4 - teknologi eye tracker - atma jaya

Teknologi eye tracker dan aplikasinya dalam berbagai bidang medis

23Vol. 9, No.1, Februari 2010

Teknologi eye tracker dan aplikasinyadalam berbagai bidang medis

Abdi Kelana Putra, Luxandre Agung

ABSTRACT

Eye tracker is a device to do eye tracking, a method to measure eye positionsand movements, point of gaze ("where we are looking"), and motion of the eyerelative to the head. Eye tracker is available in several types, including lightreflection detector, video camera, and magnetic tracking. Eye tracker has beenused widely in medical treatment, including for diagnosis, surgery, and research.In opthalmology, eye tracker is applied to assess eye movement in strabismus,amblyopia, vestibulo-occular disorder, and after LASIK procedure. In neuropsy-chiatry, eye tracker is used to examine dementia, Alzheimer, autism, ADHD,and schizoprenia.

Key words: eye tracker, eye tracking

Departemen Ilmu Penyakit Mata,Fakultas Kedokteran Unika AtmaJaya, Jl. Pluit Raya 2, Jakarta14440

PENDAHULUAN

Mata manusia mampu membedakan objek pada selangwaktu yang amat singkat karena memiliki otot-ototpenggerak bola mata yang menggerakkan bola matadengan kecepatan tinggi. Untuk tujuan tersebut, otot-otot penggerak bola mata memiliki kemampuanmenggerakkan bola mata dengan kecepatan tinggi.Sejak awal abad ke-19, studi tentang gerakan bolamata telah dimulai. Hal tersebut dibuktikan denganbanyaknya penelitian mengenai gerak bola matadengan peralatan sederhana, misalnya cermin,teleskop, dan pin hole. Pada tahun 1879, Javal mene-mukan suatu fakta menarik mengenai gerakan bolamata. Berlawanan dengan keyakinan orang saat itu,bahwa bola mata bergerak secara mulus selama pro-ses membaca tulisan, Javal menemukan adanya se-buah pola khusus dalam gerakan bola mata selamaproses membaca. Pola ini terdiri dari fiksasi dan sac-cades. Fiksasi didefinisikan sebagai berhentinyagerakan dalam waktu yang singkat, sedangkan sacca-des merupakan perpindahan cepat. Jadi, dalam pro-ses membaca sederet kalimat, mata akan memulai-nya dengan keadaan fiksasi kemudian dilanjutkan de-ngan perpindahan yang cepat ke bagian kalimat yanglain, kemudian fiksasi lagi, kemudian berpindah lagi,

demikian seterusnya hingga membentuk sebuah polayang teratur. Sebuah literatur menyebutkan bahwabola mata manusia dapat melakukan saccades se-banyak 3–4 kali dalam setiap detik.1,2

Penelitian yang dilakukan oleh Javal ini kemudiandiperkuat dengan diciptakannya eye tracker pertamaoleh Huey pada tahun 1898. Huey menciptakan se-buah lensa kontak dengan lubang pada bagian pupil.Lensa kontak ini terkoneksi dengan sebuah pointer alu-minium yang dapat bergerak seiring dengan pergerakanbola mata. Dari penelitian ini Huey menyimpulkanbahwa sesungguhnya dalam proses membaca, foveatidaklah melihat seluruh bagian kalimat, melainkanhanya bagian-bagian dimana bola mata terfiksasi.2

Yarbus yang melakukan studi lanjutan menemukanhubungan antara pergerakan mata dengan prosesberpikir manusia. Yang menjadi objek penglihatan bu-kan sederetan kalimat melainkan sebuah gambar.Ternyata dalam proses melihat gambar, tidak terdapatpola teratur seperti pada proses membaca. Meskipunterjadi fiksasi dan saccades, pola yang terbentuk akanberbeda pada setiap individu, tergantung dari infor-masi apa yang hendak diperoleh si individu bersang-kutan dari objek yang dilihatnya. Apa yang terekam

Damianus Journal of Medicine;Vol.9 No.1 Februari 2010: hlm. 23–29

TINJAUAN PUSTAKA

DAMIANUS Journal of Medicine

24 Vol. 9, No.1, Februari 2010

oleh pergerakan bola mata mencerminkan unsurgambar yang mendapat atensi terbesar. Fiksasiberulang pada titik yang sama terjadi bukan untukmelihat unsur lainnya melainkan untuk melakukaneksaminasi ulang pada unsur yang telah dilihatsebelumnya.2,3

