Bedömning av binokulära centrala synfält och binokulära ögonrörelser i ett dikoptiskt visningstillstånd
Summary
Presenteras här är ett protokoll för bedömning av binokulära ögonrörelser och blickstyrd central synfält screening i deltagare med centrala vision förlust.
Abstract
Makuladegeneration resulterar vanligtvis i heterogena binokulära centrala visuella defekter. För närvarande tillgängliga metoder för att bedöma centrala synfält, som mikroperimetri, kan bara testa ett öga i taget. Därför kan de inte förklara hur defekterna i varje öga påverkar den binokulära interaktionen och den verkliga funktionen. Dichoptic stimulans presentation med ett blick-kontrollerade system kan ge ett tillförlitligt mått på monokulära/binokulära visuella fält. Dikoptisk stimulanspresentation och samtidig ögonspårning är dock utmanande eftersom optiska enheter av instrument som presenterar stimulans dichoptically (t.ex. haploscope) alltid stör ögonspårare (t.ex. infraröda videobaserade ögonspårare). Därför var målen 1) att utveckla en metod för dikoptisk stimulanspresentation med samtidig ögonspårning, med hjälp av 3D-slutarglasögon och 3D-klara bildskärmar, som inte påverkas av störningar och 2) för att använda denna metod för att utveckla ett protokoll för att bedöma centrala synfält hos personer med central synförlust. Resultaten visade att denna inställning ger en praktisk lösning för tillförlitlig mätning av ögonrörelser i dikoptiskt visningstillstånd. Dessutom visades det också att denna metod kan bedöma gaze-controlled binocular centrala synfält i ämnen med centrala vision förlust.
Introduction
Makuladegeneration är i allmänhet ett bilateralt tillstånd som påverkar centrala vision och mönstret för visuella förlust kan vara heterogena. Den centrala visuella förlusten kan vara antingen symmetrisk eller asymmetrisk mellan två ögon1. För närvarande finns det flera tekniker tillgängliga för att bedöma det centrala synfältet i makuladegeneration. Amsler-rutnätsdiagrammet innehåller ett rutnätsmönster som kan användas för att manuellt screena centrala visuella fält. Automatiserade omkretsar (t.ex. Humphrey visual field analyzer) presenterar ljusblixtar med varierande ljusstyrka och storlekar i en standardiserad ganzfeld skål för att undersöka synfältet. Gaze-contingent mikroperimetry presenterar visuell stimulans på en LCD-skärm. Mikroomkretsar kan kompensera mikroögonrörelser genom att spåra en region av intresse på näthinnan. Mikroomkretsar kan undersöka lokala regioner i den centrala näthinnan för funktionsförändringar men kan bara testa ett öga i taget. Följaktligen kan mikroperimetrisk testning inte förklara hur de heterogena defekterna i varje öga påverkar den binokulära interaktionen och den verkliga funktionen. Det finns ett ouppfyllt behov av en metod för att på ett tillförlitligt sätt bedöma visuella fält i ett visningsskick som nära approximerar verklig visning. En sådan bedömning är nödvändig för att förstå hur synfält defekten i ett öga påverkar/bidrar till binokulära synfält defekten. Vi föreslår en ny metod för att bedöma centrala synfält hos personer med central visuell förlust under dichoptic visning villkor (dvs. när visuella stimuli presenteras självständigt för var och en av de två ögonen).
För att mäta visuella fält på ett tillförlitligt sätt måste fixeringen bibehållas vid en viss locus. Därför är det viktigt att kombinera ögonspårning och dikoptisk presentation för binokulär bedömning. Att kombinera dessa två tekniker kan dock vara utmanande på grund av störningar mellan ögonspårarens belysningssystem (t.ex. infraröda lysdioder) och de optiska elementen i de dikoptiska upplysningssystemen (t.ex. speglar av haploscope eller prismor av stereoscope). Alternativa alternativ är att använda en ögonspårningsteknik som inte stör siktlinjen (t.ex. skleral spoleteknik) eller en ögonspårare som är integrerad medskyddsglasögon 2. Även om varje metod har sina egna fördelar finns det nackdelar. Den tidigare metoden anses vara invasiv och kan orsaka betydande obehag3 och de senare metoderna har låga temporala upplösningar (60 Hz)4. För att övervinna dessa problem använde Brascamp & Naber (2017)5 och Qian & Brascamp (2017)6 ett par kalla speglar (som överförde infrarött ljus men återspeglade 95% av det synliga ljuset) och ett par bildskärmar på vardera sidan av de kalla speglarna för att skapa en dikoptisk presentation. Infraröd videobaserad ögonspårare användes för att spåra ögonrörelser i haploscope setup7,8.
Att använda en dikoptisk presentation av haploscopetyp har dock en nackdel. Instrumentets rotationscentrum (haploscope) skiljer sig från ögats rotationscentrum. Därför krävs ytterligare beräkningar (som beskrivs i tillägg – A av Raveendran (2013)9) för korrekta och exakta mätningar av ögonrörelser. Dessutom måste planen för inkvartering och vergence anpassas (dvs. efterfrågan på boende och vergence måste vara densamma). Om arbetsavståndet (totalt optiskt avstånd) till exempel är 40 cm, är efterfrågan på boende och vergence 2,5 diopters respektive 2,5 meter vinklar. Om vi justerar speglarna perfekt orthogonal, är haploscopet justerat för avlägsen visning (dvs. nödvändig vergence är noll), men det nödvändiga boendet är fortfarande 2.5D. Därför måste ett par konvexa linser (+2,50 diopters) placeras mellan haploscopets ögon- och spegelarrangemang för att driva inkvarteringsplanet till oändligheten (dvs. nödvändigt boende är noll). Detta arrangemang kräver mer utrymme mellan ögat och spegelarrangemanget av haploscope krävs, vilket tar oss tillbaka till skillnaden i rotationscentra. Frågan om att anpassa plan för boende och vergence kan minimeras genom att anpassa haploscopet till den nära visningen så att båda planen är i linje. Detta kräver dock mätning av avståndet mellan pupillerna för varje deltagare och motsvarande inriktning av haploscopespeglar/stimulanser som presenterar bildskärmar.
