שיטה אוטומטית להערכת חדות ראייה אצל תינוקות ופעוטות באמצעות מערכת מעקב עיניים

Summary

במאמר זה אנו מציגים שיטה אוטומטית חדשנית להערכת חדות הראייה אצל תינוקות ופעוטות באמצעות מערכת מעקב עיניים.

Abstract

מדידת חדות ראייה היא בדיקת תפקוד ראייה חשובה לביצוע בינקות ובילדות. עם זאת, מדידת חדות ראייה מדויקת אצל תינוקות קשה בגלל ליקויים ביכולת התקשורת שלהם. מאמר זה מציג שיטה אוטומטית חדשנית להערכת חדות הראייה אצל ילדים (בני 5-36 חודשים). שיטה זו, הליך כרטיס החדות האוטומטי (AACP), משתמשת במצלמת אינטרנט למעקב אחר העיניים ומזהה התנהגויות צפייה של ילדים באופן אוטומטי. מבחן דו-ברירה מועדף למראה מתבצע כאשר הילד הנבדק צופה בגירויים החזותיים המוצגים על מסך תצוגה דיגיטלי ברזולוציה גבוהה. כאשר הילד הנבדק צופה בגירויים, תמונות הפנים שלו נרשמות על ידי מצלמת האינטרנט. תמונות אלה משמשות את תוכנית המחשב כדי לנתח את התנהגות הצפייה שלהם. בהליך זה נמדדות תגובות תנועת העיניים של הילד לגירויים שונים, וחדות הראייה שלהם מוערכת ללא תקשורת. על ידי השוואת התוצאות עם חדות סורג המתקבלת על ידי כרטיסי חדות טלר (TACs), ביצועי AACP נחשבים דומים לאלה של TACs.

Introduction

התקופה האינפנטילית היא תקופה קריטית להתפתחות הראייה. לבעיות ראייה המתעוררות בשלב מוקדם בחיים יכולה להיות השפעה משמעותית על התפתחות הילד. חשוב להיות מסוגל לבצע הערכה חזותית כמותית אצל תינוקות, אשר יכול לעזור לזהות בעיות ראייה מוקדמת. עם זאת, מכיוון שתינוקות אינם מפותחים קוגניטיבית או אקספרסיביים מספיק כדי לזהות סמלים של תרשים חדות הראייה, כגון אותיות או גרפים, מדידת חדות הראייה שלהם קשה. תקן הזהב הנוכחי להערכת ראיית תינוקות הוא הליך כרטיס חדות¹ המבוסס על מבחן המראה המועדף². עם זאת, מכיוון ששיטה זו דורשת מהבודקים המנוסים לשפוט את חדות הראייה על ידי התבוננות בתנועות העיניים של הילד 3,4,5,6, היא מוגבלת על ידי הניסיון של הבודקים ^4,5. לכן, הליכי כרטיס חדות, כגון כרטיסי חדות טלר (TACs)^5,6, נשארים שיטה סובייקטיבית. לפיכך, יש צורך בשיטה שתוכל למדוד כמותית את חדות הראייה אצל תינוקות וילדים צעירים, שניתן להשתמש בה ללא צורך בתקשורת מילולית ושאינה מוגבלת על ידי דרישת בודקים מנוסים.

המצאת עוקב העיניים מרחוק והשימוש בו אפשרו פיתוח של מערכת אוטומטית למדידת חדות. במחקרים קודמים, שיטות מעקב עיניים שימשו ככלי להערכת תפקוד חזותי בקרב ילדים^בני 7,8,9,10. מעקב עיניים מרחוק יכול לשמש למעקב אחר מבטים והוא מהווה תחליף לתצפית של בודק על תנועות העיניים של הילד. ACTIVE procedure⁷ ו-AVAT procedure¹⁰ הן בדיקות חדות ראייה אוטומטיות לחלוטין עם מעקב עיניים מרחוק; הם הניבו תוצאות חדות ראייה דומות למבחן Keeler Acuity Cards בתינוקות בריאים וילדים צעירים. בניגוד למחקרים אחרים שנעשו לאחרונה, השתמשנו במצלמת אינטרנט במקום במעקב עיניים מרחוק כדי ללכוד את מבטו של הילד. המצאנו שיטת רכישה אוטומטית של נתוני תנועות עיניים המבוססת על ראייה ממוחשבת. ההליך שילב את שיטת רכישת תנועות העיניים עם טכניקת המראה המועדף בהערכת תפקוד הראייה אצל ילדים.

