ITRM20120570A1 - METHOD OF ANALYSIS OF A READING PROCESS BY COMPUTERIZED MICROPERIMETRY - Google Patents
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Description
TITOLO: METODO DI ANALISI DI UN PROCESSO DI LETTURA MEDIANTE MICROPERIMETRIA COMPUTERIZZATA TITLE: METHOD OF ANALYSIS OF A READING PROCESS BY MEANS OF COMPUTERIZED MICROPERIMETRY
Campo dell’invenzione Field of invention
La presente invenzione si riferisce all’analisi del processo di lettura effettuata tramite Microperimetro computerizzato. The present invention refers to the analysis of the reading process carried out by means of a computerized microperimeter.
Stato della tecnica State of the art
La microperimetria e’ un’indagine diagnostica non invasiva che permette di creare una mappa della sensibilità della retina (misurata in decibel). Tale tecnologia integra in un solo strumento, il Microperimetro, i dati soggettivi della perimetria computerizzata con quelli oggettivi delle immagini retiniche, consentendo di effettuare delle misure precise della fissazione e della soglia di sensibilità retinica attraverso la visualizzazione in tempo reale del fondo oculare. Lo studio microperimetrico fornisce delle informazioni importanti (da integrare con la misurazione dell’acuità visiva) per valutare in maniera più precisa la funzionalità maculare. Infatti à ̈ possibile ottenere con grande accuratezza e precisione la sensibilità luminosa differenziale in ogni punto della retina compreso nel campo di ripresa della fundus-camera integrata nel microperimetro nonchà ̈ la sede e la stabilità della fissazione. E’ possibile visualizzare sulle immagini a colori del fundus oculi le aree di retina utilizzate per fissare un bersaglio apposito e quindi le caratteristiche topografiche e qualitative della fissazione anche condizioni di acutezza visiva gravemente compromessa. Infatti la microperimetria à ̈ stata introdotta nella pratica clinica proprio per lo studio funzionale di patologie maculari, che determinano più o meno precocemente uno scotoma centrale (zona di non visione). La prima versione della Microperimetria à ̈ dovuta allo sviluppo dell’oftalmoscopio a scansione laser (Scanning Laser Ophthalmoscope, SLO) prodotto dalla Rodenstock sul finire degli anni 70. Tale strumentazione, molto costosa, non ha avuto grande diffusione ed à ̈ attualmente fuori commercio. Nei primi anni 2000 à ̈ stato commercializzato il micro perimetro MP1 prodotto dalla Nidek. Tale strumentazione possiede caratteristiche differenti rispetto allo SLO della Rodenstock: non à ̈ un oftalmoscopio laser confocale ma una fundus camera accoppiata ad un perimetro computerizzato il cui sfondo à ̈ rappresentato da un display LCD su cui vengono generati, da un computer dedicato, stimoli luminosi e mire di fissazione che possono anche essere “costruiti†dall’operatore. In MP1 à ̈ implementato un dispositivo di eye-tracking che registra la posizione della retina 25 volte al secondo. Microperimetry is a non-invasive diagnostic investigation that allows you to create a map of the sensitivity of the retina (measured in decibels). This technology integrates in a single instrument, the Microperimeter, the subjective data of the computerized perimetry with the objective data of the retinal images, allowing precise measurements of the fixation and the retinal sensitivity threshold through the real-time visualization of the fundus. The microperimetric study provides important information (to be integrated with the measurement of visual acuity) to evaluate macular function more precisely. In fact, it is possible to obtain with great accuracy and precision the differential light sensitivity in every point of the retina included in the field of view of the fundus-camera integrated in the microperimeter as well as the location and stability of the fixation. It is possible to visualize on the color images of the fundus oculi the areas of the retina used to fix a special target and therefore the topographic and qualitative characteristics of the fixation even conditions of severely compromised visual acuity. In fact, microperimetry has been introduced in clinical practice precisely for the functional study of macular pathologies, which more or less precociously determine a central scotoma (zone of non-vision). The first version of Microperimetry is due to the development of the Scanning Laser Ophthalmoscope (SLO) produced by Rodenstock at the end of the 1970s. This very expensive instrument was not widely used and is currently out of the market. . In the early 2000s, the MP1 micro perimeter produced by Nidek was marketed. This instrumentation has different characteristics compared to Rodenstock's SLO: it is not a confocal laser ophthalmoscope but a fundus camera coupled to a computerized perimeter whose background is represented by an LCD display on which, by a dedicated computer, light stimuli and fixation sights that can also be â € œbuiltâ € by the operator. In MP1 an eye-tracking device is implemented that records the position of the retina 25 times per second.
