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要約

ここで提示されるは、視視力喪失を有する参加者における双眼運動および視線制御中央視野スクリーニングを評価するためのプロトコルである。

要約

黄斑変性は典型的に異種双眼中心視覚欠陥をもたらす。現在、マイクロペリメトリーのような中央視野を評価するためのアプローチは、一度に1つの目しかテストできません。したがって、各眼の欠陥が双眼相互作用と現実世界の機能にどのような影響を与えるかを説明することはできません。視線制御システムを用いたディコプティック刺激の提示は、単眼/双眼視野の信頼できる尺度を提供することができる。しかし、二眼性刺激の提示と同時アイトラッキングは、刺激を光学的に提示する機器(例えば、ハプロスコープ)の光学デバイスが常にアイトラッカー(例えば、赤外線ビデオベースのアイトラッカー)を妨げるため、困難です。したがって、目標は、干渉の影響を受けない3Dシャッターメガネと3D対応モニターを使用して、同時アイトラッキングによる二眼性刺激提示の方法を開発し、2)この方法を使用して、中央視力低下を有する被験者の中央視野を評価するためのプロトコルを開発することであった。結果は、このセットアップがディコプティックの視下の眼球運動を確実に測定するための実用的な解決策を提供することを示した。さらに、この方法は、中心視力低下を有する被験者における視線制御双眼中央視野を評価できることも実証された。

概要

黄斑変性症は、一般的に中心視力に影響を与える両側の状態であり、視覚喪失のパターンは異種であり得る。中央の視覚損失は、2つの目の間で対称または非対称である可能性があります1.現在、黄斑変性症の中心視野を評価するために利用可能ないくつかの技術があります。Amsler グリッド・グラフには、中央のビジュアル・フィールドを手動で画面選択するために使用できるグリッド・パターンが含まれています。自動化された周囲(ハンフリーの視野分析装置)は、様々な明るさとサイズの光の点滅を標準化されたガンツフェルトボウルに表示し、視野を探査します。視線不測の微小ペリメトリーは、LCDディスプレイに視覚刺激を与えます。マイクロ周長は、眼の関心領域を追跡することによってマイクロアイの動きを補正することができます。マイクロペリメーターは、中央のレティナの局所領域で機能の変化を調査できますが、一度に1つの目しかテストできません。したがって、マイクロペリメトリック試験では、各眼の異種欠陥が双眼相互作用と実世界の機能にどのような影響を与えるかを説明できません。実際の表示に近い表示条件で、視覚フィールドを確実に評価する方法が必要です。このような評価は、片眼の視野欠損が双眼視野欠損に及ぼす影響/寄与する方法を理解するために必要である。我々は、ディコプティック視視条件下で中央視覚喪失を有する人々の中心視野を評価するための新しい方法を提案する(すなわち、視覚刺激がそれぞれの眼に提示される場合)。

視覚フィールドを確実に測定するには、所定の軌跡で固定を維持する必要があります。したがって、双眼鏡評価のためにアイトラッキングと二眼性の提示を組み合わせることが重要です。しかし、これら2つの技術を組み合わせることは、アイトラッカー(例えば、赤外線LED)の照明システムと、ジコプティック提示系の光学要素(例えば、ハプロスコープの鏡または立体鏡の鏡)との間の干渉のために困難である可能性がある。代替オプションは、視線を妨げないアイトラッキング技術(例えば、強膜コイル技術)またはゴーグル2と統合されたアイトラッカーを使用する。各方法には独自の利点がありますが、欠点があります。前者の方法は侵襲的であると考えられ、かなりの不快感を引き起こす可能性があります 3そして後者の方法は、低い時間分解能を有しています (60 Hz)4.これらの問題を克服するために、ブラスキャンプ&ナバー(2017)5とQian & Brascamp(2017)6は、冷たい鏡(赤外線を透過したが、可視光の95%を反射する)とコールドミラーの両側のモニターのペアを使用して、ディコプティックプレゼンテーションを作成しました。 赤外線ビデオベースのアイトラッカーは、ハプロスコープのセットアップ7、8で目の動きを追跡するために使用されました。

