弱視における抑制の測定と治療

Medicine
 

Summary

弱視は、しばしば片目の強い抑制を伴って視覚野の発達障害です。我々は、仮想現実ゴーグルやポータブルiPod Touchのデバイスを使用してデプロイすることができ弱視の患者では眼間抑制を測定し、治療するための新たな手法を提示する。

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Black, J. M., Hess, R. F., Cooperstock, J. R., To, L., Thompson, B. The Measurement and Treatment of Suppression in Amblyopia. J. Vis. Exp. (70), e3927, doi:10.3791/3927 (2012).

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Abstract

弱視、視覚野の発達障害は、労働年齢人口における視覚障害の主要な原因の一つです。現在の試算では、約1-3%1-3、2単眼である大多数の症例で弱視の有病率を置く。弱視は、最も頻繁に眼のずれ(斜視)によって引き起こされ、ブラーが屈折異常差(不同視)により誘導され、フォームの欠乏によっていくつかのケースインチ

弱視が最初に一度確立、乳児期に異常な視覚入力によって引き起こされていますが、視覚的な赤字は、しばしば通常の視覚入力が手術および/または屈折矯正を使用して復元されたときのままです。弱視は、異常な視覚野の発達の結果ではなく、4,5弱視眼自体に問題があるためです。弱視は、視力障害や貧しいか、または存在しないsを含む単眼と両眼赤字6,7両方によって特徴付けられるそれぞれtereopsis。弱視の視覚的な機能不全はしばしば双眼観察条件の下で8弱視眼からの入力の強力な抑制に関連付けられています。最近の研究では、抑制が弱視9,10に関連付けられている単眼と両眼赤字の両方で中心的な役割を果たしている可能性があることが示された。

抑制のための現在の臨床試験では、抑制の程度を定量的に測定を与えるのではなく、抑制の有無を確認する傾向があります。ここでは、11,12、コンパクトでポータブルデバイスと弱視の抑制を測定する手法を説明します。デバイスは、仮想現実ゴーグルのペアに接続するラップトップコンピュータで構成されています。技術の新規性は、我々は抑圧を測定する視覚刺激を提示する方法にあります。非弱視眼に提示刺激のコントラストを変化させながら刺激を高いコントラストで弱視眼に示されています。患者はSIMPLを実行興奮双眼相互作用の強さの正確な測定を可能にする電子信号/ノイズタスク。どちらの眼がパフォーマンス上の利点を持っているのオフセットコントラストが "バランスポイント"の尺度であり、抑制の直接の尺度である。この手法は、両方の制御13,14と患者6,9,11集団で心理物理実験検証されています。

測定抑制に加えて、この技術はまた、時間をかけて抑制を低下させ、弱視12,15,16の成人患者における両眼と単眼しばしば機能を改善する治療の新しい形の基礎を形成します。この新しい治療法は15の上方又は特別に変更されたiPod touchのデバイス上で説明したゴーグルシステムにデプロイできます。

