JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
의학

Измерение и лечение в борьбе с амблиопией

Published: December 14, 2012
doi:
10.3791/3927
, , , ,
1Department of Optometry and Vision Science,University of Auckland, 2Department of Ophthalmology,McGill University , 3Centre for Intelligent Machines,McGill University

Summary

Амблиопия является нарушение развития зрительной коры, которая часто сопровождается сильным подавлением одного глаза. Мы представляем новый метод измерения и лечения глазной подавления у пациентов с амблиопией, которые могут быть развернуты с помощью виртуальной реальности очки или портативном устройстве сенсорный iPod.

Abstract

Amblyopia, a developmental disorder of the visual cortex, is one of the leading causes of visual dysfunction in the working age population. Current estimates put the prevalence of amblyopia at approximately 1-3%1-3, the majority of cases being monocular2. Amblyopia is most frequently caused by ocular misalignment (strabismus), blur induced by unequal refractive error (anisometropia), and in some cases by form deprivation.

Although amblyopia is initially caused by abnormal visual input in infancy, once established, the visual deficit often remains when normal visual input has been restored using surgery and/or refractive correction. This is because amblyopia is the result of abnormal visual cortex development rather than a problem with the amblyopic eye itself4,5 . Amblyopia is characterized by both monocular and binocular deficits6,7 which include impaired visual acuity and poor or absent stereopsis respectively. The visual dysfunction in amblyopia is often associated with a strong suppression of the inputs from the amblyopic eye under binocular viewing conditions8. Recent work has indicated that suppression may play a central role in both the monocular and binocular deficits associated with amblyopia9,10 .

Current clinical tests for suppression tend to verify the presence or absence of suppression rather than giving a quantitative measurement of the degree of suppression. Here we describe a technique for measuring amblyopic suppression with a compact, portable device11,12 . The device consists of a laptop computer connected to a pair of virtual reality goggles. The novelty of the technique lies in the way we present visual stimuli to measure suppression. Stimuli are shown to the amblyopic eye at high contrast while the contrast of the stimuli shown to the non-amblyopic eye are varied. Patients perform a simple signal/noise task that allows for a precise measurement of the strength of excitatory binocular interactions. The contrast offset at which neither eye has a performance advantage is a measure of the “balance point” and is a direct measure of suppression. This technique has been validated psychophysically both in control13,14 and patient6,9,11 populations.

In addition to measuring suppression this technique also forms the basis of a novel form of treatment to decrease suppression over time and improve binocular and often monocular function in adult patients with amblyopia12,15,16 . This new treatment approach can be deployed either on the goggle system described above or on a specially modified iPod touch device15.