しかし、ハプロスコープ型のディコプティックプレゼンテーションを使用すると、欠点があります。器械の回転の中心(ハプロスコープ)は眼の回転の中心とは異なる。したがって、眼球運動の適切かつ正確な測定には、追加の計算(付録 – RaveendranのA (2013)9)に記載されているとおりです。さらに、宿泊施設と面の平面を整列させる必要があります(すなわち、宿泊施設と面前の需要は同じでなければなりません)。例えば、作動距離(総光学距離)が40cmの場合、宿泊施設とvergenceの需要はそれぞれ2.5ディオプターと2.5メートル角です。鏡を完全に直交に合わせると、ハプロスコープは遠くの視聴のために整列しますが(つまり、必要な面はゼロです)、必要な宿泊施設はまだ2.5Dです。したがって、一対の凸レンズ(+2.50ダイオプター)は、ハプロスコープの目と鏡の配置の間に配置して、宿泊施設の平面を無限に押し上げる必要があります(すなわち、必要な宿泊はゼロです)。この配置は、目と鏡の配置の間のより多くのスペースが必要であり、回転の中心の差に戻ります。宿泊と面の平面を整列させる問題は、両方の平面が整列するようにハプロスコープを近視に合わせることで最小限に抑えることができます。しかし、これには、すべての参加者の瞳孔間距離の測定と、対応するハプロスコープミラー/刺激提示モニターのアライメントが必要です。

本稿では、無線3Dシャッターグラスと3D対応モニターを用いて、赤外線ビデオベースのアイトラッキングと二眼性刺激の提示を組み合わせる方法を紹介する。この方法では、ハプロスコピック法で使用されるような追加の計算や仮定は必要ありません。シャッターグラスは、両眼融合10、サッカディック適応11、および目と手の協調12を理解するためのアイトラッカーと組み合わせて使用されてきた。しかし、Maielloらの同僚10、11、12が使用するステレオシャッターメガネは、モニターのリフレッシュレートと同期するためにワイヤーを介して接続された第1世代のシャッターグラスであったことに留意すべきです。また、第一世代のシャッターグラスは現在、商業的に利用できません。ここでは、市販の第二世代ワイヤレスシャッターグラス(材料表)を用いて、二眼性刺激を提示し、単眼および双眼球の眼球運動を確実に測定する方法を示す。さらに、中央視野喪失を有する被験者における単眼/双眼視野を評価する方法を示す。視覚刺激の二眼性の提示は視覚視野の単眼および双眼鏡の査定を可能にするが、ジコプティックの視野の下での双眼追跡は、視線制御パラダイムでの視野試験を容易にする。

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プロトコル

以下に記載されているすべての手順とプロトコルは、ウィチタ州立大学、ウィチタ、カンザス州の機関審査委員会によって見直され、承認されました。インフォームド・コンセントは参加者全員から得られました。

1. 参加者の選択

  1. 黄斑変性症(加齢/若年)による正常視力(n=5、4女性、平均SE±:39.8±2.6年)、中心視力低下(n=15、11人の女性、78.3±2.3年)を募集しました。2つのグループの大きく異なる年齢は、中心視力低下を有する被験者の人口統計に二次的であった(加齢黄斑変性症は高齢の被験者に影響を及ぼし、女性でより一般的である)。さらに、この研究の目的は、2つのコホートを比較しなかった。

2. 実験の準備

  1. 任意の3D対応モニタと同期できるワイヤレス3Dアクティブシャッターグラス(表)を使用します。シャッターグラスをアクティブにするには、シャッターグラスの鼻橋の赤外線送信機(小さなピラミッド型のブラックボックス)と赤外線受信機(センサー)との間に干渉があってはならない。
  2. 3Dモニター(1920 x 1080ピクセル、144Hz)上のすべての視覚刺激を表示します。モニターと 3D メガネがシームレスに動作するように、適切なドライバがインストールされていることを確認します。
  3. このプロトコルでは、1000 Hzのサンプリングで目の動きを測定できるテーブルマウント赤外線ビデオベースのアイトラッカー(表)を使用します。アイトラッカーの赤外線照明とカメラを分離し、調整可能な高さと角度(材料表)を持つ任意の三脚を使用してしっかりと所定の位置に保持します。カメラを参加者から20~30cmの距離に置き、参加者から100cmの距離に画面を置きます。
  4. 赤外線反射パッチ(表)を使用して、アイトラッカーの赤外線照明とシャッターグラスの赤外線システムとの干渉を避けます(図1、右)。
  5. 市販のソフトウェア(材料の表)を使用して、シャッターグラスと3Dレディモニターを統合し、視覚刺激のジコプティックプレゼンテーションを行い、アイトラッカーを制御します。
  6. 頭の動きを安定させるためには、背の高い広い顎と額の残り(材料表)を使用し、調整可能なテーブルにクランプします。あごと額の残りの広い次元はシャッターの眼鏡の付いた参加者の快適な位置を可能にする。
    注: 図1 は、3Dシャッターグラスと3D対応モニタを使用した二眼性刺激提示によるアイトラッキングの設定を示しています。赤外線反射パッチは、3Dシャッターグラスの鼻橋の赤外線センサーの下に戦略的に配置されました(図1、右)。
  7. 3D対応モニタでライトブーストオプションを無効にすることで、輝度情報の漏れを最小限に抑えます。一方の眼から他方の眼への輝度情報の漏出は、輝度漏れまたはクロストーク13と呼ばれる。これは、高輝度条件で立体表示で発生する傾向があります。
  8. シャッターのため、瞳孔に到達する赤外線照明(アイトラッキングシステムからの)の量は、平均して13 を大幅に減少させることができるが、約65%の輝度が減少した(補足表1)。これを解決するには、デフォルトのパワー設定から、アイトラッカーの赤外線LEDの強度を100%または(最大設定)に増やします。赤外線ビデオベースのアイトラッカー(材料表)を使用する場合、 図2に示すように、左下の画面の「照明パワー」設定でこの設定を変更します。