Protocol

1。抑制の測定

  1. 抑制の測定を開始する前に、患者の詳細な指示を与える(1.8を参照)、ノートパソコンの画面上に下記のステップ1.2から1.8に関連する視覚刺激を表示します。すべての患者が適切に作動距離に合わせて調整、手順全体完全屈折矯正(メガネ/コンタクトレンズ)を装着しなければならない。
  2. ゴーグル(eMagin 8700)は、(メガネ/コンタクトレンズの上)は、患者に装着され、適切に調整する必要があります。画面が眼表面に平行に座っていることを確認します。画面は、各患者の瞳孔間距離を考慮して調整することができます。ゴーグルを接続し、調整するための指示はここで見つけることができます: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf
  3. 刺激はmovinを移動するドットの2つの集団、一つの集団で構成され共通の方向にグラム( "シグナル"ドット)とランダムな方向に他の移動( "ノイズ"ドット)。観察者のタスクは、信号の方向を報告することです。タスクの難易度は、刺激のノイズドットへの信号の相対的な割合を変化させることによって操作されます。
  4. これらの測定値を制御するカスタムMATLABプログラムは3ダウン1アップ階段手順を利用しています。 2つの独立した測定の段階があります。最初は双眼鏡しきい値、つまり、両方の信号とノイズドットを高コントラストで両眼に提示されたときに必要とされる信号のドット数のしきい値を提供します。第二のプログラムは、ドット集団が別の目に提示されたときに同じしきい値を達成するために必要なコントラストのアンバランスを測定します。
  5. 異なる画像は、Matrox DualHead2Go(モントリオール、カナダ)デバイスの使用を介してゴーグルの画面上に表示されます
  6. 抑制アセスメントを開始するには、最初の双眼鏡しきい値を測定します。ここでは、同じ視覚刺激AReは、両眼に示されており、正確にドットの動きの方向を判断するために必要な信号のドット数の最小値が測定される。
  7. 目を揃えるには、画面が白い画面に対して、それぞれの目の黒いハーフクロスが表示されます。キーボードを使用して、患者が仲間の目で見た半分でそれが揃うまで、弱視の目で見た十字架の半分を移動するように頼まれます。それは、患者が弱視眼で見られる画像がぼやけることがありますことをお勧めされていることが重要ですが、それは重要であるアライメントです。動画像が視界から消えた場合は、この処理画像の視認性を向上させることができるように、より頻繁に点滅するように患者に尋ねる。正確な眼位(画素値)は、このタスクの再現性を確認するために、各測定後に抽出することができます。
  8. ハーフ十字架が合っていることを患者レポートしたら、測定手順を開始することができます。各測定が完了するまでに約3分かかります。 5回の短い階段の測定は、C測定の2つの部分のそれぞれについてompleted。測定を開始する前に、次の命令が与えられるべきである:
  9. 観察対象の説明:
    "このテスト中には、移動するイメージの方向性についての判断を下すように求められます。"
    "あなたは、灰色の背景で白/グレーのドットのグループが表示されます。ドットは主に目の前にキーボードの左矢印キーと右矢印キーを使用して、左または右に移動している場合、各プレゼンテーションの後、私が決めることを聞いてきます"
    "(信号のドット数)を左右にスムーズに移動するいくつかのドットの2グループが、ありますが、他のグループには、ランダムな方向に移動するように見える。"
    "信号のドットがランダムドットの混乱の中で(右または左)に移動している方向を決定するために試してみてください。" "あなたが決断ランダムドットの数は、それがより困難に信号点を参照すること、増加することをし続けているので、それがとても難しくなったときに方向を伝えることはできません、ただくださいあなたの最良の推測 "。
  10. 最初の測定は現在、起動することができます。良い 'ギリギリ'命令は、( "あなたはボタンを押したときに点滅する良い機会である")を定期的に点滅するように参加者を思い出させるためです。
  11. 双眼階段のパラダイムを使って5回の測定は、現在作られています。各測定が開始される前に眼位が繰り返されます。
  12. 各測定から得られた結果は、両方の目が同じ刺激を見た時、正しく方向を判断するために必要な信号のドット数(合計100点のうち)数のしきい値です。プログラムはまた、測定の標準誤差として応答の範囲を報告します。
  13. 次の測定では、コントラストの階段は、双眼階段から5結果を平均し、得られたしきい値は、弱視眼に提示信号のドット数を定義しています。残りのノイズドットは抑制を評価するためにコントラストを変化させることで非弱視眼に提示されます。
  14. この測定のための弱視眼非弱視眼に示すノイズドットのコントラストが階段·プロシージャを使用して変化させたのに対し、常にハイコントラストのドットが表示されます。階段の開始時に信号のドット数が固定される(ステップ1.11から得られた)100%のコントラストやノイズドットの残り数で弱視眼に表示され、0%のコントラストで仲間の目に示されている( つまり、ノイズのないドット)最小限の抑制に目に見える結果としてされています。 3ダウン1アップ階段アルゴリズムに従って、他眼に示すノイズドットのコントラストの増加で信号のドット方向の結果を正しく識別する。タスクのパフォーマンスは79%正しいに収束するまで測定を通して、仲間の目に示すノイズドットのコントラストが階段によって変化します。これは、信号とノイズのドットが双眼観察条件(ステップ1.11)の下で観察されたタスクの同じレベルのパフォーマンスを生成するために2つの目の間に結合されていることを示しています。のコントラスト比しきい値で仲間の目に示すノイズドットのコントラストを基準に弱視眼(常に100%)に提示された信号のドットがバランスポイントの尺度である。この点、上記の他眼に示すノイズドットのコントラストを大きくすると、タスクのパフォーマンスで弱視眼と減損に示す信号のドットの抑制をもたらすでしょう。
  15. 5つの測定値は、コントラスト不均衡で作られており、平均的な結果が算出されます。結果は、抑圧を克服し、弱視眼と仲間の目が同時にドットを表示できるようにすることが必要であるコントラストの不均衡のレベルについての審査官に通知します。

