Beurteilung von binokularen zentralen Gesichtsfeld- und Binokularaugenbewegungen in einem dichoptischen Betrachtungszustand
Summary
Hier wird ein Protokoll zur Beurteilung von binokularen Augenbewegungen und einem blickgesteuerten zentralen Gesichtsfeldscreening bei Teilnehmern mit zentralem Sehverlust vorgestellt.
Abstract
Makuladegeneration führt in der Regel zu heterogenen binokularen zentralen Sehfehlern. Derzeit verfügbare Ansätze zur Beurteilung des zentralen Gesichtsfeldes, wie die Mikropermetrie, können jeweils nur ein Auge testen. Daher können sie nicht erklären, wie die Defekte in jedem Auge die binokulare Interaktion und die reale Funktion beeinflussen. Die dichoptische Stimulusdarstellung mit einem blickgesteuerten System könnte ein zuverlässiges Maß für monokulare/binokulare Gesichtsfelder liefern. Die dichoptische Stimulus-Präsentation und die gleichzeitige Eye-Tracking-Darstellung sind jedoch eine Herausforderung, da optische Geräte von Instrumenten, die Stimulusdichoptik präsentieren (z.B. Haploscope), immer eye-trackers stören (z. B. Infrarot-Video-basierte Eyetracker). Daher war das Ziel 1) eine Methode für die dichoptische Stimulusdarstellung mit gleichzeitiger Eye-Tracking zu entwickeln, mit 3D-Shutter-Brillen und 3D-fähigen Monitoren, die nicht von Interferenzen betroffen sind, und 2) diese Methode zu verwenden, um ein Protokoll zur Bewertung des zentralen Gesichtsfeldes bei Probanden mit zentralem Sehverlust zu entwickeln. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Setup eine praktische Lösung für die zuverlässige Messung von Augenbewegungen im dichoptischen Betrachtungszustand bietet. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass diese Methode das augengesteuerte binokulare zentrale Gesichtsfeld bei Probanden mit zentralem Sehverlust beurteilen kann.
Introduction
Makuladegeneration ist im Allgemeinen eine bilaterale Erkrankung, die das zentrale Sehvermögen beeinflusst, und das Muster des visuellen Verlusts kann heterogen sein. Der zentrale Sehverlust kann entweder symmetrisch oder asymmetrisch zwischen zwei Augen1sein. Derzeit stehen mehrere Techniken zur Verfügung, um das zentrale Gesichtsfeld bei der Makuladegeneration zu bewerten. Das Amsler-Rasterdiagramm enthält ein Rastermuster, das zum manuellen Abschirmen des zentralen Gesichtsfelds verwendet werden kann. Automatisierte Perimeter (z. B. Humphrey Gesichtsfeldanalysator) präsentieren Lichtblitze unterschiedlicher Helligkeit und Größe in einer standardisierten Ganzfeldschüssel, um das Gesichtsfeld zu untersuchen. Die Gaze-Kontingent-Mikropermetrie bietet visuelle Impulse auf einem LCD-Display. Mikroperimeter können Mikroaugenbewegungen kompensieren, indem sie einen Bereich verfolgen, der auf der Netzhaut interessiert ist. Mikroperimeter können lokale Regionen in der zentralen Netzhaut auf Funktionsänderungen untersuchen, aber jeweils nur ein Auge testen. Daher können mikroperimetrische Tests nicht erklären, wie sich die heterogenen Defekte an jedem Auge auf die binokulare Interaktion und die reale Funktion auswirken. Es besteht ein unerfüllter Bedarf an einer Methode zur zuverlässigen Bewertung von visuellen Feldern in einem Betrachtungszustand, der der realen Betrachtung annähert. Eine solche Beurteilung ist notwendig, um zu verstehen, wie der Gesichtsfelddefekt eines Auges den binokularen Gesichtsfelddefekt beeinflusst/trägt. Wir schlagen eine neuartige Methode zur Beurteilung des zentralen Gesichtsfeldes bei Menschen mit zentralem Sehverlust unter dichoptikendarischer Betrachtungsbedingung vor (d. h. wenn visuelle Reize jedem der beiden Augen unabhängig dargestellt werden).
Um visuelle Felder zuverlässig zu messen, muss die Fixierung an einem bestimmten Ort beibehalten werden. Daher ist es wichtig, die Eye-Tracking und dichoptische Darstellung für die binokulare Beurteilung zu kombinieren. Die Kombination dieser beiden Techniken kann jedoch aufgrund von Interferenzen zwischen den Beleuchtungssystemen des Eyetrackers (z. B. Infrarot-LEDs) und den optischen Elementen der dichoptischen Präsentationssysteme (z. B. Spiegel von Haploskopen oder Prismen von Stereoskopen) eine Herausforderung darstellen. Alternative Optionen sind die Verwendung einer Eye-Tracking-Technik, die die Sichtlinie nicht stört (z.B. Skleralspulentechnik) oder einen Eyetracker, der mit einer Brille2integriert ist. Obwohl jede Methode ihre eigenen Vorteile hat, gibt es Nachteile. Die erste Methode gilt als invasiv und kann erhebliche Beschwerden verursachen3 und die letzteren Methoden haben geringe zeitliche Auflösungen (60 Hz)4. Um diese Probleme zu überwinden, verwendeten Brascamp & Naber (2017)5 und Qian & Brascamp (2017)6 ein Paar kalter Spiegel (die Infrarotlicht übertragen, aber 95% des sichtbaren Lichts reflektierten) und ein Paar Monitore auf beiden Seiten der kalten Spiegel, um eine dichoptische Präsentation zu erstellen. Infrarot-Video-basierte Eye-Tracker wurde verwendet, um Augenbewegungen in der Haploscope Setup7,8zu verfolgen.
