Pupilografi (Pupillography) adalah metode untuk merekam dan mengukur respons pupil. Menggunakan kombinasi kamera video inframerah dan perangkat lunak komputer untuk mengevaluasi respons pupil secara dinamis dan kuantitatif.
Istilah “Pupillography” diciptakan oleh Lowenstein dan Loewenfeld, dan berkembang sebagai teknologi video inframerah dinamis untuk merekam jalur eferen dan aferen mata. Pengenalan teknologi elektronik meningkatkan akurasi, konsistensi, dan kecepatan dibandingkan pengukuran manual tradisional, dan sekarang istilah “Pupillometry” juga umum digunakan.
Pada Kolokium Pupil Internasional ke-32 (IPC, Morges, Swiss), para ahli berkumpul untuk menyusun edisi pertama standar internasional untuk pengumpulan, pemrosesan, dan pelaporan data. Dalam beberapa tahun terakhir, komersialisasi pupilometer desktop dan portabel telah maju, dan peningkatan kinerja diharapkan melalui kombinasi dengan AI.
Bidang aplikasi meliputi oftalmologi, neurologi, ilmu saraf, psikologi, dan kronobiologi.
Awalnya, Lowenstein dan Loewenfeld menamai teknologi video inframerah dinamis sebagai “Pupillography”. Kemudian, seiring perkembangan teknologi elektronik, istilah “Pupillometry” menjadi populer, dan sekarang keduanya sering digunakan secara sinonim.
Berikut adalah parameter tipikal yang diperoleh dari satu kali pengukuran.
Fase konstriksi
Latensi (T₁): Waktu dari stimulus cahaya hingga awal konstriksi pupil. Dengan stimulus yang cukup terang, sekitar 200 milidetik.
Kecepatan konstriksi (VC): Kecepatan konstriksi pupil. Pada gangguan input visual, terjadi perpanjangan T₁ dan penurunan VC.
Konstriksi maksimum (D₃): Diameter pada konstriksi maksimum. Pada gangguan input visual, terjadi penurunan D₃.
Rasio konstriksi (CR): Jumlah konstriksi / diameter dasar. Pada gangguan input visual, terjadi penurunan CR.
Fase dilatasi
Kecepatan dilatasi (VD): Kecepatan dilatasi pupil setelah penghilangan cahaya. Mencerminkan fungsi sistem saraf simpatis.
Waktu dilatasi tertunda (T₅): Waktu hingga awal dilatasi pupil. Pada sindrom Horner, perpanjangan T₅ yang signifikan merupakan temuan khas.
PIPR (Respon pupil persisten pasca-iluminasi): Miosis persisten setelah stimulus intensitas tinggi dan panjang gelombang pendek. Mencerminkan aktivasi ipRGC dan melanopsin.
Pupil tidak pernah benar-benar diam, selalu menunjukkan osilasi kontinu sekitar ±0,5 mm (hippus). Selain itu, fase miosis terutama mencerminkan fungsi sistem parasimpatis, sedangkan fase midriasis mencerminkan fungsi sistem simpatis.
Fotoreseptor retina → sel ganglion retina → saraf optik → kiasma optikum → traktus optikus → bercabang dari jalur visual sebelum korpus genikulatum laterale → area pretectal → nukleus Edinger-Westphal (EW) ipsilateral dan melalui komisura posterior ke nukleus EW kontralateral.
Pada manusia, rasio serat yang menyilang dan tidak menyilang kira-kira 1:1, sehingga kekuatan refleks cahaya langsung dan tidak langsung hampir sama.
Nukleus EW → saraf okulomotorius → sinus kavernosus → fisura orbitalis superior → orbita → cabang inferior saraf okulomotorius → sinaps di ganglion siliaris → nervus siliaris brevis → masuk ke dalam bola mata.
95% serat parasimpatis dari nukleus EW menuju ke otot siliaris (akomodasi), dan 5% menuju ke sfingter pupil. Rasio ini terkait dengan mekanisme disosiasi refleks cahaya-akomodasi.
Sel ganglion retina fotosensitif intrinsik (ipRGC) mengandung melanopsin dan membentuk jalur aferen utama refleks cahaya pupil. Stimulasi cahaya biru kuat dengan panjang gelombang pendek (sekitar 470 nm) menyebabkan miosis lambat dan persisten (PIPR).
Fungsi melanopsin relatif stabil sepanjang hidup, menurun setelah usia 80-an, tetapi lebih lambat dibandingkan perubahan terkait usia pada batang dan kerucut.