Nei soggetti dislessici sono state evidenziate anomalie del pattern dei movimenti oculari durante il processo di lettura. Tali anomalie sono state studiate con implementazioni apposite del microperimetro SLO Rodenstock espandendo il campo di utilizzo del micro perimetro nel frattempo non più commercializzato. In dyslexic subjects, anomalies in the pattern of eye movements during the reading process were highlighted. These anomalies have been studied with specific implementations of the Rodenstock SLO micro perimeter, expanding the field of use of the micro perimeter which has in the meantime no longer been commercialized.
Pertanto un utilizzo su vasta scala di queste tecniche di indagine non à ̈ al momento possibile in quanto i Microperimetri SLO Rodenstock, e ancor di più le relative implementazioni successive, sono rimaste confinate a pochi ambienti di studio ed in ambito esclusivamente sperimentale. In definitiva à ̈ una tecnica rimasta limitata ad un uso in ambiente scientifico altamente specializzato. Therefore, a large-scale use of these investigation techniques is not currently possible as the Rodenstock SLO Microperimeters, and even more so its subsequent implementations, have remained confined to a few study environments and exclusively in an experimental environment. Ultimately it is a technique that has remained limited to use in a highly specialized scientific environment.
Inoltre, per quel che riguarda l’Italia, i testi utilizzati per lo studio della dislessia negli studi presenti nella letteratura internazionale non sono in lingua italiana. E’ stata sentita quindi l’esigenza di un approccio più funzionale per l’impiego di tali tecniche con l’idea di poter espandere le funzioni del micro perimetro attualmente commercializzato di maggiore diffusione negli ambienti clinici e di ricerca. Furthermore, as regards Italy, the texts used for the study of dyslexia in the studies present in the international literature are not in Italian. The need was therefore felt for a more functional approach for the use of these techniques with the idea of being able to expand the functions of the currently marketed micro perimeter of greater diffusion in clinical and research environments.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Fra i microperimetri capaci di avvalersi delle tecnologie descritte quello piu’ largamente usato e’ il Microperimetro MP-1 della Nidek. Among the microperimeters capable of making use of the technologies described, the most widely used is the Nidek MP-1 Microperimeter.
La presente invenzione si propone di raggiungere gli scopi suddetti mediante l’elaborazione di una procedura appositamente studiata per il Microperimetro MP-1 Nidek, attualmente in commercio e in crescente diffusione nel mercato oftalmologico mondiale, tenendo comunque presente che una tale procedura à ̈ facilmente estendibile a microperimetri basati su simili principi tecnologici e a moduli di micro perimetria che sono attualmente implementati in altre strumentazioni di imaging oftalmologico come i recentissimi OCT Spectral Domain. The present invention aims to achieve the aforementioned purposes by developing a procedure specifically designed for the Nidek MP-1 Microperimeter, currently on the market and in growing diffusion in the world ophthalmological market, keeping in mind that such a procedure is easily extendable to microperimeters based on similar technological principles and to microperimetry modules that are currently implemented in other ophthalmological imaging instruments such as the very recent OCT Spectral Domain.
La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando un metodo di analisi di patologie visive, in particolare di anomalie del pattern dei movimenti oculari di un paziente, che à ̈ conforme alla rivendicazione 1. The present invention, therefore, aims to achieve the objects discussed above by providing a method of analyzing visual pathologies, in particular of anomalies in the pattern of a patient's eye movements, which is in accordance with claim 1.
Tale metodo prevede l’uso di uno strumento composto da una sorgente luminosa per produrre stimoli luminosi e/o mire di fissazione provenienti da opportuna libreria, da un sistema ottico per proiettare tali stimoli luminosi sulla retina del paziente, da una camera digitale per l’immagine a colori della retina, da un sistema computerizzato di controllo, dove tale sorgente luminosa consiste in uno schermo LCD su cui gli stimoli luminosi e/o le mire di fissazione vengono generati con varie forme e dimensioni dal sistema computerizzato di controllo, dove tale sistema computerizzato di controllo include un sistema di monitoraggio del movimento dell’occhio del paziente con frequenza 25 Hz per registrare in tempo reale gli spostamenti della retina in relazione ad un frame iniziale di riferimento; tale metodo consiste, avendo inserito nella libreria delle mire di fissazione testi adeguati per dimensioni all’ampiezza del campo di ripresa dello strumento, al campo visivo monoculare del paziente ed alle possibilità di monitoraggio dello strumento, delle seguenti fasi: scelta di un testo adeguato alle condizioni del paziente, correzione se necessaria del difetto refrattivo del paziente, allineamento dello strumento con la retina del paziente, intervento, se necessario, sull’intensità dell’ illuminazione del fundus, invito al paziente a