Random-Dot Video Oyunları kullanarak Stereoacuity İyileştirme
Summary
Burada sunulan rastgele nokta uyaranlara dayalı gamified algısal öğrenme yazılımı kullanarak stereocuity geliştirmek için bir protokoldür. Hastalar şaşılık olmayan stereo-eksik öznelerdir. Protokol, optometri merkezi ziyaretlerini yazılım kullanarak ev egzersizleri ile birleştiriyor. Uyumluluk ve stereocuity evrimi bulutta depolanır.
Abstract
Konvansiyonel ambliyopi tedavisi baskın gözün tıkanmasına veya cezalandırılmasını içerir, ancak bu yöntemler olguların %30’undan azında stereoskopik görme keskinliğini artırır. Bu sonuçları iyileştirmek için, stereoacuity teşvik etmek için rastgele nokta uyaranları ve algısal öğrenme teknikleri kullanarak, bir video oyunu şeklinde bir tedavi öneriyoruz. Protokol, 7-14 yaş arası göz tembelliği tedavisi almış ve monoküler en iyi düzeltilmiş mesafe görme keskinliğine sahip olan 7-14 yaş arası stereo-eksik hastalar için tanımlanmıştır. Hastalar video oyunu kullanarak evde algısal bir öğrenme programı tamamlamak için gereklidir. Uyumluluk bulutta otomatik olarak depolanırken, hasta evrimini izlemek ve en küçük tespit edilebilir eşitsizlik elde edilene kadar oyunun stereoskopik talebini ayarlamak için periyodik optometri merkezi ziyaretleri kullanılır. Protokol başarılı olduğunu kanıtlamıştır ve etkinliği rasgele bir stereoacuity testi (küresel stereoacuity veya siklopean stereoacuity referans testi) iki düzey kazanç açısından ölçülür. Ayrıca, başarı kriterlerinin 140″ın üzerinde bir stereocuity olduğu wirt Circles testine göre medial lateral stereoskopik keskinliğe aktarılan rastgele noktalı uyaranlar, elde edilen geliştirme en az iki düzeye karşılık gelmektedir. stereoskopik keskinlik. Altı ay sonra, rastgele nokta stereoacuity testi elde edildi stereoacuity hiçbir azalma kaydedildi.
Introduction
Ambliyopi sık sık şaşılık varlığı ile ilişkili mekansal görme gelişimsel bir bozukluktur, anisometropi, ya da genç yaşta form yoksunluğu1. Genel popülasyon da ambliyopi insidansı %1.3-%3.6 arasında değişmektedir2. Konvansiyonel ambliyopi tedavisi herhangi bir kırılma hatasının düzeltilmesi ile başlar, bir yama veya atropin cezalandırıcı ile iyi göz oklüzyonu takip3. Konvansiyonel tedavinin tedavi sonuçları başlangıçta iyi olmasına rağmen, hastaların %73-90’ı görme keskinliği gelişmiştir, bu iyileşme hastaların yaklaşık %50’sinde normal görme keskinliğine eşit değildir. Ayrıca, çocuklar sık sık başarılı tedavi den sonra bile bozulma deneyimi2. Bir önceki çalışmada gösterdi, dürbün görme ile ilgili olarak, az 28% ambliyopi ile anisometropic hastaların tedavi sonucunda iyileşme iki veya daha fazla düzeyde kaydedildi4. Stereopsis insanlarda görsel algı için gerekli olmasına rağmen, göz tembelliği vakalarında stereopsis iyileştirilmesi için stratejiler değerlendirmeyi amaçlayan çok az araştırma olmuştur5. Konvansiyonel ambliyopi tedavisi, hangi görme keskinliği için iyi sonuçlar üretir ama dürbün görme açısından kötü sonuçlar, ambliyopi öyküsü olan hastalarda stereocuity geliştirmeye yönelik bir girişimsel model gelişiminden yararlanabilir2.
Son 10 yıl içinde, bazı araştırmacılar göz tembelliği6,7seyrini anlamak için alternatif bir yaklaşım önerdi. Bu anlayış dürbün görme kurtarma için anti-bastırma dichoptic eğitim odaklı bir girişimsel model önerisi motive etti8,9. Evde hasta kullanımı için hedefli gamified faaliyetleri içeren Ambliyopi tedavisi durumlarda bir dizi başarılı bildirilmiştir10,11.
