre størrelser af forskydning er ikke visuelt indlysende (<15 prisme dioptri [Δ])⁸.

I et forsøg på at løse udfordringerne i detektion og måling af strabismus, har vi udviklet en smartphone app (EyeTurn), der implementerer og automatiserer den fotografiske Hirschberg metode⁹ ved at sammenligne forskydning af hornhinde refleksioner mellem øjnene. Mens konventionelle fotografiske Hirschberg metode har vist sig at have god reproducerbarhed i klinikker^10,11, omkostningerne for dedikerede, standalone enheder er en barriere for bred vedtagelse. Ved at give en nem at bruge værktøj til at måle øje tilpasning til standard smartphones, vi hypotesedet vil blive bredt vedtaget i skolen vision screening og anvendes af ikke-eye pleje fagfolk. Vores tidligere evalueringsundersøgelser har vist, at appmålingen er i overensstemmelse med den aktuelle kliniske standard for prisme og alternativ dækningstest¹²for strabismusstørrelser af esotropi og exotropi a op til 60Δ. I en pilot skole screening undersøgelse, vi viste også, at den app kan hjælpe skolesygeplejersken opdage børn med intermitterende exotropia, der blev savnet af standard skole vision screening protokoller¹³.

IOS-versionen af appen er i øjeblikket tilgængelig for forskere og klinikere efter anmodning til forskningsformål. De anmodere har hidtil inkluderet skole sygeplejersker, pædiatriske øjenlæger, optometrister, neuro-øjenlæger, og strabismus specialister. Formålet med denne artikel er at dele de detaljerede appprotokoller til brug af appen til at evaluere okulær justering under forskellige visningsforhold, nemlig nær og fjern fikseringsafstand. med og uden øjendækning for at bryde kikkertfusion.

Protocol

Denne undersøgelse blev udført i overensstemmelse med principperne i Helsinki-erklæringen, på Schepens Eye Research Institute (Boston, MA) og Spaulding Rehabilitation Hospital (Boston, MA). Alle deltagerne indhentede et informeret samtykke. Undersøgelsen blev godkendt af de lokale institutionelle review boards af Mass Eye and Ear (Boston, MA).

BEMÆRK: Kriterier for patientinklusion var tidligere diagnosticering af horisontalstrabismus (konstant eller intermitterende exotropi eller esotropi) og ingen andre synshandicap. Denne undersøgelse var en del af en større, der tidligere var rapporteret¹². Data for 14 patienter rekrutteret i USA i den større undersøgelse¹² er rapporteret her med tilladelse. En optometrist specialiseret i vision rehabilitering, der rutinemæssigt evaluerestrabismus i klinikken udført prisme og suppleant dække test, efter måling med app for at forhindre bias af dækningtestresultater ved den objektive app måling.

1. Klargør testen

BEMÆRK: Test kan udføres i ethvert miljø; Følgende kontroller vil dog sandsynligvis støtte en vellykket testning.

1. Udfør testen i et veloplyst miljø. Lad patienterne ansigt i en retning, at hornhinden refleksioner fra vinduer og loftlys ikke er placeret i midten af øjnene. Prøv at undgå stærkt baggrundslys, f.eks.
   BEMÆRK: Normalt hjælper det at have et loft lys lige over hovedet, eller et vindue på den ene side af patienten. Nogle gange, beder patienten om at holde deres hånd over deres pande eller ved hjælp af et visir kan hjælpe med at beskytte øjnene fra stærke lyskilder, som skaber yderligere refleksioner på hornhinden, efter behov. Sluk punkt lyskilder såsom dunk lys eller svanehals lamper vil mindske intensiteten af ekstra hornhinde refleksioner, hvilket gør det lettere for softwaren til at opdage refleksion fra kameraets blitz efter hensigten. Hvis der er behov for punktlyskilden, kan den spredes ved at pege den mod væggen eller ved hjælp af en diffusor (dvs. lampeskærm).

