Utilizzo di un'app di test Hirschberg automatizzata per valutare l'allineamento oculare

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Summary

Vi presentiamo un protocollo di utilizzo di un'app per smartphone per eseguire il test Hirschberg per misurare il disallineamento oculare intermittente (strabismus) in condizioni di fissazione vicine e lontane.

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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

È stata sviluppata un'app per smartphone per eseguire il test fotografico automatizzato Hirschberg per la misurazione oggettiva del disallineamento oculare. Calcolando la differenza nella riflessione corneale generata dal flash della fotocamera del telefono rispetto al centro dell'iride in base alle immagini ad alta risoluzione, l'applicazione può misurare il disallineamento con una precisione molto maggiore rispetto all'occhio nudo che esegue il test di Hirschberg. È stato convalidato in un precedente studio di valutazione clinica confrontandolo con il test clinico di prisma standard dell'oro e il test di copertura alternativo. L'obiettivo di questo articolo è descrivere le tecniche di test per quanto riguarda come utilizzare l'applicazione per misurare l'allineamento oculare per diverse distanze di fissaggio, senza o con copertura per rompere la fusione, così come kappa angolo, in modo che gli utenti possono utilizzare l'applicazione per eseguire equivalente test tipicamente eseguiti in clinica utilizzando prismi.

Introduction

La misurazione dell'allineamento degli occhi viene eseguita frequentemente nelle cliniche per la cura della vista. Il test di copertura con neutralizzazione del prisma è il metodo clinico comunemente usato per quantificare il grado di disallineamento degli occhi (strabismo). Questo metodo richiede un alto grado di formazione ed esperienza. Una misurazione accurata diventa più difficile quando i pazienti non possono partecipare pienamente all'esame come i bambinipiccoli 1,gli individui con lesioni cerebrali o ictus2o le disabilità dello sviluppo3. Inoltre, c'è bisogno di test di allineamento oculare nello screening scolastico, perché lo strabismus si sviluppa durante l'infanzia in circa il 5-8% della popolazione statunitense4ed è un fattore di rischio sostanziale per l'amblyopia con circa il 30-40% dei casi di amblyopia attribuiti allo strabismus5,6,7. Tuttavia, gli infermieri della scuola normalmente non sono addestrati a condurre il test di copertura standard con neutralizzazione del prisma per tale screening. Per i professionisti della cura non oculare, una sfida aggiuntiva nello screening dello strabismo è che lo strabismo intermittente (il disallineamento non è sempre manifestato) e le magnitudini più piccole del disallineamento non sono visivamente ovvie (<15 prisma diottrie [z])8.

Nel tentativo di affrontare le sfide nel rilevamento e nella misurazione dello strabismo, abbiamo sviluppato un'app per smartphone (EyeTurn) che implementa e automatizza il metodo fotografico Hirschberg9 confrontando lo spostamento dei riflessi corneali tra gli occhi. Mentre il metodo fotografico convenzionale Hirschberg ha dimostrato di avere una buona riproducibilità nelle cliniche10,11, il costo per i dispositivi dedicati e autonomi è una barriera per l'ampia adozione. Fornendo uno strumento facile da usare per misurare l'allineamento degli occhi con gli smartphone standard, ipotizziamo che sarà ampiamente adottato nello screening della vista scolastica e utilizzato da professionisti non-eye care. I nostri studi di valutazione precedenti hanno dimostrato che la misurazione dell'app è coerente con l'attuale standard clinico di prisma e test di copertura alternativo12, per le magnitudini strabismus di esotropia ed exotropia fino a 60. In uno studio pilota di screening scolastico, abbiamo anche dimostrato che l'app può aiutare l'infermiere a rilevare i bambini con exotropia intermittente che sono stati persi dai protocolli standard di screening della vista scolastica13.