מאמר זה נועד להציג שיטה אוטומטית חדשנית, אשר יכולה להעריך חדות ראייה אצל ילדים צעירים, הנקראת הליך כרטיס חדות אוטומטי (AACP). הליך זה שימושי במיוחד עבור תינוקות וילדים צעירים יותר שעדיין לא רכשו מיומנויות תקשורת מספיקות. ההיבט העיקרי הוא שניתן לכמת תגובות חזותיות כדי להניב חדות גרידה אצל תינוקות וילדים צעירים. מדידת חדות הגרירה מאפשרת זיהוי פתולוגיות חזותיות וממלאת תפקיד חשוב בניהול הרפואי לאחר מכן.

Protocol

הפרוטוקול המתואר כאן אושר על ידי הוועדה האתית של בית החולים הראשון של אוניברסיטת פקין (PKUFH 2018-223). הנהלים דבקו בעקרונות הצהרת הלסינקי למחקר בבני אדם. מתכונת המחקר תוארה, והתקבלה הסכמה מדעת של הורי המשתתפים.

1. הכנת המנגנון

הערה: רכיבי AACP הוצבו בחדר בדיקה מואר מעט. וילונות נמשכו בחדר כדי למנוע הפרעה מאור השמש. מערכת תצוגה, מערכת הקלטה ומערכת ניתוח היו שלושת המרכיבים של AACP (איור 1).

1. הגדר מערכת תצוגה, צג תצוגה גביש נוזלי בגודל 28 אינץ '(מסך 62.208 ס"מ x 34.992 ס"מ, 3840 פיקסלים x 2160 פיקסלים, 0.162 מ"מ / פיקסל, קצב פריימים של 30 הרץ). הנח את צג התצוגה על שולחן שניתן להגביה. הפוך את זוהר המסך לליניארי על-ידי טבלת חיפוש של 8 סיביות. הגדר את הזוהר ל- 1 cd/m 2, 200 cd/m 2 ו- 400 cd/m² עבור שחור, אפור בינוני ולבן, בהתאמה.
2. מקמו שני לוחות צדדיים משני צדי המסך כדי להפחית את הסחות הדעת של הילדים הנבדקים.
3. הגדר מערכת הקלטה, מצלמת אינטרנט מקצועית בחדות גבוהה עם רזולוציה של 1080 פיקסלים / 30 fps.
   הערה: מצלמת האינטרנט מתעדת רצפי תמונות של התנהגויות הבודקים, שכל אחד מהם נחתך בגודל 1280 פיקסלים x 720 פיקסלים. במהלך בדיקת חדות אוטומטית, מתקבלת תמונת מצלמת אינטרנט אחת עם חותמת זמן אחת כל 200 אלפיות השנייה לצורך סנכרון.
4. חבר את צג התצוגה ואת מצלמת האינטרנט למחשב, מערכת הניתוח. ודא שמצלמת האינטרנט ממוקמת במרכז, ישירות מתחת למסך, וניתן לכוונן אותה לפי הצורך.
   הערה: הצג ומצלמת האינטרנט משולבים במחשב (מחשב נישא או מחשב שולחני) או שהם התקנים נפרדים המחוברים לאחר מכן למחשב.
5. התקן את תוכנת הליך AACP במחשב להצגת גירויים וניתוח תנועות עיניים. תוכנת הליך AACP (פטנטים לאומיים להמצאה בסין, מס '201910865074.4 ומס '201510919621.4) כוללת מודול מציג גירוי, מודול בדיקת ראייה ומודול עיבוד תוצאות בדיקה.
6. הגדר את הגירויים החזותיים כסורג גל מרובע בגודל 12 ס"מ x 12 ס"מ עם תדרי מחזור/מעלה מרחביים שונים ויחס ניגודיות של 1.00. ודא שהגירוי מוצג באופן אקראי במרכז החלק השמאלי או הימני של המסך, וששאר המסך מציג אזור אפור תואם זוהר בדומה ל- TACII.
   הערה: במרחק זיהוי של 55 ס"מ (התואם את זה של TACII), הגירויים היו זהים בקירוב (בשל מגבלות גודל פיקסלים) לאלה שבכרטיסי TACII מודפסים (16 כרטיסים, 1/2 אוקטבה).

