Улучшение стереоаквии с помощью случайных-dot видео-игр
Summary
Представлен протокол для улучшения стереоаквики с использованием gamified перцептивного обучения программного обеспечения, основанного на случайных точках стимулов. Пациенты являются стерео-дефицитных субъектов без косоглазия. Протокол сочетает в себе посещение центра оптометрии с домашними упражнениями с использованием программного обеспечения. В облаке хранятся соответствие и эволюция стереоакты.
Abstract
Обычная терапия амблиопией включает окклюзию или наказание доминирующего глаза, хотя эти методы усиливают стереоскопическую остроту зрения менее чем в 30% случаев. Чтобы улучшить эти результаты, мы предлагаем лечение в виде видеоигры, используя случайные точки стимулов и восприятия методов обучения, чтобы стимулировать стереоакуity. Протокол определяется для стереодефицитных пациентов в возрасте от 7-14 лет, которые уже прошли лечение от амблиопии и имеют монокулярную наилучше скорректированную остроту зрения расстояния не менее 0,1 логМАРА. Пациенты должны пройти программу восприятия обучения на дому с помощью видеоигры. В то время как соответствие сохраняется автоматически в облаке, периодические посещения центров оптометрии используются для отслеживания эволюции пациентов и корректировки стереоскопического спроса на игру до тех пор, пока не будет достигнуто наименьшее обнаруженное неравенство. Протокол оказался успешным, и эффективность оценивается с точки зрения двухуровневого усиления на случайном тесте стереоакности (глобальная стереоакуity или циклопические стереоакуity справочный тест). Кроме того, случайные точки стимулы обучения переводы медиаальной боковой стереоскопической остроты в соответствии с тестом Wirt Circles, в котором критерии успеха является окончательным стереоакность более 140 “, и достигнутое повышение соответствует не менее двух уровней стереоскопической остроты. Шесть месяцев спустя, случайные точки стереоакность тест зафиксировал не снижение стереоакности, которая была достигнута.
Introduction
Амблиопия является расстройством развития пространственного зрения, часто связанных с существованием косоглазия, анисомтропия, или депривация формы в молодом возрасте1. Заболеваемость амблиопией среди населения в целом колеблется от 1,3%-3,6%2. Обычная амблиопия терапия начинается с коррекции любой рефракционной ошибки, а затем окклюзии хорошего глаза с патчем или атропина наказания3. Хотя результаты лечения обычного лечения изначально хорошие, с 73%-90% пациентов испытывают улучшение остроты зрения, это улучшение не приравнивается к нормальной остроты зрения примерно у 50% пациентов. Кроме того, дети часто испытывают ухудшение даже после успешного лечения2. Предыдущее исследование показало, что, что в отношении бинокулярного зрения, всего лишь 28% анисофопорных пациентов с амблиопией зарегистрировано два или более уровней улучшения в результате лечения4. Там было мало исследований, направленных на оценку стратегий для улучшения стереопсиса в случаях амблиопии, несмотря на тот факт, что стереопсис имеет важное значение для визуального восприятия у людей5. Обычная терапия амблиопии, которая производит хорошие результаты для остроты зрения, но плохие результаты с точки зрения бинокулярного зрения, может извлечь выгоду из развития интервенционной модели, направленной на улучшение стереоакости у пациентов с историей амблиопии2.
За последние 10 лет, некоторые исследователи предложили альтернативный подход к пониманию хода амблиопии6,7. Это понимание мотивировало предложение интервенционной модели сосредоточены на борьбе с подавлением дихоптической подготовки для восстановления бинокулярного зрения8,9. Amblyopia терапии с участием целевых gamified деятельности для использования пациентами в домашних условиях было сообщено успешным в ряде случаев10,11.
Несмотря на это dichoptic обучение является неэффективным для улучшения стереоскопической остроты12. Два современных клинических испытания с использованием анти-подавления dichoptic модель обучения сообщили не стереоакность улучшение11,13. Однако последние исследования показывают, что дихоптическая стимуляция способна уменьшить глубину и степень подавления и улучшить бинокулярное зрение (восстановление одновременного бинокулярного восприятия). В некоторых случаях это совпадает с улучшенной стереоакютией14,15.
