Bir göz izleme sistemi kullanarak bebeklerde ve küçük çocuklarda görme keskinliğini değerlendirmek için otomatik bir yöntem

Özet

Bu yazıda, bebeklerde ve küçük çocuklarda görme keskinliğini bir göz izleme sistemi kullanarak değerlendirmek için yeni bir otomatik yöntem sunuyoruz.

Özet

Görme keskinliği ölçümü bebeklik ve çocukluk döneminde yapılması gereken önemli bir görme fonksiyon testidir. Ancak bebeklerde doğru görme keskinliği ölçümü, iletişim yeteneklerindeki eksiklikler nedeniyle zordur. Bu yazıda çocuklarda (5-36 aylık) görme keskinliğini değerlendirmek için yeni bir otomatik yöntem sunulmaktadır. Otomatik keskinlik kartı prosedürü (AACP) olan bu yöntem, göz izleme için bir web kamerası kullanır ve çocukların izleme davranışlarını otomatik olarak tanır. Test edilen çocuk yüksek çözünürlüklü bir dijital ekranda gösterilen görsel uyaranları izlediğinde iki seçenekli tercihli görünümlü bir test gerçekleştirilir. Test edilen çocuk uyaranları izlediğinde, yüz resimleri web kamerası tarafından kaydedilir. Bu resimler, ayarlanan bilgisayar programı tarafından izleme davranışlarını analiz etmek için kullanılır. Bu prosedür ile çocuğun farklı uyaranlara karşı göz hareketi tepkileri ölçülür ve iletişim olmadan görme keskinliği değerlendirilir. Sonuçlar, Vezne Keskinliği Kartları (TAC'ler) tarafından elde edilen ızgara keskinliği ile karşılaştırıldığında, AACP performansının TAC'lerinkiyle karşılaştırılabilir olduğu kabul edilir.

Giriş

Infantil dönem görsel gelişim için kritik bir dönemdir. Yaşamın erken dönemlerinde ortaya çıkan görsel problemler, çocuğun gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Bebeklerde erken görme problemlerini tespit etmeye yardımcı olabilecek nicel bir görsel değerlendirme yapabilmek önemlidir. Bununla birlikte, bebekler harfler veya grafikler gibi görme keskinliği çizelgesi sembollerini tanıyacak kadar bilişsel olarak gelişmemiş veya ifade edici olmadığından, görme keskinliklerini ölçmek zordur. Bebek görme değerlendirmesi için mevcut altın standart, tercihli görünüm testi^2'ye dayanan keskinlik kartı prosedürü^1'dir. Bununla birlikte, bu yöntem, çocuğun göz hareketlerini gözlemleyerek görme keskinliğini değerlendirmek için deneyimli test uzmanları gerektirdiğinden 3,4,5,6, test cihazlarının deneyimleriyle sınırlıdır ^4,5. Bu nedenle, Vezne Keskinlik Kartları (TAC'ler)^5,6 gibi keskinlik kartı prosedürleri öznel bir yöntem olmaya devam etmektedir. Bu nedenle bebeklerde ve küçük çocuklarda görme keskinliğini nicel olarak ölçebilen, sözlü iletişime gerek kalmadan kullanılabilen ve deneyimli test uzmanlarına ihtiyaç duyulmasıyla sınırlı kalmayan bir yönteme ihtiyaç duyulmaktadır.

Uzaktan göz izleyicinin icadı ve kullanımı, otomatik bir keskinlik ölçüm sisteminin geliştirilmesini sağladı. Önceki çalışmalarda göz izleme yöntemleri çocuklarda görme fonksiyonlarının değerlendirilmesinde bir araç olarak kullanılmıştır^7,8,9,10. Uzaktan göz izleyici, bakış takibi için kullanılabilir ve bir test cihazının çocuğun göz hareketlerini gözlemlemesinin yerine geçer. ACTIVE prosedür⁷ ve AVAT prosedür¹⁰, uzaktan göz izleyici ile tam otomatik görme keskinliği testleridir; sağlıklı bebeklerde ve küçük çocuklarda Keeler Acuity Cards testi ile karşılaştırılabilir görme keskinliği sonuçları vermişlerdir. Son zamanlarda yapılan diğer çalışmaların aksine, çocuğun bakışlarını yakalamak için uzaktan göz izleyici yerine bir web kamerası kullandık. Bilgisayar görüşüne dayalı bir göz hareketi veri otomatik toplama yöntemi icat ettik. Prosedür, çocuklarda görme fonksiyonunun değerlendirilmesinde göz hareketi edinme yöntemini tercihli görünüm tekniği ile birleştirdi.

