Summary
A ambliopia é uma desordem de desenvolvimento do córtex visual que é muitas vezes acompanhada por forte supressão de um olho. Nós apresentamos uma nova técnica para medir e tratar supressão interocular em pacientes com ambliopia, que podem ser implantadas usando óculos de realidade virtual ou um dispositivo portátil iPod touch.
Abstract
Ambliopia, um transtorno do desenvolvimento do córtex visual, é uma das principais causas de disfunção visual na população em idade de trabalhar. As estimativas actuais colocar a prevalência de ambliopia em cerca de 1-3% 1-3, a maioria dos casos é monocular 2. A ambliopia é mais frequentemente causada por desalinhamento ocular (estrabismo), borrão induzida por erro de refração desigual (anisometropia), e em alguns casos por privação formulário.
Embora a ambliopia é inicialmente causada por input visual anormal na infância, uma vez estabelecido, o déficit visual permanece muitas vezes quando a entrada visual normal foi restaurada com a cirurgia e / ou correção refrativa. Isto é porque a ambliopia é o resultado do desenvolvimento anormal córtex visual, em vez de um problema com o olho amblíope si 4,5. A ambliopia caracteriza-se por ambos os déficits monoculares e binoculares 6,7 que incluem a acuidade visual prejudicada e é pobre ou ausentetereopsis respectivamente. A disfunção visual em ambliopia é freqüentemente associada com a supressão forte das entradas do olho amblíope em condições de visão binocular 8. Trabalhos recentes têm indicado que a supressão pode desempenhar um papel central em ambos os monocular e binocular défices associados ambliopia 9,10.
Correntes testes clínicos de supressão tendem a verificar a presença ou ausência de supressão em vez de dar uma medida quantitativa do grau de supressão. Aqui descrevemos uma técnica para medir a supressão amblíope com um dispositivo compacto e portátil 11,12. O dispositivo consiste de um computador portátil ligado a um par de óculos de realidade virtual. A novidade da técnica está na forma como apresentamos estímulos visuais para medir supressão. Os estímulos são apresentados ao olho amblíope em alto contraste, enquanto o contraste dos estímulos indicados para o olho não amblíope são variados. Pacientes executar uma simpltarefa e relação sinal / ruído que permita uma medição exacta da força de interacções excitatórios binocular. O contraste deslocamento no qual nem o olho tem uma vantagem de desempenho é uma medida do "ponto de equilíbrio", e é uma medida directa de supressão. Esta técnica tem sido validado psicofisicamente tanto no controlo e paciente 6,9,11 13,14 populações.
Além de medir a supressão desta técnica também forma a base de uma nova forma de tratamento para diminuir a supressão ao longo do tempo e melhorar a função binocular e monocular frequentemente em doentes adultos com ambliopia 12,15,16. Esta nova abordagem de tratamento pode ser implementada no sistema goggle descrito acima ou num dispositivo especialmente modificado iPod toque 15.
Protocol
1. A medição de Supressão
- Antes de iniciar a medição de supressão, dar as instruções detalhadas do paciente (ver 1.8) e mostrar os estímulos visuais relativas a passos 1,2-1,8 abaixo na tela do laptop. Todos os pacientes devem usar correcção refractiva completo (óculos / lentes de contacto) em todo o processo, adequadamente ajustado para a distância de trabalho.
- Os óculos de proteção (eMagin 8700) deve ser instalado para o paciente (por cima dos óculos / lentes de contato) e devidamente ajustado. Certifique-se de que as telas sentar paralela à superfície ocular. As telas podem ser ajustadas para ter em conta a distância interpupilar de cada paciente. Instruções para ligar e calibrar os óculos podem ser encontrados aqui: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf .
- Os estímulos consistem de duas populações de pontos em movimento, uma população moving em uma direção comum (os 'sinais' pontos) e outra em movimento, em direções aleatórias (o "ruído" pontos). A tarefa do observador é relatar a direção do sinal. Dificuldade da tarefa é manipulada fazendo variar a proporção relativa de sinal para os pontos de ruído no estímulo.
- Os programas personalizados Matlab que controlam essas medidas utilizar um 3-down procedimento escada 1-up. Existem duas fases distintas de medição. A primeira proporciona um patamar binocular, isto é, o número de pontos de sinal de limiar necessárias quando os dois pontos de sinal e ruído são apresentados para ambos os olhos de alto contraste. O segundo programa mede o desequilíbrio de contraste necessário para atingir o limiar mesmo quando as populações de pontos são apresentados para os olhos separados.
- Diferentes imagens são exibidas nas telas de óculos por meio do uso de um DualHead2Go Matrox, (Montreal, Canadá) do dispositivo.
