Binoculair centraal gezichtsveld en verrekijker-oogbewegingen beoordelen in een dichoptische kijkconditie
Summary
Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het beoordelen van verrekijker oogbewegingen en blikgestuurde centrale gezichtsveldscreening bij deelnemers met centraal gezichtsverlies.
Abstract
Maculadegeneratie resulteert meestal in heterogene verrekijker centrale visuele defecten. Momenteel beschikbare benaderingen om centraal gezichtsveld te beoordelen, zoals de microperimetry, kunnen slechts één oog tegelijk testen. Daarom kunnen ze niet verklaren hoe de defecten in elk oog de verrekijkerinteractie en de echte functie beïnvloeden. Dichoptische stimuluspresentatie met een blikgestuurd systeem zou een betrouwbare maat kunnen bieden voor monoculaire / verrekijker visuele velden. Dichoptic stimulus presentatie en gelijktijdige eye-tracking zijn echter een uitdaging omdat optische apparaten van instrumenten die stimulus dichoptically presenteren (bijv. haploscoop) altijd interfereren met eye-trackers (bijv. infrarood video-gebaseerde eye-trackers). Daarom waren de doelen 1) het ontwikkelen van een methode voor dichoptische stimuluspresentatie met gelijktijdige eye-tracking, met behulp van 3D-sluiterbrillen en 3D-ready monitoren, die niet wordt beïnvloed door interferentie en 2) om deze methode te gebruiken om een protocol te ontwikkelen voor het beoordelen van centraal gezichtsveld bij onderwerpen met centraal gezichtsverlies. De resultaten toonden aan dat deze opstelling een praktische oplossing biedt voor het betrouwbaar meten van oogbewegingen in dichoptische kijkconditie. Daarnaast werd ook aangetoond dat deze methode blikgestuurd verrekijker centraal gezichtsveld kan beoordelen bij onderwerpen met centraal gezichtsverlies.
Introduction
Maculadegeneratie is over het algemeen een bilaterale aandoening die het centrale gezichtsvermogen beïnvloedt en het patroon van gezichtsverlies kan heterogeen zijn. Het centrale visuele verlies kan symmetrisch of asymmetrisch zijn tussen twee ogen1. Momenteel zijn er verschillende technieken beschikbaar om het centrale gezichtsveld bij maculadegeneratie te beoordelen. Het Amsler-rasterdiagram bevat een rasterpatroon dat kan worden gebruikt om handmatig het centrale visuele veld te screenen. Geautomatiseerde perimeters (bijv. Humphrey visual field analyzer) presenteren lichtflitsen van verschillende helderheid en grootte in een gestandaardiseerde ganzfeldkom om het gezichtsveld te onderzoeken. Gaze-contingent microperimetry presenteert visuele stimulus op een LCD-scherm. Micro-perimeters kunnen micro-oogbewegingen compenseren door een gebied van belang op het netvlies te volgen. Micro-perimeters kunnen lokale gebieden in het centrale netvlies onderzoeken op veranderingen in functie, maar kunnen slechts één oog tegelijk testen. Bijgevolg kunnen microperimetrische tests niet verklaren hoe de heterogene defecten in elk oog de verrekijkerinteractie en de echte functie beïnvloeden. Er is een onvervulde behoefte aan een methode om gezichtsvelden betrouwbaar te beoordelen in een weergavevoorwaarde die het bekijken in de echte wereld nauw benadert. Een dergelijke beoordeling is noodzakelijk om te begrijpen hoe het gezichtsvelddefect van één oog het verrekijker-gezichtsvelddefect beïnvloedt/bijdraagt. We stellen een nieuwe methode voor voor het beoordelen van het centrale gezichtsveld bij mensen met centraal gezichtsverlies onder dichoptische kijktoestand (d.w.z. wanneer visuele stimuli onafhankelijk aan elk van de twee ogen worden gepresenteerd).