EYE TRACKER

Secara garis besar, eye tracker dibagi atas tiga tipe.Tipe pertama berupa lensa kontak khusus yang di-lekatkan pada mata. Lensa ini memiliki cermin yangtertanam atau sensor magnetik. Pergerakan dari lensakontak ini diukur dengan asumsi bahwa lensa tidakbergeser secara signifikan seiring dengan bergerak-nya bola mata. Tipe kedua adalah tipe non-kontak be-rupa video kamera atau sensor optik yang didesainsecara khusus sehingga dapat mengeluarkan sinarinframerah dan menangkap kembali sinar tersebut se-telah direfleksikan oleh bola mata. Perubahan refleksisinar tersebut akibat pergerakan bola mata dianalisissehingga mampu memberikan informasi yangdiperlukan.2,3

Tipe ketiga menggunakan elektroda yang mengukurperubahan aktivitas listrik disekitar bola mata. Bolamata merupakan sumber energi listrik potensial yangterus-menerus sehingga pengukuran ini dapat dikerja-kan dalam suasana kegelapan sekalipun. Alat ini me-miliki dua buah kutub, positif dan negatif yang masing-masing diletakkan pada kornea dan retina. Elektro-okulogram (EOG) adalah elektroda kontak yang di-letakkan pada kulit disekeliling bola mata untuk me-nangkap sinyal listrik.3

Dewasa ini, eye tracker tipe ketiga paling banyak di-aplikasikan. Eye tracker yang paling modern saat inimenggunakan kontras untuk menentukan lokasi darititik tengah pupil dan menggunakan sinar infra merahdan sinar non-collimated yang menyerupai infra merahuntuk menciptakan suatu refleksi kornea. Vektor yangtercipta antara kedua fitur tersebut kemudian diguna-kan untuk menghitung titik temu pandangan sese-orang dengan sebuah permukaan setelah kalibrasiyang sederhana pada setiap individu.5

Sejarah membuktikan, studi mengenai pergerakanbola mata telah menghasilkan teori-teori yang amatmenarik. Sejalan dengan berkembangnya ilmu penge-tahuan dan kreativitas manusia, terciptalah pengapli-kasiannya dalam berbagai bidang antara lain medis,psikologi, teknologi informasi, transportasi dan bahkanaplikasi secara komersial, misalnya dalam periklanandan pemasaran.4

Di bidang medis, eye tracker lazim digunakan antaralain dalam cabang mata (ophthalmologi), psikiatri-psikologi, dan neurologi. Di negara-negara maju, apli-kasi eye tracker sebagai alat bantu riset dan diagnostikpada bidang-bidang medis tersebut telah banyakdikembangkan. Di Indonesia penggunaan teknologiini masih jarang atau belum dikenal. Salah satu yangmungkin sudah diterapkan adalah eye tracker yangterintegrasi pada alat operasi Laser Insitu Kerato-mileusis (LASIK).4,6

Dalam artikel ini akan dibahas beberapa aplikasi eyetracker dalam bidang medis.

Gambar 1. Berbagai refleksi kornea yang terjadi karenaposisi kepala yang berbeda-beda.

Refleksi kornea tampak sebagai titik putih terang, de-ngan posisi di kanan pupil (A). Posisi relatif pupil danrefleksi kornea berubah seiring rotasi mata padasumbu vertikal (B) dan sumbu horisontal (C). Posisirefleksi tidak berubah bila kepala bergerak dan posisimata stabil (D).3



DIAGNOSIS OFTALMOLOGI

Untuk mendiagnosis strabismus, dapat digunakan eyetracker video yang dihubungkan ke kepala pasien atauyang terintegrasi dalam layar komputer, dengan pa-sien diminta untuk memperhatikan serangkaian gam-bar atau membaca kalimat dan direkam pola perge-rakan matanya serta refleks kornea. Metode ini dapatmendiagnosis strabismus lebih cepat daripada me-tode konvensional (contoh metode Hirschberg, meto-de prisma, cover test) dan dengan lebih akurat, dapatmengidentifikasi deviasi bola mata hingga 20 ke segalaarah.4,7

Ambliopia (lazy eye)

Ambliopia adalah suatu keadaan yang bisa disebab-kan oleh adanya gangguan fisik (contoh katarak ko-ngenital, hipoplasia nervus optikus), strabismus atauketidakseimbangan gangguan refraksi (anisometro-pia); keadaan ini menyebabkan pasien memfiksasipenglihatannya hanya pada satu mata, sedangkanmata yang jarang digunakan mengalami penurunanpenglihatan.7