3. 実験の実行

注:この研究の主な実験は、二眼性刺激を用いた中央視野の双眼追跡とスクリーニングであった。中央視野スクリーニングは、市販の機器の視野試験に匹敵する(材料表)。目標の輝度(〜22cd/m2)、背景の輝度(〜10 cd/m 2)、ターゲットのサイズ(ゴールドマンIII-4 mm2)、視野グリッド(28点の極3グリッド、図3)、刺激持続時間(200ms)などの視覚刺激の物理的特性は、市販の楽器の視野試験と同じであった。なお、これらの輝度値は、シャッターがONのときにシャッターグラスを通して測定した(補足表1)。ここで説明した試験の目的のために、刺激の輝度は、検出閾値を得るために刺激の輝度が変化する視野試験とは異なり一定であった。言い換えれば、実験は閾値ではなく超閾値スクリーニングを採用した。したがって、スクリーニングの結果は、数値ではなく二項応答(刺激が見られるか見られないか)であった。

  1. 実験前チェック
    1. 参加者がテストに到着する数分前に、アイトラッカーと(実験を実行する)の両方がオンになっていることを確認し、ホストコンピュータがアイトラッカーに接続されていることを確認します。
    2. 原則として、実験を開始する前に、ディスプレイの同期精度(プラットフォーム固有のコマンドを使用)を確認します。
  2. 主な実験の実行
    注: 以下の手順はプラットフォーム固有であり、主な実験を実行するスクリプトに依存しています。実験の設計と実行に使用するコードのサンプルを含む 補足資料を参照してください。
    1. 適切なインターフェイスからメイン実験を実行するプログラムを開始します ( 補足資料 - 'ELスクリーニングBLR.m'を参照)。プログラムによってプロンプトが表示されたら、データ・フォルダーに出力データ・ファイルを固有のファイル名で保存するために必要な参加者情報 (参加者 ID、テスト距離など) を入力します。
    2. 「Enter キーを押してカメラを切り替える」などの指示が表示されたグレーの画面。Cキーを押してキャリブレーションを行い、Vを押して検証します」と画面に表示されます。この段階で、 図 2に示すように、アイトラッカーのカメラを調整して参加者の瞳孔に合わせて調整します。
  3. アイトラッカーのキャリブレーションと検証
    1. アイトラッカーのキャリブレーションを開始します。参加者に、目を動かして (頭ではなく) ターゲットの中心を見てターゲットを追うように指示します。
    2. キャリブレーションが正常に完了したら、検証を開始します。キャリブレーションと同じ指示を提供します。
    3. 検証ステップの結果を読みます (通常は画面に表示されます)。「良い/公正」(アイトラッカーマニュアルで推奨)結果が得られるまで、キャリブレーションと検証を繰り返します。
  4. ドリフト補正
    1. アイトラッカーのキャリブレーションと検証が完了したら、ドリフト補正を開始します。
    2. 参加者に「中央固定目標を見て、できるだけ目を安定させる」ように指示する。
      注: キャリブレーション、検証、およびドリフト補正後、アイトラッキングはメインの実験と同時に開始されます。
  5. 視野スクリーニング
    1. 実験中に実行する必要があるタスクについて参加者に再指示/通知します。被験者に、テスト全体の間、両目を開いたままにしておいてください。
    2. この視野実験では、応答ボタンの「入力」ボタンを押して「見た任意の白色光」に応答しながら、中央固定ターゲットで固定を保持するように指示します(図1、材料表)。目を動かして新しい白いライトを探さないで下さるように指示します。また、短い白いライトが画面上の任意の場所に表示されることを思い出させてください。
      注意:視野スクリーニング中に、シャッターグラスの機能は、完全な知覚を形成するために融合することができる単眼的なターゲットを使用して調査することができます( 補足図2 - キャッチ試験を参照)。
    3. 実験全体を通して何度か「固定を保持する」という命令を繰り返し、固定が目的の領域内に収まるようにします。
      メモ:オーディオフィードバック(エラートーンなど)を使用して、固定の喪失を警告することができます(目が許容範囲の窓の外に移動したようなものなど)。固定が経過した場合は、クロスターゲットにのみ固定するように参加者に指示します。視覚刺激の表示は、参加者が(中央2°のような)許容範囲のウィンドウ内で固定を戻すまで一時的に停止することができます。
    4. 視野実験の最後に、見た場所と見えない場所を別々にハイライトしたテスト結果が画面に表示されます(例:図6)。
  6. データ ファイルの保存
    1. すべての視野データ("として保存したと言う。マット"ファイル)と目の動きデータ(".edf"ファイルとして保存されたと言う)は、ポストホック分析のために自動的に保存されます。ただし、実験を実行しているプログラム/プラットフォームを終了する前に、ファイルが保存されていることを確認してください。

