本文介绍了一种用于评估中心视力丧失受试者双眼眼动及凝视控制的中心视野筛查的实验方案。
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本文内容
摘要
摘要
黄斑变性通常导致双眼中心视野出现异质性视觉缺损。目前用于评估中心视野的方法，如微视野检查，一次只能检测一只眼睛，因此无法解释每只眼的缺损如何影响双眼相互作用及真实世界的视觉功能。采用眼动控制系统的双目分视刺激呈现方法可为单眼/双眼视野提供可靠的测量手段。然而，双目分视刺激呈现与同步眼动追踪存在技术挑战，因为用于实现分视刺激呈现的光学设备（例如，haploscope）总会干扰眼动追踪装置（例如，基于红外视频的眼动仪）。因此，本研究的目标是：1）开发一种基于3D快门眼镜和3D-ready显示器的双目分视刺激呈现方法，实现不受干扰的同步眼动追踪；2）利用该方法建立一套用于评估中心视力丧失受试者中心视野的实验方案。结果表明，该装置能够在双目分视观察条件下可靠地测量眼动。此外，还证明了该方法可用于评估中心视力丧失受试者在眼动控制下的双眼中心视野功能。
引言
年龄相关性黄斑变性通常是一种影响双眼中心视力的双侧性疾病，其视力丧失模式具有异质性。双眼的中心视力丧失可能对称，也可能不对称1。目前已有多种技术可用于评估黄斑变性患者的中心视野。Amsler方格图包含一个网格图案，可用于手动筛查中心视野。自动视野计（例如Humphrey视野分析仪）在标准化的全视野碗中呈现不同亮度和大小的光刺激，以探测视野范围。注视追踪微视野计则在液晶显示屏上呈现视觉刺激。微视野计可通过追踪视网膜上的感兴趣区域来补偿微小的眼球运动。这类设备能够检测中心视网膜局部区域的功能变化，但每次只能检测一只眼睛。因此，微视野检测无法解释每只眼的异质性缺损如何影响双眼相互作用及真实世界中的视觉功能。目前尚缺乏一种可在接近真实视觉条件下可靠评估视野的方法。此类评估对于理解单眼视野缺损如何影响或贡献于双眼视野缺损至关重要。我们提出一种新颖的方法，用于在双目分视条件下（即视觉刺激独立呈现于双眼）评估具有中心视力丧失个体的中心视野。
为了可靠地测量视野，必须在给定位置维持注视。因此，将眼动追踪与双目分视呈现相结合，对于双眼评估至关重要。然而，由于眼动追踪仪的照明系统（例如，红外LED）与分视呈现系统（例如，haploscope的反射镜或立体镜的棱镜）的光学元件之间可能存在干扰，将这两种技术结合使用具有挑战性。替代方案包括使用不影响视线的眼动追踪技术（例如，巩膜线圈技术），或使用与护目镜集成的眼动追踪仪
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方案
以下所述的所有操作步骤和方案均经堪萨斯州威奇托市威奇托州立大学机构审查委员会审核并批准。所有参与者均签署了知情同意书。
1. 受试者选择
- 招募了视力正常的参与者（n=5，4名女性，平均年龄 ± 标准误：39.8 ± 2.6岁）以及因黄斑变性（年龄相关性/青少年性）导致中心视力丧失的参与者（n=15，11名女性，78.3 ± 2.3岁）。需要注意的是，两组参与者年龄差异较大，这是由于中心视力丧失受试者的人口学特征所致（年龄相关性黄斑变性多发于年长人群，且女性发病率较高）。此外，本研究的目的并非比较这两组队列。
2. 实验准备
- 使用无线3D主动快门眼镜（材料表) 可与任何支持3D的显示器同步。要使快门眼镜正常工作，红外发射器（一个小型金字塔形黑色盒子）与快门眼镜鼻托处的红外接收器（传感器）之间不应存在干扰。
- 在一台3D显示器（1920 x 1080像素，144 Hz）上呈现所有视觉刺激。为确保显示器与3D眼镜无缝协作，需安装适当的驱动程序。
- 使用安装在桌面上的基于红外视频的眼动仪（材料表) 能够以 1000 Hz 的采样率测量眼动。将眼动仪的红外光源和摄像头分别安装在可调节高度和角度的三脚架（材料表）上，以确保其稳固。将摄像头置于受试者前方 20–30 cm....