Bu yazıda, küçük çocuklarda görme keskinliğini değerlendirebilen, otomatik keskinlik kartı prosedürü (AACP) adı verilen yeni bir otomatik yöntem sunulması amaçlanmıştır. Bu prosedür, henüz yeterli iletişim becerisi kazanmamış bebekler ve küçük çocuklar için özellikle yararlıdır. Kilit husus, bebeklerde ve küçük çocuklarda ızgara keskinliği sağlamak için görsel tepkilerin nicelleştirilebilmesidir. Izgara keskinliği ölçümü görsel patolojilerin saptanmasını sağlar ve sonraki tıbbi tedavide önemli bir rol oynar.

Protokol

Burada açıklanan protokol Pekin Üniversitesi Birinci Hastanesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (PKUFH 2018-223). Prosedürler, insan denekleri içeren araştırmalar için Helsinki Deklarasyonu'nun ilkelerine bağlıydı. Çalışma formatı tanımlanmış ve katılımcıların ebeveynlerinden bilgilendirilmiş onam alınmıştır.

1. Aparatın hazırlanması

NOT: AACP bileşenleri hafif aydınlatılmış bir test odasında kurulmuştur. Güneş ışığından etkilenmemek için odaya perdeler çekildi. Bir görüntüleme sistemi, bir kayıt sistemi ve bir analiz sistemi AACP'nin üç bileşeniydi (Şekil 1).

1. Bir ekran sistemi, 28 inç sıvı kristal ekranlı monitör (62,208 cm x 34,992 cm ekran, 3840 piksel x 2160 piksel, 0,162 mm/piksel, 30 Hz kare hızı) kurun. Ekran monitörünü kaldırılabilen bir masaya yerleştirin. 8 bitlik bir arama tablosuyla ekran parlaklığını doğrusallaştırın. Parlaklığı siyah, orta gri ve beyaz için sırasıyla 1 cd/m 2, 200 cd/m 2 ve 400 cd/m² olarak ayarlayın.
2. Test edilen çocukların dikkatinin dağılmasını azaltmak için ekranın her iki tarafına iki yan panel yerleştirin.
3. Bir kayıt sistemi, 1080 piksel/30 fps çözünürlüğe sahip yüksek çözünürlüklü bir profesyonel web kamerası kurun.
   NOT: Web kamerası, test kullanıcılarının davranışlarının görüntü dizilerini kaydeder ve her biri 1280 piksel x 720 pikselde kırpılır. Otomatik keskinlik testi sırasında, senkronizasyon için her 200 ms'de bir kez zaman damgalı web kamerası görüntüsü elde edilir.
4. Ekran monitörünü ve web kamerasını bir bilgisayara, analiz sistemine bağlayın. Web kamerasının merkezde, ekranın hemen altında bulunduğundan ve gerektiğinde ayarlanabildiğinden emin olun.
   NOT: Monitör ve web kamerası bilgisayarla tümleşiktir (dizüstü veya masaüstü bilgisayar) veya daha sonra bilgisayara bağlanan ayrı aygıtlardır.
5. Uyaranların sunumu ve göz hareketlerinin analizi için AACP prosedür yazılımını bilgisayara yükleyin. AACP prosedür yazılımı (Çin Ulusal Buluş Patentleri, No. 201910865074.4 ve No. 201510919621.4), bir uyaran görüntüleme modülü, bir görme testi modülü ve bir test sonucu işleme modülünden oluşur.
6. Görsel uyaranları, farklı dönem/derece (cpd) uzamsal frekanslarına ve 1,00 kontrast oranına sahip 12 cm x 12 cm kare dalga ızgarası olarak ayarlayın. Uyaranın ekranın sol veya sağ kısmının ortasında rastgele görüntülendiğinden ve ekranın geri kalanının TACII'ye benzer parlaklıkla eşleşen gri bir alan gösterdiğinden emin olun.
   NOT: 55 cm'lik algılama mesafesinde (TACII'ninkiyle tutarlıdır), uyaranlar basılı TACII kartlarındakilerle (piksel boyutu sınırlamaları nedeniyle) yaklaşık olarak aynıydı (16 kart, 1/2 oktav).