2. כיול מעקב אחר העיניים

1. לקבל הסכמה מדעת מההורים, ולתאר להם את מתכונת הלימוד.
2. מקם את הילד במרחק של 55 ס"מ מצג התצוגה. תנו לילד לשבת לבד על כיסא או, רצוי, על ברכי ההורה. אם הילד יושב לבד, תנו להורה לשבת לצדו.
3. התאם את מיקום שולחן ההרמה ומקם אותו עם הצג. סדרו את המסך בניצב לעיני הילד.
4. התאם את מיקום מצלמת האינטרנט כדי להבטיח שפני הילד גלויים במערכת ההקלטה ולהימנע מלכידת פרצופים שאינם של הילד.
5. לפני תחילת ההליך, ליידע את הילד כי הם צופים במסך. הנחו את ההורה להנחות את הילד להביט במסך כאשר הילד אינו שם לב. אין צורך בהוראות ספציפיות במהלך הבחינה.
6. פתח את תוכנת הפרוצדורה AACP. הקלד את פרטי הילד בתוכנה (שם, מין, גיל).
7. לחץ על לחצן התחל . התוכנה מתחילה את הליך הכיול. תמונה בתבנית החלפת גרפיקה (GIF) (2.0736 ס"מ x 2.0736 ס"מ, 128 x 128 פיקסלים) מופיעה על רקע לבן במרכז המסך (איור 2). התמונה ומוזיקת הרקע מופיעות בו-זמנית. גירוי זה מוצג לפחות 3 שניות. מערכת הניתוח קובעת בו זמנית אם קו הראייה של הילד מקובע על התמונה. אם אין נתוני מבט זמינים תוך דקה אחת במהלך מצגת זו, המסך מציג תמונת GIF מצוירת נוספת. כאשר קואורדינטות מבט מזוהות באזור זה, הליך הבדיקה מתחיל ללא פעולות הבודק ופועל באופן אוטומטי.

3. הליך הבדיקה

1. הציגו את הסורג הראשוני. התדרים המרחביים של הגרטינגים נעים בין 0.33-30.0 cpd ב-1/2 צעדים באוקטבה. לקבוע את הסורג הראשוני לפי גיל הילד, כמו במבחן TACII.
2. הצג את הסורג הראשוני עבור 1,000 מילישניות, שהוא אורך הניסיון. לאחר מכן, הצג מסך ריק עבור 200 אלפיות השנייה. הצג שוב את אותו גירוי, ואחריו שוב מסך ריק. הציגו את הסורג של אותה קבוצת תדרים מרחבית שלוש פעמים.
3. במהלך ביצוע ההליך, תן למצלמת האינטרנט להקליט את תמונות הפנים של הילד. התוכנה משתמשת בתמונות אלה כדי לנתח את התנהגות הצפייה שלהם. תוכנית בדיקות הראייה בודקת את תגובות תנועות העיניים עם הקריטריונים המצוינים בטבלה 1 כדי לקבוע אם הגירוי נצפה (איור 3).
4. תנו לתוכנית עיבוד תוצאות הבדיקה להציג את הגירוי הבא, בהתאם לפרוטוקול המוצג באיור 4¹¹.
5. לאחר כל שלושה ניסויים, הציגו תמונת GIF (עם מוזיקת רקע) כפרס חזותי כדי לשמור על העניין של הילד. אם לא ניתן להשתמש בנתוני מבט (למשל, אם הילד הסתובב או עצם את עיניו) תוך דקה אחת ממצגת תמונת ה- GIF, הפסק את הבדיקה. בדיקה זו אינה מניבה תוצאה.
6. לאחר ביצוע שלבים 3.4 ו-3.5, נתחו את תוצאות חדות הסורגים עבור הילד שהופק על ידי התוכנות.

תוצאות

AACP יושם על קבוצה אחת של ילדים^{11: 155} תינוקות ופעוטות המתפתחים בדרך כלל (5 עד 36 חודשים, בהתבסס על גיל ההריון). במחקר שפורסם בעבר, תוצאות חדות הסורגים שהתקבלו על ידי AACP הושוו לאלה שהתקבלו על ידי TACII. התוצאות המתקבלות על ידי שני הליכים אלה מתואמות באופן משמעותי (r₁₅₃ = 0.83, p < 0.001)....

Discussion

מספר מחקרים 7,8,9,10 המבוססים על שיטת מעקב העיניים הראו את ערכה של שיטה זו בהערכת תינוקות וילדים צעירים המתקשים בתקשורת מילולית. עם זאת, מספר המשתתפים במחקרים קודמים קטן יחסית. רק 30 תינוקות מתחת לגיל 12 חודשים נבדקו על ידי ה?...

Materials

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