Protocol

1. Измерение борьбе Перед началом измерений подавления, дать пациенту подробные инструкции (см. 1,8) и показывать визуальные стимулы, связанные с шагом 1.2-1.8 ниже на экране ноутбука. Все пациенты должны носить полную коррекцию преломления (очки / контактные линзы) в течение всей процедуры, соответствующим образом скорректированы на рабочее расстояние. Очки (eMagin 8700) должны быть установлены на пациента (поверх очков / контактных линз) и правильно отрегулированы. Убедитесь, что экраны сидеть параллельно поверхности глаза. Экраны могут быть скорректированы с учетом расстояния между зрачками каждого пациента. Инструкция по подключению и калибровке очки можно найти здесь: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf . Стимулы состоят из двух популяций движущейся точки, одна населения Movinг в одном направлении («сигнал» точки) и других движущихся в разных направлениях («шум» точки). Задача наблюдателя в том, чтобы сообщать сигнал направлении. Целевая трудности манипулировать путем изменения относительных долей сигнал-шум точек в раздражителем. Пользовательских программ Matlab, которые контролируют эти измерения используют 3-1-вниз до лестницы процедуры. Есть два отдельных этапов измерений. Первая обеспечивает бинокулярное порога, то есть пороговое число точек сигнала требуется, когда оба сигнала и шума точек представлены в обоих глаз при высокой контрастности. Вторая программа измеряет отличие дисбаланс, необходимых для достижения той же порог, когда точка населения представлены в отдельном глаза. Различные изображения отображаются на экранах очки за счет использования Matrox DualHead2Go (Монреаль, Канада) устройства. Чтобы начать подавление оценки, сначала измерить бинокулярное порог. Здесь же визуальные стимулы арэлектронной показано, что оба глаза и минимальное количество точек сигнала требуется точно судить о направлении движения точки измеряется. Чтобы выровнять глаза, экранов будет отображаться черный крест половины в каждом глазу на белом экране. Используя клавиатуру, пациента просят, чтобы переместить половину креста видел амблиопией глаз, пока он на одной линии с половиной видел парного глаза. Важно, чтобы пациент сообщил, что изображение, видимое амблиопией глаз может быть смазано, но это выравнивание, которое имеет важное значение. Если движущееся изображение исчезает из поля зрения попросить пациента мигать чаще, так как это может улучшить видимость изображения. Точное выравнивание глазного (пикселов) могут быть извлечены после каждого измерения для установления повторяемости эту задачу. Как только пациент сообщает, что половина кресты выровнены, процедура измерения может начаться. Каждое измерение занимает около трех минут. Пять коротких измерений лестницы являются сompleted для каждого из двух частей измерений. Следующие инструкции должно быть дано до измерения начинается: Инструкция для наблюдателя: "Во время этого теста вам будет предложено сделать суждение о направлении движущихся изображений." «Вы увидите группу белые / серые точки на сером фоне. После каждой презентации я буду просить вас, чтобы решить, если точки в основном двигаться влево или вправо, используя левую и правую клавиши со стрелками на клавиатуре перед вами ». "Есть две группы точек, некоторые плавно перемещаться влево или вправо (сигнал точками), другая группа движутся в разных направлениях". "Пожалуйста, попробуйте решить, какое направление сигнала точки движутся в (справа или слева) среди путаницы случайной точки". "Как вы будете продолжать принимать решения, число случайных точек будет увеличиваться, что делает его более трудным, чтобы увидеть сигнал точки, когда оно становится настолько трудной вы не можете сказать направлении, пожалуйста, просто взятьваша догадка ". Первое измерение может теперь начать. Инструкция хорошая "последнюю минуту", чтобы напомнить участника мигать регулярно ("хорошее время, чтобы мигать, когда вы нажимаете кнопку"). Пять измерений с помощью бинокулярного парадигмы лестницы теперь сделаны. Глазные выравнивания повторяется перед каждой измерение. Результат, полученный от каждого измерения порогового числа точек сигнала (из 100 точек общего числа), необходимые для правильного судить о направлении, когда оба глаза видят те же раздражители. Программа также сообщает, диапазон ответов в качестве стандартной ошибки измерения. Для следующего измерения, контраст лестнице, пять результатов бинокулярное лестницы усредняются и в результате порог определяет количество точек сигнала представлена ​​с амблиопией глаз. Остальные точки шума представлены на не-амблиопией глаз на различных контрастов для оценки подавления. Для этого измерения амблиопией глазвсегда видит высокую контрастность точек в то время как контраст шума точками показаны не-амблиопией глаз варьируется помощью лестницы процедуры. В начале лестницы фиксированное количество точек сигнала (полученные от шага 1,11) приведены в амблиопией глаз на 100% контрастность и оставшееся количество шума точками показаны на парном глазу на 0% контрастности (т.е. без точек шума видны в результате чего минимальная подавление). Правильная идентификация сигнала точка направлении приводит к увеличению контрастности шума точками показаны на парном глазу в соответствии с 3-1-вниз, вверх лестница алгоритм. На протяжении измерений, контрастность шума точками показаны на парном глазу изменяется по лестнице до выполнения задачи сходится на 79% правильно. Это означает, что сигнал и шум точек в настоящее время объединены между двумя глазами, чтобы произвести тот же уровень выполнения задачи, которая наблюдалась под бинокулярным условий просмотра (шаг 1,11). Соотношение контрастностиСигнал точками представлена ​​с амблиопией глаз (всегда на 100%) по отношению к контрастности шума точками показаны на парном глазу на пороге является мерой точку равновесия. Увеличение контрастности шума точками показаны на парном глазу выше этой точки приведет к подавлению сигнала точками показаны амблиопией глаз и нарушения в выполнении задачи. Пять измерений выполнены из контрастного дисбаланс и средний результат рассчитывается. В результате информирует экзаменатора об уровне контрастности дисбаланс, который необходимо преодолеть подавление и позволяют амблиопией глаз и коллег глаза, чтобы видеть точек одновременно. 2. Обучение с помощью этого метода Контраст дисбаланс находится в шаге 1,14 выше, могут быть использованы в качестве отправной точки для тренировочного режима. Подготовка включает в себя интеграцию использования dichoptic изображения с контрастом дисбаланс в формате видеоигры ("тетрис"). Видео игры могут быть реализованы налибо виртуальные очки реальность или на устройстве сенсорный ставку. Видео игра тетрис включает в себя ряд падающие блоки, которые устанавливаются вместе, чтобы сформировать полную линий. Амблиопией глаз видит полную противоположность блокам, и парень глаз видит уменьшенные изображения контраста. Информация представлена ​​для каждого глаза должна восприниматься одновременно для успешной игры. Со временем, как тренировочный режим продолжает отличие дисбаланс уменьшена за счет увеличения отличие от парного глаза, что делает его более трудным для зрительной системы, чтобы преодолеть подавление вызванного больше похожи dichoptic изображений. Продолжительность обучения должна быть 1-2 часа в день, и должна быть продолжена, пока не дальнейшего совершенствования, в отличие дисбаланса (увеличение в отличие представлены на парном глазу) не наблюдается. Во время тренировочного режима, проверки монокуляр и бинокулярных функций должна производиться регулярно (определяется возрастом пациента и основного заболевания). Испытания монокуляр остроты зрения, бинокулярное зрениеи стандартные тесты на подавление особенно важно для отчетности прогресса.