2。このメソッドを使用した訓練

  1. 上記のステップ1.14で見つかったコントラストの不均衡は研修制度の開始点として使用することができます。訓練はビデオゲームのフォーマット( "テトリス")に造影不均衡とdichoptic画像の使用を統合することを含む。ビデオゲームは、上に実装することができるいずれかの仮想現実ゴーグルまたはiPod touchのデバイス上で。
  2. ビデオゲームのテトリスは、完全なラインを形成するために一緒に取り付けられて落ちてくるブロックのシリーズが含まれます。弱視眼は完全なコントラストのブロックを見て、他眼は、減少コントラストな画像を見ている。それぞれの目に提示された情報は、成功したプレーを同時に認識する必要があります。
  3. 研修体制が続いているので、時間をかけてコントラストの不均衡がより困難ビジュアルシステムのためのより多くの類似したdichoptic画像によって引き起こさ抑圧を克服すること、仲間の目にコントラストを大きくすることで低減されています。
  4. 研修期間は一日1〜2時間であるべきであり、コントラストの不均衡には更なる改善(他眼に提示コントラストの増加)が観察されなくなるまで継続すべきである。研修体制の間に、単眼と両眼機能の検査(患者と基礎疾患の年齢によって決定)を定期的になされるべきである。単眼視力、立体視のテストと抑圧の標準テストは、進捗状況を報告するために特に重要である。

Representative Results

記載されている方法で見つかった抑制のレベルは弱視の根本的な原因は、前治療、屈折矯正及び視力の使用に依存しています。各患者は非常にユニークな歴史を持っているので、それは抑圧の "通常"の値を定義したり、人々の間の比較を行うことは困難である。一般的に我々は悪く視力を有するものは抑圧9のより深いレベルを持っていることを期待しています。我々は目の間のコントラストの不均衡を減らすようにトレーニング中に、抑制の深さは一般的に減少し、これは、両眼と単眼機能の範囲を向上させます。抑制のこの変化は、(参照12、 表3、参照15と参照16図2図9図3図4を参照)、いくつかの患者集団で実証されている。抑制の詳細な測定がthを用いていることに注意してください技術は弱視症候群の我々の理解を高める可能性を秘めているされています。

図1
(1)1を含む抑制を測定するために使用される装置)ノートパソコン2 )ゴーグル3)は、信号スプリッタ。

図2
図2:研究参加者に正しく取り付けゴーグル。

図3
図3:ランダムドットkinetogram刺激の概要(ステップ1.2/1.3)。上部パネルにはハーフクロスはbinoための手がかりとしてmonocularlyそれぞれの目に表示されているアライメント·フェーズを示してい cular整列。中央のパネルはシグナルドットが信号とノイズは、その後に利用されている運動コヒーレンス閾値を与えるために結合される弱視だけ目とノイ​​ズドットが双眼条件の下で、他眼に提示されるに提示されたノイズパラダイムに信号を示していますコントラストは測定の段階を変える。ボトムパネルはコントラスト閾値を示して、この手順では、ノイズに対する信号の固定レベルで運動コヒーレンス閾値を使用し、2つの眼の間のコントラストレベルを変化させることが表示されます。 2目はバランスのとれた双眼鏡の入力を参照してその時点では、コントラスト閾値または "バランスポイント"です。

