Un método automatizado para evaluar la agudeza visual en bebés y niños pequeños utilizando un sistema de seguimiento ocular

Resumen

En este documento, presentamos un nuevo método automatizado para evaluar la agudeza visual en bebés y niños pequeños mediante el uso de un sistema de seguimiento ocular.

Resumen

La medición de la agudeza visual es una prueba importante de la función visual para realizar en la infancia y la niñez. Sin embargo, la medición precisa de la agudeza visual en los lactantes es difícil debido a las deficiencias en su capacidad de comunicación. Este artículo presenta un nuevo método automatizado para evaluar la agudeza visual en niños (5-36 meses de edad). Este método, el procedimiento automatizado de tarjeta de agudeza (AACP), utiliza una cámara web para el seguimiento ocular y reconoce automáticamente los comportamientos de observación de los niños. Se realiza una prueba de aspecto preferencial de dos opciones cuando el niño examinado observa los estímulos visuales que se muestran en una pantalla digital de alta resolución. Cuando el niño examinado observa los estímulos, sus imágenes faciales son grabadas por la cámara web. Estas imágenes son utilizadas por el programa de computadora establecido para analizar su comportamiento de observación. Con este procedimiento, se miden las respuestas del movimiento ocular del niño a diferentes estímulos y se evalúa su agudeza visual sin comunicación. Al comparar los resultados con la agudeza de rejilla obtenida por las tarjetas de agudeza de cajero (TAC), el rendimiento de AACP se considera comparable al de los TAC.

Introducción

El período infantil es un período crítico para el desarrollo visual. Los problemas visuales que surgen temprano en la vida pueden tener un impacto significativo en el desarrollo de un niño. Es importante poder realizar una evaluación visual cuantitativa en los bebés, que puede ayudar a detectar problemas de visión tempranos. Sin embargo, debido a que los bebés no están lo suficientemente desarrollados cognitivamente o expresivos como para reconocer los símbolos de la tabla de agudeza visual, como letras o gráficos, medir su agudeza visual es difícil. El estándar de oro actual para la evaluación de la visión infantil es el procedimiento de tarjeta de agudeza¹ basado en la prueba de aspecto preferencial². Sin embargo, debido a que este método requiere probadores experimentados para juzgar la agudeza visual mediante la observación de los movimientos oculares del niño 3,4,5,6, está limitado por la experiencia de los evaluadores ^4,5. Por lo tanto, los procedimientos de las tarjetas de agudeza, como las tarjetas de agudeza de cajero (TAC)^5,6, siguen siendo un método subjetivo. Por lo tanto, existe la necesidad de un método que pueda medir cuantitativamente la agudeza visual en bebés y niños pequeños, que pueda usarse sin la necesidad de comunicación verbal y que no esté limitado por requerir probadores experimentados.

La invención y el uso del rastreador ocular remoto permitieron desarrollar un sistema automatizado de medición de agudeza. En estudios previos, los métodos de seguimiento ocular han sido utilizados como una herramienta para la evaluación de la función visual en niños 7,8,9,10. Un rastreador ocular remoto se puede usar para el seguimiento de la mirada y es un sustituto de la observación de un probador de los movimientos oculares de un niño. El procedimiento ACTIVE⁷ y el procedimiento AVAT¹⁰ son pruebas de agudeza visual totalmente automatizadas con un rastreador ocular remoto; han arrojado resultados de agudeza visual comparables a la prueba Keeler Acuity Cards en bebés y niños pequeños sanos. A diferencia de otros estudios recientes, utilizamos una cámara web en lugar de un rastreador ocular remoto para capturar la mirada del niño. Inventamos un método de adquisición automática de datos de movimiento ocular basado en la visión artificial. El procedimiento combinó el método de adquisición del movimiento ocular con la técnica de mirada preferencial para evaluar la función visual en los niños.

Este artículo tiene como objetivo presentar un nuevo método automatizado, que puede evaluar la agudeza visual en niños pequeños, llamado procedimiento de tarjeta de agudeza automatizada (AACP). Este procedimiento es particularmente útil para bebés y niños más pequeños que aún no han adquirido suficientes habilidades de comunicación. El aspecto clave es que las respuestas visuales se pueden cuantificar para producir agudeza de rejilla en bebés y niños pequeños. La medición de la agudeza de rejilla permite la detección de patologías visuales y juega un papel importante en el manejo médico posterior.