Representative Results

Уровень подавления найти в описанный метод зависит от основной причины амблиопии, предыдущее лечение, использование рефракционной коррекции и острота зрения. Потому что каждый пациент имеет уникальную историю, трудно определить «нормальных» значений подавления или делать сравнения между людьми. В целом, мы ожидаем тех, кто хуже острота зрения, чтобы иметь более глубокий уровень подавления 9. Во время обучения, как уменьшить контрастность дисбаланс между глазами, глубина подавления обычно снижается, и это улучшает ряд бинокль и монокуляр функций. Это изменение в подавлении была продемонстрирована в нескольких группах пациентов (см. рисунки 3 и 4 в ссылке 12, Таблица 3 и Рисунок 9 в ссылке 15 и Рисунок 2 в ссылку 16). Важно отметить, что детальные измерения подавлении йв технике есть потенциал, чтобы улучшить наше понимание амблиопии синдрома. Рисунок 1. Оборудования, используемых для измерения подавления которая включает в себя 1) ноутбук 2) очки 3) сигнал сплиттер. Рисунок 2. Очками правильно установлены на участника исследования. Рисунок 3. Представление о случайных раздражителей kinetogram точки (шаг 1.2/1.3). На верхней панели демонстрирует выравнивания фазы, где половина креста отображаются для каждого глаза монокулярно как сигнал для бино сосудистых выравнивания. Средняя панель демонстрирует сигнал-шум парадигме, где сигнал точки представляются амблиопией глаз только и шум точек представлены в парном глазу, под бинокулярным условий сигнала и шума объединены, чтобы дать порог согласованности движения, которое затем используется в контрастность различной стадии измерения. Нижняя панель показывает контраст порог, эта процедура использует порог согласованности движения на фиксированном уровне сигнала к шуму, и отображает различные уровни контраста между двумя глазами. Точка, в которой два глаза видят симметричный вход бинокль порог контрастности или "точка равновесия". Рисунок 4. (Шаг 1,7) Выравнивание экранах, как видно через очки, горизонтальные и вертикальные стрелки используются для выравнивания цели, пока весь крест видел. e_content "FO: Keep-together.within-страница =" Всегда "> Рисунок 5. Обзор учебных протокол. Рисунок 6. Пример клинического и психофизические данные, полученные от одного взрослого участника с косоглазием амблиопии, которые прошли подготовку операции (от 2,1 до 2,4). Фиг.6А демонстрирует изменение остроты зрения (измеряется с логарифмической диаграмме стиль в LogMAR единиц в течение четырех недель подготовки и амблиопией глаз (AME) и парном глазу (ФКП)). Меньшие значения LogMAR указывают на более высокую остроту зрения. Совокупное количество часов игры в скобках на оси х. Рисунок 6B демонстрирует изменение в отличие имбаКопье в течение четырех недель обучения. Y-ось показывает контраст, который можно было бы допустить в парном глазу, поэтому большие значения указывают менее подавления. В начале обучения только 30% контраста может быть терпимо в парном глазу, прежде чем амблиопией глаз был подавлен. Однако, как обучение прогрессировало, больше контраста можно было бы допустить указывает на сокращение подавления. Рис 6C показывает улучшение в stereoacuity за период обучения (измеряется с помощью теста стерео Randot). Нулевая на оси ординат указывает на отсутствие стерео видения и увеличение значения указывают на повышение стерео чувствительность (единиц обратной стерео порог в секундах дуги). Рисунок 7. Стандартные клинические тесты, используемые для оценки состояния бинокулярного зрения до и после обучения, включая Worth 4 точки испытаний (вверху слева), Bagollini леNSES (вверху справа), Randot Стереоскопическое теста (слева внизу) и TNO стереоскопического теста (внизу справа).

