Summary
L'amblyopie est un trouble du développement du cortex visuel qui est souvent accompagnée d'une forte suppression d'un œil. Nous présentons une nouvelle technique de mesure et de traitement de suppression interoculaire chez les patients présentant une amblyopie qui peuvent être déployées à l'aide des lunettes de réalité virtuelle ou d'un appareil portatif iPod Touch.
Abstract
L'amblyopie, un trouble du développement du cortex visuel, est l'une des principales causes de dysfonctionnement visuel dans la population en âge de travailler. Selon les estimations actuelles de la prévalence de l'amblyopie à environ 1-3% 1-3, la majorité des cas étant monoculaire 2. L'amblyopie est le plus souvent due à un désalignement oculaire (strabisme), le flou provoqué par une erreur de réfraction inégale (anisométropie), et dans certains cas, d'une peine privative formulaire.
Bien que l'amblyopie est d'abord causée par l'entrée visuelle anormale dans la petite enfance, une fois établi, le déficit visuel reste souvent lorsque l'entrée visuelle normale a été restauré en utilisant la chirurgie et / ou la correction de réfraction. C'est parce que l'amblyopie est le résultat d'une anomalie du cortex visuel développement plutôt qu'un problème à l'œil amblyope lui-même 4,5. L'amblyopie est caractérisé par des déficits monoculaire et binoculaire 6,7 qui comprennent l'acuité visuelle altérée et s pauvre ou absenttereopsis respectivement. La dysfonction visuelle dans l'amblyopie est souvent associée à une forte suppression des entrées de l'oeil amblyope dans des conditions de vision binoculaire 8. Des travaux récents ont indiqué que la suppression peut jouer un rôle central dans le monoculaire et binoculaire déficits associés à l'amblyopie 9,10.
Actuelles des essais cliniques destinés à supprimer tendent à vérifier la présence ou l'absence de suppression plutôt que de donner une mesure quantitative du degré de suppression. Nous décrivons ici une technique pour mesurer la suppression amblyope avec un dispositif compact et portatif 11,12. Le dispositif est constitué d'un ordinateur portable connecté à une paire de lunettes de réalité virtuelle. La nouveauté de la technique réside dans la façon dont nous présentons les stimuli visuels pour mesurer la suppression. Les stimuli sont présentés à l'oeil amblyope à contraste élevé tandis que le contraste des stimuli présentés à l'œil non amblyope sont variées. Les patients d'effectuer une simple signal / bruit tâche qui permet une mesure précise de la force de excitatrices interactions binoculaires. Le contraste compensée au cours de laquelle ni l'œil a un avantage de performance est une mesure de la "point d'équilibre" et est une mesure directe de la répression. Cette technique a été validée psychophysique à la fois dans le contrôle et 13,14 des patients 6,9,11 populations.
En plus de mesurer la suppression de cette technique constitue également la base d'une nouvelle forme de traitement pour diminuer la suppression au fil du temps et améliorer la fonction binoculaire et monoculaire souvent chez les patients adultes atteints de l'amblyopie 12,15,16. Cette nouvelle approche thérapeutique peut être déployée sur le système de lunettes décrit ci-dessus ou sur un périphérique iPod touch spécialement modifiés 15.
Protocol
1. La mesure de la répression
- Avant de commencer la mesure de suppression, de donner les instructions détaillées du patient (voir 1.8) et de montrer les stimuli visuels relatifs aux étapes 1.2 à 1.8 ci-dessous sur l'écran du portable. Tous les patients doivent porter une correction de réfraction complète (verres / lentilles de contact) tout au long de la procédure, ajusté pour le travail à distance.
- Les lunettes (eMagin 8700) doit être installé sur le patient (au-dessus de lunettes / lentilles de contact) et bien réglé. Faire en sorte que les écrans de s'asseoir parallèle à la surface oculaire. Les écrans peuvent être ajustés pour tenir compte de la distance interpupillaire de chaque patient. Instructions de connexion et l'étalonnage des lunettes peuvent être trouvés ici: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf .
