Usando um aplicativo de teste hirschberg automatizado para avaliar o alinhamento ocular

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Summary

Apresentamos um protocolo de uso de um aplicativo de smartphone para realizar o teste de Hirschberg para medir o desalinhamento ocular manifesto e intermitente (estrabismo) em condições próximas e distantes de fixação.

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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

Um aplicativo para smartphone foi desenvolvido para realizar o teste automatizado de Hirschberg fotográfico para medição objetiva do desalinhamento ocular. Ao calcular a diferença na reflexão córnea gerada pelo flash da câmera do telefone em relação ao centro de íris com base em imagens de alta resolução, o aplicativo pode medir o desalinhamento com uma precisão muito maior do que o olho nu realizando o teste de Hirschberg. Foi validado em estudo de avaliação clínica prévia, comparando-se com o padrão-prisma padrão-ouro clínico e o teste de cobertura alternativo. O objetivo deste artigo é descrever as técnicas de teste sobre como usar o aplicativo para medir o alinhamento ocular para diferentes distâncias de fixação, sem ou com cobertura para quebrar fusão, bem como o ângulo kappa, para que os usuários possam usar o aplicativo para realizar o equivalente testes tipicamente feitos em clínica usando prismas.

Introduction

A medição do alinhamento ocular é realizada frequentemente em clínicas de cuidados com a visão. O teste de cobertura com neutralização de prisma é o método clínico comumente utilizado para quantificar o grau de desalinhamento dos olhos (estrabismo). Este método requer um alto grau de treinamento e experiência. A medição precisa torna-se mais desafiadora quando os pacientes não podem participar totalmente do exame, como crianças pequenas1, indivíduos com lesões cerebrais ou acidente vascular cerebral2, ou deficiências de desenvolvimento3. Além disso, há necessidade de testes de alinhamento ocular na triagem escolar, pois o estrabismo se desenvolve durante a infância em uma população estimada de 5 a 8% da população dos EUA4, e é um fator de risco substancial para ambliopia com cerca de 30-40% dos casos de ambliopia atribuídos ao estrabismo5,6,7. No entanto, os enfermeiros escolares normalmente não são treinados para realizar o teste de cobertura padrão com neutralização de prisma para tal triagem. Para os profissionais não-oculares, um desafio adicional na triagem do estrabismo é que o estrabismo intermitente (o desalinhamento nem sempre se manifesta) e magnitudes menores de desalinhamento não são visualmente óbvios (<15 dioptrios prisma [Δ])8.

Na tentativa de enfrentar os desafios na detecção e medição do estrabismo, desenvolvemos um aplicativo para smartphone (EyeTurn) que implementa e automatiza o método fotográfico Hirschberg9, comparando o deslocamento das reflexões córneas entre os olhos. Embora o método convencional fotográfico Hirschberg tenha se mostrado ter boa reprodutibilidade nas clínicas10,11, o custo para dispositivos dedicados e autônomos é uma barreira para a ampla adoção. Ao fornecer uma ferramenta fácil de usar para medir o alinhamento dos olhos com smartphones padrão, temos a hipótese de que ela será amplamente adotada na triagem de visão escolar e usada por profissionais não-oculares. Nossos estudos de avaliação anteriores mostraram que a medição do aplicativo é consistente com o padrão clínico atual de prisma e teste de cobertura alternativo12, para magnitudes estrabismo de esotropia e exotropia até 60Δ. Em um estudo de triagem escolar piloto, também mostramos que o aplicativo pode ajudar a enfermeira da escola a detectar crianças com exotropia intermitente que foram perdidas pelos protocolos padrão de triagem da visão escolar13.

A versão iOS do aplicativo está atualmente disponível para pesquisadores e médicos mediante solicitação para fins de pesquisa. Os solicitantes incluíram até agora enfermeiros escolares, oftalmologistas pediátricos, optometristas, neurooftalmologistas e especialistas em estrabismo. O objetivo deste artigo é compartilhar os protocolos detalhados do aplicativo para usar o aplicativo para avaliar o alinhamento ocular em diferentes condições de visualização, ou seja, distância de fixação próxima e distante; com e sem cobertura ocular para quebrar a fusão binocular.

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Protocol

Este estudo foi conduzido de acordo com os princípios da Declaração de Helsinque, no Schepens Eye Research Institute (Boston, MA) e no Spaulding Reabilitation Hospital (Boston, MA). O consentimento informado foi obtido de todos os participantes. O estudo foi aprovado pelos conselhos locais de revisão institucional de Mass Eye and Ear (Boston, MA).