La versione iOS dell'app è attualmente disponibile per ricercatori e medici su richiesta a scopo di ricerca. I richiedenti hanno finora incluso infermieri scolastici, oftalmologi pediatrici, optometristi, neuro-oftalmologi e specialisti dello strabismo. Lo scopo di questo articolo è quello di condividere i protocolli dettagliati app per l'utilizzo dell'applicazione per valutare l'allineamento oculare in diverse condizioni di visualizzazione, vale a dire, vicino e lontano distanza di fissaggio; con e senza copertura degli occhi per rompere la fusione binoculare.

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Protocol

Questo studio è stato condotto in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki, presso lo Schepens Eye Research Institute (Boston, MA) e lo Spaulding Rehabilitation Hospital (Boston, MA). Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti. Lo studio è stato approvato dai comitati di revisione istituzionale locali di Mass Eye and Ear (Boston, MA).

NOTA: i criteri di inclusione del paziente sono stati la diagnosi preventiva dello strabismo orizzontale (esotropia o esotropia costante o intermittente) e nessun altro danno visivo. Questo studio faceva parte di uno più grande riportato in precedenza12. I dati relativi a 14 pazienti reclutati negli Stati Uniti nello studio più ampio 12 sonoriportati qui con il permesso. Un optometrista specializzato nella riabilitazione visiva che valuta regolarmente lo strabismo in clinica ha eseguito prismi e test di copertura alternativa, seguendo per misurazione con l'app per prevenire la distorsione dei risultati del test di copertura dalla misurazione obiettiva dell'app.

1. Preparare il test

NOTA: il test può essere eseguito in qualsiasi ambiente; tuttavia, i seguenti controlli potrebbero aiutare a testare con successo.

  1. Condurre il test in un ambiente ben illuminato. Lasciate che i pazienti affrontino in una direzione in modo tale che i riflessi corneali dalle finestre e dalle luci del soffitto non si trovino al centro degli occhi. Cercate di evitare una forte luce di fondo, come le finestre.
    NOTA: Di solito aiuta ad avere una luce del soffitto proprio sopra la testa, o una finestra su un lato del paziente. A volte, chiedere al paziente di tenere la mano sopra la fronte o l'uso di una visiera può aiutare a proteggere gli occhi da forti fonti di luce che creano ulteriori riflessi sulla cornea, se necessario. Spegnere le sorgenti luminose a punti come le luci a baldacchino o le lampade a collo d'oca diminuirà l'intensità dei riflessi corneali extra, rendendo più facile per il software rilevare il riflesso dal flash della fotocamera come previsto. Se è necessaria una fonte di luce puntuale, essa può essere diffusa puntandola verso la parete o utilizzando un diffusore (ad esempio, l'ombra della lampada).

2. Misurare la tropia (strabismo manifesto) con un'istantanea singola: vicino alla fissazione

  1. Avvia l'app e imposta la modalità su Nessuna copertura (pulsante nell'angolo in alto a destra).
  2. Selezionare vicino alla fissazione (pulsante nell'angolo in basso a destra).
  3. Tenere il telefono in orientamento orizzontale a circa 40 cm dal paziente a livello degli occhi con la fotocamera posteriore rivolta verso il paziente da misurare.
    NOTA: la distanza non deve essere controllata con precisione. L'applicazione può compensare automaticamente diverse distanze.
  4. Indicare al paziente di fissare sulla luce del flash, che è spento a questo punto. Per i test che richiedono un alloggio preciso, ad esempio durante lo screening per l'esotropia accomodante, incollare un obiettivo di fissaggio (ad esempio una lettera) sul retro del telefono, direttamente sotto o sopra la torcia elettrica.
  5. Mentre il paziente conferma che sta fissando, premere il pulsante rotondo per scattare un'istantanea, che verrà analizzata dall'app.
  6. Una volta completata l'analisi, l'app mostrerà le caratteristiche rilevate dell'occhio: limite limbus (iride esterno) indicato da un grande cerchio (verde), il centro dell'occhio indicato da una croce (verde) e la posizione del riflesso corneale indicato da un piccolo cerchio (rosso). Verificare che queste funzioni vengano rilevate senza errori evidenti (ad esempio raccordo limbus errato, posizione errata o riflessione corneale mancante).
  7. Nella stessa schermata, sotto l'immagine catturata, l'app mostrerà le misure relative all'allineamento degli occhi. Se si soddisfano i risultati, premere il pulsante Salva per salvare il test corrente nel telefono. In caso contrario, premere il pulsante freccia indietro per rieseguire il test.