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结果
一名具有正常双眼视觉的受试者在两种不同观察条件下的代表性双眼眼动轨迹如图所示（图4）。当双眼同时观察刺激时（图4A），以及当左眼观察刺激而右眼处于主动快门遮挡状态时（图4B），均可实现连续的眼动追踪。从这些轨迹中可以明显看出，本方法不会影响眼动测量的质量，并且能够对长时间实验中的眼动进行准确测量。随后我们证明，该方法即使在具有中心视野缺损的难治性受试者中，也能可靠地测量眼动（图5）。该方法的一个重要应用是筛查具有（图6）和不具有（补充图1）中心视野缺损的受试者的中心视野。该方法提供了一种记录在双眼睁开状态下真实视觉环境中中心视野缺损影响的途径。在此代表性受试者（见补充表2中的S7）中观察到了双眼优势（即双眼同时观察时看到的点数多于仅用右眼或左眼观察时）。对所有具有中心视野缺损.......
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讨论
在双目分视条件下测量眼动的 proposed 方法具有多种潜在应用。本文所展示的对中心视力丧失受试者进行双目视野评估便是其中一种应用。我们采用该方法对15名中心视力丧失的受试者进行了双目视野评估，以研究双目观察如何影响异质性的中心视野缺损。
该方案中最重要的步骤是调整眼动仪红外光源的位置（眼睛的距离和角度），以实现最佳照明。这对于眼动仪持续捕捉角膜反射点和瞳孔中心至关重要。一旦实现理想位置，即使佩戴矫正眼镜或存在中心视力缺损的受试者，也应能保持连续追踪。在长时间测试过程中，需注意受试者的姿势变化，尤其是头部倾斜（即使头部和下巴已固定），因为这可能干扰眼动追踪。通过缩短整体测试时间，可尽量减少姿势改变和疲劳。对于较难测试的受试者，测试时长主要取决于完成成功校准/验证所需的时间。在黄斑变性受试者中，整个测试过程的总时长约为45分钟。红外反射贴片、发射器以及眼动仪红外光源的位置，对快门眼镜的正常运行至关重要。对于视力正常的受试者，可采用默认校准模式（如9点校准或HV 9）。然而，在评估中心视力缺损受试者时，可能需要使用其他替代方案（如5点校准或HV 5），和/或较大的自定义校准目标（如黑.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。本研究的部分内容曾以摘要形式在2019年美国验光学会年会上发表，摘要标题为“黄斑变性中的双眼中心视觉功能”。
致谢
本研究由LC Industries博士后研究基金资助RR，以及由Bosma Enterprises博士后研究基金资助AK。作者谨此感谢Laura Walker博士和Donald Fletcher博士在受试者招募方面提供的宝贵建议和帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3D显示器 | Benq | NA | 近似成本（美元）：500 https://zowie.benq.com/zh-cn/product/monitor/xl/xl2720.html |
| 3D快门眼镜 | NVIDIA | NA | 约计成本（美元）：300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html |
| 下颌/前额托 | UHCO | NA | 近似成本（美元）：750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/ |
| 眼动仪 | SR Research | NA | 近似成本（美元）：27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ |
| 红外反射贴片 | 战术 | NA | 约成本（美元）：10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch |
| MATLAB 软件 | Mathworks | NA | 近似成本（美元）：2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html |
| 数字小键盘 | 亚马逊 | CP001878（型号），B01E8TTWZ2（ASIN） | 近似成本（美元）：15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2 |
| Psychtoolbox - 附加组件 | 免费软件 | NA | 近似成本（美元）：免费 http://psychtoolbox.org/download.html |
| 三脚架（台式） | 曼富图 | MTPIXI-B（型号），B00D76RNLS（ASIN） | 约计成本（美元）：30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS |
参考文献
- 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.
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