NOTA: Os critérios de inclusão do paciente foram o diagnóstico prévio do estrabismo horizontal (exotropia ou esotropia constante ou intermitente) e nenhuma outra deficiência visual. Este estudo fez parte de um maior relatado anteriormente12. Dados de 14 pacientes recrutados nos EUA no estudo maior12 são relatados aqui com permissão. Um optometrista especializado em reabilitação de visão que avalia rotineiramente o estrabismo na clínica realizou teste de prisma e cobertura alternativa, seguindo por medição com o aplicativo para evitar viés dos resultados do teste de cobertura pela medição objetiva do aplicativo.

1. Prepare o teste

NOTA: Os testes podem ser realizados em qualquer ambiente; no entanto, os seguintes controles provavelmente ajudarão em testes bem-sucedidos.

  1. Faça o teste em um ambiente bem iluminado. Deixe os pacientes enfrentarem em uma direção tal que os reflexos córneas das janelas e luzes do teto não estão localizados no centro dos olhos. Tente evitar uma luz de fundo forte, como janelas.
    NOTA: Geralmente ajuda ter uma luz de teto bem acima da cabeça, ou uma janela de um lado do paciente. Às vezes, pedir ao paciente para segurar a mão acima da testa ou usar uma viseira pode ajudar a proteger os olhos de fontes de luz fortes que criam reflexos adicionais sobre a córnea, conforme necessário. Desligar fontes de luz de ponto, como luzes de botim ou lâmpadas de pescoço de ganso, diminuirá a intensidade de reflexos extracóvirais, tornando mais fácil para o software detectar o reflexo a partir do flash da câmera como pretendido. Se for necessário a fonte de luz ponto, pode ser difundida apontando-a para a parede ou usando um difusor (ou seja, sombra da lâmpada).

2. Medir tropia (estrabismo manifesto) com um único instantâneo-perto de fixação

  1. Inicie o aplicativo e defina o modo como Sem Tampa (botão no canto superior direito).
  2. Selecione a fixação próxima (botão no canto inferior direito).
  3. Segure o telefone na orientação da paisagem a cerca de 40 cm do paciente ao nível dos olhos com a câmera traseira voltada para o paciente a ser medido.
    NOTA: A distância não precisa ser controlada com precisão. O aplicativo pode compensar automaticamente diferentes distâncias.
  4. Instrua o paciente a fixar-se na luz flash, que está desligada neste momento. Para testes que exijam acomodação precisa, como na triagem para esotropia acomodativa, cole um alvo de fixação (como uma letra) na parte de trás do telefone, diretamente abaixo ou acima da lanterna.
  5. Enquanto o paciente confirma que está fixando, pressione o botão redondo para tirar uma foto, que será analisada pelo aplicativo.
  6. Quando a análise for concluída, o aplicativo mostrará características oculares detectadas: limite limbus (íris exterior) indicado por um grande círculo (verde), o centro do olho indicado por uma cruz (verde) e a localização do reflexo da córnea indicado por um pequeno círculo (vermelho). Verifique se essas características são detectadas sem erros óbvios (como encaixe incorreto do membro, localização incorreta ou reflexo córnea ausente).
  7. Na mesma tela, a imagem capturada, o aplicativo mostrará as medidas relacionadas ao alinhamento dos olhos. Se satisfeito com os resultados, pressione o botão salvar para salvar o teste atual no telefone. Caso contrário, pressione o botão de seta traseira para testar novamente.

3. Medir tropia (estrabismo manifesto) com fixação instantânea-far

NOTA: Para medir a tropia para uma fixação distante, o kappa angular para cada olho precisa ser medido pelo menos uma vez. O aplicativo escolherá automaticamente a última medição do kappa angular na história. Se ele não estiver disponível para nenhum dos olhos, o aplicativo dará um lembrete para obter primeiro esta medição (consulte a seção 6 para obter detalhes da medição de kappa angular).