- Les stimuli sont constitués de deux populations de points mobiles, une population moving dans une direction commune (le «signal» points) et l'autre mobile dans des directions aléatoires (le «bruit» des points). La tâche de l'observateur est de rendre compte de la direction du signal. Difficulté de la tâche est manipulée en faisant varier la proportion relative des points de signal à bruit dans la stimulation.
- Les programmes personnalisés de Matlab qui contrôlent ces mesures utilisent une procédure 3-1-escalier vers le bas vers le haut. Il ya deux étages de mesure distincts. La première fournit un seuil binoculaire, qui est le nombre de points de signal de seuil requise lorsque les deux points de signal et de bruit sont présentés dans les deux yeux à contraste élevé. Le programme deuxième mesure du déséquilibre contraste nécessaire pour atteindre le seuil même lorsque les populations sont présentées par points séparés pour les yeux.
- Différentes images sont affichées sur les écrans des lunettes de protection grâce à l'utilisation d'un DualHead2Go de Matrox (Montréal, Canada) périphérique.
- Pour commencer l'évaluation de suppression, d'abord mesurer un seuil binoculaire. Voici le même visuel stimuli are représenté aux deux yeux et le nombre minimum de points de signal requis pour estimer avec précision la direction du mouvement de points est mesurée.
- Pour aligner les yeux, les écrans affiche une croix noire moitié dans chaque œil sur un écran blanc. En utilisant le clavier, le patient est invité à se déplacer de la moitié de la croix visible à l'œil amblyope jusqu'à ce qu'il s'aligne avec la moitié perçue par l'œil adelphe. Il est important que le patient est informé que l'image vue par l'œil amblyope peut être floue, mais c'est l'alignement qui est important. Si l'image en mouvement disparaît de la vue demander au patient de cligner des yeux plus souvent que ce qui peut améliorer la visibilité de l'image. Alignement oculaire exacte (les valeurs de pixels) peut être extrait après chaque mesure de vérifier la répétabilité de cette tâche.
- Une fois que les rapports des patients que les croix demi sont alignés, la procédure de mesure peut commencer. Chaque mesure dure environ trois minutes. Cinq mesures à court escalier sont completed pour chacune des deux parties de la mesure. Les instructions suivantes doivent être accordée avant que la mesure commence:
- Instructions pour l'observateur:
«Au cours de ce test, vous serez invité à porter un jugement sur le sens des images en mouvement."
«Vous allez voir un groupe de points blancs / gris sur un fond gris. Après chaque présentation, je vais vous demander de décider si les points sont la plupart du temps vers la gauche ou vers la droite en utilisant les touches fléchées gauche et droite sur le clavier en face de vous . "
«Il ya deux groupes de points, dont certains se déplacent en douceur vers la gauche ou vers la droite (les points de signal), l'autre groupe semblent se déplacer dans des directions aléatoires."
"S'il vous plaît essayer de décider dans quelle direction les points de signaux vont dans (droite ou gauche) parmi la confusion des points aléatoires." "Comme vous continuez à prendre des décisions au nombre de points aléatoires va augmenter, ce qui rend plus difficile de voir les points de signal, quand il est si difficile que vous ne pouvez pas dire le sens, s'il vous plaît il suffit de prendrevotre meilleure estimation ». - La première mesure peut maintenant commencer. Une bonne instruction "last minute" est de rappeler au participant régulièrement à clignoter ("un bon moment à clignoter quand vous appuyez sur le bouton").
- Cinq mesures à l'aide du paradigme escalier jumelles sont maintenant faites. L'alignement oculaire est répété avant chaque mesure est démarré.
- Le résultat de chaque mesure est le nombre minimal de points de signal (sur 100 points au total) nécessaires pour évaluer correctement la direction lorsque les deux yeux voient les mêmes stimuli. Le programme indique également l'éventail des réponses que l'erreur-type de la mesure.
- Pour la prochaine mesure, l'escalier revanche, les cinq résultats des escaliers binoculaires sont moyennées et le seuil résultant définit le nombre de points de signaux présentés à l'oeil amblyope. Les points de bruit restants sont présentées à l'oeil non amblyope à différents contrastes d'évaluer la suppression.