fissare la prima lettera della prima parola della frase visualizzata sullo schermo LCD, acquisizione di un’immagine retinica stabile e nitida, selezione all’interno dell’immagine acquisita della regione di riferimento per il monitoraggio, esecuzione durante la lettura del testo da parte del paziente della misura dello spostamento della retina, acquisizione di una retinografia a colori da sovrapporre all’immagine della retina, acquisizione delle coordinate (x, y) della retina su una griglia cartesiana, analisi statistica dei dati ottenuti utilizzando un apposito algoritmo che consente di valutare: This method involves the use of an instrument consisting of a light source to produce light stimuli and / or fixation sights from an appropriate library, an optical system to project these light stimuli onto the patient's retina, a digital camera for the € ™ color image of the retina, from a computerized control system, where this light source consists of an LCD screen on which the light stimuli and / or fixation sights are generated with various shapes and sizes by the computerized control system, where this computerized control system includes a monitoring system of the patientâ € ™ s eye movement with a frequency of 25 Hz to record in real time the movements of the retina in relation to an initial frame of reference; this method consists, having inserted in the library of the fixation targets adequate texts for dimensions to the width of the field of view of the instrument, to the monocular field of view of the patient and to the possibility of monitoring the instrument, of the following phases: choice of an adequate text according to the patient's condition, correction of the patient's refractive defect if necessary, alignment of the instrument with the patient's retina, intervention, if necessary, on the intensity of the illumination of the fundus, invitation to the patient to fix the first letter of the first word of the sentence displayed on the LCD screen, acquisition of a stable and sharp retinal image, selection within the acquired image of the reference region for monitoring, execution of the displacement measurement during the reading of the text by the patient of the retina, acquisition of a color retinography to be superimposed on the image of the retina, acquisitions one of the (x, y) coordinates of the retina on a Cartesian grid, statistical analysis of the data obtained using a special algorithm that allows to evaluate:
- la traiettoria della retina sulle ascisse (asse X) - the trajectory of the retina on the abscissa (X axis)
- la traiettoria della retina sulle ordinate (asse Y) - the trajectory of the retina on the ordinates (Y axis)
- l’andamento, ampiezza e numero di saccadi dirette e inverse sulle ascisse (asse X) - the trend, amplitude and number of direct and inverse saccades on the abscissa (X axis)
- l’andamento, ampiezza e numero di saccadi dirette e inverse sulle ordinate (asse Y) - the trend, amplitude and number of direct and inverse saccades on the ordinates (Y axis)
- la visualizzazione di quattro grafici allineati: - display of four aligned graphs:
a) traiettoria asse X del paziente malato, a) X-axis trajectory of the sick patient,
b) traiettoria asse X di un paziente sano, b) X-axis trajectory of a healthy patient,
c) saccadi paziente malato, c) sick patient saccades,
d) saccadi di un paziente sano, d) saccades of a healthy patient,
in modo da poter effettuare un confronto rapido tra il paziente potenzialmente malato ed un paziente sano che serve da riferimento. in order to be able to make a quick comparison between the potentially ill patient and a healthy patient that serves as a reference.
Vantaggiosamente il programma à ̈ totalmente parametrizzabile e permette di effettuare i confronti più diversi: a titolo esemplificativo, à ̈ possibile graficare anche l’andamento dell’occhio destro e dell’occhio sinistro dello stesso paziente, correlando i movimenti dell’asse X con quelli dell’asse Y. Inoltre, à ̈ possibile inserire un valore di un filtro entro il quale la saccade (diretta o inversa) non à ̈ considerata patologica (ad es. tutte le saccadi entro i 2° di movimento): il programma crea in automatico un file di testo che contiene la descrizione del numero di sacche dirette e inverse trovate per ciascun paziente. L’analisi automatica fatta dall’algoritmo permette di diminuire così sensibilmente i tempi di risposta dei dati ottenuti altrimenti mediante un’analisi “manuale†. Advantageously, the program is fully parameterizable and allows the most diverse comparisons to be made: by way of example, it is also possible to graph the trend of the right eye and the left eye of the same patient, correlating the movements of the same patient. X axis with those of the Y axis. Furthermore, it is possible to insert a value of a filter within which the saccade (direct or inverse) is not considered pathological (e.g. all saccades within 2 ° of movement) : the program automatically creates a text file that contains the description of the number of direct and reverse bags found for each patient. The automatic analysis performed by the algorithm allows to significantly reduce the response times of the data otherwise obtained by means of a â € œmanualâ € analysis.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione. The dependent claims describe preferred embodiments of the invention.