  1. Inicie o aplicativo e defina o modo como Sem Tampa (botão no canto superior direito).
  2. Selecione o modo de fixação de far (botão no canto inferior direito).
  3. Segure o telefone na orientação da paisagem a cerca de 40 cm do paciente ao nível dos olhos com a face traseira do telefone voltada para o paciente.
    NOTA: A distância não precisa ser controlada com precisão. O aplicativo pode compensar automaticamente diferentes distâncias.
  4. Coloque o telefone ligeiramente abaixo de dois olhos para que o paciente possa olhar acima do telefone e fixar um alvo à distância (normalmente a 5 metros de distância). Certifique-se de que a câmera está aproximadamente entre os dois olhos, não muito longe para o lado de qualquer olho.
  5. Ao certificar-se de que o paciente está se fixando corretamente, pressione o botão redondo para tirar uma foto.
  6. Quando a análise for concluída, o aplicativo mostrará características oculares detectadas: limite do limbus indicado por um grande círculo (verde), o centro do olho indicado por uma cruz (verde) e a localização do reflexo córnea indicado por um pequeno círculo (vermelho). Verifique se essas características são detectadas sem erros óbvios (como encaixe incorreto do membro, localização incorreta ou reflexo córnea ausente).
  7. a imagem há resultados de medição para alinhamento dos olhos, incluindo dioptrios prisma. Se satisfeito com os resultados, pressione o botão salvar para salvar o teste no telefone. Caso contrário, pressione o botão de seta traseira para testar novamente.

4. Medir o estrabismo ou fória intermitente com teste de cobertura-perto da fixação

  1. Inicie o aplicativo e alterne no modo de teste de capa (botão no canto superior direito) e selecione a fixação próxima (botão no canto inferior direito).
  2. Segure o telefone na orientação paisagística a cerca de 40 cm do paciente.
    NOTA: A distância não precisa ser controlada com precisão. O aplicativo pode compensar automaticamente diferentes distâncias.
  3. Instrua o paciente a fixar a luz flash, que está desligada neste momento. Para testes que exijam acomodação precisa, cole um alvo de fixação na parte de trás do telefone, diretamente abaixo ou acima da lanterna.
  4. Use um oclusor para cobrir um dos olhos.
  5. Pressione o botão redondo. O aplicativo começará a monitorar o status dos dois olhos (se um olho está coberto).
  6. Ao certificar-se de que o paciente está se fixando corretamente, remova o oclusor rapidamente (ou seja, teste de cobertura), ou primeiro mova o oclusor entre os dois olhos para realizar a cobertura alternativa algumas vezes e, em seguida, tirar o oclusor rapidamente. O aplicativo tirará automaticamente uma foto assim que o ocluladoforé é tirado dos olhos.
  7. Quando a análise for concluída, o aplicativo mostrará características oculares detectadas: íris indicada por um grande círculo verde, o centro do olho indicado por uma cruz verde e o reflexo da córnea a partir de flash indicado por um pequeno círculo vermelho. Verifique se esses recursos são detectados sem erros óbvios.
  8. a imagem há resultados de medição para alinhamento dos olhos em dioptrios prisma. Se satisfeito com os resultados, pressione o botão salvar para salvar o teste no telefone. Caso contrário, pressione o botão de seta traseira para testar novamente.

5. Medir o estrabismo ou fória intermitente com fixação de teste de cobertura

NOTA: Para medir o desalinhamento ocular intermitente para fixação distante, o ângulo kappa para cada olho precisa ser medido pelo menos uma vez. O aplicativo escolherá automaticamente a última medida kappa de ângulo. Se ele não estiver disponível para nenhum dos olhos, o aplicativo dará um lembrete para obter primeiro esta medição (consulte a seção 6 para obter detalhes da medição de kappa angular).

  1. Inicie o aplicativo e configure o modo para cobrir o teste (botão no canto superior direito).
  2. Selecione a fixação de far (botão no canto inferior direito).
  3. Segure o telefone na orientação da paisagem a cerca de 40 cm do paciente ao nível dos olhos.
    NOTA: A distância não precisa ser controlada com precisão. O aplicativo pode compensar automaticamente diferentes distâncias. É melhor que a luz flash/câmera esteja entre os olhos. Uma vez que a câmera e o flash estão desligados para um canto na maioria dos modelos de telefone, isso significa que a própria tela do telefone será ligeiramente fora do centro.
  4. Instrua o paciente a olhar um pouco acima do telefone e fixar o alvo à distância (normalmente 6 m de distância).
  5. Use um oclusor para cobrir um olho.
  6. Pressione o botão redondo. O aplicativo começará a detectar a descoberta do olho.
  7. Ao certificar-se de que o paciente está se fixando corretamente, remova o oclusor rapidamente (ou seja, teste de cobertura), ou primeiro mova o oclusor entre os dois olhos para realizar a cobertura alternativa algumas vezes e, em seguida, tirar o oclusor rapidamente. O aplicativo tirará automaticamente uma foto assim que o oclusor for tirado dos olhos.
  8. Quando a análise for concluída, o aplicativo mostrará características oculares detectadas: limite do limbus indicado por um grande círculo (verde), o centro do olho indicado por uma cruz (verde) e a localização do reflexo córnea indicado por um pequeno círculo (vermelho). Verifique se essas características são detectadas sem erros óbvios (como encaixe incorreto do membro, localização incorreta ou reflexo córnea ausente).
  9. a imagem há resultados de medição para alinhamento dos olhos em dioptrios prisma. Se satisfeito com os resultados, pressione o botão salvar para salvar o teste no telefone. Caso contrário, pressione o botão de seta traseira para testar novamente.

