Stereoacuity Improvement using Random-Dot Video Games

Santiago Mart&#237;n-Gonz&#225;lez; Juan Portela-Camino; Javier Ruiz-Alcocer; Igor Illarramendi-Mendicute; Rafaela Garrido-Mercado

doi:10.3791/60236

JoVE Journal > Behavior

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Davranış

Stereoakuitätsverbesserung mit Random-Dot Video Spielen

Published: January 14, 2020

doi:

10.3791/60236

Santiago Martín-González¹, Juan Portela-Camino², Javier Ruiz-Alcocer³, Igor Illarramendi-Mendicute⁴, Rafaela Garrido-Mercado⁵

¹Department of Construction and Manufacturing Engineering,University of Oviedo, ²Department of Optometry,Clinic Begira, ³Department of Health Sciences,Complutense University of Madrid, ⁴Department of Optometry,Begitek Clinic, ⁵School of Optometry,Complutense University of Madrid

Özet

Präsentiert hier ist ein Protokoll zur Verbesserung der Stereoakuität mit gamified Perceptual Learning-Software auf der Grundlage von Zufällig-Punkt-Reizen. Die Patienten sind Stereo-Mangel-Patienten ohne Strabismus. Das Protokoll kombiniert Optometrie-Center-Besuche mit Hausübungen mit Software. Compliance und Stereoakuitätsentwicklung werden in der Cloud gespeichert.

Abstract

Herkömmliche Amblyopie-Therapie beinhaltet Okklusion oder Bestrafung des dominanten Auges, obwohl diese Methoden die stereoskopische Sehschärfe in weniger als 30% der Fälle verbessern. Um diese Ergebnisse zu verbessern, schlagen wir eine Behandlung in Form eines Videospiels vor, bei der Random-Dot-Reize und Wahrnehmungslerntechniken verwendet werden, um die Stereoakuität zu stimulieren. Das Protokoll ist definiert für Stereo-Mangelpatienten zwischen 7-14 Jahren, die bereits eine Behandlung für Amblyopie erhalten haben und eine monokulare bestkorrigierte Entfernungs-Sehschärfe von mindestens 0,1 logMAR haben. Die Patienten müssen ein Wahrnehmungslernprogramm zu Hause mit dem Videospiel absolvieren. Während Compliance automatisch in der Cloud gespeichert wird, werden regelmäßige Optometrie-Center-Besuche verwendet, um die Evolution der Patienten zu verfolgen und den stereoskopischen Bedarf des Spiels anzupassen, bis die kleinste nachweisbare Disparität erreicht ist. Das Protokoll hat sich als erfolgreich erwiesen, und die Wirksamkeit wird anhand eines zweistufigen Gewinns bei einem zufälligen Stereoakuitätstest (globaler Stereoakuitäts- oder zykloponischer Stereoakuitätsreferenztest) gemessen. Darüber hinaus werden die Random-Dot-Reize nach einem Wirt Circles-Test auf mediale laterale stereoskopische Schärfe übertragen, bei dem die Erfolgskriterien eine endgültige Stereoakuität von über 140″ sind und die erreichte Verbesserung nicht weniger als zwei stereoskopische Schärfe. Sechs Monate später ergab ein Stereoakuitätstest mit zufälligem Punkt keine Verringerung der erreichten Stereoakuität.

Introduction

Amblyopie ist eine Entwicklungsstörung des räumlichen Sehens, die häufig mit der Existenz von Strabismus, Anisometropie oder Formentzug in einem jungen Alter^{von 1}verbunden ist. Die Inzidenz von Amblyopie in der allgemeinen Bevölkerung reicht von 1,3%-3,6%². Konventionelle Amblyopie-Therapie beginnt mit der Korrektur von refraktiven Fehler, gefolgt von Okklusion des guten Auges mit einem Pflaster oder Atropin Strafe³. Obwohl die Behandlungsergebnisse der konventionellen Behandlung zunächst gut sind, mit 73%-90% der Patienten mit verbesserter Sehschärfe, entspricht diese Verbesserung nicht der normalen Sehschärfe bei etwa 50% der Patienten. Darüber hinaus erleben Kinder häufig Verschlechterungen auch nach erfolgreicher Behandlung². Eine frühere Studie zeigte, dass in Bezug auf das binokulare Sehen nur 28% der anisometropen Patienten mit Amblyopie zwei oder mehr Ebenen der Verbesserung als Ergebnis der Behandlung⁴registrierten. Es gibt wenig Forschung zur Bewertung von Strategien zur Verbesserung der Stereopsis in Fällen von Amblyopie, trotz der Tatsache, dass Stereopsis ist wesentlich für die visuelle Wahrnehmung beim Menschen⁵. Konventionelle Amblyopie-Therapie, die gute Ergebnisse für die Sehschärfe, aber schlechte Ergebnisse in Bezug auf das binokulare Sehen produziert, kann von der Entwicklung eines interventionellen Modells profitieren, das darauf abzielt, die Stereoakuität bei Patienten mit einer Geschichte von Amblyopie²zu verbessern.

