이방성 보기 조건에서 쌍안경 중앙 시야 및 쌍안경 눈 움직임 평가

요약

여기에 제시된 것은 중앙 시력 상실을 가진 참가자의 쌍안경 눈 움직임 및 시선 제어 중앙 시야 검열을 평가하기 위한 프로토콜입니다.

초록

황반 변성은 전형적으로 이기종 쌍안경 중앙 시각적 결함을 초래합니다. 현재 미세 perimetry와 같은 중앙 시야를 평가하기 위한 접근 법은 한 번에 하나의 눈만 테스트할 수 있습니다. 따라서 각 눈의 결함이 쌍안경 상호 작용및 실제 기능에 어떤 영향을 미치는지 설명 할 수 없습니다. 시선 제어 시스템을 갖춘 Dichoptic 자극 프리젠 테이션은 단안 / 쌍안경 시야의 신뢰할 수있는 측정을 제공 할 수 있습니다. 그러나, 이압 자극 프리젠 테이션 및 동시 아이 트래킹은 자극을 제시하는 악기의 광학 장치 (예 : haploscope)는 항상 아이 트래커 (예 : 적외선 비디오 기반 의 아이 트래커)를 방해하기 때문에 도전적입니다. 따라서, 목표는 1) 3D 셔터 안경과 3D 준비 모니터를 사용하여 동시 아이 트래킹을 사용하여 dichoptic 자극 프리젠 테이션을위한 방법을 개발하고, 간섭에 의해 영향을받지 않으며 2) 이 방법을 사용하여 중앙 시력 상실을 가진 과목의 중앙 시야필드를 평가하기위한 프로토콜을 개발하는 데 사용하였다. 그 결과, 이 설정은 이크옵틱 보기 상태에서 눈 움직임을 안정적으로 측정할 수 있는 실용적인 솔루션을 제공한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 이 방법은 중앙 시력 상실을 가진 과목에서 시선 제어 쌍안경 중앙 시야를 평가할 수 있다는 것을 입증하였다.

서문

황반 변성은 일반적으로 중앙 시력에 영향을 미치는 양측 상태이며 시각적 손실의 패턴은 이질적 일 수 있습니다. 중앙 시각적 손실은 두 눈¹사이의 대칭 또는 비대칭일 수 있습니다. 현재 황반 변성에서 중앙 시야를 평가하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 기술이 있습니다. Amsler 그리드 차트에는 중앙 시야를 수동으로 검사하는 데 사용할 수 있는 그리드 패턴이 포함되어 있습니다. 자동 둘레(예: 험프리 시야 분석기)는 표준화된 간즈펠트 그릇에 다양한 밝기와 크기의 빛이 깜박임하여 시야를 조사합니다. 시선 우발적 마이크로페리어측정은 LCD 디스플레이에 시각적 자극을 제공합니다. 마이크로 둘레는 망막에 관심 있는 지역을 추적하여 미세 눈의 움직임을 보상할 수 있습니다. 마이크로 둘레는 중앙 망막의 로컬 영역을 조사하여 기능의 변화를 조사할 수 있지만 한 번에 한 눈만 테스트할 수 있습니다. 따라서, 마이크로 perimetric 테스트는 각 눈의 이질적 결함이 쌍안경 상호 작용및 실제 기능에 어떻게 영향을 미치는지 설명할 수 없습니다. 실제 시청과 밀접하게 근사하는 보기 조건에서 시각적 필드를 안정적으로 평가하는 방법이 충족되지 않은 필요가 있습니다. 이러한 평가는 한 눈의 시야 결함이 쌍안경 시야 결함에 영향을 미치는지 또는 기여하는 방법을 이해하는 데 필요합니다. 우리는 dichoptic 보기 조건하에서 중앙 시각 손실을 가진 사람들의 중앙 시야를 평가하기 위한 새로운 방법을 제안합니다 (즉, 시각적 자극이 두 눈 각각에 독립적으로 제시될 때).