6. Medir kappa de ângulo

  1. Inicie o aplicativo.
  2. Selecione Medir ângulo kappa.
  3. Segure o telefone na orientação da paisagem a cerca de 40 cm do paciente ao nível dos olhos.
    NOTA: A distância não precisa ser controlada com precisão. O aplicativo pode compensar automaticamente diferentes distâncias.
  4. Instrua o paciente a usar o olho a ser testado (qualquer olho) para fixar-se na luz flash, que está desligada neste momento. Tenha o outro coberto à mão ou um ocupante.
  5. Ao certificar-se de que o paciente está se fixando corretamente, toque no botão redondo para tirar uma foto, que será analisada pelo aplicativo.
  6. Quando a análise for concluída, o aplicativo mostrará as características dos olhos detectados: o limite do limbus indicado por um grande círculo (verde), o centro do olho indicado por uma cruz (verde) e a localização do reflexo córnea indicado por um pequeno círculo (vermelho). Verifique se essas características são detectadas sem erros óbvios (como encaixe incorreto do membro, localização incorreta ou reflexo córnea ausente). a imagem há resultados de medição para kappa angular (em graus).

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Representative Results

Neste trabalho, descrevemos os protocolos para avaliar o alinhamento ocular usando um aplicativo de smartphone que realiza o teste fotográfico de Hirschberg. A interface do aplicativo é mostrada na Figura 1. Os usuários podem optar por realizar o teste de cobertura ou medir um paciente com ambos os olhos fixando-se simultaneamente em um alvo, seja a distâncias de fixação próximas ou longas. Uma vez que as condições de visualização são determinadas dependendo dos propósitos do teste, os usuários podem seguir os protocolos e tirar uma foto do paciente. Após o processamento de imagens, o aplicativo mostrará os resultados da análise aos usuários. Como exemplo mostrado na Figura 2,os limites do limbus (círculos verdes) dos dois olhos, bem como o reflexo corneano da luz de flash (pontos vermelhos) foram detectados corretamente. Isso sugere que a medida de alinhamento ocular (18.5Δ) mostrada abaixo da imagem não está sujeita a erro de análise de imagem. Neste caso em particular, o paciente deixou a exotropia, o que é óbvio pela imagem, pois o reflexo da córnea foi muito maior no olho esquerdo. No entanto, o aplicativo não informa qual olho é desviado, porque em casos de pequeno ângulo estrabismo e kappa ângulo desconhecido, não seria confiável para o aplicativo determinar o olho desviado. Para comparação, um exemplo sem estrabismo é mostrado na Figura 3. A Figura 4 mostra um exemplo de detecção errônea do limbus. Embora a detecção do reflexo córnea (pequeno círculo vermelho) esteja correta, o círculo verde aparentemente não corresponde ao limite do limbus. O teste deve ser refeito.

De acordo com o teste de cobertura desses pacientes, a faixa de ângulo estrabismo foi entre 25Δ esotropia a 50Δ exotropia, com a menor magnitude do ângulo estrabismo sendo 6Δ. Havia 10 pacientes com exotropia e 4 pacientes com esotropia. Como a análise de regressão linear mostrou (inclinação = 1,02, R2 = 0,94, p < 0,001), as medidas do aplicativo de ângulos estrabismo foram consistentes com as medidas de ensaio de cobertura clínica(Figura 5).