- Para começar a avaliação supressão, primeiro medir o limiar binocular. Aqui, o mesmo ar estímulos visuaise mostrada em ambos os olhos e o número mínimo de pontos de sinal necessárias para avaliar com precisão a direcção do movimento do ponto é medida.
- Para alinhar os olhos, as telas irá mostrar uma cruz meia preta em cada olho contra uma tela branca. Usando o teclado, o paciente é convidado a mover a metade da cruz visto pelo olho amblíope, até que ele se alinhe com o meia vista pelo outro olho. É importante que o paciente é avisado de que a imagem vista pelo olho amblíope poderá ficar desfocada, mas é o alinhamento que é importante. Se a imagem em movimento desaparece de vista pedir ao paciente para piscar com mais freqüência, pois isso pode aumentar a visibilidade da imagem. Alinhamento exacto ocular (valores de pixels) pode ser extraído depois de cada medição para determinar a reprodutibilidade desta tarefa.
- Uma vez que o paciente relata que as cruzes meia estão alinhadas, o processo de medição pode começar. Cada medição leva cerca de três minutos para completar. Cinco medições escadaria curtas são completed para cada uma das duas partes da medição. As seguintes instruções devem ser dadas antes da medição começa:
- Instruções para o observador:
"Durante este teste, você será solicitado a fazer um julgamento sobre a direção das imagens em movimento."
"Você vai ver um grupo de pontos brancos / cinza sobre um fundo cinza. Após cada apresentação eu vou pedir-lhe para decidir se os pontos são na sua maioria se movendo para a esquerda ou direita usando as teclas de seta esquerda e direita no teclado na frente de você . "
"Existem dois grupos de pontos, alguns mover-se suavemente para a esquerda ou para a direita (os pontos de sinal), o outro grupo parece mover-se em direcções aleatórias".
"Por favor, tente para decidir qual direção os pontos de sinal estão se movendo em (direita ou esquerda), entre a confusão dos pontos aleatórios." "Como você continuar a tomar decisões o número de pontos aleatórios irá aumentar, tornando-o mais difícil de ver os pontos de sinal, quando ele fica tão difícil que você não pode dizer o sentido, por favor, basta tero seu melhor palpite ". - A primeira medição pode agora começar. Uma boa instrução "última hora" é para lembrar o participante a piscar regularmente ("um bom tempo para piscar é quando você pressiona o botão").
- Cinco medições utilizando o paradigma escadaria binocular são feitas agora. Alinhamento ocular é repetido antes de cada medição é iniciada.
- O resultado de cada medição é o número limite de pontos de sinal (de 100 pontos no total) necessários para julgar corretamente a direção quando ambos os olhos ver os mesmos estímulos. O programa também relata a gama de respostas como erro padrão da medição.
- Para a medição seguinte, a escadaria contraste, os cinco resultados das escadas binocular é calculada a média e o limiar resultante define o número de pontos de sinal apresentada ao olho amblíope. Os pontos remanescentes de ruído são apresentados para o olho não amblíope em diferentes contrastes para avaliar a supressão.
- Para esta medição do olho amblíopevê sempre pontos de alto contraste enquanto que o contraste dos pontos de ruído mostrado para o olho não amblíope é variada através de um procedimento escada. No início da escadaria de um número fixo de pontos de sinal (obtido a partir do passo 1.11) são mostrados a olho amblíope em contraste de 100%, e o restante número de pontos de ruído são mostradas para o olho contralateral em contraste 0% (isto é, sem pontos de ruído são visíveis, resultando na supressão do mínimo). Identificação correcta dos resultados do sinal de ponto de direcção em um aumento no contraste dos pontos de ruído mostrado para o outro olho de acordo com o algoritmo de escada 3 para baixo 1-up. Ao longo da medição, o contraste dos pontos de ruído mostrados para o outro olho é variada pela escada até o desempenho da tarefa converge em 79% correto. Isto indica que os pontos de sinal e ruído são combinados entre os dois olhos, para produzir o mesmo nível de desempenho da tarefa que foi observado em condições de visão binocular (passo 1.11). A razão entre o contraste deos pontos de sinal apresentada ao olho amblíope (sempre de 100%) em relação ao outro lado dos pontos de ruído mostrado para o olho contralateral ao limiar é uma medida do ponto de equilíbrio. Aumentando o contraste dos pontos de ruído mostrado para o outro olho acima deste ponto iria resultar na supressão dos pontos de sinal apresentada ao olho amblíope e prejuízo no desempenho da tarefa.
- Cinco medições são feitas do desequilíbrio de contraste e um resultado médio é calculado. O resultado informa o examinador sobre o nível de desequilíbrio de contraste que é necessário superar a supressão e permitir que o olho amblíope e outro olho para ver os pontos simultaneamente.