시각적 필드를 안정적으로 측정하려면 지정된 궤적에서 고정을 유지관리해야 합니다. 따라서 쌍안경 평가를 위해 아이 트래킹 및 이방성 프리젠 테이션을 결합하는 것이 중요합니다. 그러나, 이러한 두 가지 기술을 결합하는 것은 아이 트래커의 조명 시스템(예: 적외선 LED)과 디크옵틱 제시 시스템의 광학 요소(예: 합경의 거울 또는 입체스코프의 프리즘)의 간섭으로 인해 어려울 수 있다. 대체 옵션은 시력 선(예: 경경 코일 기술)을 방해하지 않는 아이트래킹 기술 또는 고글^2와통합된 아이 트래커를 사용하는 것입니다. 각 방법은 자체적인 이점을 가지고 있지만 단점이 있습니다. 상기 방법은 침습적인 것으로 간주되며 상당한 불편함을 야기할 수^{있고 3및} 후자의 방법은 낮은 측두해상도(60Hz)^4를갖는다. 이러한 문제를 극복하기 위해 Brascamp & Naber (2017)⁵ 및 Qian & Brascamp (2017)^6은 차가운 거울 (적외선을 전송하지만 가시광선의 95 %를 반영함)과 차가운 거울 의 양쪽에 모니터 한 쌍을 사용하여 dichoptic 프리젠 테이션을 만들었습니다. 적외선 비디오 기반 의 아이 트래커는 합경 설정^7,8에서눈의 움직임을 추적하는 데 사용되었다.

그러나, 합계경형 이크옵틱 프리젠테이션을 사용하면 단점이 있다. 악기의 회전 중심 (haploscope)는 눈의 회전 중심과 다릅니다. 따라서 부록에 설명된 대로 추가 계산(부록 - Raveendran A (2013)^9)는눈의 움직임을 적절하고 정확하게 측정하기 위해 필요합니다. 또한 숙박 시설과 동종기의 평면은 정렬되어야합니다 (즉, 숙박 시설과 동종에 대한 수요는 동일해야합니다). 예를 들어, 작업 거리(총 광학 거리)가 40cm인 경우 숙박 및 수렴에 대한 수요는 각각 2.5디옵터 및 2.5미터 각도입니다. 거울을 완벽하게 정렬하면 먼 시야를 위해 합조코프가 정렬되지만 필요한 숙박 시설은 여전히 2.5D입니다. 따라서 숙박 시설을 무한대로 밀어 내기 위해 볼록 렌즈(+2.50 디옵터)를 눈과 거울 배열 사이에 배치해야 합니다(예: 필수 숙박 시설은 0). 이 배열은 회전 중심의 차이로 우리를 데려 갈 수있는 햅스코프의 눈과 거울 배열 사이의 더 많은 공간을 필요로한다. 두 평면이 정렬될 수 있도록 햅스코프를 가까운 시야에 맞추어 숙박 및 동종 평면 정렬 문제를 최소화할 수 있습니다. 그러나, 이것은 모든 참가자에 대한 혈관 간 거리의 측정과 햅스코프 거울 / 자극 제시 모니터의 해당 정렬이 필요합니다.

이 백서에서는 무선 3D 셔터 안경과 3D 준비 모니터를 사용하여 적외선 비디오 기반 아이 트래킹 및 dichoptic 자극 프리젠 테이션을 결합하는 방법을 소개합니다. 이 메서드는 haploscopic 메서드와 함께 사용되는 것과 같은 추가 계산 및/또는 가정이 필요하지 않습니다. 셔터 안경은 쌍안경^융합(10),색소적응 11, 눈손^{협착(12)을}이해하기 위해 아이 트래커와 함께 사용되어 왔다. 그러나 마이엘로와 동료가 사용하는 스테레오 셔터^{안경(10,11,12)은} 모니터 새로 고침 빈도와 동기화하기 위해 와이어를 통해 연결된 1세대 셔터 안경이었다는 점에 유의해야 합니다. 또한, 1세대 셔터 안경은 현재 상용화되지 않았습니다. 여기서는 시판되는 2세대 무선 셔터안경(재료 표)의사용을 시연하여 이축자극을 제시하고 단안경 및 쌍안경 눈 움직임을 안정적으로 측정합니다. 또한 중앙 시야 손실과 관련하여 단안/쌍안경 시야를 평가하는 방법을 시연합니다. 시각적 자극의 이분광학 프리젠 테이션은 시각 필드의 단반 및 쌍안경 평가를 가능하게하지만, 이분포성 보기 조건하에서 쌍안경 눈 추적은 시선 제어 패러다임에서 시각적 필드 테스트를 용이하게합니다.