Breve descrizione della figura Brief description of the figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un metodo di analisi di patologie visive, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio della unita tavola di disegno in cui la Figura 1 rappresenta grafici di confronto tra un paziente malato (grafici a sinistra) ed un paziente sano (grafici a destra), in cui nella prima riga à ̈ riportato l’andamento della traiettoria della retina lungo l’asse X (movimenti in gradi) e nella seconda riga à ̈ riportato l’andamento delle saccadi dirette/inverse lungo l’asse X. Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione La procedura in accordo all’invenzione à ̈ stata elaborata appositamente per il Microperimetro MP-1 Nidek, attualmente in commercio e in crescente diffusione nel mercato oftalmologico mondiale. Navis, sistema operativo presente nello strumento, consente l’inserimento di testi. La metodica creata si avvale di testi di adeguata lunghezza e contenuto, preferibilmente ma non necessariamente in lingua italiana, che sono utilizzati come target di fissazione durante la prova di lettura. Ampiezza media (in Gradi), direzione e velocità (in Gradi/Secondo) degli spostamenti del fundus oculi sono registrati automaticamente e visualizzati graficamente. Inoltre, avvalendosi di una procedura ulteriore, messa a punto a tal fine, à ̈ possibile analizzare direttamente e valutare statisticamente i dati grezzi registrati dal Microperimetro MP-1 Nidek. Further characteristics and advantages of the invention will become more evident in the light of the detailed description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a visual pathology analysis method, illustrated by way of non-limiting example, with the aid of united drawing table in which Figure 1 represents graphs of comparison between a sick patient (graphs on the left) and a healthy patient (graphs on the right), in which the trend of the trajectory of the retina along the X axis (movements in degrees) and the second line shows the trend of the direct / inverse saccades along the X axis. Detailed description of a preferred embodiment of the invention The procedure according to the € ™ invention was developed specifically for the Nidek MP-1 Microperimeter, currently on the market and growing in popularity in the world ophthalmology market. Navis, operating system present in the instrument, allows the insertion of texts. The method created makes use of texts of adequate length and content, preferably but not necessarily in Italian, which are used as a fixation target during the reading test. Average amplitude (in Degrees), direction and speed (in Degrees / Second) of the displacements of the fundus oculi are automatically recorded and displayed graphically. Furthermore, using a further procedure, developed for this purpose, it is possible to directly analyze and statistically evaluate the raw data recorded by the Nidek MP-1 Microperimeter.
Vantaggi: Benefits:
- Test per dislessia in lingua italiana in MP-1, finora non disponibile; - Test for dyslexia in Italian in MP-1, so far not available;
- Misura automatica di ampiezza e velocità degli spostamenti del fundus durante la lettura con MP1; - Automatic measurement of amplitude and speed of fundus displacements during reading with MP1;
- Semplicità di esecuzione; - Simplicity of execution;
- Possibilità di analisi del pattern di scansione oculare durante la lettura non ottenibile con il software di MP-1. - Possibility of analysis of the ocular scan pattern during reading not obtainable with the MP-1 software.
MP1 consta di una fundus camera digitale a colori, cui à ̈ accoppiato un dispositivo CCD sensibile all’infrarosso, e di uno schermo LCD su cui vengono generati da un computer stimoli luminosi e/o mire di fissazione di varia forma e dimensione. Inoltre lo strumento dispone di un eye-tracker con frequenza 25 Hz che consente di registrare “in tempo reale†gli spostamenti del fundus in relazione ad un frame iniziale di riferimento. Ogni frame à ̈ associato all’area della retina in cui il Microperimetro MP-1 Nidek à ̈ stato in grado di tenere traccia del fundus. Nella metodica da noi messa a punto si à ̈ provveduto in primo luogo ad inserire nella libreria delle mire di fissazione dello strumento, ad esempio, testi di comune utilizzo clinico in Italia per la diagnosi di dislessia. Con il programma Microsoft Paint, preinstallato nel computer di MP1, à ̈ stata creata una casella di testo in cui à ̈ stato inserito il testo dell’esame. I testi, tratti da Prove di Lettura MT per la Scuola Elementare – 2 (1998) (Cornoldi C., Colpo M. edizione Giunti O.S. Organizzazioni Speciali – Firenze 1981), adeguati alle competenze di un livello di scolarità pari alla terza elementare (finale), sono stati inseriti con carattere “Times New Roman†(dimensione: 8) ed adeguati all’ampiezza del campo di ripresa di MP1, al campo visivo monoculare dell’esaminato ed alle possibilità di “tracking†dell’eye- tracker. MP1 consists of a digital color fundus camera, coupled with an infrared sensitive CCD device, and an LCD screen on which light stimuli and / or fixation sights of various shapes and sizes are generated by a computer. In addition, the instrument has an eye-tracker with a frequency of 25 Hz which allows to record in real time the movements of the fundus in relation to an initial frame of reference. Each frame is associated with the area of the retina where the Nidek MP-1 Microperimeter was able to track the fundus. In the method we developed, we first proceeded to insert in the library the aims of fixing the instrument, for example, texts of common clinical use in Italy for the diagnosis of dyslexia. With the Microsoft Paint program, pre-installed on the MP1 computer, a text box was created in which the exam text was entered. The texts, taken from MT Reading Tests for Elementary School - 2 (1998) (Cornoldi C., Colpo M. edition Giunti O.S. Special Organizations - Florence 1981), adapted to the skills of a level of education equal to third grade (final), have been inserted with â € œTimes New Romanâ € character (size: 8) and adapted to the width of the MP1 field of view, to the monocular field of view of the examined and to the possibilities of â € œtrackingâ Of the eye-tracker.