Om visuele velden betrouwbaar te meten, moet fixatie op een bepaalde locus worden gehandhaafd. Daarom is het belangrijk om de eye-tracking en dichoptische presentatie te combineren voor verrekijkerbeoordeling. Het combineren van deze twee technieken kan echter een uitdaging zijn vanwege interferentie tussen de verlichtingssystemen van de eye-tracker (bijv. infrarood-LED’s) en de optische elementen van de dichoptische presentatiesystemen (bijv. spiegels van haploscoop of prisma’s van stereoscopen). Alternatieve opties zijn om een eye-tracking techniek te gebruiken die de gezichtslijn niet verstoort (bijv. sclerale spoeltechniek) of een eye-tracker die is geïntegreerd met bril2. Hoewel elke methode zijn eigen voordelen heeft, zijn er nadelen. De eerste methode wordt als invasief beschouwd en kan aanzienlijk ongemak veroorzaken3 en de laatste methoden hebben lage temporele resoluties (60 Hz)4. Om deze problemen op te lossen, gebruikten Brascamp & Naber (2017)5 en Qian & Brascamp (2017)6 een paar koude spiegels (die infrarood licht uitzonden maar 95% van het zichtbare licht reflecteerden) en een paar monitoren aan weerszijden van de koude spiegels om een dichoptische presentatie te creëren. Infrarood video-gebaseerde eye-tracker werd gebruikt om oogbewegingen te volgen in de haploscoop setup7,8.
Het gebruik van een haploscoopachtige dichoptische presentatie heeft echter een nadeel. Het rotatiecentrum van het instrument (haploscoop) verschilt van het draaipunt van het oog. Daarom zijn aanvullende berekeningen (zoals beschreven in aanhangsel – A van Raveendran (2013)9) vereist voor een goede en nauwkeurige meting van oogbewegingen. Bovendien moeten de vliegtuigen van accommodatie en vergence op elkaar worden afgestemd (d.w.z. de vraag naar accommodatie en vergence moet hetzelfde zijn). Als de werkafstand (totale optische afstand) bijvoorbeeld 40 cm is, dan is de vraag naar accommodatie en vergence respectievelijk 2,5 dioptrie en 2,5 meter hoeken. Als we de spiegels perfect orthogonaal uitlijnen, wordt de haploscoop uitgelijnd voor weergave op afstand (d.w.z. de vereiste vergence is nul), maar de vereiste accommodatie is nog steeds 2,5D. Daarom moet een paar bolle lenzen (+2,50 dioptrie) tussen het oog en de spiegelopstelling van haploscoop worden geplaatst om het vlak van de accommodatie tot in het oneindige te duwen (d.w.z. de vereiste accommodatie is nul). Deze opstelling vereist meer ruimte tussen het oog en de spiegelopstelling van haploscoop is vereist, wat ons terugbrengt naar het verschil in rotatiecentra. Het probleem van het uitlijnen van vlakken van accommodatie en vergence kan worden geminimaliseerd door de haploscoop uit te lijnen op de nabije weergave, zodat beide vlakken zijn uitgelijnd. Dit vereist echter het meten van de inter-pupillenafstand voor elke deelnemer en de bijbehorende uitlijning van haploscoopspiegels/stimuluspresentatiemonitoren.
In dit artikel introduceren we een methode om infrarood videogebaseerde eye-tracking en dichoptische stimuluspresentatie te combineren met behulp van draadloze 3D-sluiterbrillen en 3D-ready monitoren. Deze methode vereist geen aanvullende berekeningen en/of aannames zoals die welke worden gebruikt met de haploscopische methode. Sluiterglazen zijn gebruikt in combinatie met eye trackers voor het begrijpen van verrekijker fusion10,saccadic aanpassing11, en oog-hand coördinatie12. Er moet echter worden opgemerkt dat stereo-sluiterbrillen die door Maiello en collega’s10,11,12 werdengebruikt,de eerste generatie sluiterbrillen waren, die via een draad werden aangesloten om te synchroniseren met de verversingssnelheid van de monitor. Bovendien is de rolluikbril van de eerste generatie nu commercieel niet beschikbaar. Hier demonstreren we het gebruik van in de handel verkrijgbare draadloze sluiterbrillen van de tweede generatie(Materialentabel)om dichoptische stimulus te presenteren en op betrouwbare wijze monoculaire en verrekijker-oogbewegingen te meten. Daarnaast demonstreren we een methode om monoculaire/verrekijker visuele velden te beoordelen bij onderwerpen met centraal gezichtsveldverlies. Terwijl dichoptische presentatie van visuele stimulus monoculaire en verrekijkerbeoordeling van visuele velden mogelijk maakt, vergemakkelijkt verrekijkeroogtracking onder dichoptische kijkconditie visuele veldentests in een blikgestuurd paradigma.