3. Misurare la tropia (strabismus manifesto) con snapshot-

NOTA: Per misurare la tropia per la fissazione lontana, il kappa angolare per ogni occhio deve essere misurato almeno una volta. L'applicazione sceglierà automaticamente l'ultima misura dell'angolo kappa nella storia. Se non è disponibile per entrambi gli occhi, l'applicazione darà un promemoria per ottenere prima questa misurazione (vedere la sezione 6 per i dettagli della misurazione kappa angolo).

  1. Avvia l'app e imposta la modalità su Nessuna copertura (pulsante nell'angolo in alto a destra).
  2. Selezionare la modalità di fissaggio (pulsante nell'angolo in basso a destra).
  3. Tenere il telefono in orientamento orizzontale a circa 40 cm dal paziente a livello degli occhi con la faccia posteriore del telefono rivolto verso il paziente.
    NOTA: la distanza non deve essere controllata con precisione. L'applicazione può compensare automaticamente diverse distanze.
  4. Posizionare il telefono leggermente al di sotto di due occhi in modo che il paziente possa guardare sopra il telefono e fissare un bersaglio in lontananza (in genere a 5 m di distanza). Assicurarsi che la fotocamera si trova approssimativamente tra i due occhi, non troppo lontano al lato di entrambi gli occhi.
  5. Assicurandosi che il paziente si fissi correttamente, premere il pulsante rotondo per scattare un'istantanea.
  6. Quando l'analisi è completata, l'applicazione mostrerà le caratteristiche degli occhi rilevati: limite limbus indicato da un grande cerchio (verde), il centro dell'occhio indicato da una croce (verde), e la posizione del riflesso corneale indicato da un piccolo cerchio (rosso). Verificare che queste funzioni vengano rilevate senza errori evidenti (ad esempio raccordo limbus errato, posizione errata o riflessione corneale mancante).
  7. Sotto l'immagine ci sono risultati di misurazione per l'allineamento degli occhi tra cui diottrie prisma. Se si soddisfano i risultati, premere il pulsante Salva per salvare il test nel telefono. In caso contrario, premere il pulsante freccia indietro per rieseguire il test.

4. Misurare lo strabismo intermittente o la foria con il test di copertura, vicino alla fissazione

  1. Avvia l'app e attiva la modalità di test della copertina (pulsante nell'angolo in alto a destra) e seleziona vicino alla fissaggio (pulsante nell'angolo in basso a destra).
  2. Tenere il telefono in orientamento orizzontale a circa 40 cm dal paziente.
    NOTA: la distanza non deve essere controllata con precisione. L'applicazione può compensare automaticamente diverse distanze.
  3. Indicare al paziente di fissare la luce del flash, che è spenta a questo punto. Per i test che richiedono un alloggio preciso, incollare un obiettivo di fissaggio sul retro del telefono, direttamente sotto o sopra la torcia elettrica.
  4. Utilizzare un occluder per coprire uno degli occhi.
  5. Premere il pulsante rotondo. L'applicazione inizierà a monitorare lo stato dei due occhi (se un occhio è coperto).
  6. Assicurandosi che il paziente si fissi correttamente, rimuovere rapidamente l'occluder (ad esempio, test di copertura-insabbiamento), o prima spostare l'occluder tra i due occhi per eseguire la copertura alternativa un paio di volte e poi prendere l'occluder via rapidamente. L'applicazione sarà automaticamente scattare una foto non appena l'occlude viene tolto dagli occhi.
  7. Quando l'analisi è completata, l'applicazione mostrerà le caratteristiche degli occhi rilevati: iride indicata da un grande cerchio verde, il centro dell'occhio indicato da una croce verde, e riflessione corneale da flash indicato da un piccolo cerchio rosso. Verificare che queste funzionalità vengano rilevate senza errori evidenti.
  8. Sotto l'immagine ci sono risultati di misurazione per l'allineamento degli occhi in diottrie di prisma. Se si soddisfano i risultati, premere il pulsante Salva per salvare il test nel telefono. In caso contrario, premere il pulsante freccia indietro per rieseguire il test.

