Summary
La ambliopía es un trastorno del desarrollo de la corteza visual, que es acompañado a menudo por fuerte supresión de un ojo. Se presenta una nueva técnica para la medición y el tratamiento de supresión interocular en pacientes con ambliopía que se pueden implementar con gafas de realidad virtual o un dispositivo portátil iPod Touch.
Abstract
La ambliopía, un trastorno del desarrollo de la corteza visual, es una de las principales causas de la disfunción visual en la población en edad de trabajar. Las estimaciones actuales cifran la prevalencia de la ambliopía en aproximadamente 1-3% 1-3, la mayoría de los casos son monocular 2. La ambliopía es causada con mayor frecuencia por la desalineación ocular (estrabismo), desenfoque provocado por el error de refracción desigual (anisometropía), y en algunos casos por la privación formulario.
Aunque inicialmente se ambliopía causada por la entrada visual anormal en la infancia, una vez establecido, el déficit visual sigue siendo a menudo cuando la entrada visual normal se ha restaurado con cirugía y / o corrección refractiva. Esto es porque la ambliopía es el resultado de anormal desarrollo de la corteza visual en lugar de un problema con el ojo ambliópico sí 4,5. La ambliopía se caracteriza tanto por déficit monocular y binocular 6,7 que incluyen la agudeza visual y el deterioro s pobre o ausentetereopsis respectivamente. La disfunción visual en la ambliopía a menudo se asocia con una fuerte supresión de las entradas del ojo ambliópico en condiciones de visión binocular 8. El trabajo reciente ha indicado que la supresión puede jugar un papel central tanto en el monocular y binocular déficits asociados con la ambliopía 9,10.
Actuales pruebas clínicas para la supresión tienden a verificar la presencia o ausencia de supresión en lugar de dar una medida cuantitativa del grado de supresión. Aquí se describe una técnica para medir la supresión ambliópico con un dispositivo compacto, portátil 11,12. El dispositivo consiste en un ordenador portátil conectado a un par de gafas de realidad virtual. La novedad de la técnica radica en la manera de presentar estímulos visuales para medir la supresión. Los estímulos se muestra al ojo ambliópico en contraste alto, mientras que el contraste de los estímulos que se muestran para el ojo no ambliópico son variados. Los pacientes realizar una simple señal / ruido tarea que permite una medición precisa de la fuerza de las interacciones excitatorios binocular. El contraste de desplazamiento en el que ni los ojos tiene una ventaja de rendimiento es una medida de la "punto de equilibrio", y es una medida directa de la supresión. Esta técnica se ha validado psychophysically tanto en el control de poblaciones de pacientes y 13,14 6,9,11.
Además de medir la supresión de esta técnica también forma la base de una nueva forma de tratamiento para disminuir la supresión en el tiempo y mejorar la función binocular y monocular a menudo en pacientes adultos con ambliopía 12,15,16. Este nuevo enfoque de tratamiento se puede implementar en el sistema de gafas se ha descrito anteriormente o en un dispositivo iPod táctil especialmente modificado 15.
Protocol
1. La medición de la represión
- Antes de comenzar la medición de la supresión, dar las instrucciones para el paciente detalladas (véase 1.8) y mostrar los estímulos visuales relacionados con los pasos 1.2-1.8 por debajo de la pantalla del portátil. Todos los pacientes deben usar la corrección refractiva completo (gafas / lentes de contacto) durante todo el procedimiento, convenientemente ajustada para la distancia de trabajo.
- Las gafas (eMagin 8700) debe ser instalado en el paciente (en la parte superior de las gafas / lentes de contacto) y ajustado correctamente. Asegurarse de que las pantallas de sentarse paralelo a la superficie ocular. Las pantallas se puede ajustar para dar cuenta de la distancia interpupilar de cada paciente. Instrucciones para conectar y calibrar las gafas se pueden encontrar aquí: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf .
- Los estímulos consisten en dos poblaciones de puntos en movimiento, una población moving en una dirección común (la 'señal' puntos) y el movimiento en direcciones aleatorias (el 'ruido' puntos). La misión del observador es dar a conocer la dirección de la señal. Dificultad de la tarea se manipula mediante la variación de la proporción relativa de señal a ruido de puntos en el estímulo.