Penggunaan eye tracker untuk mendiagnosis amblio-pia menggunakan metode yang sama seperti padastrabismus. Ambliopia bisa ditegakkan bila diketahuihanya satu mata pasien yang terfokus saat dimintauntuk melihat atau membaca serangkaian gambar dantulisan pada layar komputer.4,7

LASIK (LASER IN-SITU KERATOMILEUSIS

LASIK adalah suatu prosedur operasi korneal untukperbaikan refraksi (miopia, hiperopia atau astigmatis-me), menggunakan mikrokeratom atau laser femto-second yang terkomputerisasi.9

Umumnya teknologi eye tracker telah diaplikasikanpada metode LASIK, untuk melacak pergerakan matasaat dilakukan pemotongan lapisan kornea. Eye-tracker pada alat LASIK mendeteksi translasi lateralpada koridor pupil atau pusat dari limbus.5

Anggapan bahwa pergerakan mata hanya terdiri daritranslasi lateral tidaklah tepat, karena dapat menu-runkan efektifitas hasil perbaikan refraksi setelah ope-rasi LASIK yang disebut sebagai parallax error. Untukmengatasinya, telah dikembangkan sistem eye trackerbaru yang mampu melacak tidak hanya translasi hori-zontal pada sumbu X dan Y, tetapi juga pergerakanaxial pada sumbu Z. Dengan teknologi baru ini, posisibola mata dipantau hingga 200 kali per detik (per 4-6milisecond), dan dengan otomatis akan menghentikanlaser bila ada pergerakan bola mata sejenak, sehinggamenurunkan potensi parallax error.5,8

Penggunaan teknologi baru ini telah terbukti mening-katkan efektifitas perbaikan refraksi pada prosedurLASIK, terutama menurunkan secara signifikan ke-mungkinan gangguan residual silindris pada pasienastigmatisme.

Gambar 4 menggambarkan simulasi profil kornea pa-da pasien dengan myopia (-8.00 D) setelah operasiLASIK, di mana pada gambar (A) menunjukkan per-

Gambar 2. Penggunaan eye tracker yang terintegrasi padalayar komputer untuk mendiagnosis gangguan penglihatan.

Gambar 3. Prosedur LASIK.



mukaan kornea yang lebih halus dengan mengguna-kan eye tracker tipe baru, dibandingkan menggunakanmetode lama pada gambar (B).8

DIAGNOSIS GANGGUAN VESTIBULOOKULAR

Refleks vestibulookular (RVO) menghasilkan gerakanbola mata yang kompensatoar bagi gerakan kepalayang dideteksi alat vestibular pada telinga bagiandalam. Pasien dengan gangguan RVO dapat meng-alami sensasi pergerakkan lingkungan sekitar yangilusioner (oscillopsia) saat menggerakkan kepala; de-ngan gejala gangguan keseimbangan saat berjalan,kesulitan mencerna informasi visual saat bergerak(misalnya sulit mengenali wajah saat sedang berjalan),kesulitan memperthankan fokus pandangan, dan jugapenurunan ketajaman penglihatan.9

Teknologi eye tracker dapat digunakan untuk meng-identifikasi gangguan RVO pada pasien. Dalam halini digunakan sistem eye tracker video dengan head-set yang dikenakan pada pasien, eye tracker dikalibra-si untuk memantau refleksi korneal dan pemusatanpupil relatif dengan pergerakkan kepala. Pada individudengan RVO yang adekuat, pada pergerakan kepala,mata akan berotasi berlawanan dengan arah kepaladan akan mempertahankan fokus yang stabil. Bila ter-dapat gangguan RVO, maka akan terlacak saccade/sakade (gerakan refiksasi cepat) untuk mengkom-pensasi ketidak seimbangan RVO.2,6,9

KOMUNIKASI UNTUK PENYANDANG CACAT

Penggunaan eye tracker lain dalam dunia medis ada-lah untuk komunikasi pada pasien penyandang cacat,contohnya pada pasien yang mengalami trauma kece-lakaan yang kehilangan fungsi ekstremitas, atau pen-derita gangguan neurologi seperti Sindroma GuillainBarre, Cerebral Palsy, Locked In Syndrome. Pasien-pasien tersebut disambungkan pada eye tracker dankomputer, memungkinkan mereka untuk berkomuni-kasi dengan keyboard virtual; di mana pasien bisamengetik, menggerakkan mouse, mengirim e-mailatau bahkan menjelajahi internet hanya dengangerakan bola mata saja.6,10

Gambar 4. Gambaran simulasi profil kornea pada pasiendengan myopia.

