使用自动赫希伯格测试应用程序评估眼部对齐

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Summary

我们提出了使用智能手机应用程序执行 Hirschberg 测试的协议,用于在近和远固定条件下测量骨骼和间歇性眼部错位(斜体)。

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Luo, G., Pundlik, S., Tomasi, M., Houston, K. Using an Automated Hirschberg Test App to Evaluate Ocular Alignment. J. Vis. Exp. (157), e60908, doi:10.3791/60908 (2020).

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Abstract

已开发一个智能手机应用程序,用于执行自动摄影 Hirschberg 测试,以客观测量眼部失调。通过计算手机摄像头闪光灯相对于光圈中心产生的角膜反射相对于高分辨率图像的差异,该应用程序可以测量失调,其精度远高于执行 Hirschberg 测试的肉眼。与临床金标准棱镜和替代盖试验相比,在以前的临床评价研究中得到了验证。本文的目的是描述有关如何使用应用程序测量不同固定距离的眼部对齐,没有或用封面来打破融合,以及角度 kappa 的测试技术,以便用户可以使用该应用程序执行等效测试通常在诊所使用棱镜进行。

Introduction

在视力护理诊所经常进行眼部对准测量。棱镜中和覆盖测试是量化眼睛失调程度(斜视)的常用临床方法。这种方法需要高度的训练和经验。当患者不能完全参与检查时,如幼儿1、脑损伤或中风2或发育障碍3,准确的测量就更具挑战性。此外,在学校筛查中需要进行眼对对齐测试,因为在儿童时期,美国4人口中约有5-8%的人患有斜视,是弱视的一个巨大危险因素,大约30-40%的弱视病例归因于斜视5、6、7。6,75然而,学校护士通常没有受过培训,以进行标准覆盖测试与棱镜中和这种筛选。对于非眼部护理专业人员来说,斜视筛查的另一个挑战是间歇性斜视(不均匀并不总是表现出)和较小的错位幅度在视觉上并不明显(<15 棱镜屈光剂 [])8

为了解决斜视在检测和测量方面的挑战,我们开发了一款智能手机应用程序(EyeTurn),通过比较眼睛之间角膜反射的位移来实现和自动化摄影Hirschberg方法9。虽然传统的摄影Hirschberg方法已被证明在诊所10,11,11具有良好的可重复性,但专用的独立设备的成本是广泛采用的障碍。通过提供一个易于使用的工具来测量眼睛与标准智能手机的对齐,我们假设它将被广泛采用在学校视力筛查和非眼科护理专业人员使用。我们以前的评估研究表明,应用测量与目前棱镜的临床标准和备用覆盖测试12一致,对于高达60Μ的分裂性致向和外向性。在一项试点的学校筛查研究中,我们还显示,该应用程序可以帮助学校护士检测间歇性外生炎的儿童,他们错过了标准学校视力筛查协议13。

出于研究目的,研究人员和临床医生目前可应要求提供该应用程序的 iOS 版本。到目前为止,请求者包括学校护士、儿科眼科医生、视光师、神经眼科医生和斜视专家。本文的目的是共享详细的应用协议,用于使用应用程序评估不同查看条件下的眼部对齐,即近距和远固定距离;带和没有眼罩打破双目融合。

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Protocol

这项研究是根据《赫尔辛基宣言》的原则,在舍彭斯眼科研究所(马萨诸塞州波士顿)和斯波尔丁康复医院(马萨诸塞州波士顿)进行的。获得所有参与者的知情同意。这项研究得到了当地质量眼耳机构审查委员会(马萨诸塞州波士顿)的批准。

注:患者纳入标准是水平斜体(恒定或间歇性外向或致向)的先前诊断,没有其他视力障碍。这项研究是先前12日报道的更大研究的一部分。美国在大型研究中招募的14名患者的数据12日在这里得到许可。一位专门从事视力康复的视光师,在临床上定期评估斜视,进行棱镜和交替盖测试,然后通过应用程序进行测量,通过客观的应用程序测量来防止覆盖测试结果的偏差。