図4
としてゴーグルを通して見たアライメント画面図4(ステップ1.7)、水平方向および垂直方向の矢印キーは、全断面が見られるまでの目標を整合させるために使用されています。

e_content "のfo:キープtogether.withinページ=" always "を> 図5
図5:トレーニングプロトコルの概要を説明します。

図6
図6。トレーニング手順(ステップ2.1から2.4)を完成斜視弱視と大人一人の参加者から得られた臨床的および心理物理データの例図6Aは、4週間にわたってlogMAR単位で対数スタイルのチャートで測定した視力の変化を(実証弱視眼(AME)と他眼(FFE))の両方のための訓練の。小さいLogMAR値がより良い視力を示す。ゲームのプレイ時間の累計数は、x軸上のカッコ内に表示されます。 図6Bは、コントラストIMBAの変化を示しています訓練の4週間にわたってランス。 y軸は、他眼に許容される可能性がコントラストを示し、従ってより大きい値はそれほど抑制を示す。弱視眼が抑制される前に、訓練の開始時にのみ30%のコントラストは、他眼に耐えることができた。しかし訓練が進むにつれて、よりコントラストが抑制の減少を示す容認することができます。 図6Cは、研修期間(Randotステレオテストで測定)以上立体視力の改善を示しています。 y軸上のゼロはステレオビジョンがないことを示し、値を大きくする(単位は弧の数秒でステレオしきい値の逆数である)ステレオ感度を向上させることを示している。

図7
図7ワース4ドット試験(左上)を含む訓練の前後両眼視の状態を評価するために使用される標準的な臨床試験、BagolliniルNSEを(右上)、Randot立体視テスト(左下)およびTNO立体視テスト(右下)。

Discussion

このホワイトペーパーで説明抑制測定と治療技術は、批判的に、それぞれの眼から見た画像のコントラストの操作に依存しています。具体的には、両眼の組み合わせが発生した相対的な眼のコントラスト不均衡は、 "バランスポイントのコントラストを" IE抑制6,11,17の尺度を提供しています。また、何度も"バランス"視覚刺激に弱視と抑制の患者をさらすことによって、それは抑圧を軽減し、潜在的に単眼と両眼視機能12,15,16の両方を向上させることができる。これらの技術は抑制測定の進歩とそれぞれ弱視治療への新しいアプローチを表しています。そのようなワース4灯試験とBagolini紋レンズとして抑制を評価するために現在利用可能な臨床試験は抑圧が存在するか否か評価し、そのようなsbisaバーなど他のテストでは、中立の使用によって抑制のレベルを定量化高密度フィルター。本手法では、正確に定量すべき抑圧の強さを可能にすることで、追加の臨床情報を提供しています。しばしば抑制に関連付けられている弱視は、一般的に弱視眼18の使用を奨励するために、非弱視眼の非弱視眼又は品位を傷つける画像を閉塞することによって処理されます。このテクニックは弱視眼機能18の改善に有効であるが、それは直接弱視に関連付けられている双眼鏡赤字に対処しません。我々の技術は、直接眼視機能をターゲットとしており、我々は、このアプローチは弱視12,15,16成人患者における単眼と両眼の機能の両方を向上させることができることを見出した。ゲームは若年小児集団での使用に適合する必要があるかもしれませんが、説明した測定と治療アプローチは、成人および小児での使用に適している。我々は現在、この目的のために追加のゲームを開発しています。

私たちの技術には限界がありますか。斜視と強い抑制患者の一部は、それが抑制測定プロトコルの開始時にそれぞれの目に示すように画像を配置することは困難見つける。このような患者は、画像17を配置することは可能ですが、これは時間がかかることがあります。治療に関しては、それは研修制度を通して適切な資格を持った臨床医と一緒に仕事することが重要であり、抑制が減少する場合、複視(二重に見える)のリスクを考慮すること。この治療法に関する我々の以前の研究では、不同視または小角斜視の患者に焦点を当てていると何人の患者が治療を投与する前に、しかし、複視のリスクを慎重に患者ごとに、患者への適切な資格を持った臨床医によって考えられるべきである、複視を開発していない。