Ya, berubah. Ketegangan mental, terkejut, dan rangsangan nyeri menyebabkan midriasis melalui sistem saraf simpatis, sedangkan kelelahan dan kantuk memicu miosis melalui sistem saraf pusat. Emosi: takut terkait dengan midriasis, rasa nyaman terkait dengan miosis. Obat-obatan (kafein, nikotin, antihistamin) juga mempengaruhi diameter pupil.
Pengukuran dilakukan di lingkungan dengan cahaya sekitar rendah untuk meminimalkan pengaruh eksternal pada diameter pupil. Pasien duduk di depan perangkat khusus, dengan kamera dan kedua mata sejajar dalam satu garis lurus. Setelah merekam diameter pupil dasar, berbagai rangsangan (cahaya, pola visual) disajikan untuk merekam respons pupil.
Waktu pengukuran harus dimulai dan diakhiri antara pukul 10.00 dan 14.00 dengan mempertimbangkan variasi diurnal (hindari dalam 1 jam setelah makan siang). Pada tipe tertutup, diameter pupil lebih besar daripada tipe terbuka, dan penglihatan monokuler sekitar 1,0 mm lebih besar di tempat terang dan 0,2 mm lebih besar di tempat gelap dibandingkan penglihatan binokuler, sehingga standarisasi kondisi sangat penting.
Algoritma segmentasi digunakan untuk melacak ukuran pupil. Metode Transformasi Hough yang paling sederhana efektif jika pupil berbentuk lingkaran, tetapi kurang akurat jika terjadi pergeseran posisi atau bentuk abnormal. Dengan menggunakan model pengenalan pola berpresisi tinggi, pupil dengan bentuk abnormal dapat dideteksi dengan akurasi tinggi.
Metode pencatatan pupil memungkinkan pengukuran akurat melalui pencatatan terstandarisasi, dan dapat mengukur parameter tambahan secara kuantitatif seperti latensi, rasio kontriksi, dan kecepatan dilatasi, yang tidak dapat dievaluasi dengan senter pena. Selain itu, hasil dapat didokumentasikan dan dibandingkan dari waktu ke waktu, serta menghilangkan bias pemeriksa.
Dibandingkan dengan tes senter berayun konvensional, memungkinkan pengukuran terstandarisasi, kuantitatif, dan reprodusibel. RAPD muncul pada berbagai retinopati, neuropati optik, lesi kiasma, dan lesi pretektal.
Prosedur tes senter berayun: Di ruangan semi-gelap, stimulus cahaya diberikan secara bergantian ke masing-masing mata selama sekitar 2 detik. Pada gangguan saraf optik satu mata, saat mata sehat disinari, kedua pupil berkontriksi, dan saat beralih ke mata sakit, jumlah kontriksi berkurang (diamati sebagai ‘perubahan ke arah dilatasi’). RAPD tidak menjadi positif pada kekeruhan media seperti katarak, disfungsi visual bilateral, atau lesi pasca-kiasma.
Pada pasien cedera kepala, ini bisa menjadi satu-satunya tanda cedera saraf optik traumatik, dan berguna dalam evaluasi pasien trauma dalam keadaan koma.
Keterlambatan dilatasi adalah keterlambatan relaksasi dan dilatasi pupil setelah penghilangan cahaya, dan pada sindrom Horner, dilatasi membutuhkan waktu maksimal 15-20 detik (normal sekitar 5 detik). Perpanjangan T₅ yang mencolok adalah temuan karakteristik. Pada sindrom Horner bilateral (di mana anisokoria relatif tidak jelas), pengukuran keterlambatan dilatasi mungkin merupakan satu-satunya metode diagnostik yang dapat diandalkan.
Dalam evaluasi anisokoria, pengukuran dalam kondisi terang dan gelap sangat penting. Miosis pada sisi sakit menjadi lebih jelas di ruangan gelap, dan midriasis pada sisi sakit menjadi lebih jelas di ruangan terang. Sekitar 20% orang normal memiliki anisokoria fisiologis (perbedaan 1 mm atau kurang, tidak ada perbedaan terang-gelap, refleks pupil normal), tetapi perlu diingat bahwa gangguan aferen (penyakit saraf optik) menyebabkan kelainan refleks pupil tetapi pada prinsipnya tidak menyebabkan anisokoria.
Diameter pupil dalam kondisi pencahayaan rendah diukur untuk menentukan diameter ablasi optimal pada LASIK. Jika diameter ablasi lebih kecil dari diameter pupil saat midriasis, risiko halo malam hari meningkat. Juga digunakan untuk menilai indikasi lensa intraokular multifokal dan bedah refraktif.