- Pour cette mesure, l'œil amblyopevoit toujours des points de contraste élevé que le contraste des points de bruit à consulter à l'oeil non amblyope est modifiée en utilisant une procédure escalier. Au début de l'escalier d'un nombre fixe de points de signal (obtenu à l'étape 1.11) sont indiqués à l'oeil amblyope à contraste de 100% et le nombre restant de points de bruit sont présentés à l'autre œil au contraste 0% (c.-à-pas de points de bruit sont visibles entraînant une suppression minimale). L'identification correcte des résultats de signaler la direction de points en une augmentation du contraste des points de bruit indiqués à l'œil adelphe selon l'algorithme 3-1-escalier vers le bas vers le haut. Tout au long de la mesure, le contraste des points de bruit indiqués à l'œil adelphe est modifiée par l'escalier jusqu'à l'exécution des tâches converge sur 79% de réponses correctes. Cela indique que les points de signal et le bruit sont combinées entre les deux yeux pour produire le même niveau de l'exécution des tâches qui a été observé dans des conditions d'observation binoculaire (étape 1.11). Le rapport de contraste de l'les points de signaux présentés à l'oeil amblyope (toujours 100%) par rapport au contraste des points de bruit indiqués à l'autre œil au seuil est une mesure du point d'équilibre. L'augmentation du contraste des points de bruit indiqués à l'autre œil dessus de ce point se traduirait par la suppression des points de signaux présentés à l'oeil amblyope et l'incapacité de l'exécution des tâches.
- Cinq mesures sont effectuées sur le déséquilibre de contraste et un résultat moyen est calculé. Le résultat de l'examinateur informe sur le niveau de déséquilibre de contraste qui est nécessaire pour surmonter la répression et permettre à l'oeil amblyope et autre œil pour voir les points en même temps.
2. Formation En utilisant cette méthode
- Le déséquilibre revanche trouvé à l'étape ci-dessus 1,14 peut être utilisé comme un point de départ pour un régime d'entraînement. La formation consiste à intégrer l'utilisation des images dichoptiques avec le déséquilibre de contraste dans un format jeu vidéo ("tetris"). Le jeu vidéo peut être mis en œuvre sursoit les lunettes de réalité virtuelle ou sur un périphérique iPod touch.
- Le jeu vidéo Tetris comprend une série de blocs qui tombent, qui sont assemblés pour former des lignes complètes. L'œil amblyope voit des blocs complets de contraste, et l'autre œil voit des images à contraste réduit. Les informations présentées pour chaque œil doit être perçue en même temps pour jouer avec succès.
- Au fil du temps que le régime de la formation continue du déséquilibre contraste est réduit en augmentant le contraste de l'autre œil, ce qui rend plus difficile pour le système visuel pour surmonter la suppression causée par plus d'images similaires dichoptiques.
- Durée de la formation doit être 1-2 heures par jour et doit être poursuivi jusqu'à plus d'amélioration déséquilibre contraste (augmentation du contraste présenté à l'autre œil) est observée. Pendant le régime de la formation, les contrôles de la fonction monoculaire et binoculaire doit être faite régulièrement (déterminé par l'âge du patient et de l'état sous-jacent). Les tests de l'acuité monoculaire, vision stéréoscopique visuelleet des tests standard de suppression sont particulièrement importants pour rendre compte des progrès.
Representative Results
Le niveau de suppression dans la méthode décrite dépend de la cause sous-jacente de l'amblyopie, un traitement antérieur, l'utilisation de la correction de la réfraction et de l'acuité visuelle. Parce que chaque patient a une histoire tout à fait unique, il est difficile de définir des valeurs «normales» de la suppression ou de faire des comparaisons entre les gens. En général, nous attendons de ceux dont l'acuité visuelle pire d'avoir un niveau plus profond de la suppression de 9. Pendant la formation, comme nous l'avons réduire le déséquilibre contraste entre les yeux, la profondeur de suppression réduit, ce qui améliore généralement une gamme de fonctions binoculaires et monoculaires. Ce changement dans la suppression a été démontrée dans plusieurs populations de patients (voir figures 3 et 4 dans la référence 12, tableau 3 et la figure 9 en référence 15 et la Figure 2 dans la référence 16). Il est important de noter que les mesures détaillées de la suppression de l'aide èmeest la technique ont le potentiel d'améliorer notre compréhension du syndrome de l'amblyopie.