E’ chiaro infatti che un dimensionamento inadeguato del testo, sia verticale che orizzontale, non consentirebbe una registrazione fedele di tutti i movimenti effettuati dal fundus oculi per la scansione del testo in questione. A tal fine sono state effettuate numerose ripetute prove in volontari sani di età scolare corrispondente per mettere a punto dimensioni ed ampiezza angolare del testo da utilizzare. Sulla base di tali prove il testo per scolarità terza elementare à ̈ risultato composto da 6 righe di estensione massima orizzontale 8,44° (2,71 cm) compresi gli spazi tra le singole parole, estensione verticale 7,41° (1,82 cm), interlinea 0,86° (0,23 cm) e caratteri singoli 0.73° (0,21 cm). Tali caratteri sono di colore nero, visualizzati su sfondo bianco con luminanza denominata “pieno lettura†(400 asb). Dopo aver acceso MP1 e il computer dedicato, si apre la pagina di accesso Navis. Dopo aver eseguito il “login†, à ̈ necessario avviare l’applicazione †̃Microperimetria’ (icona Microperimetria). Navis aprirà una finestra contenente la lista di pazienti e permetterà all’operatore di selezionarne uno esistente all’interno del database, o di inserirne uno nuovo. Dopo aver selezionato il paziente si accede direttamente alla pagina d’esame dove à ̈ necessario selezionare il tipo di esame desiderato. Nel nostro caso occorre premere sulla freccia posta alla destra dell’icona †̃Fissazione’ e scegliere dal menù a tendina †̃Lettura’. A questo punto bisogna correggere, se necessario, il difetto refrattivo del paziente agendo sul controllo †̃Errore Sferico’. Nel box “Scelta della configurazione selezionata†va selezionata l’icona “personalizza†per accedere alla †̃Pagina di impostazione delle configurazioni’. Dalla lista delle configurazioni presenti scegliere lettura, come sfondo selezionare “bianco pieno (lettura)†, nel box bitmap selezionare il pulsante di anteprima di visualizzazione e scegliere il testo dalla cartella contenente il bitmap desiderato. Al termine delle selezioni, scegliere l’icona – per tornare alla pagina d’esame. Per iniziare l’esame à ̈ necessario selezionare l’icona “Lettura†, allineare MP1 con la retina del paziente, se necessario intervenire sull’intensità della luce infrarossa attraverso il controllo †̃Livello IR’, invitare il paziente a fissare la prima lettera della prima parola in alto a sinistra della frase visualizzata sullo schermo LCD del Nidek MP1, acquisire un’immagine retinica stabile e nitida, selezionare all’interno dell’immagine retinica acquisita la regione di riferimento per il tracking. La fissazione del paziente à ̈ necessaria per la misurazione dello spostamento del fundus durante la lettura del testo che viene eseguita “mentalmente†e che inizia ad un cenno vocale dell’operatore e la cui fine viene segnalata dal paziente stesso nel momento in cui termina la lettura dell’ultima parola. A tal fine il paziente viene accuratamente istruito sul da farsi. Al termine della lettura si può acquisire una retinografia a colori. Il risultato dell’esame di lettura può così essere sovrapposto all’immagine a colori del fundus. A conclusione dell’esame viene chiesto al paziente di ripetere ciò che ha letto. L’esame consente di ottenere le coordinate (x, y) della retina su una griglia cartesiana. Il numero di coppie ottenute à ̈ dato dalla durata dell’esame, ossia dal tempo che il paziente impiega a leggere il testo, e dal numero di frame che l’eye-tracker di MP-1 à ̈ stato in grado di registrare. Al fine dell’analisi automatica dei dati e’ stato creato un algoritmo, ad esempio in linguaggio MATLAB, che permette l’analisi dei dati ottenuti dal MP-1 Nidek. Tale algoritmo consente di analizzare i movimenti oculari registrati nel corso del test con MP-1, ossia durante la lettura del testo. L’algoritmo consente di valutare: la traiettoria della retina sulle ascisse (asse X); la traiettoria della retina sulle ordinate (asse Y); l’andamento, ampiezza e numero di saccadi dirette e inverse sulle ascisse (asse X); andamento, ampiezza e numero di saccadi dirette e inverse sulle ordinate (asse Y) ed infine di visualizzare quattro grafici allineati (traiettoria asse X paziente malato, traiettoria asse X paziente di controllo, saccadi paziente malato, saccadi paziente di controllo) in modo da poter effettuare un confronto rapido tra un nuovo paziente potenzialmente malato e un paziente di controllo. Il programma à ̈ totalmente parametrizzabile e permette di effettuare i confronti più diversi: a titolo esemplificativo, à ̈ possibile graficare anche l’andamento dell’occhio destro e dell’occhio sinistro dello stesso paziente, correlando i movimenti dell’asse X con quelli dell’asse Y. Inoltre, à ̈ possibile inserire un valore di un filtro entro il quale la saccade (diretta o inversa) non à ̈ considerata patologica (ad es. tutte le saccadi entro i 2° di movimento): il programma crea in automatico un file di testo che contiene la descrizione del numero di sacche dirette e inverse trovate per ciascun paziente. L’analisi automatica fatta dall’algoritmo in MATLAB permette di diminuire così sensibilmente i tempi di risposta dei dati ottenuti altrimenti da un’analisi “manuale†. In Figura 1 vengono illustrati dei grafici esemplificativi dell’output fornito dal programma (nel caso di confronto paziente malato - paziente di controllo). Lo schema di Figura 1 illustra i grafici che vengono creati dal programma MATLAB sullo schermo nel caso di confronto tra paziente malato e paziente sano: la schermata risultante produce quattro grafici, che possono essere colorati coerentemente a seconda del paziente malato o del paziente sano. I grafici a sinistra dello schermo (Fig. 1) visualizzano la traiettoria della retina sull’asse delle X e le conseguenti saccadi del paziente malato. I grafici a destra dello schermo (Fig. 1) visualizzano