- Los programas personalizados de Matlab que controlan estas mediciones utilizar un 3-1-abajo procedimiento de escalera. Hay dos etapas de medición separados. El primero proporciona un umbral binocular, es decir, el umbral de número de puntos de señal requeridas cuando ambos puntos de señal y de ruido se presentan a los dos ojos a alto contraste. El segundo programa mide el desequilibrio contraste necesario para alcanzar el umbral mismo cuando las poblaciones de puntos se presentan a los ojos separados.
- Diferentes imágenes se muestran en las pantallas de gafas a través del uso de un DualHead2Go Matrox, (Montreal, Canadá) dispositivo.
- Para comenzar la evaluación de la supresión, en primer lugar medir un umbral binocular. Aquí el mismo visual ar estímulose muestra a ambos ojos y el número mínimo de puntos de señal necesaria para juzgar con precisión la dirección del movimiento del punto se mide.
- Para alinear los ojos, la pantalla mostrará una cruz media negro en cada ojo contra una pantalla blanca. Usando el teclado, la paciente se le pide para mover el medio de la cruz visto por el ojo ambliópico hasta que se alinee con el medio visto por el ojo contralateral. Es importante que el paciente se aconseja que la imagen vista por el ojo ambliópico puede ser borrosa, pero es la alineación que es importante. Si la imagen en movimiento desaparece de la vista preguntar al paciente que parpadee con más frecuencia, ya que puede mejorar la visibilidad de la imagen. Exacta alineación ocular (valores de píxeles) se pueden extraer después de cada medición para determinar la repetibilidad de esta tarea.
- Una vez que los informes de los pacientes que las cruces medio están alineados, el procedimiento de medición puede comenzar. Cada medición tarda unos tres minutos en completarse. Cinco mediciones escaleras cortas son completed para cada una de las dos partes de la medición. Las siguientes instrucciones deben darse antes de comenzar la medición:
- Instrucciones para el observador:
"Durante esta prueba, se le pedirá que hacer un juicio sobre el sentido de la imagen en movimiento."
"Va a ver a un grupo de puntos blancos / gris contra un fondo gris. Después de cada presentación que le pedirá que decidir si los puntos son en su mayoría moviendo hacia la izquierda o hacia la derecha con las teclas de flecha izquierda y derecha en el teclado delante de usted . "
"Hay dos grupos de puntos, algunos se mueven suavemente hacia la izquierda o hacia la derecha (los puntos de señal), el otro grupo parece que se mueven en direcciones aleatorias."
"Por favor, trata de decidir qué dirección los puntos de señal se mueve en (derecha o izquierda), entre la confusión de los puntos al azar." "A medida que continúe la toma de decisiones en el número de puntos aleatorios se incrementará, lo que hace más difícil ver los puntos de señal, cuando se pone tan difícil que no puede decir la dirección, por favor, simplemente tomarsu mejor respuesta ". - La primera medida ahora se puede iniciar. Una buena instrucción 'último minuto' es para recordar a los participantes a parpadear regularmente ("un buen momento para parpadear cuando se pulsa el botón").
- Cinco mediciones con el paradigma escalera binocular se hacen ahora. Alineación ocular se repite antes de cada medición se inicia.
- El resultado de cada medición es el umbral de número de puntos de señal (de 100 puntos totales) requeridos para juzgar correctamente la dirección cuando los dos ojos ver los mismos estímulos. El programa también informa de la gama de respuestas como un error estándar de la medición.
- Para la siguiente medición, la escalera contraste, los cinco resultados de las escaleras binocular se promedian y el umbral resultante define el número de puntos de señal presentados para el ojo ambliópico. Los puntos restantes de ruido se presentan en el ojo no ambliópico a diferentes contrastes para evaluar supresión.