Figure 1. L'équipement utilisé pour mesurer la répression qui comprend 1) ordinateur portable 2) Lunettes 3) séparateur de signal.
Figure 2. Les lunettes bien en place sur un participant à l'étude.
Figure 3. Un aperçu des stimuli aléatoires kinetogram point (étape 1.2/1.3). Le panneau supérieur montre la phase d'alignement où une croix de la moitié est affiché à chaque œil monoculaire comme un repère pour bino alignement vasculaire. Le panneau du milieu montre le signal à bruit paradigme où les points de signaux sont présentés à l'oeil amblyope uniquement et les points de bruit sont présentés à l'œil adelphe, dans des conditions binoculaires le signal et le bruit sont combinés pour donner un seuil de cohérence mouvement qui est ensuite utilisé dans faire varier le contraste de l'étape de mesure. Le panneau du bas montre le seuil de contraste, cette procédure utilise le seuil de cohérence mouvement à un niveau fixe du signal au bruit, et affiche des niveaux variables de contraste entre les deux yeux. Le point où les deux yeux voient une entrée binoculaire équilibrée est le seuil de contraste ou "point d'équilibre".
Écrans d'alignement Figure 4. (Étape 1.7) comme on le voit à travers les lunettes de protection, horizontales et les touches fléchées verticales sont utilisées pour aligner les cibles jusqu'à ce qu'une croix entière est vu.
Figure 5. Un aperçu du protocole de formation.
Figure 6. Exemple de données cliniques et psychophysiques obtenues à partir d'un participant adulte avec amblyopie strabique qui a terminé la procédure de formation (étapes 2.1 à 2.4). Figure 6A montre l'évolution de l'acuité visuelle (mesurée à l'aide d'un tableau de style logarithmique en unités logMAR sur quatre semaines de la formation à la fois pour l'œil amblyope (AME) et autre œil (FFE)). LogMAR valeurs plus petites indiquent une meilleure acuité visuelle. Le nombre total d'heures de jeu est indiqué entre parenthèses sur l'axe des x. Figure 6B montre le changement de contraste imbalance sur quatre semaines de formation. L'axe des ordonnées représente le contraste qui peut être toléré dans l'autre œil, par conséquent, les valeurs supérieures indiquent moins de répression. Au début de la formation que de 30% contre pourrait être tolérée dans l'œil avant de l'oeil amblyope a été supprimée. Cependant, comme la formation avançait, plus de contraste pourrait être tolérée indiquant une réduction de la suppression. Figure 6C montre l'amélioration de stéréoacuité cours de la période de formation (mesurée par le test stéréo Randot). Zéro sur l'axe des ordonnées indique l'absence de vision stéréo et des valeurs croissantes indiquent améliorer la sensibilité stéréo (les unités sont à l'inverse du seuil stéréo en secondes d'arc).
Figure 7. Standard des tests cliniques utilisés pour évaluer l'état de la vision binoculaire avant et après la formation, y compris le test de Worth 4 points (en haut à gauche), le BagolliniNSE (en haut à droite), Randot Stereopsis de test (en bas à gauche) et TNO stéréoscopique de test (en bas à droite).