2. Mål tropia (manifest strabismus) med enkelt øjebliksbillede−nær fiksering

1. Start appen, og indstil tilstanden til Intet cover (knap i øverste højre hjørne).
2. Vælg nær fiksering (knap i nederste højre hjørne).
3. Hold telefonen i liggende retning omkring 40 cm fra patienten i øjenhøjde med bagkameraet vender ud mod patienten, der skal måles.
   BEMÆRK: Afstanden behøver ikke at være nøjagtigt kontrolleret. Appen kan automatisk kompensere for forskellige afstande.
4. Instruer patienten i at fiksere blitzlyset, som er slukket på dette tidspunkt. For test, der kræver præcis indkvartering, såsom når screening for ekspansiv esotropi, indsætte en fiksering mål (såsom et brev) på bagsiden af telefonen, direkte under eller over lommelygten.
5. Mens patienten bekræfter, at han / hun er fiksering, skal du trykke på den runde knap for at tage et øjebliksbillede, som vil blive analyseret af app.
6. Når analysen er afsluttet, vil appen vise detekterede øjenfunktioner: limbus (iris ydre) grænse angivet af en stor cirkel (grøn), midten af øjet angivet med et kryds (grøn), og placeringen af hornhinden refleksion angivet af en lille cirkel (rød). Kontroller disse funktioner opdages uden åbenlyse fejl (såsom forkert limbus montering, eller forkert placering eller manglende hornhinde refleksion).
7. På samme skærm, under det optagne billede, vil appen vise målinger relateret til øjejusteringen. Hvis du er tilfreds med resultaterne, skal du trykke på gem-knappen for at gemme den aktuelle test i telefonen. Ellers skal du trykke på tilbagepilen for at teste igen.

3. Mål tropia (manifest strabismus) med snapshot-far fiksering

BEMÆRK: For at måle tropia for langt fiksering skal vinklen kappa for hvert øje måles mindst én gang. Den app vil automatisk vælge den seneste måling af vinkel kappa i historien. Hvis den ikke er tilgængelig for begge øjne, vil appen give en påmindelse om først at få denne måling (se afsnit 6 for nærmere oplysninger om vinkel kappa måling).

1. Start appen, og indstil tilstanden til Intet cover (knap i øverste højre hjørne).
2. Vælg langtfikseringstilstand (knap i nederste højre hjørne).
3. Hold telefonen i liggende retning omkring 40 cm fra patienten i øjenhøjde med bagsiden af telefonen vender patienten.
   BEMÆRK: Afstanden behøver ikke at være nøjagtigt kontrolleret. Appen kan automatisk kompensere for forskellige afstande.
4. Placer telefonen lidt under to øjne, så patienten kan se over telefonen og fiksere et mål i det fjerne (typisk 5 m væk). Sørg for, at kameraet er i ca mellem de to øjne, ikke for langt til siden af begge øjne.
5. Mens du skal sikre, at patienten fikserer korrekt, skal du trykke på den runde knap for at tage et øjebliksbillede.
6. Når analysen er afsluttet, vil appen vise detekterede øjenfunktioner: limbus grænse angivet af en stor cirkel (grøn), midten af øjet angivet med et kryds (grønt), og placeringen af hornhinden refleksion angivet af en lille cirkel (rød). Kontroller disse funktioner opdages uden åbenlyse fejl (såsom forkert limbus montering, eller forkert placering eller manglende hornhinde refleksion).
7. Under billedet er der måleresultater for øje justering herunder prisme dioptrier. Hvis du er tilfreds med resultaterne, skal du trykke på gem-knappen for at gemme testen i telefonen. Ellers skal du trykke på tilbagepilen for at teste igen.