프로토콜

아래에 설명된 모든 절차와 프로토콜은 캔자스 주 위치타 주립 대학의 기관 검토 위원회에 의해 검토되고 승인되었습니다. 모든 참가자로부터 통보된 동의를 얻었습니다.

1. 참가자 선택

1. 정상 시력 (n =5, 4 여성, 평균 ± SE: 39.8 ± 2.6 년) 및 황반 변성으로 인한 중앙 시력 상실 (n =15, 11 여성, 78.3 ± 2.3 년)을 가진 참가자를 모집했습니다. 두 그룹의 심하게 다른 연령은 중앙 시력 상실을 가진 과목의 인구 통계에 이차적이었다는 점에 유의하십시오 (나이 관련 황반 변성은 노인 과목에 영향을 미치고 여성에게 더 널리 퍼집니다). 또한, 이 연구의 목표는 두 집단을 비교하지 않았다.

2. 실험 준비

1. 3D 준비 모니터와 동기화할 수 있는 무선 3D 액티브 셔터안경(재료 테이블)을사용합니다. 셔터 안경이 활성화되려면 적외선 송신기(작은 피라미드 모양의 블랙박스)와 셔터 안경의 코 브리지에 적외선 수신기(센서) 사이에 간섭이 없어야 합니다.
2. 3D 모니터(1920 x 1080 픽셀, 144Hz)에 모든 시각적 자극을 표시합니다. 모니터와 3D 안경이 원활하게 작동하려면 적절한 드라이버가 설치되었는지 확인합니다.
3. 이 프로토콜에 대해 1000Hz의 샘플링에서눈의움직임을 측정할 수 있는 테이블 장착 적외선 비디오 기반 아이 트래커(재료 테이블)를 사용합니다. 아이 트래커의 적외선 조명과 카메라를 분리하여 조정 가능한 높이와 각도(재료 표)를 사용하여 삼각대를 사용하여 제자리에 단단히 고정합니다. 참가자로부터 20-30cm의 거리에 카메라를 놓고 참가자로부터 100cm 의 거리에 화면을 놓습니다.
4. 적외선 반사패치(재료 표)를사용하여 아이 트래커의 적외선 조명과 셔터 안경의 적외선 시스템 사이의 간섭을 피하십시오(그림1,오른쪽).
5. 시판되는소프트웨어(재료 테이블)를사용하여 셔터 안경과 3D 준비 모니터를 통합하여 아이트래커를 제어할 수 있는 시각적 자극을 제공합니다.
6. 머리 의 움직임을 안정화하려면 키가 크고 넓은 턱과 이마 받침대(재료 표)를사용하여 조정 가능한 테이블에 고정하십시오. 턱과 이마 받침대의 넓은 차원은 셔터 안경을 착용한 참가자의 편안한 위치를 제공합니다.
   참고: 그림 1은 3D 셔터 안경과 3D 준비 모니터를 사용하여 dichoptic 자극 프리젠 테이션을 통해 아이 트래킹을위한 설정을 보여줍니다. 적외선 반사 패치는 3D 셔터 안경의 코 브리지에 있는 적외선 센서 아래에 전략적으로 배치되었습니다(그림1,오른쪽).
7. 3D 레디 모니터에서 라이트 부스트 옵션을 비활성화하여 휘도 정보의 누설을 최소화합니다. 한쪽 눈에서 다른 눈으로 휘도 정보의 누설은 휘도 누설 또는^{크로스토크(13)로}알려져 있다. 이것은 높은 휘도 조건에서 입체 디스플레이와 함께 발생하는 경향이있다.
8. 셔터 때문에, 동공에 도달하는 적외선 조명 (아이 트래킹 시스템에서)의 양은¹³ - 평균적으로, 휘도의 약 65 %가 감소(보충 표 1)에도달한다. 이를 극복하기 위해 아이트래커의 적외선 LED의 강도를 기본 전원 설정에서 100% 또는 최대 설정(최대 설정)으로 늘립니다. 적외선 비디오 기반 의 아이 트래커(자료 테이블)를 사용하는 경우 그림 2에나와 같이 왼쪽 하단 화면의 "조명 힘" 설정에서 이 설정을 변경합니다.