Protocolo

El protocolo descrito aquí fue aprobado por el Comité de Ética del Primer Hospital de la Universidad de Pekín (PKUFH 2018-223). Los procedimientos se adhirieron a los principios de la Declaración de Helsinki para la investigación con seres humanos. Se describió el formato del estudio y se obtuvo el consentimiento informado de los padres de los participantes.

1. Preparación del aparato

NOTA: Los componentes AACP se instalaron en una sala de pruebas ligeramente iluminada. Se colocaron cortinas en la habitación para evitar la interferencia de la luz solar. Un sistema de visualización, un sistema de registro y un sistema de análisis fueron los tres componentes del AACP (Figura 1).

1. Configure un sistema de visualización, un monitor de pantalla de cristal líquido de 28 pulgadas (pantalla de 62,208 cm x 34,992 cm, 3840 píxeles x 2160 píxeles, 0,162 mm/píxel, velocidad de fotogramas de 30 Hz). Coloque el monitor de visualización sobre una mesa que se pueda levantar. Linealice la luminancia de la pantalla mediante una tabla de búsqueda de 8 bits. Ajuste la luminancia a 1 cd/m 2, 200 cd/m 2 y 400 cd/m² para negro, gris medio y blanco, respectivamente.
2. Coloque dos paneles laterales a cada lado de la pantalla para reducir las distracciones de los niños que están siendo examinados.
3. Configure un sistema de grabación, una cámara web profesional de alta definición con una resolución de 1080 píxeles / 30 fps.
   NOTA: La cámara web graba secuencias de imágenes de los comportamientos de los evaluadores, cada una recortada a 1280 píxeles x 720 píxeles. Durante las pruebas de agudeza automatizadas, se obtiene una imagen de cámara web con marca de tiempo cada 200 ms para la sincronización.
4. Conecte el monitor de visualización y la cámara web a una computadora, el sistema de análisis. Asegúrese de que la cámara web esté ubicada en el centro, directamente debajo de la pantalla, y que pueda ajustarse según sea necesario.
   NOTA: El monitor y la cámara web están integrados con la computadora (una computadora portátil o de escritorio) o son dispositivos separados que luego se conectan a una computadora.
5. Instale el software de procedimiento AACP en la computadora para la presentación de estímulos y el análisis de los movimientos oculares. El software de procedimiento AACP (Patentes Nacionales de Invención de China, No. 201910865074.4 y No. 201510919621.4) comprende un módulo de visualización de estímulos, un módulo de prueba de visión y un módulo de procesamiento de resultados de prueba.
6. Establezca los estímulos visuales como una rejilla de onda cuadrada de 12 cm x 12 cm con diferentes frecuencias espaciales de período / grado (cpd) y una relación de contraste de 1.00. Asegúrese de que el estímulo se muestre aleatoriamente en el centro de la parte izquierda o derecha de la pantalla, y que el resto de la pantalla muestre un área gris similar a la de TACII.
   NOTA: A la distancia de detección de 55 cm (que es consistente con la de TACII), los estímulos fueron aproximadamente los mismos (debido a las limitaciones de tamaño de píxel) que los de las tarjetas TACII impresas (16 tarjetas, 1/2 octava).