- Para esta medición el ojo ambliópicosiempre ve los puntos de alto contraste, mientras que el contraste de los puntos de ruido demostrado que el ojo no ambliópico se varía mediante un procedimiento de escalera. Al comienzo de la escalera de un número fijo de puntos de señal (obtenido del paso 1,11) se muestran en el ojo ambliópico a 100% de contraste y el número restante de puntos de ruido se muestran para el ojo contralateral en el 0% de contraste (es decir, sin puntos de ruido son visibles resultando en la supresión mínima). La identificación correcta de los resultados de dirección de la señal de punto en un aumento en el contraste de los puntos de ruido mostrados para el otro ojo de acuerdo con el algoritmo de escalera 3-down 1-up. Durante la medición, el contraste de los puntos de ruido mostrado el otro ojo es variada por la escalera hasta la ejecución de tareas converge en 79% de aciertos. Esto indica que los puntos de señal y ruido se combinan entre los dos ojos para producir el mismo nivel de rendimiento de la tarea que se observó en condiciones de visión binocular (paso 1,11). La relación de contraste de lalos puntos de señal presentada al ojo ambliópico (siempre 100%) en relación con el contraste de los puntos de ruido mostrados para el ojo contralateral en el umbral es una medida del punto de equilibrio. Aumentar el contraste de los puntos de ruido mostrados para el otro ojo encima de este punto daría lugar a la supresión de los puntos de señal que se muestran en el ojo ambliópico y deterioro en el rendimiento de la tarea.
- Cinco mediciones se hacen del desequilibrio contraste y un resultado medio se calcula. El resultado informa al examinador sobre el nivel de desequilibrio de contraste que es necesaria para superar la supresión y permitir que el ojo ambliópico y otro ojo para ver los puntos simultáneamente.
2. El uso de este método de entrenamiento
- El desequilibrio contraste encontrado en el paso por encima de 1,14 se puede utilizar como un punto de partida para un régimen de entrenamiento. La formación consiste en la integración del uso de las imágenes dichoptic con el desequilibrio de contraste en un formato de videojuego ("tetris"). El juego de vídeo se puede implementar eno bien las gafas de realidad virtual o en un dispositivo iPod touch.
- El juego de vídeo tetris implica una serie de bloques que caen que se monten juntos para formar líneas completas. El ojo ambliópico ve bloques completos de contraste, y el otro ojo ve imágenes reducidas de contraste. La información presentada en cada ojo debe percibir simultáneamente para un juego exitoso.
- Con el tiempo como el régimen de formación continúa el desequilibrio contraste se reduce aumentando el contraste con el ojo contralateral, lo que hace más difícil para el sistema visual para superar la supresión causada por más imágenes dichoptic similares.
- Duración de la formación debe ser 1-2 hr un día y se continuó hasta que no mejora adicional en desequilibrio de contraste (aumento en el contraste presentado para el otro ojo) se observa. Durante el régimen de entrenamiento, los controles de la función monocular y binocular se debe realizar con regularidad (determinada por la edad del paciente y la condición subyacente). Pruebas de agudeza visual monocular estereopsis,y pruebas estándar de supresión son particularmente importantes para informar sobre el progreso.
Representative Results
El nivel de supresión se ha encontrado en el método descrito depende de la causa subyacente de la ambliopía, el tratamiento anterior, el uso de la corrección refractiva y la agudeza visual. Debido a que cada paciente tiene una historia muy particular, es difícil de definir valores "normales" de la supresión o hacer comparaciones entre las personas. En general, esperamos que aquellos con peor agudeza visual a un nivel más profundo de la supresión 9. Durante el entrenamiento, como reducir el desequilibrio contraste entre los ojos, la profundidad de supresión típicamente reduce y esto mejora una serie de funciones binocular y monocular. Este cambio en la supresión ha sido demostrada en varias poblaciones de pacientes (ver Figuras 3 y 4 en 12 de referencia, la Tabla 3 y la Figura 9 en la referencia 15 y en la Figura 2 en la referencia 16). Es importante señalar que las mediciones detalladas de la supresión usando thestá técnica tiene el potencial de mejorar nuestra comprensión del síndrome de ambliopía.
Figura 1. El equipo utilizado para medir la supresión que incluye 1) laptop 2) Gafas 3) divisor de señal.
