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Background
Eye movement abnormalities are commonplace in neurological disorders. However, unaided eye movement assessments lack granularity. Although videooculography (VOG) improves diagnostic accuracy, resource intensiveness precludes its broad use. To bridge this care gap, we here validate a framework for smartphone video-based nystagmography capitalizing on recent computer vision advances.
Methods
A convolutional neural network was fine-tuned for pupil tracking using > 550 annotated frames: ConVNG. In a cross-sectional approach, slow-phase velocity of optokinetic nystagmus was calculated in 10 subjects using ConVNG and VOG. Equivalence of accuracy and precision was assessed using the “two one-sample t-test” (TOST) and Bayesian interval-null approaches. ConVNG was systematically compared to OpenFace and MediaPipe as computer vision (CV) benchmarks for gaze estimation.
Results
ConVNG tracking accuracy reached 9–15% of an average pupil diameter. In a fully independent clinical video dataset, ConVNG robustly detected pupil keypoints (median prediction confidence 0.85). SPV measurement accuracy was equivalent to VOG (TOST p < 0.017; Bayes factors (BF) > 24). ConVNG, but not MediaPipe, achieved equivalence to VOG in all SPV calculations. Median precision was 0.30°/s for ConVNG, 0.7°/s for MediaPipe and 0.12°/s for VOG. ConVNG precision was significantly higher than MediaPipe in vertical planes, but both algorithms’ precision was inferior to VOG.
Conclusions
ConVNG enables offline smartphone video nystagmography with an accuracy comparable to VOG and significantly higher precision than MediaPipe, a benchmark computer vision application for gaze estimation. This serves as a blueprint for highly accessible tools with potential to accelerate progress toward precise and personalized Medicine.
Bei dieser statistischen Auswertung wurde das klinische Bild der Seiten- und Richtungsenthemmung miteinander verglichen. Die gewonnenen Daten stammten dabei ausnahmslos aus den für jeden Patienten angelegten Anamnesebogen NODEC III. Hier sind nicht nur die persönlichen Daten und subjektiven Beschwerden des Patienten dokumentiert, sondern auch die objektiven äquilibriometrischen Untersuchungswerte. Die Datenerhebung erfolgte dabei aus dem Patientenstamm der Neurootologie Würzburg. Das Gesamtkollektiv besteht in dieser Untersuchung aus 75 richtungsenthemmten und 75 seitenenthemmten Schwindelpatienten. Anhand eines PCs wurde mit dem Tabellenkalkulationsprogramm EXCEL 2000 (9.0.2812) gruppiert, sortiert und anschließend statistisch ausgewertet. Aus den gebildeten Mittel- und Prozentwerten konnte eine vergleichende Gesamtstatistik beider Hauptkollektive erstellt werden. Die so gewonnenen Vergleichsdaten konnten durch die Bildung von spezifischen, korrespondierenden Unterkollektiven nach verschiedenen Gesichtspunkten verifiziert werden. Auch wurde zusätzlich die Richtungs- und Seitenenthemmung in zwei links- und zwei rechtsenthemmte Untergruppen weiter unterteilt und konnte so kollektivintern mehrfach miteinander verglichen werden. Darüber hinaus wurden repräsentative Fälle der Richtungs- und Seitenenthemmung nach rechts beziehungsweise links in Form von einzelnen Kasuistiken vorgestellt.
In dieser Dissertation wurden aus dem Patientenstamm der neurootologischen Abteilung der Universitäts-Hals-Nasen-Ohren-Klinik Würzburg Daten aus den Jahrgängen November 1994 bis Februar 2002 entnommen. Insgesamt waren es 479 Patienten. Alle Patienten hatten einen beidseitigen optokinetischen Afternystagmus (OKAN) ≥ 10 Schläge pro 30s. Die allgemeinen Symptome der Patienten fielen entsprechend früheren Untersuchungen aus. Es zeigte sich, daß ca. 80% der Patienten die einen OKAN hatten auch einen Tinnitus hatten, wobei nur etwa 60% aller Patienten einen subjektiven Tinnitus angaben. Die Patientendaten wurden in verschiedene Kollektive aufgeteilt, um eine deskriptive Statistik zu erhalten. Die Tinnituskollektive wurden mit statistischen Methoden (Mann-Whitney U-Test) geprüft. Es ließen sich aber keine Signifikanzen feststellen, die Zusammenhänge zwischen Tinnitus und Optokinetik sowie Kalorimetrie sinnvoll beschreiben würden.