la traiettoria della retina sull’asse delle X e le conseguenti saccadi del paziente sano. In fact, it is clear that an inadequate dimensioning of the text, both vertical and horizontal, would not allow a faithful recording of all the movements made by the fundus oculi for the scanning of the text in question. To this end, numerous repeated tests were carried out in healthy volunteers of corresponding school age to fine-tune the size and angular width of the text to be used. On the basis of these tests, the text for third grade schooling was composed of 6 lines of maximum horizontal extension 8.44 ° (2.71 cm) including the spaces between the individual words, vertical extension 7.41 ° (1.82 cm), line spacing 0.86 ° (0.23 cm) and single characters 0.73 ° (0.21 cm). These characters are black, displayed on a white background with luminance called â € œfull readingâ € (400 asb). After turning on the MP1 and the dedicated computer, the Navis login page opens. After performing the â € œloginâ €, it is necessary to start the â € ̃Microperimetryâ € ™ application (Microperimetry icon). Navis will open a window containing the list of patients and will allow the operator to select an existing one in the database, or to insert a new one. After selecting the patient, you can directly access the examination page where it is necessary to select the desired type of examination. In our case, press the arrow on the right of the â € ̃Fixingâ € ™ icon and select â € Readingâ € ™ from the drop-down menu. At this point, if necessary, the patient's refractive defect must be corrected by acting on the â € ̃Spherical Errorâ € ™ control. In the box â € œChoice of the selected configurationâ € select the â € œcustomizeâ € icon to access the â € Configuration setting pageâ € ™. From the list of available configurations choose reading, as background select â € œwhite solid (reading) â €, in the bitmap box select the preview button and choose the text from the folder containing the desired bitmap. At the end of the selections, choose the icon â € “to return to the exam page. To start the exam it is necessary to select the â € œReadingâ € icon, align the MP1 with the patient's retina, if necessary adjust the intensity of the infrared light through the â € IR levelâ € control, invite the patient to fix the first letter of the first word at the top left of the sentence displayed on the LCD screen of the Nidek MP1, acquire a stable and sharp retinal image, select the reference region for tracking within the acquired retinal image . The fixation of the patient is necessary for the measurement of the displacement of the fundus during the reading of the text that is performed â € œ mentallyâ € and that begins with a vocal signal from the operator and whose end is signaled by the patient himself when ends reading of the last word. To this end, the patient is carefully instructed on what to do. At the end of the reading, a color retinography can be acquired. The result of the reading examination can thus be superimposed on the color image of the fundus. At the end of the examination, the patient is asked to repeat what he has read. The examination allows to obtain the coordinates (x, y) of the retina on a Cartesian grid. The number of pairs obtained is given by the duration of the exam, i.e. the time it takes the patient to read the text, and by the number of frames that the MP-1 eye-tracker was able to record. . In order to automatically analyze the data, an algorithm has been created, for example in MATLAB language, which allows the analysis of the data obtained from the MP-1 Nidek. This algorithm allows you to analyze the eye movements recorded during the test with MP-1, that is, while reading the text. The algorithm allows to evaluate: the trajectory of the retina on the abscissa (X axis); the trajectory of the retina on the ordinates (Y axis); the trend, amplitude and number of direct and inverse saccades on the abscissa (X axis); trend, amplitude and number of direct and inverse saccades on the ordinates (Y axis) and finally to display four aligned graphs (X axis trajectory of sick patient, X axis trajectory of control patient, sick patient saccade, control patient saccade) in order to make a quick comparison between a new potentially ill patient and a control patient. The program is fully parameterizable and allows you to make the most diverse comparisons: by way of example, it is also possible to graph the trend of the right eye and the left eye of the same patient, correlating the movements of the axis X with those of the Y axis. Furthermore, it is possible to insert a value of a filter within which the saccade (direct or inverse) is not considered pathological (eg all saccades within 2 ° of movement): the program automatically creates a text file that contains the description of the number of direct and reverse bags found for each patient. The automatic analysis made by the algorithm in MATLAB allows to significantly reduce the response times of the data otherwise obtained from a â € œmanualâ € analysis. Figure 1 illustrates some illustrative graphs of the output provided by the program (in the case of comparison between sick patient and control patient). The diagram of Figure 1 illustrates the graphs that are created by the MATLAB program on the screen in the case of comparison between a sick patient and a healthy patient: the resulting screen produces four graphs, which can be consistently colored according to the sick patient or the healthy patient. The graphs on the left of the screen (Fig. 1) show the trajectory of the retina on the X axis and the consequent saccades of the sick patient. The graphs on the right of the screen (Fig. 1) show the trajectory of the retina on the X axis and the consequent saccades of the healthy patient.