Figura 2. Las gafas colocadas correctamente en un participante del estudio.
Figura 3. Una visión general de los estímulos kinetogram aleatorias de puntos (Paso 1.2/1.3). El panel superior muestra la fase de alineación en la que aparece una cruz media para cada ojo monocular como una señal para bino cular alineación. El panel del medio muestra la señal a ruido paradigma donde los puntos de señal se presentan al ojo ambliópico sólo y los puntos de ruido se presentan para el otro ojo, en condiciones binoculares se combinan la señal y el ruido a un umbral de coherencia de movimiento que se utiliza a continuación en el contraste variable etapa de la medición. El panel inferior muestra el umbral de contraste, este procedimiento utiliza el umbral de coherencia movimiento a un nivel fijo de señal a ruido, y muestra diferentes niveles de contraste entre los dos ojos. El punto en el cual los dos ojos ver una entrada binocular equilibrada es el umbral de contraste o "punto de equilibrio".
Pantallas de la figura 4. (Paso 1.7) alineación como se ve a través de las gafas, horizontales y verticales de teclas de flecha se utilizan para alinear los objetivos hasta una cruz entera se ve.
Figura 5. Una visión general del protocolo de entrenamiento.
Figura 6. Ejemplo de datos clínicos y psicofísicos obtenidos de participante adulto con ambliopía estrábica que completado el procedimiento de formación (los pasos 2.1 a 2,4). Figura 6A muestra el cambio en la agudeza visual (medida con un gráfico logarítmico estilo en unidades logMAR más de cuatro semanas de capacitación, tanto para el ojo ambliópico (AME) y el otro ojo (FFE)). Los valores más bajos indican LogMAR mejor agudeza visual. El número acumulado de horas de juego se muestra entre paréntesis en el eje x. Figura 6B muestra el cambio en el contraste imbalanza más de cuatro semanas de entrenamiento. El eje y muestra el contraste que podría ser tolerada en el otro ojo, por lo tanto, los valores mayores indican menos supresión. Al inicio de la formación sólo el 30% de contraste se puede tolerar en el otro ojo antes de que el ojo ambliópico fue suprimida. Sin embargo, como la formación progresado, más contraste puede tolerarse que indica una disminución de la supresión. Figura 6C muestra la mejora en estereoagudeza durante el período de formación (medida con la prueba estéreo Randot). Cero sobre el eje y indica la ausencia de visión estéreo y valores crecientes indican la mejora de la sensibilidad estéreo (las unidades son el recíproco del umbral estéreo en segundos de arco).
Figura 7. Estándar pruebas clínicas utilizadas para evaluar el estado de la visión binocular antes y después del entrenamiento incluyendo la prueba Worth 4 puntos (arriba izquierda), le BagolliniNSES (arriba a la derecha), Randot Stereopsis prueba (parte inferior izquierda) y TNO prueba de estereopsis (parte inferior derecha).
Discussion
Las técnicas de supresión de medición y de tratamiento descritos en este documento son muy dependientes de la manipulación del contraste de las imágenes vistas por cada ojo. Específicamente, el desequilibrio relativo contraste interocular a la que se produce combinación binocular, es decir, el "punto de equilibrio contraste", proporciona una medida de supresión 6,11,17. Además, por repetidamente exponer a los pacientes con ambliopía y supresión de "equilibradas" estímulos visuales, es posible reducir la supresión y potencialmente mejorar tanto la función binocular y monocular visual 12,15,16. Estas técnicas suponen un avance en la medición de la represión y un nuevo enfoque de tratamiento de la ambliopía, respectivamente. Ensayos clínicos disponibles en la actualidad para evaluar la represión como la prueba Worth 4 luces y los cristales estriados Bagolini evaluar si la supresión está presente o ausente, y otras pruebas, como la barra de Sbisa cuantificar el nivel de supresión por el uso de neutroLos filtros de densidad. Nuestra técnica proporciona información clínica adicional al permitir que la fuerza de supresión para cuantificar con precisión. La ambliopía, que a menudo se asocia con la represión, se trata generalmente mediante la oclusión del ojo no ambliópico o degradar la imagen en el ojo no ambliópico con el fin de fomentar el uso del ojo ambliópico 18. Si bien esta técnica es eficaz para mejorar la función del ojo ambliópico 18, no se refiere directamente a los déficits binoculares asociadas con ambliopía. Nuestra técnica se dirige directamente a la función visual binocular y se ha encontrado que este enfoque puede mejorar tanto la función binocular y monocular en pacientes adultos con ambliopía 12,15,16. Los métodos de medición y de tratamiento descritos son adecuados para uso en adultos y niños, aunque los juegos pueden necesitar ser adaptados para su uso en poblaciones más jóvenes pediátricos. Actualmente estamos desarrollando juegos adicionales para este propósito.