In den letzten 10 Jahren haben einige Forscher einen alternativen Ansatz vorgeschlagen, um den Verlauf der Amblyopie zu verstehen⁶^,⁷. Dieses Verständnis hat den Vorschlag eines interventionellen Modells motiviert, das sich auf anti-suppression dichoptisches Training zur Wiederherstellung des binokularen Sehens⁸^,⁹konzentriert. Amblyopie-Therapie mit gezielten gamified Aktivitäten für den Patienten-Einsatz zu Hause wurde berichtet, erfolgreich in einer Reihe von Fällen¹⁰^,¹¹.

Ungeachtet dessen ist dieses dichoptische Training unwirksam zur Verbesserung der stereoskopischen Schärfe¹². Zwei zeitgenössische klinische Studien mit dem Anti-Unterdrückung dichoptische Trainingsmodell berichtetkeine Stereoakuität Verbesserung¹¹^,¹³. Die jüngsten Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass die dichoptische Stimulation in der Lage ist, die Unterdrückungstiefe und das Ausmaß zu reduzieren und das binokulare Sehen zu verbessern (Wiederherstellung der gleichzeitigen binokularen Wahrnehmung). In einigen Fällen fällt dies mit einer verbesserten Stereoakuität¹⁴^,¹⁵zusammen.

Einige Studien haben einen anderen Interventionsansatz vorgeschlagen, der sich auf die direkte Stimulation der Stereopsis durch Wahrnehmungslernaktivitäten¹⁶^,¹⁷konzentriert. Diese Studien beschränken sich auf eine Reihe von Fällen, die unter Laborbedingungen behandelt werden. In Astle et al.s Studie, Stereopsis wurde in zwei Erwachsenen anisometropen Amblyopen¹⁶ im Laufe von neun Laborsitzungen stimuliert. Die Behandlung umfasste die binokulare Stimulation mit einem Spiegelstereoskop mit Stereogrammpaaren, die auf Zufälligpunktbildern basieren. Ding und Levi stimulierten Stereopsis in einem Verlauf der Behandlung, die vollständig unter Laborbedingungen durchgeführt wurde, mit einem Spiegel-Stereoskop und Stereogrammen basierend auf Gabor-Patches¹⁸. Ihre Probanden waren fünf Erwachsene, von denen vier keine Stereopsis und einer Stereo-Mangel hatten. Die Probanden mussten zwischen 3.000-20.000 Wahrnehmungslerntrainings durchführen.

Darüber hinaus untersuchten Xi et al. anisometrope Amblyope im Laufe von 10 -13 Wahrnehmungslerntrainings, in denen 3D-Anaglyphentexturen verwendet wurden, um Stereopsis zu stimulieren¹⁹. Schließlich waren in der Studie von Vedamurthy et al. 11 Stereo-Mangel-Erwachsene in visuo-motorische Aufgabentraining (ein “Squash-the-Bug”-Spiel) in einer Virtual-Reality-Umgebung¹⁷beschäftigt. Diese Probanden führten 12.600 Versuche in 35 Sitzungen im Laufe von 8-11 Wochen durch.

Die direkte Stimulation der Stereopsis wurde in Laborstudien durchgeführt, aber dieses Therapiemodell ist zeitaufwändig und schwierig, in einer täglichen klinischen Praxis, insbesondere bei Kindern, angewendet zu werden. So wurde ein realisierbares Therapiemodell entwickelt, für das bereits²⁰ein erfolgreicher Konzeptnachweis vorgelegt wurde. Dieses Protokoll enthält die Ergebnisse einer prospektiven, randomisierten, doppelblinden, parallelen Gruppenstudie, die auf einer Wahrnehmungs-Lernbehandlung mit Random-Dot-Stimuli in einem Videospielformat basiert, um die Stereoakuität zu verbessern. Eine ausführliche Erläuterung des in dieser Studie befolgten Protokolls wird vorgestellt.