1. 准备测试

注:可以在任何环境中执行测试;但是,以下控制可能有助于测试成功。

  1. 在光线充足的环境中进行测试。让患者朝向一个方向,这样,窗户和天花板灯的角膜反射就不位于眼睛的中心。尽量避免强背景光,如窗户。
    注:通常,在头部上方有一个天花板灯,或者病人一侧的窗户是有帮助的。有时,要求患者将手放在眉毛上方或使用遮阳板,可以帮助保护眼睛免受强光源的影响,从而根据需要在角膜上产生额外的反射。关闭点光源(如罐灯或鹅颈灯)将降低额外的角膜反射强度,使软件能够更轻松地检测相机闪光灯的反射。如果需要点光源,可以通过指向墙壁或使用扩散器(即灯罩)来扩散。

2. 测量带有单一快照-近固定的肌度(显性斜视)

  1. 启动应用并将模式设置为"无盖"(右上角的按钮)。
  2. 选择接近固定(右下角的按钮)。
  3. 将手机保持在距离患者约 40 厘米的眼部方向,后摄像头面向患者进行测量。
    注: 不必精确控制距离。该应用程序可以自动补偿不同的距离。
  4. 指示患者固定闪光灯,闪光灯此时关闭。对于需要精确调整的测试,例如筛查适应性疏水症时,请将固定目标(如字母)粘贴到手机背面,直接位于手电筒下方或上方。
  5. 当患者确认他/她正在固定时,按圆形按钮拍摄快照,应用程序将分析快照。
  6. 分析完成后,应用程序将显示检测到的眼睛特征:由大圆(绿色)指示的肢体(虹膜外)边界、由十字(绿色)指示的眼睛中心以及由小圆圈(红色)指示的角膜反射的位置。验证检测这些特征时没有明显错误(如边缘拟合不正确或位置不正确或角膜反射缺失)。
  7. 在同一屏幕上,在捕获的图片下,应用程序将显示与眼睛对齐相关的测量值。如果对结果满意,请按保存按钮将当前测试保存在手机中。否则,按反箭头按钮重新测试。

3. 测量带肌(显性斜视)与快照-远固定

注:要测量多角进行远固定,每只眼睛的角卡帕需要至少测量一次。该应用程序将自动选择历史上角度卡帕的最新测量。如果两只眼睛都不可用,应用程序将提醒您首先获取此测量值(有关角卡帕测量的详细信息,请参阅第 6 节)。

  1. 启动应用并将模式设置为"无盖"(右上角的按钮)。
  2. 选择远固定模式(右下角的按钮)。
  3. 将手机以横向方向保持约 40 厘米,从患者的眼睛水平与手机的后脸面向患者。
    注: 不必精确控制距离。该应用程序可以自动补偿不同的距离。
  4. 将手机稍微放在两只眼睛以下,以便患者可以查看手机上方并固定远处的目标(通常 5 米远)。确保相机位于两只眼睛之间,不要离任一只眼睛的一侧太远。
  5. 在确保患者正确固定时,按圆形按钮拍摄快照。
  6. 分析完成后,应用程序将显示检测到的眼睛特征:由大圆圈(绿色)指示的肢体边界、由十字(绿色)表示的眼睛中心以及由小圆圈(红色)指示的角膜反射的位置。验证检测这些特征时没有明显错误(如边缘拟合不正确或位置不正确或角膜反射缺失)。
  7. 在图片下,有眼睛对齐的测量结果,包括棱镜屈光度。如果对结果满意,请按保存按钮将测试保存在手机中。否则,按反箭头按钮重新测试。

4. 测量间歇性斜体或磷脂,带盖测试-接近固定

  1. 启动应用程序并在盖测试模式下切换(右上角的按钮),然后选择接近固定(右下角的按钮)。
  2. 将手机保持在距离患者约 40 厘米的横向方向。
    注: 不必精确控制距离。该应用程序可以自动补偿不同的距离。
  3. 指示患者固定闪光灯,此时闪光灯已关闭。对于需要精确住宿的测试,请将固定目标粘贴到手机背面,直接在手电筒下方或上方。
  4. 使用遮挡物盖住其中一只眼睛。
  5. 按圆形按钮。该应用程序将开始监视两只眼睛的状态(是否覆盖一只眼睛)。
  6. 在确保患者正确固定时,请快速取下遮挡器(即盖外测试),或先在两只眼睛之间移动遮挡点,执行几次交替覆盖,然后快速将遮挡器带走。一旦遮挡从眼睛中消失,应用程序将自动拍摄照片。
  7. 分析完成后,应用程序将显示检测到的眼睛特征:由大绿色圆圈指示的虹膜、由绿色十字表示的眼睛中心以及由红色小圆圈指示的闪光角膜反射。验证这些功能是否检测到,没有明显错误。
  8. 在图片下,棱镜屈光度器中眼睛对齐的测量结果。如果对结果满意,请按保存按钮将测试保存在手机中。否则,按反箭头按钮重新测试。

