資源が限られた地域でのスマートフォン画像をベースとした、ワンステップで効率的な子供の視力検査ソリューション。デザインと予備的なフィールド評価

A One-Step, Streamlined Children's Vision Screening Solution Based on Smartphone Imaging for Resource-Limited Areas: Design and Preliminary Field Evaluation.

• Shuoxin Ma
• Yongqing Guan
• Yazhen Yuan
• Yuan Tai
• Tan Wang

抄録

背景:

予防医療サービスの一環としての幼児の視力検査は、開発途上地域に大きな価値をもたらします。低コストの介入を用いて幼少期に手術を未然に防ぐことで高い投資収益率が得られるだけでなく、学校の成績を向上させ、将来の労働力の質を向上させることができます。このようなプログラムを提供するために、スマートフォンと自動診断を備えた低スキルの医療従事者を活用することは、資源が限られた地域でのスケーラブルなモデルとなり得る。

BACKGROUND: Young children's vision screening, as part of a preventative health care service, produces great value for developing regions. Besides yielding a high return on investment from forestalling surgeries using a low-cost intervention at a young age, it improves school performance and thus boosts future labor force quality. Leveraging low-skilled health care workers with smartphones and automated diagnosis to offer such programs can be a scalable model in resource-limited areas.

目的:

本研究の目的は、資源が限られた地域の学童を対象に、効果的、効率的、包括的な視力検査を開発し、評価することである。第一に、このような検査では、若くして効果的に予防することができる視力障害の主な原因である弱視と近視の主な危険因子をカバーする必要があります。第二に、長期的なモニタリングと一般的な統計分析のためのデジタル患者記録簿と統合されたソリューションでなければなりません。最後に、開発途上地域の一般的な学校で利用可能な低スキルの技術者と低コストのツールのみを利用し、品質や効率性を損なうことなく利用する必要があります。

OBJECTIVE: This study aimed to develop and evaluate an effective, efficient, and comprehensive vision screening solution for school children in resource-limited areas. First, such an exam would need to cover the major risk factors of amblyopia and myopia, 2 major sources of vision impairment effectively preventable at a young age. Second, the solution must be integrated with digital patient record-keeping for long-term monitoring and popular statistical analysis. Last, it should utilize low-skilled technicians and only low-cost tools that are available in a typical school in developing regions, without compromising quality or efficiency.

方法:

スクリーニングプログラムのワークフローが設計され、それを実施するためにスマートフォンアプリが開発された。標準化されたスクリーニング手順では、暗室で幼い子供がスマートフォンを使った写真スクリーニングを受けました。子供はスマートフォンを額の前にかざし、あらかじめ入力された個人情報を、目盛りの基準として二重に表示されるクイックレスポンスコードとして表示しました。1回の10秒の手順で、子供の個人情報と瞳孔間距離、相対的な視覚軸のアライメント、屈折異常範囲を測定し、画像処理と人工知能アルゴリズムを用いて自動的に解析した。その後、子供の斜視、近視、異方視のリスクが導き出され、コンサルテーションが行われました。

METHODS: A workflow for the screening program was designed and a smartphone app was developed to implement it. In the standardized screening procedure, a young child went through the smartphone-based photoscreening in a dark room. The child held a smartphone in front of their forehead, displaying pre-entered personal information as a quick response code that duplexed as a reference of scale. In one 10-second procedure, the child's personal information and interpupillary distance, relative visual axis alignment, and refractive error ranges were measured and analyzed automatically using image processing and artificial intelligence algorithms. The child's risk for strabismus, myopia, and anisometropia was then derived and consultation given.

成果:

このソリューションの予備評価は、中華人民共和国河南省洛陽市で毎年行われる健康診断と並行して行われました。斜視が疑われる20人の生徒と、8歳から10歳までの無作為に選ばれた80人の生徒が対象となりました。受験者1人あたりの所要時間は約1分で、合理的なワークフローにより、3つの試験を並行して実施することができた。測定の成功率は、1回の測定で87％、2回の測定で100％であった。斜視検出の感度は0.80、特異度は0.98であった。近視検出の感度は0.83、特異度は1.00であった。異所見検出の感度はそれぞれ0.80および1.00であった．

RESULTS: A preliminary evaluation of the solution was conducted alongside yearly physical exams in Luoyang, Henan, People's Republic of China. It covered 20 students with suspected strabismus and 80 randomly selected students, aged evenly between 8 and 10. Each examinee took about 1 minute, and a streamlined workflow allowed 3 exams to run in parallel. The 1-shot and 2-shot measurement success rates were 87% and 100%, respectively. The sensitivity and specificity of strabismus detection were 0.80 and 0.98, respectively. The sensitivity and specificity of myopia detection were 0.83 and 1.00, respectively. The sensitivity and specificity of anisometropia detection were 0.80 and 1.00, respectively.

結論:

提案された視力スクリーニングプログラムは、効果的、効率的、拡張性に優れています。スマートフォンを利用した自動ヒルシュベルクテストと視神経屈折スクリーニングに関するこれまでに発表された研究と比較して、この包括的なソリューションは実用性と堅牢性の面で最適化されており、よりすぐに導入できるようになっています。私たちの評価では、プログラムの設計仕様が達成されていることが確認されました。

CONCLUSIONS: The proposed vision screening program is effective, efficient, and scalable. Compared with previously published studies on utilizing a smartphone for an automated Hirschberg test and photorefraction screening, this comprehensive solution is optimized for practicality and robustness, and is thus better ready-to-deploy. Our evaluation validated the achievement of the program's design specifications.

©Shuoxin Ma, Yongqing Guan, Yazhen Yuan, Yuan Tai, Tan Wang. Originally published in JMIR mHealth and uHealth (http://mhealth.jmir.org), 13.07.2020.