Некоторые исследования предложили другой подход вмешательства, который ориентирован на прямую стимуляцию стереопсиса через перцептивное обучение деятельности16,17. Эти исследования ограничиваются чередой случаев, лечившихся в лабораторных условиях. В исследовании Astle et al., стереопсис был стимулирован в двух взрослых анисофопорных амблиопов16 в течение девяти лабораторных занятий. Лечение включало бинокль стимуляции с помощью зеркального стереоскопа с стереограммами пар на основе случайных точек изображения. Дин и Леви стимулировали стереопсис в ходе лечения, проводимого полностью в лабораторных условиях, используя зеркальный стереоскоп и стереограммы на основе патчей Gabor18. Их испытуемыми были пять взрослых, четверо из которых не имели стереопсиса, а один был стереодефицитным. Субъекты должны были выполнять от 3000 до 20000 перцептивного обучения учебных испытаний.
Кроме того, Си и др. изучали анисофопорные амблиопы в течение 10 -13 учебных занятий по восприятию, в ходе которых текстуры 3-D анаглифа использовались для стимуляции стереопсиса19. Наконец, в исследовании Vedamurthy et al., 11 стерео-дефицитных взрослых были заняты в visuo-моторной подготовки задач (“сквош-ошибка” игры) в виртуальной реальности окружающей среды17. Эти испытуемые провели 12 600 исследований в 35 сессиях в течение 8-11 недель.
Прямая стимуляция стереопсиса была проведена в лабораторных исследованиях, но эта модель терапии занимает много времени и трудно применять в повседневной клинической практике, особенно с детьми. Таким образом, была разработана осуществимая модель терапии, для которой успешное доказательство концепции было ранее представлено20. Этот протокол включает в себя результаты проспективного, рандомизированного, двойного слепого, параллельного группового исследования, основанного на лечении восприятия с использованием стимулов случайных точек в формате видеоигр для улучшения стереоакютности. Представлено подробное объяснение протокола, последовавшего за этим исследованием.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представлен протокол для прямой стимуляции стереоакности, в котором случайные точки стерео изображения используются для повышения стереоскопической остроты в стерео-дефицитных предметов. Четыре предыдущих исследования оценили результаты прямой стимуляции16,17,18,19. Этот последний протокол вносит дополнительные возможности в вышеупомянутые интервенционные модели.
Предлагаемая модель вмешательства предназначена для пациентов с историей сгорбимической или анисотропной амблиопии, которые уже прошли лечение (т.е. оптическую коррекцию, окклюзию, косоглазие, зрение) и добились наилучшего исправления острота зрения не менее 0,1 логМАР, но чья стереоакность остается низкой (между 200″-800″). Целью протокола является улучшение стереоаквии в подобных случаях.
Прямая стимуляция стереопсиса уже доказала свою эффективность в повышении стереоакетики у стереодефицитных субъектов16,17,18,19. Однако, для того чтобы система стимуляции была осуществима, терапия должна быть выполнена в доме пациента для того чтобы достигнуть 3.000-20,000 проб, необходимых для учить произойти.
В ранее опубликованном исследовании, которое подтвердило эту процедуру и обобщено выше, 11 субъектов улучшили свою стереоакутику20. Тем не менее, пять испытуемых не испытали увеличения стереоакности(рисунок 3). Это может быть связано с наличием мелкоугольного косоглазия, обнаруживаемого в тесте на покрытие. Читайте вывод, что, поскольку изображения с левого и правого глаза должны быть расположены в области Panum слияния, нормальная стереоакуity должны требовать выравнивания в пределах 0,6 призмы диоптрии28. Область синтеза Panum составляет 5-20 мин дуги (0,1-0,6 призма диоптрии в fovea), и это может быть, что выравнивание в этом окне необходимо для поддержки высококачественных стереоскопических остроты29. Исследование, проведенное Холмсом и др., показало, что тест на обложку не смог обнаружить отклонения ниже диоптрий призмы 3 евро; Таким образом, наличие обнаруживаемых косоглазие может поставить под угрозу способность пациента приобрести прекрасную стереоакуity24.
Геймификация используется для повышения мотивации и соблюдения требований к пациенту. Кроме того, программа хранит данные в облаке после каждого сеанса, что позволяет практикующему отслеживать активность пациента удаленно на ежедневной основе. Благодаря этой функции результаты соответствия превосходны (88.36%) и сопоставимы с теми, которые были записаны в двух предыдущих исследованиях, в которых амблиопические субъекты получали дихоптическое лечение стимуляции с помощью iPad дома10,11. Они также гораздо лучше, чем сообщили результаты исследования PEDIG в аналогичных условиях, в которых только 22,5% выборки удалось завершить более 75% лечения предписано13. Соответствие продемонстрировано здесь также превышает, что сообщили исследования, которые оценили эффективность окклюзии лечения в амблиопии (70% соблюдения, когда 6 ч окклюзии назначаются, и 50%, когда 12 ч предписано)30. Веб-приложение имеет дополнительное преимущество, что родители не обязаны вести учет соответствия своего ребенка13. Единственная обязанность оптометриста состоит в том, чтобы получить доступ к серверу и проверить данные, собранные для каждого пациента в конце каждого сеанса с помощью компьютеризированной стереоскопической игровой программы.