2. Usando este método de treinamento
- O desequilíbrio contraste encontrado no passo acima de 1,14 pode ser usado como um ponto de partida para um regime de formação. O treinamento envolve a integração do uso de imagens dichoptic com o desequilíbrio de contraste em um formato de vídeo game ("Tetris"). O videogame pode ser implementado emou os óculos de realidade virtual ou em um iPod Touch.
- O vídeo jogo de tetris envolve uma série de blocos de queda, montados para formar linhas completas. O olho amblíope vê blocos contraste completo, e outro olho vê imagens de contraste reduzidos. As informações apresentadas a cada olho deve ser percebida simultaneamente para o jogo de sucesso.
- Ao longo do tempo como o regime de formação continua a desequilíbrio de contraste é reduzida com o aumento do contraste para o outro olho, o que torna mais difícil para o sistema visual para ultrapassar a supressão causada por mais imagens semelhantes dichoptic.
- Duração da formação deve ser de 1-2 horas por dia e deve ser continuado até que não haja mais melhorias no desequilíbrio de contraste (aumento de contraste apresentada ao olho contralateral) é observada. Durante o regime de formação, verificações de função monocular e binocular deve ser feita regularmente (determinado pela idade da paciente e da condição subjacente). Testes de acuidade visual monocular estereopsia,e testes padrão de supressão são particularmente importantes para relatar o progresso.
Representative Results
O nível de supressão encontrado no método descrito depende da causa subjacente da ambliopia, o tratamento anterior, o uso de correcção refractiva e acuidade visual. Como cada paciente tem uma história muito original, é difícil definir valores "normais" de supressão ou fazer comparações entre as pessoas. Geralmente esperamos que aqueles com pior acuidade visual para ter um nível mais profundo de supressão 9. Durante o treino, como se reduzir o desequilíbrio de contraste entre os olhos, a profundidade de supressão reduz tipicamente o que melhora a uma gama de funções binocular e monocular. Esta mudança na supressão foi demonstrada em várias populações de doentes (ver Figuras 3 e 4 na referência 12, Tabela 3 e na Figura 9 na referência 15 e na Figura 2, em referência 16). É importante notar que as medidas pormenorizadas de supressão utilizando thé técnica tem o potencial para melhorar a nossa compreensão da síndrome de ambliopia.
Figura 1. O equipamento usado para medir a supressão, que inclui 1) portátil 2) goggles 3) divisor de sinal.
Figura 2. Os óculos equipados corretamente em um participante do estudo.
Figura 3. Uma visão geral dos estímulos kinetogram aleatórios dot (Passo 1.2/1.3). O painel superior mostra a fase de alinhamento onde uma cruz meia é exibida para cada olho monocular como uma sugestão para bino alinhamento cular. O painel do meio mostra o sinal de ruído, onde paradigma pontos de sinal são apresentados ao olho amblíope só e os pontos de ruído são apresentados para o outro olho, sob condições binoculares do sinal e ruído são combinados para dar uma coerência limiar de movimento, que é então utilizada em o contraste variado fase da medição. O painel inferior mostra o limiar de contraste, este procedimento utiliza o limiar de coerência de movimento a um nível fixo de sinal para ruído e apresenta diferentes níveis de contraste entre os dois olhos. O ponto em que os dois olhos ver uma entrada binocular equilibrada é o limiar de contraste ou "ponto de equilíbrio".
Figura 4 telas. (Passo 1.7) Alinhamento vistos através dos óculos, horizontal e teclas de seta verticais são usados para alinhar metas até uma cruz inteira é visto.
Figura 5. Uma visão geral do protocolo de treino.
Figura 6. Exemplo de dados clínicos e psicofísica obtidos a partir de um participante adulto com ambliopia estrábica que completou o processo de formação (passos 2,1-2,4) Figura. 6A demonstra a alteração na acuidade visual (medida com um gráfico logarítmico de estilo em unidades logMAR durante quatro semanas de formação para ambos os olhos amblíope (AME) e do outro olho (FFE)). Valores menores indicam LogMAR melhor acuidade visual. O número total de horas de jogo é mostrado entre parênteses no eixo-x. Figura 6B demonstra a alteração no contraste imbalança mais de quatro semanas de treinamento. O eixo dos y mostra o contraste que pode ser tolerada no olho contralateral, portanto os valores maiores indicam uma menor supressão. No início da formação de apenas 30% de contraste pode ser tolerada no olho contralateral antes do olho amblíope foi suprimida. No entanto, como a formação progredia, mais contraste podem ser toleradas, indicando uma redução da supressão. Figura 6C mostra a melhoria na stereoacuity ao longo do período de formação (medida com o teste de estéreo Randot). Zero no eixo dos y indica a ausência de visão estereoscópica e valores crescentes indicam melhoria da sensibilidade estéreo (unidades são o recíproco do limiar estéreo em segundos de arco).