3. 실험 실행

참고: 이 연구의 주요 실험은 이산화 자극을 사용하여 중앙 시각 필드의 쌍안경 추적 및 검열이었습니다. 중앙 시야 검사는 시판되는계측기(재료표)의시야 테스트와 비슷했습니다. 대상의 휘도(~22cd/m2), 배경의 휘도(~10cd/m^2),대상크기(Goldmann III – 4mm^2),시야 그리드(28점, 그림 3)및 자극 지속시간(200ms)과 같은 시각적 자극의 물리적 특성은 상용 악기의 시야 테스트 필드와 동일하였다. 셔터가 켜졌을 때 이러한 휘도 값을 셔터 안경을 통해 측정되었습니다(보조표 1). 여기서 논의된 테스트의 목적상, 자극의 휘도는 검출 임계값을 얻기 위해 자극의 휘도가 변경되는 시각 필드 테스트와 는 달리 일정했다. 즉, 실험은 임계값이 아닌 수프라 임계값 스크리닝을 사용하였다. 따라서, 스크리닝의 결과는 수치 값이 아닌 바이너리 응답(볼 또는 보이지 않음)이었다.

1. 실험 전 검사
   1. 참가자가 테스트를 위해 도착하기 몇 분 전에 아이 트래커와 호스트 컴퓨터(실험을 실행하는)가 모두 켜져 있는지 확인하고 호스트 컴퓨터가 아이트래커에 연결되어 있는지 확인합니다.
   2. 일반적으로 실험을 시작하기 전에 디스플레이의 동기화 정확도(플랫폼 특정 명령을 사용하여)를 확인합니다.
2. 주요 실험 시화
   참고: 아래 단계는 플랫폼에 따라 다르며 주 실험을 실행하는 스크립트에 따라 다릅니다. 실험을 설계하고 실행하는 데 사용되는 코드의 샘플을 포함하는 보충 재질을 참조하십시오.
   1. 해당 인터페이스에서 주요 실험을 실행하는 프로그램(보조 자료 - 'ELScreeningBLR.m)을 시작합니다. 프로그램에서 메시지가 표시되면 고유한 파일 이름으로 데이터 폴더에 출력 데이터 파일을 저장하는 데 필요한 참가자 정보(예: 참가자 ID, 테스트 거리)를 입력합니다.
   2. "카메라를 토글로 입력하려면 Enter) 등의 지침이 있는 회색 화면; C를 눌러 보정하고 V를 눌러 유효성을 검사합니다."가 화면에 나타납니다. 이 단계에서는 눈 추적기의 카메라를 조정하여 그림 2에 표시된 대로 참가자의 동공과 일치시합니다.
3. 아이 트래커 교정 및 유효성 검사
   1. 아이 트래커의 교정을 시작합니다. 참가자들에게 눈을 움직여(머리가 아닌) 대상을 따라 대상의 중심을 보라고 지시한다.
   2. 성공적인 교정 후 유효성 검사를 시작합니다. 교정과 동일한 지침을 제공합니다.
   3. 유효성 검사 단계의 결과를 읽습니다(일반적으로 화면에 표시됨). "좋음/공정"(아이트래커 매뉴얼에서 권장)이 결과가 얻을 때까지 교정 및 유효성 검사를 반복합니다.
4. 드리프트 보정
   1. 아이 트래커의 교정 및 유효성 검사가 완료되면 드리프트 보정을 시작합니다.
   2. 참가자들에게 "중앙 고정 대상을 보고 가능한 한 눈을 안정적으로 유지하라"고 지시합니다.
      참고: 교정, 유효성 검사 및 드리프트 보정 후 주 실험과 동시에 아이트래킹이 시작됩니다.
5. 시각 필드 스크리닝
   1. 실험 중에 수행해야 하는 작업에 대해 참가자에게 다시 지시/알림합니다. 전체 테스트 중에 피사체에게 두 눈을 뜨게 하도록 요청하십시오.
   2. 이 시각적 필드 실험의 경우 응답버튼(그림 1,재료 표)의 "enter" 버튼을 눌러 "본 백색광"에 응답하면서 중앙 고정 대상에서 고정을 유지하도록 지시합니다. 눈을 움직이고 새 백색 조명을 검색하지 말라고 지시한다. 또한 화면의 모든 위치에 짧은 흰색 표시등이 나타날 수 있음을 상기시킵니다.
      참고: 시각 필드 스크리닝 중에 셔터 안경의 기능을 융합하여 완전한 지각을 형성할 수 있는 단안경 대상을 사용하여 프로브할 수 있습니다(보충 그림 2 : 어획 시험 참조).
   3. 고정이 원하는 영역 내에 속하는지 확인하기 위해 실험 전체에서 여러 번 "고정 유지"하도록 명령을 다시 반복합니다.
      참고: 오디오 피드백(예: 오류 톤)을 사용하여 고정 손실(예: 눈이 공차 창 밖으로 이동)을 경고합니다. 고정이 경과하면 참가자에게 크로스 대상에만 고정하도록 다시 지시합니다. 시각적 자극 프레젠테이션은 참가자가 공차 창 내에서 고정을 다시 가져온다(예: 중앙 2°)까지 일시적으로 중지할 수 있습니다.
   4. 시각 필드 실험의 끝에서 화면은 볼 수 있는 위치와 보이지 않는 위치를 다르게 강조 표시하는 테스트 결과를 표시합니다(예: 그림 6).
6. 데이터 파일 저장
   1. 모든 시야 데이터("로 저장됨). 매트" 파일 및 눈 이동 데이터(예: ".edf" 파일로 저장)는 사후 분석을 위해 자동으로 저장됩니다. 그러나 실험을 실행하는 프로그램/플랫폼을 종료하기 전에 파일이 저장되었는지 확인합니다.