Discussion
Les techniques de suppression de mesure et de traitement décrites dans ce document dépendent essentiellement de la manipulation du contraste des images vues par chaque oeil. Plus précisément, le déséquilibre contraste relatif interoculaire à la combinaison binoculaire se produit, c'est à dire le "contraste solde de points", fournit une mesure de suppression 6,11,17. En outre, de façon répétée exposer les patients avec l'amblyopie et la suppression de «équilibrées» des stimuli visuels, il est possible de réduire la répression et potentiellement améliorer à la fois monoculaire et binoculaire 12,15,16 fonction visuelle. Ces techniques représentent un progrès dans la mesure de suppression et une nouvelle approche de traitement de l'amblyopie, respectivement. Actuellement disponibles des essais cliniques pour évaluer la répression tels que le test de Worth 4 feux et les lentilles Bagolini striés évaluer si la suppression est présent ou absent, et d'autres tests tels que la barre Sbisa quantifier le niveau de suppression de l'utilisation de neutreLes filtres de densité. Notre technique fournit des informations supplémentaires clinique en tenant compte de la force de la répression à quantifier avec précision. L'amblyopie, qui est souvent associée à la suppression, est généralement traitée par occlusion de l'œil amblyope ou non de dégrader l'image de l'oeil amblyope non dans le but d'encourager l'utilisation de l'oeil amblyope 18. Bien que cette technique est efficace pour améliorer la fonction œil amblyope 18, il n'aborde pas directement les déficits binoculaires associés à l'amblyopie. Notre technique vise directement la fonction visuelle binoculaire et nous avons trouvé que cette approche peut améliorer à la fois monoculaire et binoculaire fonction chez les patients adultes atteints de l'amblyopie 12,15,16. Les méthodes de mesure et de traitement décrites conviennent pour une utilisation chez les adultes et les enfants, bien que les jeux peuvent être adaptés pour une utilisation dans des populations plus jeunes enfants. Nous sommes en train de développer des jeux supplémentaires à cette fin.
Notretechniques ont leurs limites. Certains patients atteints de strabisme et une suppression forte de la difficulté à aligner les images présentées à chaque œil au début du protocole de mesure de suppression. Bien qu'il soit possible pour ces patients afin d'aligner les 17 images, ce qui peut prendre beaucoup de temps. En ce qui concerne le traitement, il est important de travailler avec un clinicien qualifié dans le régime de formation, et d'envisager le risque de diplopie (vision double) si la suppression est réduite. Notre travail préalable sur cette approche thérapeutique a porté sur des patients atteints anisométropie ou aux petits angles de strabisme et aucun patient n'a développé une diplopie, mais le risque de diplopie doit être soigneusement examinée par un médecin dûment qualifié sur un patient en fonction patient avant le traitement est administré .
Lorsque la mise en place des techniques pour la première fois, il est important de s'assurer que tous les branchements sont sécurisés et que tous les pilotes nécessaires sont eninstallé et mis à jour sur l'ordinateur hôte. Il est également important d'utiliser un ordinateur équipé d'une carte graphique qui est compatible avec la carte graphique Matrox décrite dans le protocole et qui prend en charge une résolution d'écran 1600x600 de (une fois les pilotes Matrox sont installés) afin de s'assurer que chaque écran dispose d'une lunette distincte l'image. Nous avons constaté que la plupart des problèmes rencontrés lors de la mise en place du système de survenir en raison de paramètres incorrects résolution de l'écran et l'absence de mises à jour des pilotes pour le matériel nécessaire. Il est également important de s'assurer que les deux écrans de lunettes offrent une luminance égale avant de mesurer la suppression d'assurer des mesures précises et stables.
Les techniques décrites fournir une base pour le développement ultérieur de la mesure de suppression et de traitement des approches. En particulier, le développement d'un plus grand engagement des jeux vidéo basés sur le principe de base du contraste variable entre les yeux peut rendre cette approche plus efficace et plus d'unppealing aux patients plus jeunes. En dehors de leur utilisation clinique, ces techniques peuvent également être utilisées dans un contexte de recherche d'explorer les mécanismes neuronaux qui sous-tendent la répression et le rôle que les interactions inhibitrices entre les yeux jouent dans le système visuel normal 13.
Disclosures
Les techniques décrites dans ce manuscrit sont à la base de deux brevets détenus par BT et RFH, dont l'un est également maintenu par JC et 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 | ||
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