Discussion

Подавление измерения и лечения методов, описанных в этой статье критически зависит от манипуляций с контрастностью изображения видит каждым глазом. В частности, относительно глазной дисбаланс, при котором контраст бинокулярного происходит объединение, то есть "точка баланса контраста", предусматривает меры пресечения 6,11,17. Кроме того, по неоднократно подвергая пациентов с амблиопией и пресечения для "сбалансированного" визуальные стимулы, можно уменьшить подавление и потенциально улучшить как монокуляр и бинокулярных зрительных функций 12,15,16. Эти методы представляют собой шаг вперед в подавлении измерения и новый подход к лечению амблиопии соответственно. Имеющиеся в настоящее время клинические испытания для оценки подавления таких как Worth 4 фары испытания и Bagolini поперечно-полосатой линзы оценить, является ли подавление присутствуют или отсутствуют, и другие тесты, такие как бар sbisa количественного определения уровня подавления использование нейтральныхПлотность фильтров. Наша методика обеспечивает дополнительную клиническую информацию, позволяя на прочность подавления быть точно количественно. Амблиопия, которые часто связаны с подавлением, как правило, лечится окклюзии, не амблиопией глаз или унижающих достоинство образа в не-амблиопией глаз для того, чтобы поощрять использование амблиопией глаз 18. Хотя этот метод является эффективным в повышении амблиопией функции глаз 18, она непосредственно не касается бинокулярного дефицит, связанный с амблиопией. Наша методика непосредственно цели бинокулярной зрительной функции, и мы обнаружили, что этот подход может повысить как монокуляр и бинокулярные функции у взрослых пациентов с амблиопией 12,15,16. Измерение и методы лечения описанных подходят для применения у взрослых и детей, хотя игр, возможно, придется быть адаптированы для использования в младшей детской популяции. Мы в настоящее время разрабатывают дополнительные игры для этой цели.

Нашиметоды действительно есть ограничения. Некоторые пациенты с подавлением сильного косоглазия и найти его сложно совместить изображения показаны для каждого глаза в начале протокол измерений подавления. Хотя вполне возможно, для таких пациентов, чтобы выровнять изображение 17, это может занять много времени. Что касается лечения важно работать вместе с квалифицированным врачом по всему режим тренировок, а также рассмотреть риск диплопия (двоение в глазах), если подавление снижается. Наши предыдущие работы на этом подход к лечению было сосредоточено на пациентах с анизометропией или небольшой угол косоглазия и ни один пациент не разработаны диплопия, однако риск диплопия должны быть тщательно рассмотрены квалифицированный врач на пациента, пациент основе до лечения назначают .

При настройке методов в первый раз, важно обеспечить, чтобы все подключения оборудования находятся в безопасности и что все соответствующие драйверы находятся взастопорился и обновляется на компьютере. Важно также использовать компьютер, оснащенный графической картой, совместимой с Matrox графической платы описаны в протоколе и который поддерживает разрешение экрана 1600×600 (один раз Matrox драйвера установлены), чтобы гарантировать, что каждый очков экран имеет ярко выраженный изображение. Мы обнаружили, что большинство проблем, возникающих при настройке системы происходят из-за неправильной настройки разрешения экрана и отсутствие до настоящего времени драйверы для необходимого оборудования. Важно также, чтобы и очки-экраны имеют равные освещенности до измерения подавления для обеспечения точного и стабильного измерения.