Rağmen, bu dikoptik eğitim stereoskopik keskinliği geliştirmek için etkisizdir12. Anti-baskılayıcı dichoptic eğitim modeli kullanarak iki çağdaş klinik çalışmalar hiçbir stereoacuity iyileşme rapor11,13. En son araştırmalar, ancak, dikonoptik stimülasyon bastırma derinliği ve ölçüde azaltılması ve dürbün görme iyileştirilmesi (eşzamanlı dürbün algı geri yeteneğine sahip olduğunu göstermektedir). Bazı durumlarda, bu gelişmiş stereoacuity14,15ile çakışıyor.
Bazı çalışmalar algısal öğrenme faaliyetleri16,17ile stereopsis doğrudan uyarılması üzerinde duruldu farklı bir müdahale yaklaşımı önerilmiştir. Bu çalışmalar laboratuvar koşullarında tedavi edilen bir dizi vakayla sınırlıdır. Astle ve ark.’nın çalışmasında, stereopsis dokuz laboratuvar seansı boyunca iki yetişkin anisometropik ambliyopes16’da uyarıldı. Tedavi rastgele nokta görüntüleri dayalı stereogram çiftleri ile bir ayna stereoskop kullanarak dürbün stimülasyonu dahil. Ding ve Levi, gabor yamaları18dayalı bir ayna stereoskop ve stereogramlar kullanarak, laboratuvar koşullarında tamamen yürütülen bir tedavi ders stereopsis uyarılmış . Denekleri beş yetişkindi, bunların dördü stereopsis iã§inde olmadı, biri stereo- eksikti. Deneklerin 3.000-20.000 arasında algısal öğrenme eğitimi denemesi yapmaları gerekiyordu.
Ayrıca, Xi ve ark. 10 -13 algısal öğrenme eğitim oturumları boyunca anisometropic amblyopes okudu, sırasında 3-D anaglif dokular stereopsis uyarmak için kullanılmıştır19. Son olarak, Vedamurthy ve ark.’s çalışmada, 11 stereo-eksik yetişkin visuo-motor görev eğitimi (bir “squash-the-bug” oyun) sanal gerçeklik ortamında17meşgul edildi. Bu denekler 8-11 hafta boyunca 35 seansta 12.600 deneme yaptılar.
Stereopsis in doğrudan stimülasyon laboratuvar çalışmalarında yapılmıştır, ancak bu tedavi modeli zaman alıcı ve özellikle çocuklarda, günlük klinik uygulamada uygulanması zor. Böylece, daha önce20kavram başarılı bir kanıt sunulmuştur için uygulanabilir bir tedavi modeli geliştirilmiştir. Bu protokol, stereoaculuğu artırmak için bir video oyunu formatında rastgele nokta uyaranları kullanılarak algısal öğrenme tedavisine dayalı prospektif, randomize, çift kör, paralel grup çalışmasının sonuçlarını içermektedir. Bu çalışmada izlenen protokolün derinlemesine bir açıklaması sunulmuştur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan stereocuity doğrudan uyarılması için bir protokol, hangi rasgele nokta stereo görüntüleri stereo-eksik konularda stereoskopik keskinliği artırmak için kullanılır. Dört önceki çalışmalar doğrudan stimülasyon sonuçlarını değerlendirmiştir16,17,18,19. Bu son protokol, yukarıda belirtilen girişimsel modellere ek özellikler katkıda bulunur.
Önerilen girişim modeli, daha önce tedavi görmüş (optik düzeltme, oklüzyon, şaşılık cerrahisi, görme terapisi) ve en iyi düzeltilmiş en az 0.1 logMAR görme keskinliği, ancak stereoacuity düşük kalır (arasında 200″-800″). Protokolün amacı, bu gibi durumlarda stereocuity artırmaktır.
Stereopsis doğrudan stimülasyon zaten stereo-eksik konularda stereocuity arttırılmasında etkili olduğu gösterilmiştir16,17,18,19. Ancak, bir stimülasyon sisteminin uygulanabilir olabilmesi için, öğrenmenin gerçekleşmesi için gereken 3.000-20.000 deneye ulaşmak için hastanın evinde tedavi nin yapılması gerekir.