初めての技法をセットアップしたときには、すべてのハードウェアが確実に接続されていることを確認することが重要であり、関連するすべてのドライバがであることをストールし、ホストコンピュータ上で更新されます。これは、プロトコルで説明Matroxグラフィックボードと互換性があり、それは1600x600の画面解像度をサポートしています(Matr​​oxのドライバがインストールされた後)は、各ゴーグル画面は異なるがあることを確認するために、グラフィックスカードを搭載したコンピュータを使用することも重要です画像。我々は間違った画面解像度の設定と必要なハードウェア用のドライバを最新の欠如のために発生するシステムをセットアップするときにほとんどの問題が発生することを見出した。これは、両方のゴーグル画面が前に正確で安定した測定を保証するために抑制を測定することに等しい輝度を持っていることを確認することも重要である。

技術は抑制測定と治療アプローチの更なる発展のための基盤を提供する説明。具体的には、両眼の間の様々なコントラストの基本原則に基づいて、より魅力的なビデオゲームの開発は、このアプローチは、より効率的で作ることができる若い患者にppealing。さておき、その臨床使用から、これらの技術はまた、抑圧と目の間の抑制作用が通常の視覚システム13に果たす役割の基礎となる神経メカニズムを探索する研究の場で使用することができます。

Disclosures

この原稿に記載されている技術は、BTとRFH、またJCとLTで保持されているのいずれかで開催された2つの特許の基礎を形成します。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Comments

10 Comments

  1. Hello, I am a person with amblyopia. How I can unburden the custom softawe? Who should I ask?
    Thank you very much

    Reply
    Posted by: Jose M.
    May 22, 2013 - 6:43 AM
  2. Hello Jose,

    Please feel free to email me and I can send you additional information.

    Ben Thompson

    Reply
    Posted by: Benjamin T.
    July 4, 2013 - 2:04 AM
  3. Ben Thompson, I would like if possible your email.. can you write me please.. thanks so much !

    Reply
    Posted by: Karine B.
    January 10, 2014 - 10:04 PM
  4. Please is there any one in the United States doing this research or treatment? If so how may I contact him or her?

    Reply
    Posted by: Don M.
    November 30, 2013 - 9:55 PM
  5. Mr. Thompson,

    I'm a 20 year old student who has been told that there is nothing i can do for my amblyopia. Your research has given me hope, but how do i get my hands on it and use it!
    Thank you so much for your research
    -mark

    Reply
    Posted by: mark h.
    July 24, 2013 - 8:34 PM
  6. Is this treatment being offered in the United States? If so who would I contact? If not who would I contact Auckland? May I have contact information please?

    Reply
    Posted by: Don M.
    November 30, 2013 - 9:58 PM
  7. Could you please let me know if this treatment is available in US? If so, where can I get this treatment?

    Reply
    Posted by: Stella N.
    January 8, 2014 - 7:30 PM
  8. I am a 44 year old with Amblyopia and after reading and watching the above videos, I am VERY interested in being a test subject or finding this type of treatment in any US state available. Would my current eye doctor be able to provide this type of treatment? Please reply with more information. Any information would be greatly appreciated.

    Reply
    Posted by: paul g.
    March 9, 2014 - 10:23 PM
  9. Hello Mr. Thompson,
    I am a 35 year old with Amblyopia in the United states. are there any treatment option per your research available in the US? I am very interested in the novel treatment you have described in this video. if you have ANY information i would be very grateful.

    nakago1@gmail.com

    Reply
    Posted by: Daniel C.
    April 20, 2014 - 2:01 AM
  10. hi i am 23 years old and have amblyopia, I was born with strabismus in the left eye and was operated at 8 years, last year turned me run because I diverted the denuevo eye, little did occlusion therapy patch but did not work and in Uruguay where I live I have been told that at my age I can not regain my vision amblyopic eye, I researched on the internet there any treatment but I have nothing I could give clear information please ??

    Reply
    Posted by: pablo p.
    March 7, 2015 - 8:29 PM

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