Head TrackerReceiver

Eye Tracker

Gambar 5. Penggunaan eye tracker untuk memantaurefleks vestibulookular pada pasien dengan lesi vestibularperifer unilateral akibat trauma telinga.

Gambar 6. Perlacakan fokus mata saat Browsingmenggunakan eye tracker.

DEMENSIA DAN ALZHEIMER

Pengunaan eye tracker yang sedang dikembangkanadalah identifikasi dini gejala Alzheimer atau demen-sia. Metode ini dilakukan dengan menunjukkan se-



A

B

rangkaian gambar pada pasien secara bertahap. Rang-kaian gambar pertama diikuti dengan rangkaian gambarkedua; dimana sebagian isi rangkaian gambar keduasama dengan rangkaian gambar pertama di-tambahdengan gambar-gambar baru.

Pada orang normal (tanpa gangguan memori), saatdiperlihatkan rangkaian gambar kedua, mata dan otakhanya akan terfokus pada gambar-gambar baru, se-dangkan pada pasien dengan gejala Alzheimer ataudemensia lainnya, akan juga terfokus pada sebagianatau seluruh gambar-gambar yang sudah pernah di-lihat rangkaian gambar pertama, karena otak tidakmenyimpan memori akan gambar-gambar sebelum-nya.6,11,13

AUTISME

Dalam bidang psikologi, eye tracker berguna dalamdiagnosis dan juga penelitian mengenai autisme. Da-lam hal ini, aplikasi eye tracker didasarkan pada pe-ngetahuan bahwa penyandang autisme mempunyaifokus cara kerja otak dan juga fokus penglihatan yangberbeda dengan orang normal.12

Sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 7; gambarA menunjukkan bahwa dalam pola interaksi normal,fokus pandangan seseorang akan berkisar terutamapada lawan bicaranya, sedangkan pada penyandangautisme, contohnya pada gambar B; jika berusahadilibatkan dalam suatu percakapan, fokus pandanganmereka tidak menentu.11-13

ADHD (ATTENTION DEFICIT HYPERACTIVITYDISORDER)

ADHD adalah suatu gangguan neurologi perilaku(neurobehavioural) dengan gejala kesulitan pemusat-an perhatian, hiperaktivitas dan perilaku impulsif. Ke-lainan ini diperkirakan terjadi pada 5% anak-anak, de-ngan masalah yang sering timbul antara lain kesulitanmempertahankan perhatian untuk menyelesaikantugas dan gangguan kontrol perilaku impulsive.1

Telah banyak studi ADHD yang berkaitan dengan per-gerakan bola mata. Penggunaan eye tracker dalamstudi-studi ini terutama untuk pemantauan saccades(gerakan cepat bola mata). Salah satu contoh apli-

kasinya adalah dengan meminta pasien untuk melihatdan mengikuti serangkaian pola titik dan garis padamonitor, dengan fokus mata direkam setiap 5 detik.

Gambar 7. Simulasi pasil penggunaan eye tracker untukdiagnosis autisme.

Gambar 8. Tes ADHD dengan Eye Tracker.

Gambar 8 di atas merupakan hasil tes ADHD di manapada individu tanpa gangguan atensi, pola fokus matadan saccade akan terus mengikuti pola yang ditampil-



kan dimonitor seperti pada gambar (a), sedangkanpada individu dengan ADHD, pola fokus matanya tidakmenentu dan sulit mempertahankan fokus pada polatitik dan garis di monitor, seperti ditunjukkan gambar(b).1,11,13

SCHIZOPHRENIA

Salah satu peran eye tracker yang sudah cukup lamadikembangkan (sejak 1970) adalah dalam tes untukkelainan schizophrenia. Pada beberapa tes untukschizophrenia, eye tracker digunakan untuk meman-tau saccade mata yang muncul saat melihat objekyang ditampilkan pada monitor. Dalam hal ini telah di-ketahui bahwa mata manusia memiliki kemampuanuntuk berotasi secara perlahan dan "halus" saat meng-ikuti objek yang bergerak. Telah diteliti bahwa pasiendengan schizophrenia akan mengalami kesulitan jikadiminta untuk mengikuti gerakan suatu objek secaraperlahan, penderita schizophrenia akan cenderungmenunjukkan gerakan saccade yang cepat dan de-ngan pola yang khas.3,4,13

Suatu tes lain disebut tes antisaccade, di mana subjektes diminta untuk tidak mengikuti objek yang bergerakpada layar, dan diminta untuk membuat gerakan matayang berlawanan dengan arah gerak objek, penderitashizophrenia akan kesulitan untuk mengikuti perintahtersebut.

