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A Digital Microscreen for the Enhanced Appearance of Ocular Prosthetic Motility (an American Ophthalmological Society Thesis) - 21/10/21

Doi : 10.1016/j.ajo.2021.03.025 
Jeremiah P. Tao 1, , Emily S. Charlson 2, Yinheng Zhu 3, Zonglin Guo 4, Wanli Chen 5, Xun Zhan 6, Hongjian Shi 7, Ian G. Harris 4
1 Gavin Herbert Eye Institute, Department of Ophthalmology, University of California, Irvine, California, USA 
2 Pacific Eye Associates, California Pacific Medical Center, University of California, Irvine, California, USA 
3 Tsinghua University, Beijing, China 
4 Department of Computer Science, University of California, Irvine, California, USA 
5 Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, SAR China 
6 University of Southern California, California, USA 
7 Beijing Normal University-Hong Kong Baptist University United International University, Zhuhai, China 

Inquiries to Jeremiah P. Tao, Gavin Herbert Eye Institute, 850 Health Sciences Road, Irvine, CA 92697, USA.Gavin Herbert Eye Institute850 Health Sciences RoadIrvineCA92697USA

Résumé

Purpose

This study aims to improve the apparent motility of ocular prosthetic devices using technology. Prevailing ocular prostheses are acrylic shells with a static eye image rendered on the convex surface. A limited range of ocular prosthetic movement and lack of natural saccadic movements commonly causes the appearance of eye misalignment that may be disfiguring. Digital screens and computational systems may obviate current limitations in eye prosthetic motility and help prosthetic wearers feel less self-conscious about their appearance.

Methods

We applied convoluted neural networks (CNNs) to track pupil location in various conditions. These algorithms were coupled to a microscreen digital prosthetic eye (DPE) prototype to assess the ability of the system to capture full ocular ductions and saccadic movements in a miniaturized, portable, and wearable system.

Results

The CNNs captured pupil location with high accuracy. Pupil location data were transmitted to a miniature screen ocular prosthetic prototype that displayed a dynamic contralateral eye image. The transmission achieved a full range of ocular ductions and with grossly undetectable latency. Lack of iris and sclera color and detail, as well as constraints in luminosity, dimensionality and image stability limited the real eye appearance. Yet, the digitally rendered eye moved in the same amplitude and velocity as the native, tracked eye.

Conclusions

Real-time image processing using CNNs coupled to microcameras and a miniscreen DPE may offer improvements in amplitude and velocity of apparent prosthetic eye movement. These developments, along with ocular image precision, may offer a next-generation eye prosthesis. NOTE: Publication of this article is sponsored by the American Ophthalmological Society.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 228

P. 35-46 - août 2021 Retour au numéro
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