Figura 7. Padrão de testes clínicos usados para avaliar o estado de visão binocular, antes e após o treinamento, incluindo o teste de Worth ponto 4 (superior esquerdo), Bagollini leNSES (canto superior direito), Randot Estereopsia teste (inferior esquerdo) e TNO teste de estereopsia (canto inferior direito).
Discussion
As técnicas de supressão de medição e de tratamento descritas no presente documento dependem criticamente manipulação do contraste das imagens vistas por cada olho. Especificamente, o desequilíbrio de contraste em relação à qual interocular combinação binocular ocorre, isto é, o "ponto de equilíbrio de contraste", fornece uma medida de supressão 6,11,17. Além disso, por exposição repetida pacientes com ambliopia e supressão de "equilibradas" estímulos visuais, é possível reduzir a supressão e potencialmente melhorar a função visual monocular e binocular 12,15,16. Estas técnicas representam um avanço na medição de supressão e uma nova abordagem para tratamento da ambliopia, respectivamente. Actualmente disponíveis testes clínicos para avaliar a supressão, tais como o teste de luzes Worth 4 e as lentes Bagolini estriados avaliar se a supressão está presente ou ausente, e outros testes, tais como a barra de sbisa quantificar o nível de supressão com a utilização de neutroOs filtros de densidade. A nossa técnica proporciona informação clínica adicional, permitindo a supressão da força a ser quantificada com precisão. Ambliopia, que é frequentemente associada com a supressão, é geralmente tratado por ocluir o olho não amblíope ou degradar a imagem do olho não amblíope, a fim de incentivar o uso do olho amblíope 18. Embora esta técnica é eficaz em melhorar a função olho amblíope 18, ele não trata diretamente os déficits binocular associados com ambliopia. Nossa técnica visa diretamente a função visual binocular e nós descobrimos que esta abordagem pode melhorar tanto monocular e binocular função em pacientes adultos com ambliopia 12,15,16. Os métodos de medição e de tratamento descritas são adequados para utilização em adultos e crianças, embora os jogos podem ter de ser adaptados para uso em mais jovens da população pediátrica. Estamos actualmente a desenvolver jogos adicionais para este propósito.
Nossotécnicas têm limitações. Alguns pacientes com uma supressão de estrabismo e forte acham difícil alinhar as imagens mostradas para cada olho, no início do protocolo de medição da supressão. Embora seja possível para tais pacientes para alinhar as 17 imagens, este pode ser demorado. Com relação ao tratamento, é importante trabalhar ao lado de um médico qualificado em todo o regime de treinamento, e para considerar o risco de diplopia (visão dupla) se a supressão é reduzida. O nosso trabalho anterior sobre este método de tratamento tem-se centrado em pacientes com anisometropia ou pequeno ângulo de estrabismo e nenhum dos doentes desenvolveu diplopia, no entanto, o risco de diplopia devem ser cuidadosamente consideradas pelo médico qualificado em um paciente por cada doente antes do tratamento é administrado .
Ao configurar as técnicas para a primeira vez que é importante para assegurar que todas as ligações de hardware são seguras e que todos os condutores são relevantes emestagnou e atualizado no computador host. Também é importante o uso de um computador equipado com uma placa de vídeo que é compatível com a placa gráfica Matrox descrito no protocolo e que suporta uma resolução de tela de 1600x600 (uma vez que os drivers são instalados Matrox) para garantir que cada tela óculos tem um distinto imagem. Descobrimos que a maioria dos problemas encontrados durante a configuração do sistema de ocorrer devido a configurações de tela incorretas resolução ea ausência de actualizada drivers para o hardware necessário. Também é importante para assegurar que ambas as telas goggle têm luminância igual antes de medir a supressão de assegurar medições precisas e estáveis.
As técnicas descritas fornecem uma base para o desenvolvimento da medição de repressão e tratamento abordagens. Em particular, o desenvolvimento de mais jogos de vídeo envolventes com base no princípio do núcleo de contraste variado entre os olhos podem tornar esta abordagem mais eficiente e mais umappealing aos mais jovens. Para além da sua utilização clínica, essas técnicas também podem ser usadas num ambiente de investigação para explorar os mecanismos neuronais subjacentes a supressão e o papel que as interacções entre os olhos inibitórios desempenham no sistema visual normal 13.
Disclosures
As técnicas descritas neste manuscrito formar a base de duas patentes detidas pela BT e IRA, uma das quais é também realizada por JC e 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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