I det här dokumentet introducerar vi en metod för att kombinera infraröd videobaserad ögonspårning och dikoptisk stimulanspresentation med trådlösa 3D-slutarglasögon och 3D-klara skärmar. Denna metod kräver inga ytterligare beräkningar och/eller antaganden som de som används med den haploscopic metoden. Slutarglasögon har använts tillsammans med ögonspårare för att förstå binokulär fusion10,saccadisk anpassning11, och ögonhandskoordinering12. Det bör dock noteras att stereo-slutarglasögon som används av Maiello ochkollegorna 10,11,12 var den första generationens slutarglasögon, som var anslutna via en tråd för att synkronisera med bildskärmens uppdateringsfrekvens. Dessutom är den första generationens slutarglasögon kommersiellt otillgängliga nu. Här demonstrerar vi användningen av kommersiellt tillgängliga andra generationens trådlösa slutarglasögon (Table of Materials) för att presentera dikoptisk stimulans och på ett tillförlitligt sätt mäta monokulära och binokulära ögonrörelser. Dessutom visar vi en metod för att bedöma monokulära/binokulära visuella fält i ämnen med centrala synfält förlust. Medan dikoptisk presentation av visuell stimulans möjliggör monokulär och binokulär bedömning av visuella fält, binokulär ögonspårning under dikoptiskt visningstillstånd underlättar visuella fält testning i ett blickstyrt paradigm.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den föreslagna metoden för att mäta ögonrörelser i dikoptiskt visningstillstånd har många potentiella tillämpningar. Att bedöma binokulära visuella fält hos deltagare med central synförlust som demonstreras här är en sådan tillämpning. Vi använde denna metod för att bedöma binokulära synfält i femton deltagare med central synförlust för att studera hur binokulär visning påverkar den heterogena centrala synfält förlust.
Det viktigaste steget i protokollet är position…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning finansierades av LC Industries postdoktorala forskningsstipendium till RR och Bosma Enterprises Postdoctoral research fellowship till AK. Författarna vill tacka Drs. Laura Walker och Donald Fletcher för deras värdefulla förslag och hjälp med ämnesrekrytering.
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 |
References
- Fletcher, D. C., Schuchard, R. A. Preferred retinal loci relationship to macular scotomas in a low-vision population. Ophthalmology. 104 (4), 632-638 (1997).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic & Physiological Optics. 34, 214-225 (2014).
- Nyström, M., Hansen, D. W., Andersson, R., Hooge, I. Why have microsaccades become larger? Investigating eye deformations and detection algorithms. Vision Research. , (2014).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic and Physiological Optics. 34 (2), (2014).
- Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behavior Research Methods. 49 (4), 1303-1309 (2017).
- Qian, C. S., Brascamp, J. W. How to build a dichoptic presentation system that includes an eye tracker. Journal of Visualized Experiments. (127), (2017).
- Raveendran, R. N., Bobier, W. R., Thompson, B. Binocular vision and fixational eye movements. Journal of Vision. 19 (4), 1-15 (2019).
- . Binocular vision and fixational eye movements Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10112/12076 (2017)
- . Fixational eye movements in strabismic amblyopia Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/7478 (2013)
- Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusion. Journal of Vision. 14 (8), (2014).
- Maiello, G., Harrison, W. J., Bex, P. J. Monocular and binocular contributions to oculomotor plasticity. Scientific Reports. 6, (2016).
- Maiello, G., Kwon, M. Y., Bex, P. J. Three-dimensional binocular eye-hand coordination in normal vision and with simulated visual impairment. Experimental Brain Research. 236 (3), 691-709 (2018).
- Agaoglu, S., Agaoglu, M. N., Das, V. E. Motion Information via the Nonfixating Eye Can Drive Optokinetic Nystagmus in Strabismus. Investigative Opthalmology & Visual Science. 56 (11), 6423 (2015).
- Erkelens, C. J. Fusional limits for a large random-dot stereogram. Vision Research. 28 (2), 345-353 (1988).
- Seiple, W., Szlyk, J. P., McMahon, T., Pulido, J., Fishman, G. A. Eye-movement training for reading in patients with age-related macular degeneration. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 46 (8), 2886-2896 (2005).
- Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: Some potential pitfalls and remedies. Vision Research. 51 (9), 997-1012 (2011).
- Pratt, J. D., Stevenson, S. B., Bedell, H. E. Scotoma Visibility and Reading Rate with Bilateral Central Scotomas. Optom Vis Sci. 94 (31), 279-289 (2017).
- Babu, R. J., Clavagnier, S., Bobier, W. R., Thompson, B., Hess, R. F., PGH, M. Regional Extent of Peripheral Suppression in Amblyopia. Investigative Opthalmology & Visual Science. 58 (4), 2329 (2017).
- Ebenholtz, S. M. Motion Sickness and Oculomotor Systems in Virtual Environments. Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 302-305 (1992).