Già da una prima analisi visuale à ̈ possibile notare le differenze presenti tra i due pazienti. Il programma MATLAB, al termine dell’analisi, crea un file di testo in formato .txt, denominato “risultati.txt†, in cui, a fronte di un filtro inserito dall’utente (espresso in gradi), viene calcolato il numero di saccadi dirette e inverse che superano tale valore. È possibile, quindi, calcolare rapidamente il numero di saccadi “anormali†che determinano il caso patologico. Dal punto di vista informatico, si sottolinea che il formato txt à ̈ facilmente leggibile da qualsiasi periferica desktop o mobile con tecnologia Windows. Il programma MATLAB creato si può suddividere in quattro macrogruppi: le prime righe del programma inizializzano a zero tutte le variabili che poi serviranno nella compilazione del programma vero e proprio (zone “INIZIALIZZAZIONE SCHERMATA†e “INIZIALIZZAZIONE DATI†). Le righe successive prendono gli input necessari all’analisi del programma, ovvero caricano i due file di testo che contengono i dati dei pazienti (un file di testo per il paziente sano e un file di testo per il paziente malato): in particolare, la prima parte legge il nome del file da caricare mentre la seconda parte crea due vettori (uno per il movimento X e uno per il movimento Y) che copiano i dati presenti nei file di testo. La prima parte à ̈ commentata dalla riga “% legge il file del paziente†e la seconda parte à ̈ commentata dalla riga “% crea due vettori con i movimenti X e Y del paziente†. La terza parte del programma analizza le saccadi dei pazienti: innanzitutto sono calcolate le saccadi facendo la differenza in gradi tra un frame e quello precedente. Nel caso in cui il valore à ̈ positivo, quindi la saccade à ̈ diretta, viene incrementato di un’unità il numero delle saccadi positive nel vettore “saccadi_positive†. Nel caso in cui il valore à ̈ negativo, quindi la saccade à ̈ inversa, viene incrementato di un’unità il numero delle saccadi negative nel vettore “saccadi_negative†. Se non c’à ̈ differenza tra un frame e quello precedente, il programma prosegue alla saccade successiva. Inoltre viene calcolato il numero di saccadi superiore al valore di filtro impostato (ad es. 2°): in questo modo à ̈ possibile calcolare quante sono le saccadi “importanti†, ovvero superiori a un certo valore stabilito. Tutta questa parte à ̈ delimitata dal commento “% ANALISI DELLE SACCADI†. Nell’ultima parte, denominato “% STAMPA GRAFICI†, il programma disegna a schermo i quattro grafici derivanti dall’analisi: il primo grafico (in alto a sinistra) rappresenta la traiettoria della retina lungo l’asse delle X del paziente malato, il secondo grafico (in alto a destra) rappresenta la traiettoria della retina lungo l’asse delle X del paziente sano, il terzo grafico (in basso a sinistra) rappresenta l’andamento delle saccadi del paziente malato e il quarto grafico (in basso a destra) rappresenta l’andamento delle saccadi del paziente sano. Already from a first visual analysis it is possible to notice the differences between the two patients. The MATLAB program, at the end of the analysis, creates a text file in .txt format, called â € œresults.txtâ €, in which, against a filter entered by the user (expressed in degrees), it is calculated the number of direct and inverse saccades that exceed this value. It is therefore possible to quickly calculate the number of â € œanormalâ € saccades that determine the pathological case. From an IT point of view, it is emphasized that the txt format is easily readable by any desktop or mobile device with Windows technology. The created MATLAB program can be divided into four macro-groups: the first lines of the program initialize to zero all the variables that will then be used in compiling the actual program (areas â € œINITIALIZATION SCREENâ € and â € œINITIALIZATION OF DATAâ €). The following lines take the inputs necessary for the analysis of the program, that is, they load the two text files that contain the patient data (a text file for the healthy patient and a text file for the sick patient): in particular, the first part reads the name of the file to be loaded while the second part creates two vectors (one for the X movement and one for the Y movement) that copy the data present in the text files. The first part is commented by the line â € œ% reads the patient fileâ € and the second part is commented by the line â € œ% creates two vectors with the patient's X and Y movementsâ €. The third part of the program analyzes the patient's saccades: first of all the saccades are calculated by making the difference in degrees between one frame and the previous one. If the value is positive, therefore the saccade is direct, the number of positive saccades in the vector â € œsaccades_positiveâ € is increased by one unit. In the case in which the value is negative, therefore the saccade is inverse, the number of negative saccades in the vector â € œsaccades_egativeâ € is increased by one unit. If there is no difference between one frame and the previous one, the program continues to the next saccade. Furthermore, the number of saccades greater than the set filter value is calculated (eg 2 °): in this way it is possible to calculate how many â € œimportantâ € saccades are, that is, greater than a certain established value. This whole part is delimited by the comment â € œ% ANALYSIS OF SACCADIâ €. In the last part, called â € œ% PRINT GRAPHICSâ €, the program draws on the screen the four graphs resulting from the analysis: the first graph (top left) represents the trajectory of the retina along the X axis of the sick patient, the second graph (top right) represents the trajectory of the retina along the X axis of the healthy patient, the third graph (bottom left) represents the trend of the sick patient's saccades and the fourth graph (bottom right) represents the trend of the saccades of the healthy patient.