2. Göz izleme kalibrasyonu

1. Ebeveynlerden bilgilendirilmiş onam alın ve çalışma formatını onlara açıklayın.
2. Çocuğu ekran monitöründen 55 cm uzağa yerleştirin. Çocuğun bir sandalyede veya tercihen ebeveynin kucağında tek başına oturmasına izin verin. Çocuk yalnız oturuyorsa, ebeveynin çocuğun yanına oturmasına izin verin.
3. Kaldırma tablasının konumunu ayarlayın ve monitöre yerleştirin. Ekranı çocuğun gözlerine dik olarak düzenleyin.
4. Çocuğun yüzünün kayıt sisteminde görünür olduğundan emin olmak ve çocuğun yüzü dışındaki yüzleri yakalamaktan kaçınmak için web kamerasının konumunu ayarlayın.
5. Prosedüre başlamadan önce, çocuğa ekranı izleyeceğini bildirin. Ebeveyne, çocuk dikkat etmediğinde ekrana bakmasını istemesini söyleyin. Test sırasında özel bir talimat gerekmez.
6. AACP yordam yazılımını açın. Çocuğun bilgilerini yazılıma yazın (isim, cinsiyet, yaş).
7. Başlat düğmesine tıklayın. Yazılım kalibrasyon prosedürünü başlatır. Grafik değişim biçimi (GIF) görüntüsü (2,0736 cm x 2,0736 cm, 128 x 128 piksel) ekranın ortasındaki beyaz arka planda görünür (Şekil 2). Görüntü ve arka plan müziği aynı anda görünür. Bu uyaran en az 3 s için sunulur. Analiz sistemi aynı anda çocuğun görüş hattının görüntüye sabitlenip sabitlenmediğini belirler. Bu sunum sırasında 1 dakika içinde hiçbir bakış verisi yoksa, ekran başka bir çizgi film GIF görüntüsü sunar. Bu bölgede bakış koordinatları algılandığında, test prosedürü test edicinin eylemleri olmadan başlar ve otomatik olarak çalışır.

3. Test prosedürü

1. İlk ızgarayı sunun. Izgaraların uzamsal frekansları 1/2 oktavlık adımlarda 0,33-30,0 cpd arasında değişmektedir. İlk ızgarayı TACII testinde olduğu gibi çocuğun yaşına göre belirleyin.
2. Bir denemenin uzunluğu olan 1.000 ms için ilk ızgarayı sunun. Ardından, 200 ms için boş bir ekran sunun. Aynı uyaranı tekrar sunun, ardından tekrar boş bir ekran izleyin. Aynı uzamsal frekans kümesinin ızgarasını üç kez sunun.
3. Prosedürün uygulanması sırasında, web kamerasının çocuğun yüz resimlerini kaydetmesine izin verin. Yazılım, izleme davranışlarını analiz etmek için bu resimleri kullanır. Görme testi programı, uyaranın görülüp görülmediğini belirlemek için göz hareketi tepkilerini Tablo 1'de belirtilen kriterlerle kontrol eder (Şekil 3).
4. Test sonucu işleme programının, Şekil 4^11'de gösterilen protokole göre sonraki uyaranı sunmasına izin verin.
5. Her üç denemeden sonra, çocuğun ilgisini korumak için görsel bir ödül olarak bir GIF görüntüsü (arka plan müziği ile) sunun. GIF görüntü sunumundan sonraki 1 dakika içinde hiçbir bakış verisi kullanılamıyorsa (örneğin, çocuk arkasını döndüyse veya gözleri kapalıysa) testi durdurun. Bu test hiçbir sonuç vermez.
6. 3.4 ve 3.5 adımlarını uyguladıktan sonra, yazılım programları tarafından çıkarılan çocuk için ızgara keskinliği sonuçlarını analiz edin.

Sonuçlar

AACP, normal olarak gelişmekte olan bebeklere ve küçük çocuklara (gebelik yaşına bağlı olarak 5 ila 36 aylık) 11^: 155 yaş arası bir grup çocuğa uygulandı. Daha önce yayınlanmış bir çalışmada, AACP ile elde edilen ızgara keskinliği sonuçları TACII tarafından elde edilenlerle karşılaştırılmıştır. Bu iki prosedürle elde edilen sonuçlar anlamlı olarak ilişkilidir (r₁₅₃ = 0.83, p < 0.001). Çocuk sonuçlarının sadece% 10.32'si (155'in 16'sı)...

Tartışmalar

Göz izleme yöntemine dayanan 7,8,9,10 sayılı birçok çalışma^, sözlü iletişimde zorluk çeken bebek ve küçük çocukların değerlendirilmesinde bu yöntemin değerini göstermiştir. Bununla birlikte, önceki çalışmalardaki katılımcı sayısı nispeten azdır. Jones ve ^ark.7 tarafından geliştirilen ACTIVE prosedürü ile 12 aylıktan küçük sadece 3...

Malzemeler

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