Protocol

Das Studiendesign wurde von der Ethikkommission des Baskenlandes genehmigt und folgte den Grundsätzen der Erklärung von Helsinki. Die schriftliche Zustimmung in Kenntnis der Sachlage wurde entweder von den an der Studie eingeschriebenen Teilnehmern oder ihren Erziehungsberechtigten eingeholt. Abbildung 1 stellt die Protokollschritte dar. 1. TeilnehmerRekrutierung Rekrutieren Sie Patienten mit folgenden Merkmalen: zwischen 7-14 Jahren mit refraktiver Amblyopie und/oder erfolgreich behandelter strabismischer Amblyopie (Strabismuskinder sind nur dann zur Teilnahme berechtigt, wenn die Fehlausrichtung der Sehachsen erfolgreich mit Brille, Sehtherapie und/oder Strabismus-Operation korrigiert wurde); mit monokulärer am besten korrigierter Entfernung Saugenschärfe von 0,1 logMAR21; und Stereoakuität gemessen im 800″-200″-Bereich (grob-moderater Stereo-Mangel)22 nach einem Zufällig-Punkt-Stereogrammtest23. Um die “refraktive Amblyopie” zu bestimmen, berücksichtigen Sie den interokularen Refraktiven Differenzfehler mittels Autorefraction unter Cycloplegie.HINWEIS: Anisometrope Amblyopie wird definiert, wenn ein Patient einen interokularen refraktiven Differenzfehler von 1 sphärischem Dioptrien (D) (sphärisches Äquivalent) aufweist. Isometrope Amblyopie wird definiert, wenn der zykloplegische Brechungsfehler in jedem Auge von 4,00 D Hypermetropie oder Kurzsichtigkeit und/oder 2,00 D Astigmatismus und der interokuläre Brechungsdifferenzfehler <1 D ist. Um erfolgreich behandelte strabismische Amblyopie zu bestimmen, überprüfen Sie das Fehlen von Strabismus mit einem monokulären Cover-Uncover-Test und stimulierender Unterbringung mit einem Buchstaben-Schärfe-Score von 20/30, um sicherzustellen, dass das Subjekt den Buchstaben mit der Fovea betrachtet, wenn er die Fixierbewegung24durchführt. Auszuschließen Patienten mit den folgenden Merkmalen: Strabismus; Hyperphorie (Aufwärtsabweichung) von 2 Prismendioptrien oder mehr; Nystagmus; hypermetrope Anisometropie, bei der der Patient einen sphärischen Äquivalentunterschied zwischen den Augen von 3 Dioptrien (oder mehr) darstellt, wenn er mit einer Brille korrigiert wird (um Aniseikonia zu verhindern); jede Augenpathologie; Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitätsstörung; und jede kognitive Störung. Patienten ohne Zugang zum Computer oder ohne Internetverbindung zu Hause ausschließen. 2. Visuelle Auswertungen Führen Sie die Basis-Optometrische Auswertung vor Beginn dieses Abschnitts für die Erfassung von Basisdaten durch, und stellen Sie alle geeigneten Ein- und Ausschlusskriterien sicher. Messen Sie die beste korrigierte Entfernungs-Sehschärfe (BCVA) mit der Studie zur frühbehandlung diabetischer Retinopathie (ETDRS-Visualisierungsdiagramm). Prüfen Sie, ob es keinen Strabismus gibt, wie in Schritt 1.1.2 erläutert. Messen Sie die Stereoakuität in einem konstanten Abstand von 40 cm bei einer Lichtbeleuchtung von 120 cd/m2.HINWEIS: Die Beleuchtungssteuerung garantiert die Kontrastkonsistenz zwischen Punkten und Hintergrund im Testmuster. Der Kopf-zu-Test-Abstand des Patienten ist eine kritische Variable, da sie in der Gleichung enthalten ist, die das Stereoakuitätsergebnis festlegt. Messen Sie die globale Stereoakuität mit einem Zufällig-Punkt-Stereogramm (um monokulare Hinweise zu vermeiden), die gemäß den Anweisungen des Testherstellers durchgeführt werden. Messen Sie die lokale Stereoakuität mit einem Konturtest, obwohl es monokulare Hinweise mit einem Wirt Circles-Test gibt, der gemäß den Anweisungen des Testherstellers durchgeführt wird. Messen Sie den Brechungsfehler durch zykloplegische Brechung (1% Cyclopentolat) nach den Richtlinien der Pediatric Eye Disease Investigator Group (PEDIG)25,26. Ausschließen Sie jede Augenpathologie mit einer eingehenden Untersuchung der vorderen (Schlitzlampe) und hinteren (indirekten Ophthalmoskop) Pole. Durchführung des optometrischen Zentrums erster Besuch mit Patienten. Erstellen Sie ein Patientenprofil in der Game Service-Anwendung. Legen Sie die Benutzerkennung und das Kennwort des Patienten fest. Stellen Sie den Interpupillarabstand des Patienten ein. Installieren Sie das computerisierte stereoskopische Spiel auf dem Computer des Patienten. Konfigurieren Sie das Spiel, indem Sie auf das Konfigurationsfenster klicken. Legen Sie die physischen Abmessungen des Computerbildschirms des Patienten fest. Stellen Sie sicher, dass der Benutzer die Anaglyphenbrille korrekt trägt (mit dem roten Filter über dem linken Auge). Messen Sie die Stereopsis-Basalschärfe des Patienten mit dem computergesteuerten stereoskopischen Spiel. Bitten Sie den Patienten, das Spiel unter Aufsicht zu spielen, wie in Abschnitt 3.4 erläutert. Konsultieren Sie das in der Cloud gespeicherte Ergebnis mithilfe der Game Service-Anwendung. Mit Patienten stereopsis Basal schärfe, stellen Sie den Patienten Basalebene in der Spiel-Service-Anwendung. Das computerisierte stereoskopische