В течение учебного периода пациенты посещают центр оптометрии (осмотр посещений), что позволяет оптометристу подчеркнуть важность расстояния между пользователем и экраном. Оптометристы также устанавливают категорию стимуляции (бедная, грубая, среднетоннажная) во время этих осмотров. Теории восприятия обучения предсказывают, что улучшения менее вероятны, если пациент не работает на своем пороге (например, если пациент приближается к экрану или работает в более легкой категории стимуляции). Эти выводы были подтверждены в исследовании, проведенном для проверки этого протокола20. Расстояние между пользователем и экраном находится вне контроля программного обеспечения и, следовательно, является обязанностью пациента или родителей пациента.
Решение использовать подход случайной точки для разработки компьютеризированной стереоскопической игры может иметь решающее значение. Стимуляция через случайные точки стереоскопических изображений никогда не бывает несущественным: даже пациенты, работающие ниже порога опыт улучшений. В процессе восприятия обучения, повторное воздействие случайных точка стимула только повысит бинокулярное зрение. Задача пациента, и тот, который особенно труден для пациентов с историей косоглазие31, заключается в том, чтобы сплавить коррелированные случайные точки воспринимается каждым глазом12 без подавления. Это повышает их способность различать коррелированные точки (сигнал) от тех, которые не могут быть слиты (шум). Обучение этого типа, возможно, улучшило реакцию детектора несоответствия, учитывая, что перцептивное обучение улучшило бы реакцию синтеза и улучшило бы способность пациента отделить сигнал от шума32.
Одним из рисков подхода к восприятию обучения является избирательность. Этот метод показал, что обучение стереограмме случайных точек не является избирательным, потому что обучение передается медиальной боковой стереоакности, измеренной с помощью теста Wirt Circles. Еще один вывод, который демонстрирует эффективность этого метода лечения является стабильность достигнутых результатов. Различные исследования изучили ли улучшения, достигнутые в предметах с амблиопией в результате восприятия обучения стабильны16,17,19,33. Эта модель продемонстрировала стабильность улучшений, измеренных с помощью теста на стереоакуity случайных точек во время 6-месячного последующего визита.
Выявлено несколько ограничений. Конструкция программного обеспечения требует, чтобы категория стимуляции устанавливали вручную, когда этот процесс в идеале должен быть автоматическим в зависимости от эволюции пациента. Состояние уровня прохода снабжено смогло быть улучшено путем рассматривать возможность двигать пациента назад к грубой установке стереоаквности если пациент не сумеет пройти уровень на нескольких последовательных случаях. В любом случае, лестница процедура отбрасывается, потому что одна из целей геймификации заключается в повышении мотивации пациента через игровую механику. Пациент должен испытать ощущение прогресса и успеха, независимо от того, их клиническое состояние улучшается или ухудшается. Это достигается за счет сокрытия более легких испытаний в игровом потоке (хотя и не со стандартной процедурой лестницы, целью которой является быстрое и точное определение порогового предела, при котором производительность составляет 50%). Другим усовершенствованием является автоматическое наблюдение за расстоянием пациента от экрана. Тем не менее, мы не знаем о решении, которое не предполагает использование специального оборудования, хотя это может быть стоит тестирования специально построенных веб-камера головой отслеживания программного обеспечения.
Другие ограничения обусловлены дизайном исследования и включают в себя следующее: (1) большинство испытуемых имели историю косоглазия (выборка предметов с историей анисотропной амблиопии была слишком мала); (2) возрастной диапазон был ограничен 7-14 лет; и (3) диапазон стереоаквости составлял от 800″-200″. В будущих исследованиях было бы интересно проверить терапевтическое воздействие на анисотропную амблиопию и грубую стереоакутичность и на более старые предметы.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы отметить клинику визуальной терапии VISUALIA, которая частично поддержала разработку компьютерного теста, по согласованию с Университетом Овьедо (FUO-EM-104-12).
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).