4. Mål intermitterende strabismus eller phoria med dæktest−nær fiksering

1. Start appen, og slå til/fra i covertesttilstanden (knap i øverste højre hjørne), og vælg næsten fiksering (knap i nederste højre hjørne).
2. Hold telefonen i liggende retning omkring 40 cm fra patienten.
   BEMÆRK: Afstanden behøver ikke at være nøjagtigt kontrolleret. Appen kan automatisk kompensere for forskellige afstande.
3. Instruks om, at patienten skal fiksere blitzlyset, som er slukket på dette tidspunkt. For test, der kræver præcis indkvartering, skal du indsætte et fikseringsmål på bagsiden af telefonen, direkte under eller over lommelygten.
4. Brug en okkluder til at dække et af øjnene.
5. Tryk på den runde knap. Den app vil begynde at overvåge status for de to øjne (uanset om det ene øje er dækket).
6. Mens du skal sikre, at patienten er fiksering korrekt, fjerne okkluderen hurtigt (dvs. cover-afdække test), eller først flytte okkler mellem de to øjne til at udføre suppleant dækker et par gange og derefter tage okkleren væk hurtigt. Den app vil automatisk tage et billede, så snart okkluden er taget væk fra øjnene.
7. Når analysen er afsluttet, vil appen vise detekterede øjenfunktioner: iris angivet af en stor grøn cirkel, midten af øjet angivet med et grønt kors og hornhinderefleksion fra flash angivet af en lille rød cirkel. Kontroller, at disse funktioner registreres uden åbenlyse fejl.
8. Under billedet er der måleresultater for øje justering i prisme dioptrier. Hvis du er tilfreds med resultaterne, skal du trykke på gem-knappen for at gemme testen i telefonen. Ellers skal du trykke på tilbagepilen for at teste igen.

5. Mål intermitterende strabismus eller phoria med dækningtest-far fiksering

BEMÆRK: For at måle periodisk okulær forskydning ved fjernfiksering skal vinklen kappa for hvert øje måles mindst én gang. Den app vil automatisk vælge den nyeste vinkel kappa foranstaltning. Hvis den ikke er tilgængelig for begge øjne, vil appen give en påmindelse om først at få denne måling (se afsnit 6 for nærmere oplysninger om vinkel kappa måling).

1. Start appen, og indstil tilstanden til at dække test (knap i øverste højre hjørne).
2. Vælg langt fiksering (knap i nederste højre hjørne).
3. Hold telefonen i liggende retning ca. 40 cm fra patienten i øjenhøjde.
   BEMÆRK: Afstanden behøver ikke at være nøjagtigt kontrolleret. Appen kan automatisk kompensere for forskellige afstande. Det er bedst, hvis blitzlys / kamera er mellem øjnene. Da kameraet og blitzen er slukket til det ene hjørne i de fleste telefonmodeller, betyder det, at selve telefonens display vil være lidt off-center.
4. Instruer patienten i at kigge lige over telefonen og fiksere målet i afstand (typisk 6 m væk).
5. Brug en okkluder til at dække et øje.
6. Tryk på den runde knap. Den app vil begynde at opdage afdækning af øjet.
7. Mens du skal sikre, at patienten er fiksering korrekt, fjerne okkluderen hurtigt (dvs. cover-afdække test), eller først flytte okkler mellem de to øjne til at udføre suppleant dækker et par gange og derefter tage okkleren væk hurtigt. Den app vil automatisk tage et billede, så snart okkluderen er taget væk fra øjnene.
8. Når analysen er afsluttet, vil appen vise detekterede øjenfunktioner: limbus grænse angivet af en stor cirkel (grøn), midten af øjet angivet med et kryds (grønt), og placeringen af hornhinden refleksion angivet af en lille cirkel (rød). Kontroller disse funktioner opdages uden åbenlyse fejl (såsom forkert limbus montering, eller forkert placering eller manglende hornhinde refleksion).
9. Under billedet er der måleresultater for øje justering i prisme dioptrier. Hvis du er tilfreds med resultaterne, skal du trykke på gem-knappen for at gemme testen i telefonen. Ellers skal du trykke på tilbagepilen for at teste igen.