2. Calibración de seguimiento ocular

1. Obtenga el consentimiento informado de los padres y descríbales el formato del estudio.
2. Coloque al niño a una distancia de 55 cm del monitor de visualización. Deje que el niño se siente solo en una silla o, preferiblemente, en el regazo de los padres. Si el niño se sienta solo, deje que el padre se siente junto al niño.
3. Ajuste la posición de la mesa elevadora y colóquela con el monitor. Coloque la pantalla perpendicular a los ojos del niño.
4. Ajuste la posición de la cámara web para asegurarse de que la cara del niño sea visible en el sistema de grabación y para evitar capturar caras que no sean las del niño.
5. Antes de comenzar el procedimiento, informe al niño que estará mirando la pantalla. Indique a los padres que le pidan al niño que mire la pantalla cuando el niño no esté prestando atención. No se necesitan instrucciones específicas durante la prueba.
6. Abra el software de procedimiento AACP. Escriba la información del niño en el software (nombre, sexo, edad).
7. Haga clic en el botón Inicio . El software inicia el procedimiento de calibración. Aparece una imagen de formato de intercambio de gráficos (GIF) (2,0736 cm x 2,0736 cm, 128 x 128 píxeles) sobre el fondo blanco en el centro de la pantalla (Figura 2). La imagen y la música de fondo aparecen simultáneamente. Este estímulo se presenta durante al menos 3 s. El sistema de análisis determina simultáneamente si la línea de visión del niño está fijada en la imagen. Si no hay datos de mirada disponibles dentro de 1 minuto durante esta presentación, la pantalla presenta otra imagen GIF de dibujos animados. Cuando se detectan coordenadas de mirada dentro de esta región, el procedimiento de prueba comienza sin las acciones del probador y se ejecuta automáticamente.

3. Procedimiento de ensayo

1. Presentar la rejilla inicial. Las frecuencias espaciales de las rejillas oscilan entre 0.33-30.0 cpd en pasos de 1/2 octava. Determine la rejilla inicial por la edad del niño, como en la prueba TACII.
2. Presente la rejilla inicial durante 1.000 ms, que es la duración de una prueba. Luego, presente una pantalla en blanco durante 200 ms. Presente el mismo estímulo nuevamente, seguido de una pantalla en blanco nuevamente. Presente la rejilla del mismo conjunto de frecuencias espaciales tres veces.
3. Durante la ejecución del procedimiento, deje que la cámara web grabe las imágenes faciales del niño. El software utiliza estas imágenes para analizar su comportamiento de observación. El programa de pruebas de visión verifica las respuestas del movimiento ocular con los criterios establecidos en la Tabla 1 para determinar si se ha visto el estímulo (Figura 3).
4. Deje que el programa de procesamiento de resultados de la prueba presente el estímulo posterior, de acuerdo con el protocolo que se muestra en la Figura 4¹¹.
5. Después de cada tres ensayos, presente una imagen GIF (con música de fondo) como recompensa visual para mantener el interés del niño. Si no se pueden usar datos de la mirada (p. ej., si el niño se dio la vuelta o tenía los ojos cerrados) dentro de 1 minuto de la presentación de la imagen GIF, detenga la prueba. Esta prueba no arroja ningún resultado.
6. Después de realizar los pasos 3.4 y 3.5, analice los resultados de la agudeza de rejilla para el niño generado por los programas de software.

Resultados

El AACP se aplicó a un grupo de niños de^{11: 155} bebés y niños pequeños con desarrollo normal (5 a 36 meses de edad, según la edad gestacional). En un estudio publicado anteriormente, los resultados de agudeza de rejilla obtenidos por el AACP se compararon con los obtenidos por TACII. Los resultados obtenidos por estos dos procedimientos están significativamente correlacionados (r₁₅₃ = 0,83, p < 0,001). Sólo el 10,32% (16 de 155) de los resultados de los niños difiriero...

Discusión

Varios estudios 7,8,9,10 basados en el método de seguimiento ocular han demostrado el valor de este método en la evaluación de lactantes y niños pequeños que tienen dificultad en la comunicación verbal. Sin embargo, el número de participantes en estudios previos es relativamente pequeño. Solo 30 bebés menores de 12 meses de edad fueron evaluados por el procedimiento ACTIVE, desarrollad...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
AACP procedure software	In-house	In-house	The AACP procedure software (China National Invention Patents, No. 201910865074.4 and No. 201510919621.4) comprises a stimulus displaying module, a vision testing module, and a testing result processing module.
Computer processor	Intel Corporation, Santa Clara, CA, USA	Intel CORE i7-6500U processor	Analysis system
Display monitor	InnoLux Co., Ltd., China	InnoLux M280DGJ-L30	Display system
Webcam	Logitech International S.A., Lausanne, Switzerland	Logitech C920 high-definition pro webcam	Recording system