Методы, описанные обеспечить основу для дальнейшего развития измерения подавления и подходы к лечению. В частности, развитие более привлекательным видеоигры на основе основных принципов различного контраста между глазами может сделать этот подход более эффективным и болееppealing для молодых пациентов. Помимо их клинического применения, эти методы также могут быть использованы в научно-исследовательской установки для изучения нервных механизмов, лежащих в основе подавления, а также роль, что тормозные взаимодействия между глазами играют в нормальные зрительной системы 13.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

Name of the equipment Company
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

  1. Webber, A. L., Wood, J. Amblyopia: prevalence, natural history, functional effects and treatment. Clin. Exp. Optom. 88, 365-375 (2005).
  2. Dirani, M., et al. Prevalence of refractive error in Singaporean Chinese children: the strabismus, amblyopia, and refractive error in young Singaporean Children (STARS) study. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 51, 1348-1355 (2010).
  3. Group, M.-e. P.E.D.S. Prevalence of amblyopia and strabismus in African American and Hispanic children ages 6 to 72 months the multi-ethnic pediatric eye disease study. Ophthalmology. 115, 1229-1236 (2008).
  4. Hess, R. F., Li, X., Lu, G., Thompson, B., Hansen, B. C. The contrast dependence of the cortical fMRI deficit in amblyopia; a selective loss at higher contrasts. Hum. Brain Mapp. 31, 1233-1248 (2010).
  5. Li, X., Dumoulin, S. O., Mansouri, B., Hess, R. F. Cortical deficits in human amblyopia: their regional distribution and their relationship to the contrast detection deficit. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 1575-1591 (2007).
  6. Mansouri, B., Thompson, B., Hess, R. F. Measurement of suprathreshold binocular interactions in amblyopia. Vision Res. 48, 2775-2784 (2008).
  7. Agrawal, R., Conner, I. P., Odom, J. V., Schwartz, T. L., Mendola, J. D. Relating binocular and monocular vision in strabismic and anisometropic amblyopia. Arch. Ophthalmol. 124, 844-850 (2006).
  8. Baker, D. H., Meese, T. S., Hess, R. F. Contrast masking in strabismic amblyopia: attenuation, noise, interocular suppression and binocular summation. Vision research. 48, 1625-1640 (2008).
  9. Li, J., et al. The role of suppression in amblyopia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52, 4169-4176 (2011).
  10. Rahi, J., Logan, S., Timms, C., Russell-Eggitt, I., Taylor, D. Risk, causes, and outcomes of visual impairment after loss of vision in the non-amblyopic eye: a population-based study. Lancet. 360, 597-602 (2002).
  11. Black, J. M., Thompson, B., Maehara, G., Hess, R. F. A compact clinical instrument for quantifying suppression. Optom. Vis. Sci. 88, 334-343 (2011).
  12. Hess, R. F., Mansouri, B., Thompson, B. A binocular approach to treating amblyopia: antisuppression therapy. Optom. Vis. Sci. 87, 697-704 (2010).
  13. Li, J., et al. Quantifying sensory eye dominance in the normal visual system: a new technique and insights into variation across traditional tests. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 51, 6875-6881 (2010).
  14. Zhang, P., Bobier, W., Thompson, B., Hess, R. F. Binocular Balance in Normal Vision and Its Modulation by Mean Luminance. Optom. Vis. Sci. , (2011).
  15. To, L., et al. A game platform for treatment of amblyopia. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 19, 280-289 (2011).
  16. Hess, R. F., Mansouri, B., Thompson, B. A new binocular approach to the treatment of amblyopia in adults well beyond the critical period of visual development. Restor. Neurol. Neurosci. 28, 793-802 (2010).
  17. Goodman, L. K., Black, J. M., Phillips, G., Hess, R. F., Thompson, B. Excitatory binocular interactions in two cases of alternating strabismus. J. Aapos. 15, 345-349 (2011).
  18. Holmes, J. M., Clarke, M. P. Amblyopia. Lancet. 367, 1343-1351 (2006).
  19. Brainard, D. H. The Psychophysics Toolbox. Spat. Vis. 10, 433-436 (1997).
  20. Pelli, D. G. The VideoToolbox software for visual psychophysics: transforming numbers into movies. Spat. Vis. 10, 437-442 (1997).

Tags

AmblyopiaVisual DysfunctionDevelopmental DisorderVisual CortexOcular MisalignmentStrabismusRefractive ErrorForm DeprivationAbnormal Visual InputVisual DeficitSurgeryRefractive CorrectionBinocular DeficitsVisual AcuityStereopsisSuppressionMonocular DeficitsAmblyopic EyeQuantitative Measurement

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image