Spiel definiert drei Stimulationskategorien, die jeweils mit einem stereoskopischen Schärfeintervallwert verbunden sind: arm (840″-300″), grob (480″ -210″) und mittelfein-feine Stereopsis (300″ -30″). Die Patienten beginnen mit dem feinsten Niveau, auf dem sie den Stereopsis-Stimulus identifizieren können. Zum Beispiel bei einem Patienten mit einer Stereoschwelle von 720″ weisen Sie den schlechten Stereopsis-Pegel auf das Profil des Patienten. Erklären Sie den Teilnehmern, wie die Übungen zu Hause durchgeführt werden, wie in Abschnitt 3 erläutert. Führen Sie während der Trainingszeit Kontrollbesuche nach Abschluss aller 15 Therapiesitzungen mit dem computergesteuerten stereoskopischen Spiel durch. Öffnen Sie die Game-Service-Anwendung, öffnen Sie das Patientenprofil und überprüfen Sie sowohl Compliance- als auch Stereopsis-Ergebnisdaten. Erinnern Sie Eltern und Teilnehmer daran, wie wichtig es ist, die Arbeitsdistanz vom Bildschirm zu respektieren. Erinnern Sie Eltern und Teilnehmer an die Bedeutung der Compliance. Bewerten Sie die logMAR BCVA in der Ferne mit einem ETRDS-Test, um eine Verschlechterung der Ausgangswerte zu überprüfen. Messen Sie die Stereopsis-Schärfe des Patienten mit dem computergesteuerten stereoskopischen Spiel (Schritt 2.2.4) Stellen Sie das Basalniveau des Patienten in der Game-Service-Anwendung ein (Schritt 2.2.5). Führen Sie die endgültige optometrische Auswertung nach Abschluss von 60 Therapiesitzungen mit dem computergestützten stereoskopischen Spiel (Ende der Behandlung) durch, um Ergebnisdaten zu sammeln.HINWEIS: Diese Auswertung reproduziert die basistrige optometrische Auswertung, die die Messung globaler und lokaler Stereopsis betont. Führen Sie die optometrische Follow-up-Auswertung 6 Monate nach Abschluss durch, um die Stabilität der Ergebnisse zu gewährleisten.HINWEIS: Diese Auswertung reproduziert die basistrige optometrische Auswertung, die die Messung globaler und lokaler Stereopsis betont. 3. Behandlungsübungen zu Hause Erklären Sie den Teilnehmern, dass sie ein Training mit dem computergesteuerten stereoskopischen Spiel zu Hause für 60-min-Sitzungen absolvieren müssen. Erläutern Sie, dass jede Sitzung an einem anderen Tag durchgeführt werden muss und dass fünf Sitzungen pro Woche abgeschlossen werden müssen. Erklären Sie den Patienten, dass das Forschungsteam Zugriff auf ihre Compliance- und Ergebnisdaten in der Cloud hat. Weisen Sie die Patienten an, das Optometriezentrum nach 15 Sitzungen für einen Check-up-Besuch zu besuchen, der innerhalb von 3 Wochen abgeschlossen werden sollte, um die Einhaltung als 100% und in allen Fällen innerhalb von maximal 6 Wochen zu betrachten. Erläutern der Verwendung des computergestützten stereoskopischen Spiels Bitten Sie den Teilnehmer, in einem Abstand von 80 cm vom Computerbildschirm zu sitzen. Machen Sie deutlich, dass Patienten nicht versuchen sollten, das Programm zu betrügen, indem sie näher an den Bildschirm heranrücken. Stellen Sie sicher, dass der Raum schwach beleuchtet ist, und vermeiden Sie Reflexionen auf dem Computerbildschirm. Erklären Sie, dass das Programm die Form eines Videospiels hat, in dem ein Zufälligpunktbild eine versteckte Silhouette verbirgt. Die Silhouette ist nur dreidimensional zu sehen, wenn sie eine Anaglyphenbrille trägt. Geben Sie dem Patienten eine Anaglyphenbrille und erklären Sie, wie sie getragen werden, wobei Sie sich darauf konzentrieren, welcher Filter zu welchem Auge geht (mit dem roten Filter über dem linken Auge). Geben Sie dem Patienten eine Kennung und ein Kennwort für die Anmeldung am Spiel (Schritt 2.2.1). Weisen Sie den Patienten an, mit der Maus auszuwählen, welche Silhouette angezeigt wird, und wählen Sie eine Abbildung aus den vier Optionen aus, die am unteren Rand des Bildschirms angezeigt werden (Abbildung 2). Erläutern Sie, was nach der Auswahl einer Silhouette geschieht. Wenn die Antwort richtig ist, gibt die Software einen hohen Ton aus, und das richtige Bild erscheint als Belohnung in Form eines Vollfarbbildes. Wenn die Antwort falsch ist, gibt die Software einen tiefen Ton aus. Der Spieler hat noch zwei weitere Versuche, die richtige Antwort zu finden. Wenn es drei aufeinanderfolgende falsche Antworten gibt, zeigt die Software die richtige Antwort an. Erklären Sie dem Patienten, dass die Software nach jeder Studie einen neuen Bildschirm mit einem zufälligen Punktbild generiert, das eine neue versteckte Silhouette verdeckt. Erklären Sie dem Patienten, dass die verborgene Silhouette im Verlauf der Sitzung schwieriger zu finden ist und dass dies normal ist. Erklären Sie dem Patienten, dass die Software nach Abschluss der Sitzung die Ergebnisse in einem Cloud-Server speichert, sodass der Optiker Compliance und Stereoakuitätsentwicklung aus der Ferne verfolgen kann.HINWEIS: Betonen Sie die Bedeutung einer stabilen Wi-Fi-Verbindung und des schließen des computerisierten stereoskopischen Spiels richtig.