5. Misurare lo strabismo intermittente o phoria con prova di copertura, fissazione

NOTA: Per misurare il disallineamento oculare intermittente per la fissazione lontana, il kappa angolare per ogni occhio deve essere misurato almeno una volta. L'applicazione sceglierà automaticamente l'ultima misura dell'angolo kappa. Se non è disponibile per entrambi gli occhi, l'applicazione darà un promemoria per ottenere prima questa misurazione (vedere la sezione 6 per i dettagli della misurazione kappa angolo).

  1. Avvia l'app e imposta la modalità per coprire il test (pulsante nell'angolo in alto a destra).
  2. Selezionare fissaggio lontano (pulsante nell'angolo in basso a destra).
  3. Tenere il telefono in orientamento orizzontale a circa 40 cm dal paziente a livello degli occhi.
    NOTA: la distanza non deve essere controllata con precisione. L'applicazione può compensare automaticamente diverse distanze. E 'meglio se la luce flash / fotocamera è tra gli occhi. Dal momento che la fotocamera e il flash sono spenti in un angolo nella maggior parte dei modelli di telefono, questo significa che il display del telefono stesso sarà leggermente fuori centro.
  4. Indicare al paziente di guardare appena sopra il telefono e di fissare il bersaglio in lontananza (in genere 6 m di distanza).
  5. Utilizzare un occluder per coprire un occhio.
  6. Premere il pulsante rotondo. L'applicazione inizierà a rilevare la scoperta dell'occhio.
  7. Assicurandosi che il paziente si fissi correttamente, rimuovere rapidamente l'occluder (ad esempio, test di copertura-insabbiamento), o prima spostare l'occluder tra i due occhi per eseguire la copertura alternativa un paio di volte e poi prendere l'occluder via rapidamente. L'applicazione sarà automaticamente scattare una foto non appena l'occluder viene tolto dagli occhi.
  8. Quando l'analisi è completata, l'applicazione mostrerà le caratteristiche degli occhi rilevati: limite limbus indicato da un grande cerchio (verde), il centro dell'occhio indicato da una croce (verde), e la posizione del riflesso corneale indicato da un piccolo cerchio (rosso). Verificare che queste funzioni vengano rilevate senza errori evidenti (ad esempio raccordo limbus errato, posizione errata o riflessione corneale mancante).
  9. Sotto l'immagine ci sono risultati di misurazione per l'allineamento degli occhi in diottrie di prisma. Se si soddisfano i risultati, premere il pulsante Salva per salvare il test nel telefono. In caso contrario, premere il pulsante freccia indietro per rieseguire il test.

6. Misurare l'angolo kappa

  1. Avviare l'app.
  2. Selezionare Misura angolo kappa.
  3. Tenere il telefono in orientamento orizzontale a circa 40 cm dal paziente a livello degli occhi.
    NOTA: la distanza non deve essere controllata con precisione. L'applicazione può compensare automaticamente diverse distanze.
  4. Indicare al paziente di utilizzare l'occhio da testare (entrambi gli occhi) per fissare la luce del flash, che è spenta a questo punto. Avere l'altro coperto a mano o un occluder.
  5. Mentre assicurarsi che il paziente si sta fissando correttamente, toccare il pulsante rotondo per scattare un'istantanea, che verrà analizzata dall'applicazione.
  6. Quando l'analisi è completata, l'applicazione mostrerà le caratteristiche dell'occhio rilevate: limite limbus indicato da un grande cerchio (verde), il centro dell'occhio indicato da una croce (verde), e la posizione del riflesso corneale indicato da un piccolo cerchio (rosso). Verificare che queste funzioni vengano rilevate senza errori evidenti (ad esempio raccordo limbus errato, posizione errata o riflessione corneale mancante). Sotto l'immagine ci sono risultati di misurazione per kappa angolo (in gradi).