6. Mål vinkel kappa

1. Start appen.
2. Vælg Målvinkel kappa.
3. Hold telefonen i liggende retning ca. 40 cm fra patienten i øjenhøjde.
   BEMÆRK: Afstanden behøver ikke at være nøjagtigt kontrolleret. Appen kan automatisk kompensere for forskellige afstande.
4. Instruer patienten i at bruge det øje, der skal testes (begge øjne) til fiksering på blitzlyset, som er slukket på dette tidspunkt. Få den anden dækket i hånden eller en okkluder.
5. Mens du skal sikre, at patienten fikserer korrekt, skal du trykke på den runde knap for at tage et øjebliksbillede, som vil blive analyseret af appen.
6. Når analysen er afsluttet, viser appen de fundne øjenfunktioner: limbus grænse angivet af en stor cirkel (grøn), midten af øjet angivet med et kryds (grønt) og placeringen af hornhindens refleksion angivet af en lille cirkel (rød). Kontroller disse funktioner opdages uden åbenlyse fejl (såsom forkert limbus montering, eller forkert placering eller manglende hornhinde refleksion). Under billedet er der måleresultater for vinkel kappa (i grader).

Representative Results

I dette arbejde beskriver vi protokollerne til evaluering af okulær justering ved hjælp af en smartphone-app, der udfører den fotografiske Hirschberg-test. Appens grænseflade vises i figur 1. Brugerne kan vælge at udføre dækning test eller måle en patient med begge øjne fiksering på et mål samtidigt, enten på nær eller fjern fiksering afstande. Når visningsbetingelserne er bestemt afhængigt af testformål, kan brugerne følge protokollerne og tage et billede af patienten. Efter billedbehandling viser appen analyseresultaterne for brugerne. Som et eksempel vist i figur 2, limbus grænser (grønne cirkler) af de to øjne samt hornhinden refleksion af flash lys (røde prikker) blev opdaget korrekt. Dette tyder på, at den okulære justeringsmål (18.5Δ), der er vist under billedet, ikke er genstand for billedanalysefejl. I dette særlige tilfælde havde patienten forladt exotropia, hvilket er tydeligt fra billedet som hornhinden refleksion offset var meget større i venstre øje. Men, app rapporterer ikke, hvilket øje er afveg, fordi der i tilfælde af små strabismus vinkel og ukendt vinkel kappa, det ville være upålidelige for app til at bestemme det afveg øje. Til sammenligning er et eksempel uden strabismus vist i figur 3. Figur 4 viser et eksempel på fejlagtig limbus detektion. Mens påvisning af hornhinde refleksion (lille rød cirkel) er korrekt, den grønne cirkel tilsyneladende ikke passer til limbus grænse. Testen skal gøres om.

Ifølge dækprøven på disse patienter var området strabismusvinkel mellem 25Δ esotropi til 50Δ exotropi, hvor den mindste størrelsesorden af strabismusvinkel var 6Δ. Der var 10 patienter med exotropi og 4 patienter med esotropi. Som den lineære regressionsanalyse viste (hældning = 1,02, R² = 0,94, p < 0,001), var appmålingerne af strabismusvinkler i overensstemmelse med de kliniske dæktestmålinger (Figur 5).