Nuestrotécnicas tienen limitaciones. Algunos pacientes con una supresión estrabismo y fuerte les resulta difícil alinear las imágenes mostradas para cada ojo en el inicio del protocolo de medición supresión. Aunque es posible que tales pacientes alinear las 17 imágenes, esto puede llevar mucho tiempo. En cuanto al tratamiento, es importante trabajar junto a un médico debidamente cualificado en todo el régimen de entrenamiento, y considerar el riesgo de diplopía (visión doble) si la supresión se reduce. Nuestro trabajo previo en este tipo de tratamiento se ha centrado en los pacientes con anisometropía o estrabismo de ángulo pequeño y los pacientes no han desarrollado diplopía, sin embargo, el riesgo de diplopía debe ser cuidadosamente examinado por un médico debidamente cualificado en un paciente por cada paciente antes del tratamiento se administra .
Al configurar las técnicas para la primera vez, es importante asegurarse de que todas las conexiones de hardware son seguras y que todos los controladores pertinentes están enestancado y actualizados en el equipo host. También es importante la utilización de un ordenador equipado con una tarjeta gráfica que sea compatible con la tarjeta gráfica Matrox se describe en el protocolo y que soporta una resolución de pantalla de 1600x600 (una vez que los controladores Matrox están instaladas) para asegurarse de que cada pantalla de las gafas tiene un claro imagen. Hemos encontrado que la mayoría de los problemas encontrados al configurar el sistema se producen debido a una configuración incorrecta de resolución de pantalla y la ausencia de actualizada de los controladores para el hardware necesario. También es importante asegurarse de que ambas pantallas gafas tienen una luminancia igual antes de la medición de supresión para asegurar medidas precisas y estables.
Las técnicas descritas proporcionan una base para el desarrollo futuro de la medición de la represión y tratamiento. En particular, el desarrollo de los juegos de video más atractivas basadas en el principio básico de contraste variable entre los ojos puede hacer que este enfoque más eficaz y unppealing a los pacientes más jóvenes. Aparte de su uso clínico, estas técnicas también se pueden utilizar en un entorno de investigación para explorar los mecanismos neurales que subyacen a la supresión y el papel que las interacciones inhibidoras entre los ojos juegan en el sistema visual normal 13.
Disclosures
Las técnicas descritas en este manuscrito son la base de las dos patentes de BT y RFH, uno de los cuales está también sostenida por JC y LT.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment for the measurement of suppression | |||
| Computer equipped with a graphics card compatible with a Matrox Duel Head to Go device (see below) and Psychtoolbox19,20 | Any Suitable Manufacturer | ||
| Matlab software of a version compatible with Psychtoolbox | Mathworks | ||
| Psychtoolbox and custom software for stimulus generation | Psychtoolbox | Psychtoolbox is available for download from psychtoolbox.org and the additional custom software is available from the corresponding author upon request. | |
| Matrox Duel Head to Go | Matrox | ||
| Z800 3D dual pro-HMD video goggles | eMagin Corporation | ||
| Equipment for the treatment of suppression | |||
| iPod Touch | Apple | ||
| Screen overlay to allow for dichopic viewing of the iPod | Spatial View | ||
| Custom software for the tetris treatment game | The software was built using Spatial View's proprietary SDK, full details have been published previously15 | ||
References
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