4. 분석

참고: 눈 이동 및 시야 데이터의 분석은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있으며 아이 트래커 출력의 실험 및 데이터 형식을 실행하는 데 사용되는 소프트웨어에 달려 있습니다. 아래 단계는 설정 및 프로그램에 따라 다릅니다(보충 자료참조).

1. 눈 운동 분석(후크 후)
   참고: 저장된 눈 이동 데이터 파일(EDF)은 고압축 이진 형식이며 눈 이동 이벤트, 메시지, 버튼 누프 및 시선 위치 샘플을 포함한 다양한 유형의 데이터가 포함되어 있습니다.
   1. EDF를 번역기 프로그램(EDF2ASC)을 사용하여 EDF를 ASC-II 파일로 변환합니다.
   2. '파이프라인아이무드스터스터라이저.m를 실행하여 눈 이동 분석을 초기화하고 코드에 명시된 지침을 따르십시오(코드 스크립트에 대한 보충 자료 참조).
   3. 'EM_plots.m'을 실행하여 수평 및 수직 눈 위치를 추출하고 그림 4 및 그림 5에표시된 대로 플롯합니다.
      참고: 눈 이동 데이터를 추가로 분석하여 고정 안정성을 계산하고, 현미경을 감지할 수 있습니다. 그러나 이는 현재 용지의 범위를 벗어납니다.
2. 비주얼 필드
   1. 시각적 필드 테스트에 대한 보고서를 얻으려면 'VF_plot.m'를 실행합니다.
      참고: 볼/보이지 않는 점과 같은 시각적 필드 실험과 관련된 모든 데이터 집합은 그림 6에표시된 바와 같이 시각적 필드 맵으로 플롯됩니다. 포인트가 표시되면 "녹색"채워진 사각형으로 플롯되며 그렇지 않으면 빨간색 채워진 사각형이 플롯됩니다. 시각 필드 데이터에 대한 사후 분석이 필요하지 않습니다.

결과

두 가지 보기 조건 동안 정상적인 쌍안경 시력을 가진 한 관찰자의 대표적인 쌍안경 눈 이동 흔적이 도시된다(도4). 두 눈이자극(도 4A)을볼 때, 그리고 왼쪽 눈이 활성 셔터(그림4B)아래에서 오른쪽 눈으로 자극을 보았을 때 눈의 움직임을 지속적으로 추적할 수 있었다. 이러한 흔적에서 알 수 있듯이 제안된 방법은 눈 이동 측정의 ...

토론

dichoptic 보기 조건에서 눈 의 움직임을 측정하는 제안된 방법은 많은 잠재적인 응용을 가지고 있습니다. 여기에서 입증되는 중앙 비전 손실을 가진 참가자에 있는 쌍안경 시각 필드를 평가하는 것은 그 같은 응용 프로그램 중 하나입니다. 우리는 쌍안경 보기가 이질적인 중앙 시야 손실에 어떻게 영향을 미치는지 연구하기 위하여 중앙 비전 손실을 가진 15명의 참가자에 있는 쌍안경 시각 필드를 ?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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