Esempi: Examples:
Sottoponendo alla prova di lettura con il Microperimetro MP-1 Nidek un numero di pazienti pari a 14 di cui 4 sani ed 10 affetti da dislessia evolutiva di differente grado, con età media 11.5 anni, sono stati ottenuti i dati utili per l’elaborazione con l’algoritmo sviluppato. By subjecting to the reading test with the MP-1 Nidek Microperimeter a number of patients equal to 14 of which 4 healthy and 10 suffering from developmental dyslexia of different degrees, with an average age of 11.5 years, the data useful for the processing were obtained with the developed algorithm.
Da tali esami à ̈ emerso che à ̈ possibile effettuare un’analisi statisticamente significativa delle caratteristiche dei pattern dei movimenti oculari compiuti durante la prova di lettura. From these tests it emerged that it is possible to perform a statistically significant analysis of the characteristics of the eye movement patterns performed during the reading test.
Mediamente il gruppo di pazienti dislessici effettua 77.8 saccadi di cui 29.64 di regressione e 48.18 progressive. On average, the group of dyslexic patients performs 77.8 saccades of which 29.64 regression and 48.18 progressive.
Mediamente il gruppo di pazienti sani effettua 31.25 saccadi di cui 13 di regressione e 18.25 progressive. On average, the group of healthy patients performs 31.25 saccades of which 13 regression and 18.25 progressive.
La percentuale delle saccadi di regressione sul numero totale di saccadi per pazienti dislessici risulta essere maggiore rispetto ai pazienti sani (rispettivamente 27.17% e 11.92%). Anche la percentuale delle saccadi progressive sul numero totale di saccadi per pazienti dislessici risulta essere maggiore rispetto ai pazienti sani (rispettivamente 44.18% e 16.73%). La deviazione standard sono rispettivamente (5.27% e 0.8%). The percentage of regression saccades on the total number of saccades for dyslexic patients is higher than in healthy patients (respectively 27.17% and 11.92%). The percentage of progressive saccades on the total number of saccades for dyslexic patients is also higher than in healthy patients (respectively 44.18% and 16.73%). The standard deviation are respectively (5.27% and 0.8%).
Mediamente l’ampiezza media delle saccadi positive per pazienti sani risulta essere pari a 2.55° mentre per le saccadi di regressione risulta essere 3.44°, quindi l’ampiezza media di una saccade per pazienti sani risulta essere pari a 3°. Mediamente l’ampiezza media delle saccadi positive per pazienti malati risulta essere pari a 1.56° mentre per le saccadi di regressione risulta essere 2.64°, quindi l’ampiezza media di una saccade per pazienti sani risulta essere pari a 2.1°. On average, the average amplitude of the positive saccades for healthy patients is equal to 2.55 ° while for the regression saccades it is 3.44 °, therefore the average amplitude of a saccade for healthy patients is equal to 3 °. On average, the average amplitude of positive saccades for sick patients is equal to 1.56 ° while for regression saccades it is 2.64 °, therefore the average amplitude of a saccade for healthy patients is equal to 2.1 °.
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|---|---|---|---|
| IT000570A ITRM20120570A1 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | METHOD OF ANALYSIS OF A READING PROCESS BY COMPUTERIZED MICROPERIMETRY |
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| IT (1) | ITRM20120570A1 (en) |
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| GB1492358A (en) * | 1975-04-18 | 1977-11-16 | Michael H | Device for the accurate measurement of eye movements both in light and in darkness |
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2012
- 2012-11-16 IT IT000570A patent/ITRM20120570A1/en unknown
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