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Representative Results

In questo lavoro, descriviamo i protocolli per valutare l'allineamento oculare utilizzando un'app per smartphone che esegue il test fotografico Hirschberg. L'interfaccia dell'app è illustrata nella Figura 1. Gli utenti possono scegliere di eseguire il test di copertura o misurare un paziente con entrambi gli occhi fissati a un bersaglio contemporaneamente, a distanze di fissaggio vicine o lontane. Una volta determinate le condizioni di visualizzazione a seconda degli scopi del test, gli utenti possono seguire i protocolli e scattare una foto del paziente. Dopo l'elaborazione dell'immagine, l'app mostrerà i risultati dell'analisi agli utenti. Come esempio illustrato nella Figura 2, i confini del limbus (cerchi verdi) dei due occhi e il riflesso corneale della luce flash (punti rossi) sono stati rilevati correttamente. Ciò suggerisce che la misura di allineamento oculare (18,5) mostrata sotto l'immagine non è soggetta a errori di analisi dell'immagine. In questo caso particolare, il paziente aveva lasciato l'esotropia, il che è evidente dall'immagine in quanto l'offset della riflessione corneale era molto più grande nell'occhio sinistro. Tuttavia, l'applicazione non segnala che occhio è deviato, perché nei casi di piccolo angolo strabismus e kappa angolo sconosciuto, sarebbe inaffidabile per l'applicazione per determinare l'occhio deviato. Per confronto, un esempio senza strabismus è mostrato Figura 3. La figura 4 mostra un esempio di rilevamento limbo errato. Mentre la rilevazione della riflessione corneale (piccolo cerchio rosso) è corretta, il cerchio verde apparentemente non corrisponde al confine limbo. Il test deve essere rifatto.

Secondo il test di copertura su quei pazienti, l'intervallo di angolo di strabismus era tra 25 esotropia a 50 exotropia, con la più piccola grandezza di angolo di strabismus essendo 6 - esotropia. C'erano 10 pazienti con esotropia e 4 pazienti con esotropia. Come ha mostrato l'analisi di regressione lineare (pendenza : 1,02, R2 - 0,94, p < 0,001), le misurazioni dell'app degli angoli di strabismo erano coerenti con le misurazioni cliniche del test dicopertura( Figura 5 ).

Figure 1
Figura 1: Interfaccia utente dell'app di test strabismus. Gli utenti possono attivare/disattivare il test di copertura e la distanza di fissaggio. In condizioni diverse, le istruzioni fornite al paziente possono essere diverse, come descritto nel protocollo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Un caso di exptropia sinistra. Questi sono i risultati mostrati agli utenti, che dovrebbero verificare la rilevazione del confine del limbo e della riflessione corneale prima di leggere l'angolo dello strabismo. Se tali funzionalità dell'immagine non vengono rilevate correttamente, gli utenti devono eseguire nuovamente il test. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Un esempio quasi fisso senza test di copertura. Il riflesso corneale e il centro degli occhi erano allineati bene in entrambi gli occhi. Pertanto il disallineamento oculare orizzontale (HOR) era quasi zero, come l'applicazione ha segnalato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Un esempio di rilevamento limbo errato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Confronto della misurazione dell'angolo di strabismus utilizzando l'applicazione con le misurazioni cliniche fatte con test nascosti (n : 14). I valori negativi indicano deviazioni esotropiche, i valori positivi indicano deviazioni esotropiche. Nel complesso, le misurazioni con l'app erano coerenti con le misurazioni cliniche dello strabismo. Questa cifra è stata modificata dalla nostra precedente pubblicazione12. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Una persona senza formazione professionale può utilizzare l'app EyeTurn per catturare immagini degli occhi e ottenere misurazioni dell'allineamento oculare, che potrebbero essere interpretate da uno specialista della cura degli occhi in loco o da remoto. L'applicazione fornisce solo grandezza del disallineamento, piuttosto che qualsiasi interpretazione o diagnosi. I professionisti della cura degli occhi come optometristi o oftalmologi dovrebbero determinare se il disallineamento è significativo o meno e fare una diagnosi dopo aver preso in considerazione altri fattori tra cui le condizioni in cui è stata effettuata la misurazione.