Bu prosedürü doğrulayan ve yukarıda özetlenen daha önce yayınlanmış çalışmada, 11 denek stereoaculuklarını20iyileştirmiştir. Ancak, deneklerden beşinde stereoacuitede bir artış yaşanmamıştır(Şekil 3). Bu, bir kapak testinde tespit edilemeyen küçük açılı şaşılık varlığından atfedilebilir. Sol ve sağ gözlerden görüntüler füzyon Panum alanı içinde yer almalıdır beri, normal stereoacuity 0.6 prizma diyoptri28içinde hizalama gerektirmelidir, okundu. Panum füzyon alanı yay ±5-20 dakika (fovea 0.1-0.6 prizma diyoptri), ve bu pencere içinde hizalama yüksek dereceli stereoskopik keskinlik desteklemek için gerekli olabilir29. Holmes ve ark. tarafından yapılan bir çalışma, bir kapak testinin ±3 prizma diyoptrisi altında sapmaları tespit edemediğini gösterdi; bu nedenle, tespit edilemeyen şaşılığın varlığı hastanın ince stereoacuity24elde etme yeteneğini tehlikeye atabilir.
Gamification hasta motivasyonu ve uyumu artırmak için kullanılmıştır. Ayrıca, program her seanstan sonra verileri bulutta saklar ve uygulayıcının hastanın etkinliğini günlük olarak uzaktan izlemesini mümkün kılar. Bu özellik sayesinde uyumluluk sonuçları mükemmeldir (%88.36) ve bu iki önceki çalışmalarda kaydedilen karşılaştırılabilir, hangi amblyopic konular evde bir iPad kullanarak dikrooptik stimülasyon tedavisi aldı10,11. Onlar da benzer koşullar altında bir PEDIG çalışmanın bildirilen sonuçlarından çok daha iyidir, hangi örnek sadece% 22.5 tedavi nin% 75 üzerinde tamamlamak başardı13. Burada gösterilen uyum, göz tembelliğinde oklüzyon tedavisinin etkinliğini değerlendiren çalışmalarda rapor edileni de aşıyor (6 saat oklüzyon reçete edildiğinde %70 uyum, 12 saat reçete edildiğinde %50)30. Bir web uygulaması ebeveynlerin çocuklarının uyumluluk13bir kayıt tutmak için gerekli değildir ek avantajı vardır. Optometristin tek görevi sunucuya erişmek ve her seans Sonunda bilgisayarlı stereoskopik oyun programını kullanarak her hasta için toplanan verileri kontrol etmektir.
Eğitim süresi boyunca hastalar optometri merkezini (check-up ziyaretleri) ziyaret ederek optometristin kullanıcıdan ekrana mesafenin önemini vurgulamasına olanak tanır. Optometristler de bu check-up ziyaretleri sırasında stimülasyon kategorisini (kötü, kaba, orta-ince) ayarlarlar. Algısal öğrenme kuramları, hasta kendi eşiğinde çalışmazsa (örneğin, hasta ekrana yaklaşırsa veya daha kolay bir stimülasyon kategorisinde çalışırsa) iyileşmeolasılığının daha düşük olduğunu öngörmektedir. Bu bulgular bu protokolü doğrulamak için yapılan çalışmada doğrulanmış20. Kullanıcıdan ekrana mesafe yazılımın kontrolü dışındadır ve bu nedenle hastanın veya hastanın ebeveynlerinin sorumluluğundadır.
Bilgisayarlı stereoskopik oyunun tasarımı için rastgele noktalı bir yaklaşım kullanma kararı kritik olabilir. Rastgele noktasteroskopik görüntülerle uyarılma asla önemsiz değildir: eşiklerinin altında çalışan hastalar bile iyileşmeler yaşarlar. Algısal öğrenme sürecinde, tek başına rastgele nokta uyaran tekrarlanan maruz idürme binoküler görme artıracaktır. Hastanın görevi, ve şaşılık öyküsü olan hastalar için özellikle zor olan31, bastırma olmadan her göz12 tarafından algılanan ilişkili rasgele nokta birleştirmek için. Bu, birbiriyle ilişkili nokta (sinyal) ile kaynaştırılamayan (gürültü) ayırt etme yeteneklerini geliştirir. Bu tip eğitim eşitsizlik dedektörü yanıtı geliştirilmiş olabilir, algısal öğrenme füzyon yanıtı geliştirilmiş olurdu verilen ve gürültü den sinyal ayırmak için hastanın yeteneğini geliştirilmiş32.