Representative Results

Als repräsentatives Beispiel für die Ergebnisse, die nach diesem Protokoll erzielt werden können, fassen wir die Ergebnisse einer aktuellen Studie zusammen, die von Portela et al.20durchgeführt wurde. Abbildung 3 und Abbildung 4 zeigen die erzielten Ergebnisse. Sechzehn Stereo-Mangel Probanden im Alter zwischen 7-14 Jahren wurden in diese Studie aufgenommen, von denen vier eine Geschichte der refraktiven Amblyopie (2 anisometrope und 2 isometrop). Zwölf der Probanden hatten eine Geschichte der erfolgreich behandelten strabismischen Amblyopie, und vier von ihnen hatten eine Geschichte sowohl der strabismischen als auch der anisometropen Amblyopie. Elf der 12 Probanden mit einer Geschichte der strabismischen Amblyopie präsentierten Esotropie, und eines präsentierte Exotropie. Alle Teilnehmer hatten zuvor eine Amblyopietherapie erhalten und ein gutes Maß an Sehschärfe erreicht, aber kein feines Niveau der Stereoakuität erreicht (weniger als oder gleich 200″). Bis auf eines konnten alle Probanden die 60 zugewiesenen Trainingseinheiten absolvieren, die jeweils 8 min (insgesamt 8 h) waren. Die Compliance wurde als 100% angesehen, wenn die Patienten die Ausbildung in weniger als 12 Wochen und 0% absolvierten, wenn das Training mehr als 24 Wochen dauerte. Im Durchschnitt brauchten die Probanden 79 Tage, um die 60 Sitzungen abzuschließen (IQR = 66-102 Tage); damit übertrafen sie die empfohlene Mindestkonformität von fünf Sitzungen pro Woche. Die Compliance-Ergebnisse waren ausgezeichnet (88,36%). Die Sehschärfe unter den Probanden blieb während und nach der Therapie stabil. Die Stereoakuität verbesserte sich jedoch bei einer erheblichen Anzahl von Probanden (siehe Abbildung 3). Die Mittelwerte, Medianwerte sowie Minimal- und Maximalwerte sind in Tabelle 1dargestellt. Als diese mit dem Mann-Whitney U-Test analysiert wurden, verbesserte sich die Stereoakuität nach der Behandlung signifikant (Random-Dot Stereoacuity Test, p = 0.019; Wirt Circles-Test, p = 0,014). Zum besseren Verständnis zeigt Abbildung 4 eine grafische Darstellung der Verbesserung der Stereoakuität zwischen Beginn und Ende der Therapie. Die Stereoakuität verbesserte sich bei 11 Probanden um mindestens eine Stufe, als die Stereoakuität mit dem zufälligen Stereoakuitätstest gemessen wurde. Wo Stereoakulizität mit dem Wirt Circles-Test bewertet wurde, wurde auch bei 11 Probanden eine Verbesserung um mindestens eine Ebene beobachtet. Klinisch gesehen ist eine Verbesserung der Stereoakuität, die mit einem zufälligen Stereoakuitätstest gemessen wird, signifikant, wenn die Verbesserung mindestens zwei Stufen (Adams Kriterien)erreicht 27, und dies wurde bei sieben Probanden erreicht. Wenn der Wirt Circles-Test verwendet wurde, wird eine Verbesserung von mindestens zwei Ebenen und eine Stereoakuität gleich oder besser als 140″ als signifikant angesehen (Levi-Kriterien)12, und dies wurde in 10 Probanden erreicht. Nach 6 Monaten waren die Ergebnisse gemäß dem Random-Dot-Stereoakuitätstest stabil. Dies ist der Referenztest zur Messung der Stereoakuität, wobei sein Hauptmerkmal seine ausgezeichnete Test-Retest-Zuverlässigkeit23ist. Abbildung 1: Protokollschritte. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Logischer Prozess des Spiels. Der Betreff muss angeben, welche Abbildung angezeigt wird, und eine aus den am unteren Bildschirmrand angezeigten auswählen (linkes Bild). Wenn die Antwort richtig ist, gibt die Software einen hohen Ton aus, und das gleiche Bild wird in Bildform angezeigt (rechtes Bild). Wenn das Motiv drei aufeinander folgende richtige Antworten liefert, generiert die Software einen neuen Bildschirm mit einem Zufälligpunktbild, das eine feinere Stereopsis darstellt. Wenn das Motiv eine falsche Antwort liefert, gibt die Software einen tiefen Ton aus und das Zufällige Punktbild bleibt gleich (linkes Bild). Wenn das Motiv drei aufeinanderfolgende falsche Antworten liefert, zeigt die Software die richtige Antwort (rechtes Bild). Diese Figur wurde von Portela et al.20 mit Genehmigung von Optometry and Vision Science adaptiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 3: Messungen der Basal- und Nachbehandlungsniveaus der Stereoakuität. Random-Dot-Stereoakuity (RDS) und Wirt Circles-Tests wurden verwendet, um Stereoakuität zu messen. Die Messungen befinden sich in Protokollsekunden des Bogens. Diese Figur wurde von Portela et al.20 mit Genehmigung von Optometry and Vision Science adaptiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 4: Medianen der Stereoakuitätsdaten vor und unmittelbar nach der Behandlung für jeden Stereoakuitätstest. (A) Random-Dot-Stereoakuität (RDS) und (B) Wirt Circles-Test. Die Boxen weisen auf 25 % und 75 % Quartile hin. Die Messungen befinden sich in Protokollsekunden des Bogens. Diese Figur wurde von Portela et al.20 mit Genehmigung von Optometry and Vision Science adaptiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Baseline Stereo Stereo nach der Behandlung Wirt Ersten Wirt Ersten Bedeuten 293,13 bis 271,17 475,00 bis 240,84 107,50 bis 51,60 305,63 x 306,50 Median 200 [95 bis 400] 95% 400 [250 bis 800] 95% 100 [60 bis 140] 95% 150 [100 bis 700] 95% Min 50 200 40 40 Max 800 800 200 800 Tabelle 1: Mittelwerte, Standardabweichung, Median, Interquartilbereiche sowie maximale und minimale Stereoakuitätswerte. Die linken Spalten zeigen basislinienbezogene Stereoakuitätsdaten, und die rechten Spalten zeigen die Ergebnisse der Stereoakuität nach der Behandlung. Stereoakuität wurde mit Random-Dot-Stereoakuity (RDS) und Wirt Circles-Tests gemessen. Die Messungen befinden sich in Sekunden des Lichtbogens. Diese Figur wurde von Portela et al.20 mit Genehmigung von Optometry and Vision Science adaptiert.

Discussion

Präsentiert wird hier ein Protokoll zur direkten Stimulation der Stereoakuität, in dem zufällige Punkt-Stereobilder verwendet werden, um die stereoskopische Schärfe bei Stereo-Mangel-Themen zu verbessern. Vier vorangegangene Studien haben die Ergebnisse der direkten Stimulation¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹ausgewertet. Dieses neueste Protokoll trägt zu den oben genannten interventionslichen Modellen zusätzliche Funktionen bei.

Das vorgeschlagene Interventionsmodell richtet sich an Patienten mit einer Geschichte von strabismischer oder anisometroper Amblyopie, die bereits eine Behandlung erhalten haben (d. h. optische Korrektur, Okklusion, Strabismus-Chirurgie, Sehtherapie) und eine am besten korrigierte Sehschärfe von mindestens 0,1 logMAR, deren Stereoakuität jedoch gering bleibt (zwischen 200″-800″). Das Ziel des Protokolls ist es, die Stereoakuität in Fällen wie diesen zu verbessern.