Die Verwendung einer haploscope-typen dichoptischen Darstellung hat jedoch einen Nachteil. Der Drehmittelpunkt des Instruments (Haploscope) unterscheidet sich vom Drehmittelpunkt des Auges. Daher sind zusätzliche Berechnungen (wie in Anhang – A von Raveendran (2013)9beschrieben) für die korrekte und genaue Messung der Augenbewegungen erforderlich. Darüber hinaus müssen die Ebenen der Unterkunft und der Vergence ausgerichtet werden (d. h. die Nachfrage nach Unterkunft und Vergence muss gleich sein). Wenn z. B. der Arbeitsabstand (optischer Gesamtabstand) 40 cm beträgt, beträgt der Bedarf an Unterkunft und Vergence 2,5 Dioptrien bzw. 2,5-Meter-Winkel. Wenn wir die Spiegel perfekt orthogonal ausrichten, dann ist das Haploscope für die Fernbetrachtung ausgerichtet (d.h. die erforderliche Vergence ist Null), aber die erforderliche Unterkunft ist immer noch 2.5D. Daher muss ein Paar konvexer Linsen (+2,50 Dioptrien) zwischen dem Auge und der Spiegelanordnung des Haploscopes platziert werden, um die Ebene der Unterkunft in die Unendlichkeit zu schieben (d. h. die erforderliche Unterkunft ist Null). Diese Anordnung erfordert mehr Raum zwischen dem Auge und der Spiegelanordnung des Haploscopes ist erforderlich, was uns zurück zum Unterschied in den Drehzentren führt. Das Problem der Ausrichtung der Ebenen der Unterkunft und Vergence kann minimiert werden, indem das Haploscope an der nahen Betrachtung ausgerichtet wird, so dass beide Ebenen ausgerichtet sind. Dies erfordert jedoch die Messung des interpupillen den Abstands für jeden Teilnehmer und die entsprechende Ausrichtung von Haploscope-Spiegeln/Stimulus-Präsentationsmonitoren.
In diesem Beitrag stellen wir eine Methode vor, um Infrarot-Video-basiertes Eye-Tracking und dichoptische Stimulus-Präsentation mit drahtlosen 3D-Shutter-Brillen und 3D-fähigen Monitoren zu kombinieren. Diese Methode erfordert keine zusätzlichen Berechnungen und/oder Annahmen, wie sie bei der haploskopischen Methode verwendet werden. Shutter-Brillen wurden in Verbindung mit Eyetrackern zum Verständnis der binokularen Fusion10, sakkadic Adaption11und Augen-Hand-Koordination12verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Stereo-Shutter-Brillen, die von Maiello undKollegen 10,11,12 verwendet wurden, die Shutter-Brille der ersten Generation waren, die über einen Draht verbunden wurden, um mit der Monitor-Aktualisierungsrate zu synchronisieren. Darüber hinaus sind die Shuttergläser der ersten Generation jetzt kommerziell nicht mehr verfügbar. Hier zeigen wir den Einsatz von handelsüblichen drahtlosen Shutter-Brillen der zweiten Generation(Table of Materials), um dichoptische Reize zu präsentieren und monokulare und binokulare Augenbewegungen zuverlässig zu messen. Zusätzlich zeigen wir eine Methode zur Beurteilung monokulärer/binokularer Sehfelder bei Probanden mit zentralem Gesichtsfeldverlust. Während die dichoptische Darstellung des visuellen Stimulus eine monokulare und binokulare Beurteilung von Gesichtsfeldern ermöglicht, erleichtert das binokulare Augentracking unter dichoptikischer Betrachtungsbedingung die Prüfung von Sehfeldern in einem blickgesteuerten Paradigma.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die vorgeschlagene Methode zur Messung von Augenbewegungen in dichoptischen Betrachtungsbedingungen hat viele mögliche Anwendungen. Die Beurteilung von binokularen Sehfeldern bei Teilnehmern mit zentralem Sehverlust, die hier demonstriert wird, ist eine solche Anwendung. Wir verwendeten diese Methode, um das binokulare Gesichtsfeld bei fünfzehn Teilnehmern mit zentralem Sehverlust zu bewerten, um zu untersuchen, wie das fernokulare Betrachten den heterogenen zentralen Gesichtsfeldverlust beeinflusst.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde durch lc Industries Postdoktorandenstipendium an RR und Bosma Enterprises Postdoktoranden-Forschungsstipendium an ak gefördert. Die Autoren danken Drs. Laura Walker und Donald Fletcher für ihre wertvollen Anregungen und Hilfe bei der Themenrekrutierung.
Materials
| 3D monitor | Benq | NA | Approximate Cost (in USD): 500 https://zowie.benq.com/en/product/monitor/xl/xl2720.html |
| 3D shutter glass | NVIDIA | NA | Approximate Cost (in USD): 300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html |
| Chin/forehead rest | UHCO | NA | Approximate Cost (in USD): 750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/ |
| Eyetracker | SR Research | NA | Approximate Cost (in USD): 27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ |
| IR reflective patch | Tactical | NA | Approximate Cost (in USD): 10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch |
| MATLAB Software | Mathworks | NA | Approximate Cost (in USD): 2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html |
| Numerical Keypad | Amazon | CP001878 (model), B01E8TTWZ2 (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2 |
| Psychtoolbox – Add on | Freeware | NA | Approximate Cost (in USD): FREE http://psychtoolbox.org/download.html |
| Tripod (Dekstop) | Manfrotto | MTPIXI-B (model), B00D76RNLS (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS |
Riferimenti
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