Penilaian terpisah jalur batang, kerucut, dan melanopsin menggunakan refleks pupil terhadap cahaya (PLR) dimungkinkan. Pada keluarga dengan sindrom Jalili (mutasi CNNM4), meskipun elektroretinogram terang tidak terdeteksi, PLR yang dimediasi kerucut dapat direkam 1). Dalam kondisi gelap, pasien CNNM4 menunjukkan PLR yang besar, sedangkan dalam kondisi terang mendekati batas bawah normal atau sedikit menurun 1).
Penggunaan tipikal meliputi: diferensiasi neuropati optik dan retinopati melalui penilaian RAPD, diagnosis sindrom Horner melalui pengukuran keterlambatan dilatasi pupil, dan evaluasi sindrom Adie melalui kombinasi dengan tes tetes pilokarpin encer. Juga digunakan untuk penilaian objektif penyakit neurodegeneratif dan gangguan otonom.
Refleks pupil terhadap cahaya diatur oleh integrasi tiga jalur berikut:
| Jalur | Fotoreseptor | Karakteristik |
|---|---|---|
| Jalur Batang | Rhodopsin | Sensitivitas tinggi dalam kondisi cahaya redup dan gelap |
| Jalur Kerucut | Opsin | Kondisi cahaya terang dan siang. Latensi pendek dan kecepatan konstriksi cepat |
| Jalur ipRGC | Melanopsin | Latensi panjang dan kecepatan lambat. Berlangsung setelah stimulus (PIPR) |
Masukan kerucut mengontrol kontraksi berkelanjutan terhadap variasi kontras stimulus, sedangkan masukan melanopsin mengatur diameter pupil yang beradaptasi terang selama paparan cahaya lama. Integrasi sinyal retina luar dan dalam ini memungkinkan penyesuaian respons pupil yang presisi.
Kontrol penguatan jalur kontrol pupil berada pada tingkat nukleus Edinger-Westphal. Mengenai masukan korteks serebral, bahkan dengan infark iskemik lokal di korteks insular dan lapang pandang frontal, diameter pupil dan kecepatan kontraksi tetap dalam rentang fisiologis normal, menunjukkan bahwa tidak adanya masukan korteks serebral tidak secara langsung memengaruhi diameter pupil dan kecepatan kontraksi.
Perubahan pupil yang disebabkan oleh peristiwa kognitif dan emosional lebih kecil daripada refleks cahaya (biasanya kurang dari 0,5 mm), dan diketahui berkorelasi erat dengan aktivitas lokus seruleus.
Ini adalah metode yang bertujuan untuk memisahkan respons retina luar (dimediasi oleh batang dan kerucut) dan retina dalam (dimediasi oleh melanopsin) dalam satu pengukuran non-invasif. Optimalisasi teknis diharapkan dapat mengembangkannya menjadi biomarker klinis dengan sensitivitas dan akurasi tinggi.
Hyde dkk. (2022) membandingkan tiga saudara perempuan dengan Sindrom Jalili (mutasi CNNM4) berusia 5, 14, dan 15 tahun dengan 10 kontrol normal. Pengukuran jalur batang setelah adaptasi gelap (465 nm, 1 detik) dan jalur kerucut setelah adaptasi terang (642 nm, 1 detik, medan penekan biru 6 cd/m²) dilakukan, dan Pmax (respons PLR jenuh maksimum) dan s (konstanta setengah jenuh PLR) dihitung menggunakan fungsi Naka-Rushton 1). Meskipun elektroretinogram terang tidak terdeteksi, PLR yang dimediasi kerucut dapat direkam, menunjukkan bahwa PLR dapat menjadi alat yang berguna untuk menilai fungsi kerucut 1).
Edisi pertama standar internasional yang dirumuskan pada Kolokium Pupil Internasional ke-32 mencakup rekomendasi mengenai set variabel minimum yang diperlukan untuk pengumpulan, pemrosesan, dan pelaporan data. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan komparabilitas antar studi dan diharapkan menjadi dasar untuk studi klinis dan studi multisenter di masa depan.
Integrasi AI dengan perangkat diharapkan dapat meningkatkan kinerja dan kuantifikasi objektif. Isu penelitian utama meliputi aplikasi dalam deteksi dan pemantauan perkembangan penyakit neurodegeneratif (Penyakit Alzheimer dan Parkinson), penilaian objektif aktivitas sistem saraf otonom dalam uji klinis, dan evaluasi fungsi sel ganglion retina melanopsin pada pasien dengan gangguan tidur dan ritme sirkadian.