5. 测量间歇性斜体或磷脂,带盖测试-远固定

注:要测量间歇性眼错位远固定,每只眼睛的角卡帕需要测量至少一次。该应用程序将自动选择最新的角度卡帕测量。如果两只眼睛都不可用,应用程序将提醒您首先获取此测量值(有关角卡帕测量的详细信息,请参阅第 6 节)。

  1. 启动应用并将模式设置为覆盖测试(右上角的按钮)。
  2. 选择远固定(右下角的按钮)。
  3. 将手机以横向方向保持,距离患者约 40 厘米,眼睛水平。
    注: 不必精确控制距离。该应用程序可以自动补偿不同的距离。最好闪光灯/相机位于眼睛之间。由于在大多数手机型号中,相机和闪光灯都关到一个角,这意味着手机显示屏本身将稍微偏离中心。
  4. 指示患者在手机上方查看,并固定目标距离(通常 6 米远)。
  5. 使用遮挡物遮住眼睛。
  6. 按圆形按钮。该应用程序将开始检测眼睛的发现。
  7. 在确保患者正确固定时,请快速取下遮挡器(即盖外测试),或先在两只眼睛之间移动遮挡点,执行几次交替覆盖,然后快速将遮挡器带走。一旦遮挡者从眼睛中取走,应用程序将自动拍摄照片。
  8. 分析完成后,应用程序将显示检测到的眼睛特征:由大圆圈(绿色)指示的肢体边界、由十字(绿色)表示的眼睛中心以及由小圆圈(红色)指示的角膜反射的位置。验证检测这些特征时没有明显错误(如边缘拟合不正确或位置不正确或角膜反射缺失)。
  9. 在图片下,棱镜屈光度器中眼睛对齐的测量结果。如果对结果满意,请按保存按钮将测试保存在手机中。否则,按反箭头按钮重新测试。

6. 测量角度卡帕

  1. 启动应用。
  2. 选择"测量角度卡帕"。
  3. 将手机以横向方向保持,距离患者约 40 厘米,眼睛水平。
    注: 不必精确控制距离。该应用程序可以自动补偿不同的距离。
  4. 指示患者使用被测试的眼睛(任一只眼睛)固定在闪光灯上,闪光灯此时关闭。用手或遮挡物盖住另一个。
  5. 在确保患者正确固定时,点按圆形按钮拍摄快照,应用程序将分析快照。
  6. 分析完成后,应用程序将显示检测到的眼睛特征:由大圆圈(绿色)指示的肢体边界、由十字(绿色)表示的眼睛中心以及由小圆圈(红色)指示的角膜反射的位置。验证检测这些特征时没有明显错误(如边缘拟合不正确或位置不正确或角膜反射缺失)。在图片下,有角度卡帕(以度)的测量结果。

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Representative Results

在本作品中,我们描述了使用执行摄影 Hirschberg 测试的智能手机应用程序评估眼部对准的协议。应用程序的界面如图1所示。用户可以选择执行盖测试或测量患者,两只眼睛同时固定在目标,无论是接近或远的固定距离。根据测试目的确定查看条件后,用户可以按照协议并拍摄患者的照片。图像处理后,应用程序将向用户显示分析结果。如图2所示,正确检测到两只眼睛的边边界(绿色圆圈)以及闪光灯(红点)的角膜反射。这表明图像下方显示的眼部对齐量 (18.5Ω) 不受图像分析错误的影响。在这个特殊情况下,患者留下了外向体,这从图像中可以明显看出,因为角膜反射偏移在左眼中要大得多。但是,应用程序不报告哪个眼睛是偏离的,因为在小斜视角和未知角度 kappa 的情况下,应用程序将不可靠,以确定偏离的眼睛。比较而言,图 3中显示了一个没有斜率的示例。图 4显示了错误肢体检测的示例。虽然角膜反射(小红圈)的检测是正确的,但绿色圆圈显然与边缘边界不匹配。测试应重新进行。