4. 分析

注:眼球運動と視野データの分析は、いくつかの方法で実行することができ、アイトラッカーの出力の実験とデータ形式を実行するために使用されるソフトウェアに依存しています。以下の手順は、セットアップとプログラムに固有のものです (「 補足資料」を参照)。

  1. 眼球運動解析(ポストホック)
    注: 保存された目の動きデータ ファイル (EDF) は高度に圧縮されたバイナリ形式で、目の動きイベント、メッセージ、ボタン押下、視線位置サンプルなど、さまざまな種類のデータが含まれています。
    1. 変換プログラム (EDF2ASC) を使用して EDF を ASC-II ファイルに変換します。
    2. 「PipelineEyeMovementAnalysisERI.m」を実行して眼球運動分析を初期化し、コードに記載されている指示に従います(コードスクリプトについては 補足資料 を参照してください)。
    3. 図 4 および 図 5に示すように、水平および垂直の目の位置を抽出し、プロットするには、「EM_plots.m」を実行します。
      注:眼球運動データをさらに解析して固定安定性の計算、マイクロサッカデの検出などを行うことができます。しかし、これは現在の論文の範囲を超えています。
  2. ビジュアルフィールド
    1. 視野テストのレポートを取得するには、「VF_plot.m」を実行します。
      注: 図 6に示すように、見た点/見ていない点など、視野実験に関連するすべてのデータセットが、ビジュアル フィールド マップとしてプロットされます。ポイントが見られた場合、そのポイントは「緑」で塗りつぶされた正方形としてプロットされ、それ以外の場合は赤で塗りつぶされた正方形がプロットされます。視野データの後処理分析は不要です。

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結果

2つの異なる視聴条件の間に正常な双眼視力を有する1人の観察者の代表的な双眼動跡を示す(図4)。両眼が刺激(図4A)を見たとき、そして左目が右目をアクティブなシャッターの下で見たとき(図4B)、眼球運動の連続追跡が可能であった。これらのトレースから明らかなように、提案された方法は、眼球運動測定の質に影響を与え...

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ディスカッション

眼科医の視視条件における眼球運動を測定する提案された方法は、多くの潜在的な用途を有する。ここで示されている中心視力低下を有する参加者における双眼鏡視野の評価はそのようなアプリケーションの1つである。この方法を用いて、中心視力喪失を有する15人の参加者の双眼視野を評価し、双眼観察が異種中央視野喪失に与える影響を研究した。

プロトコルの最?...

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開示事項

著者らは開示するものは何もない。ここで発表された研究の一部は、米国検眼学アカデミー2019の年次総会で「黄斑変性症における双眼中央視覚機能」と題する要約として提示された。

謝辞

この研究は、AKにRRとボスマエンタープライズポスドク研究フェローシップLCインダストリーズポスドク研究フェローシップによって資金提供されました.著者たちは、ローラ・ウォーカー博士とドナルド・フレッチャー博士の貴重な提案に感謝し、被験者募集に役立ちます。

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資料

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参考文献

  1. Fletcher, D. C., Schuchard, R. A. Preferred retinal loci relationship to macular scotomas in a low-vision population. Ophthalmology. 104 (4), 632-638 (1997).
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  4. 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).
  5. Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behavior Research Methods. 49 (4), 1303-1309 (2017).
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  9. Nallour Raveendran, R. Fixational eye movements in strabismic amblyopia. , Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/7478 (2013).
  10. Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusion. Journal of Vision. 14 (8), (2014).
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