Algısal öğrenme yaklaşımının risklerinden biri seçiciliktir. Bu yöntem, rastgele nokta stereogram eğitiminin seçici olmadığını göstermiştir, çünkü öğrenme Wirt Circles testi ile ölçülen medial lateral stereoakülite aktarılır. Bu tedavi yönteminin etkinliğini gösteren bir diğer bulgu da elde edilen sonuçların stabilitesidir. Algısal öğrenme eğitimi sonucunda göz tembelliği olan kişilerde yapılan iyileştirmelerin stabil olup olmadığını inceleyen farklı çalışmalar16,17,19,33. Bu model, 6 aylık bir takip ziyaretinde rastgele nokta stereoakülite testi ile ölçülen iyileştirmelerin kararlılığını göstermiştir.
Çeşitli sınırlamalar algılandı. Yazılım tasarımı, bu sürecin hastanın evrimine göre ideal olarak otomatik olması gerektiğinde, uyarım kategorisinin el ile ayarlanmasını gerektirir. Uygulanan geçiş seviyesi durumu, hasta art arda birkaç kez bir seviyeyi geçemezse, hastanın kaba bir stereoakülite ayarına geri dönme olasılığı göz önünde bulundurularak geliştirilebilir. Her durumda, bir merdiven prosedürü atılır, gamification hedeflerinden biri oyun mekaniği ile hasta motivasyonu artırmak için çünkü. Hasta, klinik durumlarının iyiye gidip gelmediğine veya kötüleşip bozulmadığına bakılmaksızın ilerleme ve başarı hissini deneyimlemelidir. Bu, oyun akışı içinde daha kolay denemeler gizleyerek elde edilir (ancak amacı hızlı ve doğru bir şekilde performans% 50 olduğu eşik sınırını belirlemekiçin standart bir merdiven prosedürü ile değil. Başka bir gelişme otomatik olarak ekranından hastanın mesafesini izlemektir. Ancak, özel donanım kullanımını içermeyen bir çözümün farkında değiliz, ancak özel olarak oluşturulmuş web kamerası kafa izleme yazılımını test etmeye değer olabilir.
Diğer sınırlamalar çalışma tasarımı nedeniyle ve aşağıdakileri içerir: (1) deneklerin çoğunluğu şaşılık öyküsü vardı (anisometropic ambliyopi öyküsü olan deneklerin örnek çok küçüktü); (2) yaş aralığı 7-14 yıl ile sınırlandırıldı; ve (3) stereoacuity aralığı 800″-200″ arasındaydı. Gelecekteki çalışmalarda, anisometropik göz tembelliği ve kaba stereoakülite ve eski konularda terapötik etkisini doğrulamak için ilginç olacaktır.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Oviedo Üniversitesi (FUO-EM-104-12) ile yapılan anlaşma uyarınca bilgisayar tabanlı testin geliştirilmesini kısmen destekleyen VISUALIA görsel terapi kliniğini kabul etmek istememektedirler.
Materials
| Autorrefractometer, model TRK 1P | Topcon, Japan | Refractive error measurements by autorrefraction | |
| Computerized Stereoscopic Game | University of Oviedo, Spain | The computer-based test itself was developed at the University of Oviedo by SM-G, coauthor of this manuscript. After finishing this study, a private company named VISIONARY TOOL (www.visionarytool.com) has contacted both SM-G and JAP-C to participate in the development of a computerized visual training tool. This tool includes several games and tests. The one used in this article, based on random dot hidden silhouettes, is one of them. | |
| Randot Preschool Stereoacuity Test | Stereo Optical Company Inc, USA | Global stereoacuity test | |
| Screen model | SIFIMAV, Italy | Logarithmic visual acuity chart ETDRS format | |
| Wirt Circles Test | Stereo Optical Company Inc, USA | Local stereoacuity test |
References
- Ciuffreda, K. J., Levi, D. M., Selenow, A. . Amblyopia: Basic and Clinical Aspects. , 1-64 (1991).
- Birch, E. E. Amblyopia and binocular vision. Progress in Retinal and Eye Research. 33, 67-84 (2013).
- Repka, M. X., Holmes, J. M. Lessons from the amblyopia treatment studies. Ophthalmology. 119, 657-658 (2012).
- Wallace, D. K., et al. Stereoacuity in children with anisometropic amblyopia. Journal of American Association for Pediatric Ophthalmology. 15, 455-461 (2011).
- O’Connor, A. R., Tidbury, L. P. Stereopsis: are we assessing it in enough depth?. Clinical and Experimental Optometry. 101, 485-494 (2018).
- Mansouri, B., Thompson, B., Hess, R. F. Measurement of suprathreshold binocular interactions in amblyopia. Vision Research. 48, 2775-2784 (2008).