Direkte Stimulation der Stereopsis hat sich bereits als wirksam bei der Verbesserung der Stereoakuität bei Stereo-Mangel Probanden¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹. Damit jedoch ein Stimulationssystem möglich ist, muss die Therapie im Haus des Patienten durchgeführt werden, um die 3.000-20.000 Studien zu erreichen, die für das Lernen erforderlich sind.

In der zuvor veröffentlichten Studie, die dieses Verfahren validiert und oben zusammengefasst ist, verbesserten 11 Probanden ihre Stereoakuität²⁰. Fünf der Probanden verzeichneten jedoch keine Zunahme der Stereoakuität (Abbildung 3). Dies kann auf das Vorhandensein von Kleinwinkel-Strabismus zurückzuführen sein, der bei einem Deckungstest nicht nachweisbar ist. Lesen Sie abgeleitet, dass, da Bilder von der linken und rechten Augen innerhalb Panums Bereich der Fusion befinden sollten, normale Stereoakuität sollte eine Ausrichtung innerhalb von 0,6 Prisma Dioptrien²⁸erfordern. Panums Fusionsfläche beträgt 5-20 min Lichtbogen (0,1-0,6 Prisma-Dioptrien in der Fovea), und es kann sein, dass die Ausrichtung innerhalb dieses Fensters erforderlich ist, um eine hochwertige stereoskopische Schärfe zu unterstützen²⁹. Eine von Holmes et al. durchgeführte Studie zeigte, dass ein Deckungstest Abweichungen unter 3 Prismendioptrien nicht erkennen konnte; daher könnte das Vorhandensein von nicht nachweisbarem Strabismus die Fähigkeit eines Patienten beeinträchtigen, feine Stereoakuität zu erwerben²⁴.

Gamification wurde eingesetzt, um die Motivation und Compliance der Patienten zu verbessern. Darüber hinaus speichert das Programm daten in der Cloud nach jeder Sitzung, so dass der Praktiker die Aktivität eines Patienten täglich aus der Ferne verfolgen kann. Dank dieser Funktion sind die Compliance-Ergebnisse ausgezeichnet (88,36%) und vergleichbar mit denen in zwei früheren Studien, in denen amblyopic Probanden erhielt dichoptische Stimulation Behandlung mit einem iPad zu Hause¹⁰^,¹¹. Sie sind auch viel besser als die gemeldeten Ergebnisse einer PEDIG-Studie unter ähnlichen Bedingungen, in der nur 22,5% der Stichprobe über 75% der verordneten Behandlung abschließen konnten¹³. Die hier nachgewiesene Konformität übertrifft auch die von Studien, die die Wirksamkeit der Okklusionsbehandlung bei Amblyopie bewerteten (70% Konformität, wenn 6 h Okklusion verschrieben werden, und 50%, wenn 12 h verschrieben werden)³⁰. Eine Webanwendung hat den zusätzlichen Vorteil, dass Eltern nicht verpflichtet sind, aufzeichnungen über die Konformität ihres Kindes zu führen¹³. Die einzige Pflicht des Optometristen ist es, auf den Server zuzugreifen und die für jeden Patienten am Ende jeder Sitzung gesammelten Daten mit dem computergestützten stereoskopischen Spielprogramm zu überprüfen.

Während der Ausbildung besuchen die Patienten das Optometriezentrum (Check-up-Besuche), so dass der Augenoptiker die Bedeutung der Entfernung von Benutzer zu Bildschirm betonen kann. Optometristen setzen auch die Stimulationskategorie (arm, grob, mäßig fein) während dieser Kontrollbesuche. Wahrnehmungslerntheorien sagen voraus, dass Verbesserungen weniger wahrscheinlich sind, wenn der Patient nicht an seiner Schwelle arbeitet (z. B. wenn sich der Patient näher an den Bildschirm bewegt oder in einer leichteren Stimulationskategorie arbeitet). Diese Ergebnisse wurden in der Studie zur Validierung dieses Protokolls^{bestätigt 20}. Die Entfernung von Benutzer zu Bildschirm liegt a-a-kontrolle der Software und liegt daher in der Verantwortung des Patienten oder der Eltern des Patienten.