Figur 1: Brugergrænsefladen i strabismus test app. Brugerne kan skifte til dækningstest og fikseringsafstand. Under forskellige forhold kan de instruktioner, der gives til patienten, være anderledes, som beskrevet i protokollen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: Et tilfælde af venstre exptropia. Dette er de resultater, der vises til brugerne, der bør kontrollere påvisning af limbus grænse og hornhinde refleksion før du læser strabismus vinkel. Hvis disse billedfunktioner ikke registreres korrekt, skal brugerne fortryde testen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3: Et eksempel under næsten fiksering uden dækprøvning. Hornhinden refleksion og øje center var justeret godt i begge øjne. Derfor var den vandrette (HOR) okulære forskydning næsten nul, som appen rapporterede. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4: Et eksempel på fejlagtig limbus detektion. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: Sammenligning af strabismus vinkelmåling ved hjælp af appen med kliniske målinger udført med skjult testning (n = 14). Negative værdier indikerer exotropiske afvigelser, positive værdier angiver esotropiske afvigelser. Samlet set var målingerne med appen i overensstemmelse med de kliniske målinger af strabismus. Dette tal er blevet ændret fra vores tidligere publikation¹². Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

En person uden faglig uddannelse kan bruge EyeTurn-appen til at tage billeder af øjnene og få målinger af okulær justering, som kan fortolkes af en øjenspecialist på stedet eller eksternt. Appen giver kun omfanget af forskydningen i stedet for nogen fortolkning eller diagnose. Eye pleje fagfolk såsom optometrister eller øjenlæger bør afgøre, om forskydningen er signifikant eller ej, og stille en diagnose efter at have overvejet andre faktorer, herunder de betingelser, hvorunder målingen blev taget.

At tage billeder af god kvalitet er afgørende for målingen. Kameraet skal placeres i en position mellem to øjne. At være for langt væk fra midterlinjen kan forårsage en forskel i billedstørrelsen mellem to øjne og dermed resultere i måleunøjagtighed.

Den limbus grænse er en af de vigtigste funktioner, som app bruger til at lokalisere øjet position. Kontrol af limbus grænse montering (den grønne cirkel i resultater) er et afgørende skridt. Hvis monteringen ser ud til at være unøjagtig, vil målingen blive udsat for fejl, og øjenplejepersonalet vil ikke være i stand til at fortolke testen korrekt. Normalt for patienter med større øjenrevner, dvs iris område bliver mere afsløret, vil monteringen være robust og præcis. På den anden side, for patienter med mindre øjenrevner, som kun har en lille del af venstre og højre grænser afsløret, kan monteringen være tilbøjelig til unøjagtigheder. I denne situation, operatører kan bede patienterne om at åbne deres øjne bredt, eller forsigtigt løfte øjenlåget på vid gab. Den aktuelle version giver ikke måling af vertikal forskydning, som vil blive gennemført i fremtidige versioner.

Ud over løftet om brug i strabismus klinikker, en anden potentiel anvendelse af app er i vision screening. Til forebyggelse af amblyopi, American Academy of Pediatrics stærkt støttede udviklingen af omkostningseffektive image-baseret screening som et middel til at udvide screening til alle børn¹⁴. Rød refleks metode, som sammenligner lysstyrken af "røde øjne" flash artefakt med strabismus øjet er en lysere eller lysere rød farve, kan detektere både brydningsfejl og strabismus, men kan ikke kvantificere størrelsen af strabismus. Enheder, der implementerer den røde flex metode omfatter Photoscreener og Vision Screener^15,16. Disse fotoscreenere er ikke blevet bredt vedtaget af skoledistrikter, sandsynligvis på grund af omkostningerne. Sammenlignet med enkeltstående systemer giver moderne smartphonekameraer bedre værdi, forbedret tilgængelighed og hurtigt forbedrede kameraer med højere opløsning. For nylig er der en app, der gennemfører den røde refleks metode, GCK app¹⁷. GCK-appen har visse begrænsninger, idet den ikke giver en kvantitativ måling af strabismus og kræver mere kontrol over omgivende belysning end Hirschberg-metoderne. Den app, der præsenteres i denne artikel kan være potentielt en alternativ eller supplerende løsning til vision screening, på grund af sin brugervenlighed og tilsvarende nøjagtighed med standard klinisk måling ved hjælp af prismer.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EyeTurn	EyeNexo		Smartphone app for measureing eye misalignment