Scattare foto di buona qualità è essenziale per la misurazione. La fotocamera deve essere posizionata in una posizione tra due occhi. Essere troppo lontani dalla linea mediana può causare una differenza nelle dimensioni dell'immagine tra due occhi e di conseguenza causare imprecisioni di misurazione.

Il limite del limbus è una delle caratteristiche chiave che l'applicazione utilizza per localizzare la posizione degli occhi. Verificare il raccordo del contorno del limbus (il cerchio verde nei risultati) è un passo cruciale. Se il raccordo sembra essere impreciso, la misurazione sarà soggetta a errori e il professionista della cura degli occhi non sarà in grado di interpretare correttamente il test. Di solito per i pazienti con fessure oculari più grandi, cioè, l'area dell'iride essendo più rivelato, il raccordo sarà robusto e preciso. D'altra parte, per i pazienti con fessure oculari più piccole, che hanno solo una piccola porzione dei confini sinistro e destro rivelato, il raccordo può essere soggetto a imprecisioni. In questa situazione, gli operatori possono chiedere ai pazienti di aprire gli occhi ampiamente, o sollevare delicatamente la palpebra spalancata. La versione attuale non fornisce la misurazione del disallineamento verticale, che verrà implementato nelle versioni future.

Oltre alla promessa di utilizzo nelle cliniche strabismus, un'altra potenziale applicazione dell'app è lo screening della vista. Per la prevenzione dell'amblyopia, l'American Academy of Pediatrics ha fortemente sostenuto lo sviluppo di uno screening basato sull'immagine conveniente come mezzo per estendere lo screening a tutti i bambini14. Il metodo riflesso rosso, che confronta la luminosità del manufatto flash "occhio rosso" con l'occhio strabismus come un colore rosso più chiaro o più luminoso, può rilevare sia un errore refrattivo che lo strabismo, ma non è in grado di quantificare la grandezza dello strabismo. I dispositivi che implementano il metodo di flex rosso includono Photoscreener e Vision Screener15,16. Questi fotoscreener non sono stati ampiamente adottati dai distretti scolastici, probabilmente a causa dei costi. Rispetto ai sistemi autonomi, le moderne fotocamere per smartphone offrono un valore migliore, una migliore accessibilità e fotocamere rapidamente migliorate e ad alta risoluzione. Recentemente, c'è un app che implementa il metodo red reflex, GCK app17. L'applicazione GCK ha alcune limitazioni in quanto non dà una misurazione quantitativa dello strabismo e richiede un maggiore controllo dell'illuminazione ambientale rispetto ai metodi Hirschberg. L'applicazione presentata in questo articolo può essere potenzialmente una soluzione alternativa o complementare per lo screening della vista, a causa della sua facilità d'uso e precisione equivalente con la misurazione clinica standard utilizzando prismi.

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Disclosures

Tutti gli autori hanno una domanda di brevetto in sospeso su un metodo di misurazione dello strabismo utilizzando una fotocamera dello smartphone. La tecnologia è stata commercializzata da EyeNexo LLC, che è stata fondata dagli autori GL, PS, MT e KH, su licenza di Mass Eye and Ear.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalla sovvenzione NIH R44EY025902 e dalla Mass Eye & Ear Curing Kids Grant.

Materials

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

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