根据对这些患者的覆盖测试,斜视角的范围在25Ω向向异性向50Ω之间,最小的斜视角为6Ω。有10例外向病患者和4名富营养化患者。线性回归分析表明(斜率 = 1.02,R2 = 0.94,p < 0.001),斜面角度的应用测量与临床覆盖测试测量一致(图 5)。

Figure 1
图 1:斜贝测试应用程序的用户界面。用户可以切换盖测试和固定距离。在不同的条件下,给患者的指示可能不同,如协议所述。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 2
图 2:左 exptropa 的情况。这是向用户显示的结果,用户在读取斜视角之前应验证边缘边界和角膜反射的检测。如果无法正确检测这些图像要素,用户应重新执行测试。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 3
图 3:在未进行盖外测试的近乎固定下的示例。角膜反射和眼中心在两只眼睛上都对齐良好。因此,水平 (HOR) 眼部失调几乎为零,正如应用程序所报告的那样。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 4
图 4:错误肢体检测的示例。请点击此处查看此图形的较大版本。

Figure 5
图5:使用应用程序与通过隐蔽测试(n = 14)进行的临床测量比较使用该应用程序进行斜角测量。负值表示外向偏差,正值表示向向偏差。总体而言,与应用程序的测量与斜木的临床测量一致。这个数字是从我们以前的出版物12修改的。请点击此处查看此图形的较大版本。

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Discussion

没有专业培训的人可以使用 EyeTurn 应用程序来捕捉眼睛的图片并获得眼部对准测量,现场或远程的眼部护理专家可能会对此进行解释。该应用程序仅提供失调的大小,而不是任何解释或诊断。眼科专家(如视光师或眼科医生)应确定失调是否显著,并考虑其他因素(包括测量条件)后做出诊断。

拍摄高质量的照片对于测量至关重要。相机应放置在两只眼睛之间的位置。离中线太远会导致两只眼睛之间的图像大小差异,从而导致测量不准确。

边缘边界是应用用于定位眼睛位置的关键功能之一。验证边缘边界拟合(结果中的绿色圆圈)是关键步骤。如果配件看起来不准确,测量将出错,眼部护理专业人员将无法正确解释测试。通常对于眼裂隙较大的患者,即虹膜区域更显露出来,配件将健壮和准确。另一方面,对于眼部裂痕较小的患者,只有一小部分左右边界暴露出来,配件可能容易出现不准确之处。在这种情况下,操作者可以要求患者睁大眼睛,或轻轻地睁大眼睑。当前版本不提供垂直错位的度量,将在将来版本中实现。

除了承诺在斜视诊所使用外,该应用程序的另一个潜在应用是进行视力筛查。为预防弱视,美国儿科学会强烈支持发展具有成本效益的图像筛查,作为向所有儿童提供筛查的手段。红色反射法将"红眼"闪光伪影的亮度与斜视镜的亮度进行比较,后者为较亮或更亮的红色,可以检测折射误差和斜视,但不能量化斜视的大小。实施红色柔韧性方法的设备包括光屏和视觉屏幕15,16。15,这些光屏尚未被学区广泛采用,可能是由于成本问题。与独立系统相比,现代智能手机摄像机提供了更好的价值、改进的可访问性以及快速改进和更高分辨率的摄像机。最近,有一个应用程序,实现红色反射法,GCK应用程序17。GCK 应用程序有一些限制,因为它不提供斜体的数量测量,并且需要比 Hirschberg 方法更多的环境照明控制。本文中介绍的应用程序可能是视觉筛查的替代或补充解决方案,因为它易于使用,使用棱镜的标准临床测量具有同等的准确性。

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Disclosures

所有作者都有一个申请中的专利申请,使用智能手机相机测量斜视。该技术正在商业化由EyeNexoLLC,这是由作者GL,PS,MT和KH,在质量眼和耳朵的许可下建立。

Acknowledgments

这项工作得到了NIH授予R44EY025902和大众眼耳固化儿童补助金部分支持。

Materials

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

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