- Farivar, R., Thompson, B., Mansouri, B., Hess, R. F. Interocular suppression in strabismic amblyopia results in an attenuated and delayed hemodynamic response function in early visual cortex. Journal of Vision. 11, 1-12 (2011).
- Hess, R. F., Thompson, B., Baker, D. H. Binocular Vision in Amblyopia: Structure, Suppression and Plasticity. Ophthalmic and Physiological Optics. 34, 146-162 (2014).
- Vedamurthy, I., et al. A dichoptic custom-made action video game as a treatment for adult amblyopia. Vision Research. 114, 173-187 (2015).
- Li, S. L., et al. A binocular iPad treatment for amblyopic children. Eye. 28, 1246-1253 (2014).
- Kelly, K. R., et al. Binocular iPad Game vs Patching for Treatment of Amblyopia in Children: A Randomized Clinical Trial. JAMA Ophthalmology. 134, 1402-1408 (2016).
- Levi, D. M., Knillm, D. C., Bavelier, D. Stereopsis and amblyopia: A mini-review. Vision Research. 114, 17-30 (2015).
- Holmes, J. M., et al. Effect of a Binocular iPad Game vs Part-time Patching in Children Aged 5 to 12 Years With Amblyopia: A Randomized Clinical Trial. JAMA Ophthalmology. 134, E733-E741 (2016).
- Kelly, K. R., Birch, E. E. Binocular outcomes following binocular treatment for childhood amblyopia. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 59, 1221-1228 (2018).
- Webber, A. L., Wood, J. M., Thompson, B. Fine Motor Skills of Children With Amblyopia Improve Following Binocular Treatment. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 57, 4713-4720 (2016).
- Astle, A. T., McGraw, P. V., Webb, B. S. Recovery of stereo acuity in adults with amblyopia. BMJ Case Reports. , 1-4 (2011).
- Vedamurthy, I., et al. Recovering stereo vision by squashing virtual bugs in a virtual reality environment. Philosophical Transactions of the Royal Society B. 37, 20150264 (2016).
- Ding, J., Levi, D. M. Recovery of stereopsis through perceptual learning in human adults with abnormal binocular vision. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, E733-E741 (2011).
- Xi, J., et al. Perceptual Learning Improves Stereoacuity in Amblyopia. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55, 2384-2391 (2014).
- Portela-Camino, J. A., et al. A Random Dot Computer Video Game Improves Stereopsis. Optometry and Vision Science. 95, 523-535 (2018).
- Birch, E. E., et al. Risk Factors for Esotropic Amblyopia. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48, e1108 (2007).
- Leske, D. A., Birch, E. E., Holmes, J. M. Real depth vs randot stereotests. American Journal of Ophthalmology. 142, 699-701 (2006).
- Fawcett, S. L., Birch, E. E. Interobserver test-retest reliability of the Randot preschool stereoacuity test. Journal of American Association for Pediatric Ophthalmology. 4, 354-358 (2000).
- Holmes, J. M., Leske, D. A., Hohberger, G. G. Defining real change in prism-cover test measurements. American Journal of Ophthalmology. 145, 381-385 (2008).
- Cotter, S. A., et al. Treatment of anisometropic amblyopia in children with refractive correction. Ophthalmology. 113, 895-903 (2006).
- Cotter, S. A., et al. Treatment of strabismic amblyopia with refractive correction. American Journal of Ophthalmology. 143, 1060-1063 (2007).
- Adams, W. E., et al. Defining real change in measures of stereoacuity. Ophthalmology. 116, 281-285 (2009).
- Read, J. C. A. Stereo Vision and Strabismus. Eye. 29, 214-224 (2015).
- Birch, E. E., Wang, J. Stereoacuity outcomes after treatment of infantile and accommodative esotropia. Optometry and Vision Science. 86, 647-652 (2009).
- Stewart, C. E., et al. Objectively monitored patching regimens for treatment of amblyopia: randomised trial. British Medical Journal. 335, 707 (2007).
- Westheimer, G. Clinical evaluation of stereopsis. Vision Research. 90, 38-42 (2013).
- Gantz, L., et al. Mechanisms of Perceptual Learning of Depth Discrimination in Random Dot Stereograms. Vision Research. 47, 2170-2178 (2007).
- Zhou, Y., et al. Perceptual learning improves contrast sensitivity and visual acuity in adults with anisometropic amblyopia. Vision Research. 46, 739-750 (2006).