Protocol
Representative Results
Discussion
De voorgestelde methode voor het meten van oogbewegingen in dichoptische kijkconditie heeft veel potentiële toepassingen. Het beoordelen van verrekijker visuele velden bij deelnemers met centraal gezichtsverlies dat hier wordt aangetoond, is een dergelijke toepassing. We gebruikten deze methode om het verrekijkveld te beoordelen bij vijftien deelnemers met centraal gezichtsverlies om te bestuderen hoe verrekijker het heterogene centrale gezichtsveldverlies beïnvloedt.
De belangrijkste stap i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gefinancierd door LC Industries Postdoctoral research fellowship to RR and Bosma Enterprises Postdoctoral research fellowship to AK. De auteurs willen Drs. Laura Walker en Donald Fletcher bedanken voor hun waardevolle suggesties en hulp bij het werven van onderwerpen.
Materials
| 3D monitor | Benq | NA | Approximate Cost (in USD): 500 https://zowie.benq.com/en/product/monitor/xl/xl2720.html |
| 3D shutter glass | NVIDIA | NA | Approximate Cost (in USD): 300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html |
| Chin/forehead rest | UHCO | NA | Approximate Cost (in USD): 750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/ |
| Eyetracker | SR Research | NA | Approximate Cost (in USD): 27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ |
| IR reflective patch | Tactical | NA | Approximate Cost (in USD): 10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch |
| MATLAB Software | Mathworks | NA | Approximate Cost (in USD): 2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html |
| Numerical Keypad | Amazon | CP001878 (model), B01E8TTWZ2 (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2 |
| Psychtoolbox – Add on | Freeware | NA | Approximate Cost (in USD): FREE http://psychtoolbox.org/download.html |
| Tripod (Dekstop) | Manfrotto | MTPIXI-B (model), B00D76RNLS (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS |
References
- Fletcher, D. C., Schuchard, R. A. Preferred retinal loci relationship to macular scotomas in a low-vision population. Ophthalmology. 104 (4), 632-638 (1997).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic & Physiological Optics. 34, 214-225 (2014).
- Nyström, M., Hansen, D. W., Andersson, R., Hooge, I. Why have microsaccades become larger? Investigating eye deformations and detection algorithms. Vision Research. , (2014).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic and Physiological Optics. 34 (2), (2014).
- Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behavior Research Methods. 49 (4), 1303-1309 (2017).
- Qian, C. S., Brascamp, J. W. How to build a dichoptic presentation system that includes an eye tracker. Journal of Visualized Experiments. (127), (2017).
- Raveendran, R. N., Bobier, W. R., Thompson, B. Binocular vision and fixational eye movements. Journal of Vision. 19 (4), 1-15 (2019).
- . Binocular vision and fixational eye movements Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10112/12076 (2017)
- . Fixational eye movements in strabismic amblyopia Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/7478 (2013)
- Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusion. Journal of Vision. 14 (8), (2014).
- Maiello, G., Harrison, W. J., Bex, P. J. Monocular and binocular contributions to oculomotor plasticity. Scientific Reports. 6, (2016).
- Maiello, G., Kwon, M. Y., Bex, P. J. Three-dimensional binocular eye-hand coordination in normal vision and with simulated visual impairment. Experimental Brain Research. 236 (3), 691-709 (2018).
- Agaoglu, S., Agaoglu, M. N., Das, V. E. Motion Information via the Nonfixating Eye Can Drive Optokinetic Nystagmus in Strabismus. Investigative Opthalmology & Visual Science. 56 (11), 6423 (2015).
- Erkelens, C. J. Fusional limits for a large random-dot stereogram. Vision Research. 28 (2), 345-353 (1988).
- Seiple, W., Szlyk, J. P., McMahon, T., Pulido, J., Fishman, G. A. Eye-movement training for reading in patients with age-related macular degeneration. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 46 (8), 2886-2896 (2005).
- Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: Some potential pitfalls and remedies. Vision Research. 51 (9), 997-1012 (2011).
- Pratt, J. D., Stevenson, S. B., Bedell, H. E. Scotoma Visibility and Reading Rate with Bilateral Central Scotomas. Optom Vis Sci. 94 (31), 279-289 (2017).
- Babu, R. J., Clavagnier, S., Bobier, W. R., Thompson, B., Hess, R. F., PGH, M. Regional Extent of Peripheral Suppression in Amblyopia. Investigative Opthalmology & Visual Science. 58 (4), 2329 (2017).
- Ebenholtz, S. M. Motion Sickness and Oculomotor Systems in Virtual Environments. Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 302-305 (1992).