Tes ketiga menunjukkan bahwa penderita shizophre-nia memiliki pola gerakan bola mata dan fokus matayang khas saat diminta untuk memperhatikan dan me-ngenali gambar atau foto-foto wajah dengan berbagaitampilan emosi (marah, sedih, gembira, dan lain-lain).

KESIMPULAN

Penggunaan eye tracker dalam dunia medis, baikdalam rit atau diagnosis, merupakan suatu teknologimodern yang terus berkembang dan dengan aplikasiyang cukup luas. Saat ini penggunaannya serta pe-ngetahuan mengenai eye tracker masih terpusat padanegara-negara maju, sedangkan penerapan teknologiini pada negara berkembang termasuk Indonesiamungkin masih terbatas dana dan sumber daya manu-sia, akan tetapi melihat berbagai keuntungan dan ke-

majuan yang bisa didapat dari aplikasi teknologi ini,alangkah baiknya jika minimal kita sudah mengetahuidan mengenal mengenai teknologi eye tracker ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Galgani F, Sun Y, Lanzi P, et al. Automatic Analysis ofEye Tracking Data for Medical Diagnosis. IEEE Sym-posium on Computanional Intelligence and Data Min-ing. Nashville. 2009. CIDM. Available at: http://www.evl.uic.edu/files/pdf/CIDM2009.pdf

2. Fussel SR, Setlock LD. Using Eye-Tracking tech-niques to study collaboration on physical tasks: Impli-cations for Medical Research. Available at:w w w.an d rew.c m u .ed u / u ser /s fu sse l l /M an u -scripts_Folder/Eye-tracking6.pdf

3. Richardson CD, Spivey MJ. Eye-Tracking: Character-istics and Methods. Encyclopedia of Bioma-terials andBiomedical Engineering. 2004 available at:www.eyethink.org/public ations_assets/EyeTrackingEBBE.Pdf

4. Richardson CD, Spivey MJ. Eye-Tracking: ResearchAreas and Applications Encyclopedia of Biomaterialsand Biomedical Engineering. 2004. Availablea t :w w w. eye th in k . o rg /p u b l ic a t io n s_ as sets /EyeTrackingEBBE.pdf

5. Bueller M, Mrochen M, Grundig M, et al. 6-D Eye Track-ing. Cataract and Refractive Surgery Today.2008.Available at: http://www.crstoday.com/PDF%20Articles/0108/CRST0108_05. pdf

6. Duchowski AT. A breadth first survey of eye trackingapplications. Behavior research methods, instru-ments, and computer. 2002. BRMIC Available at:andrewd.ces.clemson.ed u/research/vislab/docs/BET107cr. pdf

7. Riordan-Eva P, Whitcher JP. Vaughan & Ashbury'sGeneral Ophthalmology 17th Edition. New York. 2008.Lange. P 232-236

8. Lee YC. Active Eye-tracking Improves LASIK Results.Journal of Refractive Surgery. Vol.23 No.6.June 07.

9. Allison RS, Eizenman M, Cheung BS. Combined headand eye tracking system for dynamic testing of thevestibular system. IEEE Transaction on BiomedicalEnginering, Vol.43, No 11. November 1996

10. Gips J, Olivieri P. EagleEyes: An Eye Control Sys-temfor Persons with Disabilities. The Eleventh Interna-



tional Conference on Technology and Per-sons withDisabilities. Los Angeles. 1996. Available at http://www.cs.bc. edu/~eagleeye/papers/paper1/paper1.html

11. Steinhauer SR. Pupillary Responses, CognitivePsyhcophysiology and Psychopathology. Available athttp:// www.wpic.pitt.edu/research/biometrics/Publica-t io ns /B io metr ics%2 0A rc h ives%2 0P DF /8 74 -2002%20Steinhauer% 20PUPILWEB.pdf

12. O'Neil J. Experiment offers look through eyes of au-tism. New York Times. June 11th.2002. Available at:h t tp : / /w ww.nyt im es.com /20 02/06/11 /health /11EYE.html

13. Ross, et al. Association Between Eye Tracking Disor-der in Schizophrenia and Poor Sensory Integration.Available at ajp.psychiatryonline.org/cgi/con tent/full/155/10/1352

4 - teknologi eye tracker - atma jaya

Documents