Figure 1
Figura 1: Interface de usuário do aplicativo de teste strabismus. Os usuários podem alternar no teste de cobertura e distância de fixação. Em diferentes condições, as instruções dadas ao paciente podem ser diferentes, conforme descrito no protocolo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Um caso de exptropia esquerda. Estes são os resultados apresentados aos usuários, que devem verificar a detecção do limite do limbo e da reflexão da córnea antes de ler o ângulo estrabismo. Se esses recursos de imagem não forem detectados corretamente, os usuários devem refazer o teste. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Um exemplo fixação próxima sem teste de cobertura. O reflexo da córnea e o centro ocular estavam bem alinhados em ambos os olhos. Portanto, o desalinhamento ocular horizontal (HOR) foi quase zero, como o aplicativo relatou. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Um exemplo de detecção errônea do limbus. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Comparação da medição do ângulo estrabismo utilizando o aplicativo com medições clínicas feitas com testes secretos (n = 14). Valores negativos indicam desvios exotrópicos, valores positivos indicam desvios esotrópicos. No geral, as medições com o aplicativo foram consistentes com as medidas clínicas do estrabismo. Este número foi modificado de nossa publicação anterior12. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Uma pessoa sem treinamento profissional pode usar o aplicativo EyeTurn para capturar imagens dos olhos e obter medidas de alinhamento ocular, que podem ser interpretadas por um especialista em cuidados oculares no local ou remotamente. O aplicativo apenas fornece magnitude do desalinhamento, em vez de qualquer interpretação ou diagnóstico. Profissionais de cuidados oculares, como optometristas ou oftalmologistas, devem determinar se o desalinhamento é significativo ou não, e fazer um diagnóstico após considerar outros fatores, incluindo as condições em que a medida foi tomada.

Tirar fotos de boa qualidade é essencial para a medição. A câmera deve ser colocada em uma posição entre dois olhos. Estar muito longe da linha média pode causar uma diferença no tamanho da imagem entre dois olhos e, consequentemente, resultar em imprecisão de medição.

O limite do limbus é um dos principais recursos que o aplicativo usa para localizar a posição dos olhos. Verificar o encaixe do limite do membro (o círculo verde nos resultados) é um passo crucial. Se o encaixe parecer impreciso, a medição estará sujeita a erros e o profissional de cuidados oculares não poderá interpretar corretamente o teste. Normalmente para pacientes com fissuras oculares maiores, ou seja, área de íris sendo mais revelada, o encaixe será robusto e preciso. Por outro lado, para pacientes com fissuras oculares menores, que têm apenas uma pequena porção dos limites esquerdo e direito revelados, o encaixe pode ser propenso a imprecisões. Nesta situação, os operadores podem pedir aos pacientes para abrir os olhos amplamente, ou levantar suavemente a pálpebra aberta. A versão atual não fornece medição de desalinhamento vertical, que será implementado em versões futuras.

Além da promessa de uso em clínicas de estrabismo, outra aplicação potencial do app está na triagem de visão. Para a prevenção da ambliopia, a Academia Americana de Pediatria endossou fortemente o desenvolvimento de uma triagem baseada em imagens econômica como um meio de estender a triagem a todas as criançasde 14 anos. O método reflexo vermelho, que compara o brilho do artefato flash "olho vermelho" com o olho estrabismo sendo uma cor vermelha mais clara ou brilhante, pode detectar tanto erro refrativo quanto estrabismo, mas não pode quantificar a magnitude do estrabismo. Os dispositivos que implementam o método flex vermelho incluem Photoscreener e Vision Screener15,16. Esses fotoscreeners não foram amplamente adotados pelos distritos escolares, provavelmente devido ao custo. Em comparação com sistemas autônomos, as câmeras modernas dos smartphones proporcionam melhor valor, melhor acessibilidade e câmeras de melhor resolução e melhora. Recentemente, há um aplicativo que implementa o método reflexo vermelho, o aplicativo GCK17. O aplicativo GCK tem algumas limitações na medida em que não dá uma medição quantitativa do estrabismo e requer mais controle da iluminação ambiente do que os métodos hirschberg. O aplicativo apresentado neste artigo pode ser potencialmente uma solução alternativa ou complementar para a triagem da visão, devido à sua facilidade de uso e precisão equivalente com a medição clínica padrão usando prismas.

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Disclosures

Todos os autores têm um pedido de patente pendente em um método de medição de estrabismo usando uma câmera de smartphone. A tecnologia está sendo comercializada pela EyeNexo LLC, que foi fundada pelos autores GL, PS, MT e KH, licença da Mass Eye and Ear.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado em parte pela bolsa NIH R44EY025902 e pelo Mass Eye & Ear Curing Kids Grant.

Materials

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

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