Die Entscheidung, einen Random-Dot-Ansatz für das Design des computerisierten stereoskopischen Spiels zu verwenden, kann entscheidend sein. Die Stimulation durch stereoskopische Bilder mit zufälligem Punkt ist nie unerheblich: Selbst Patienten, die unterhalb ihrer Schwelle arbeiten, erleben Verbesserungen. In einem Prozess des Wahrnehmungslernens wird die wiederholte Exposition gegenüber einem Zufällig-Punkt-Stimulus allein das binokulare Sehen verbessern. Die Aufgabe des Patienten, und eine, die besonders schwierig für Patienten mit einer Geschichte von Strabismus³¹ist, ist es, die korrelierten zufälligen Punkte, die von jedem Auge¹² wahrgenommen werden, ohne Unterdrückung zu verschmelzen. Dies verbessert ihre Fähigkeit, die korrelierten Punkte (Signal) von denen zu unterscheiden, die nicht verschmolzen werden können (Lärm). Ein solches Training könnte die Reaktion des Disparitätsdetektors verbessert haben, da das Wahrnehmungslernen die Fusionsreaktion verbessert und die Fähigkeit des Patienten verbessert hätte, das Signal von Lärm³²zu lösen.

Eines der Risiken des Wahrnehmungslernansatzes ist die Selektivität. Diese Methode hat gezeigt, dass Das Random-Dot-Stereogrammtraining nicht selektiv ist, da das Lernen auf die mediale laterale Stereoakuität übertragen wird, die mit einem Wirt Circles-Test gemessen wird. Eine weitere Erkenntnis, die die Wirksamkeit dieser Behandlungsmethode belegt, ist die Stabilität der erzielten Ergebnisse. Verschiedene Studien haben untersucht, ob Verbesserungen, die bei Amblyopie-Fächern als Ergebnis der Wahrnehmungsausbildung erreicht wurden, stabil sind¹⁶^,¹⁷^,¹⁹^,³³. Dieses Modell hat die Stabilität der Verbesserungen demonstriert, die mit einem Random-Dot-Stereoakuitätstest bei einem 6-monatigen Follow-up-Besuch gemessen wurden.

Es wurden mehrere Einschränkungen erkannt. Das Softwaredesign erfordert, dass die Stimulationskategorie manuell eingestellt wird, wenn dieser Prozess idealerweise entsprechend der Entwicklung des Patienten automatisch erfolgen sollte. Die implementierte Pass-Level-Bedingung könnte verbessert werden, indem die Möglichkeit in Betracht gezogen wird, den Patienten wieder auf eine grobe Stereoakuitätseinstellung zu bringen, wenn der Patient bei mehreren aufeinanderfolgenden Gelegenheiten ein Niveau nicht überschreitet. In jedem Fall wird ein Treppenverfahren verworfen, weil eines der Ziele der Gamification darin besteht, die Motivation der Patienten durch Spielmechanik zu verbessern. Der Patient sollte das Gefühl von Fortschritt und Erfolg erleben, unabhängig davon, ob sich sein klinischer Zustand verbessert oder verschlechtert. Dies wird erreicht, indem einfachere Versuche innerhalb des Spielflusses verschleiert werden (wenn auch nicht mit einem Standard-Treppenverfahren, dessen Ziel es ist, schnell und genau die Schwellengrenze zu bestimmen, bei der die Leistung 50% beträgt). Eine weitere Verbesserung besteht darin, den Abstand des Patienten zum Bildschirm automatisch zu überwachen. Wir sind uns jedoch nicht über eine Lösung im Klaren, die nicht die Verwendung spezieller Hardware beinhaltet, obwohl es sich lohnen kann, maßgeschneiderte Webcam-Head-Tracking-Software zu testen.

Andere Einschränkungen sind auf das Studiendesign zurückzuführen und umfassen die folgenden: (1) die Mehrheit der Probanden hatte eine Geschichte des Strabismus (die Stichprobe von Probanden mit einer Geschichte der anisometropen Amblyopie war zu klein); (2) die Altersspanne war auf 7-14 Jahre begrenzt; und (3) der Stereoakuitätsbereich lag zwischen 800″-200″. In zukünftigen Studien wäre es interessant, die therapeutische Wirkung auf anisometrope Amblyopie und gröbere Stereoakuität und bei älteren Probanden zu überprüfen.

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchten die Visual Therapy Clinic VISUALIA, die die Entwicklung des computergestützten Tests teilweise unterstützte, im Einvernehmen mit der Universität Oviedo (FUO-EM-104-12) würdigen.

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

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Steroacuity Random-dot Video Games Amblyopia Anisometropic Strabismic Visual Acuity Monocular Cover/uncover Test Random Dot Stereogram Contour Test Cycloplegic Refraction Slit Lamp Anaglyph Glasses Computerized Stereoscopic Game Perceptual Learning

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Martín-González, S., Portela-Camino, J., Ruiz-Alcocer, J., Illarramendi-Mendicute, I., Garrido-Mercado, R. Stereoacuity Improvement using Random-Dot Video Games. J. Vis. Exp. (155), e60236, doi:10.3791/60236 (2020).