Eye Tracking als Diagnoseinstrument für Augenbewegungsstörungen - ein Blick auf Nystagmus

Diese am Department of Optometry & Vision Sciences der Universität Melbourne durchgeführte Studie befasste sich mit Augenbewegungsstörungen, insbesondere mit Nystagmus, und der Möglichkeit, Eye Tracking als etabliertes Diagnoseinstrument einzusetzen.

Hintergrund

Die Studie wurde von Dr. Larry Abel und seinem Team am Department of Optometry & Vision Sciences der Universität von Melbourne, Australien, durchgeführt. Sie konzentrierte sich auf Augenbewegungsstörungen, insbesondere Nystagmus, und die Möglichkeit, Eye Tracking als etabliertes Diagnoseinstrument einzusetzen.

Das Forschungslabor, das seit Jahren "nebenbei" klinische Tests durchführt, hat zu diesem Zweck einen Eye Tracker von Tobii getestet und geprüft. Erfolgreiche Ergebnisse würden bedeuten, dass man in der Lage wäre, eine qualitativ hochwertige Nystagmusbeurteilung und andere Tests der Augenmotorik durchzuführen und diese auch überweisenden Ärzten in einer Lehrklinik zur Verfügung zu stellen. Es würde auch bedeuten, dass wir einen Schritt näher daran sind, das Eye Tracking zu einem neuen und regelmäßigen Bestandteil der klinischen Aktivitäten der Abteilung zu machen, und dass die angehenden Optometristen Eye Tracking als ein standardmäßiges und normales klinisches Instrument sehen.

Zielsetzung

Ziel dieser Versuchsstudie war es, herauszufinden, ob es möglich ist, eine klinische Einrichtung zur Bewertung von Nystagmus und anderen Störungen zu entwickeln, die auch von weniger spezialisierten Klinikern betrieben werden könnte. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Identifizierung und Charakterisierung von Nystagmus, aber künftige Forschungsarbeiten werden sich idealerweise auch auf die Fähigkeit erstrecken, sakkadische und glatte Augenbewegungen quantitativer zu bewerten.

Das erste Ziel wäre, dass Kliniker Tests durchführen können, deren Ergebnisse von Fachleuten, wie den Autoren dieser Studie, ausgewertet werden. Längerfristig sollte versucht werden, mehr automatisierte Screening-Methoden zu entwickeln, die für eine größere Zahl von Nutzern zugänglich sind.

Da gute Augenbewegungsaufzeichnungen für eine korrekte Nystagmusauswertung und für die quantitative Bewertung von Sakkaden unerlässlich sind, spielt Eye Tracking bei den verwendeten Methoden und in dieser Studie eine zentrale Rolle.

Methode

Bei den Versuchen im Labor wurden hauptsächlich Vergleiche zwischen dem Eye Tracker
Tobi und einem alten Limbus Tracker Microguide 1000 angestellt. Dabei handelt es sich um die klassische analoge Technologie aus den 1960er Jahren, bei der Optoelektronik zur Erfassung der horizontalen Bewegung der Irisränder verwendet wird. Einige Vergleiche wurden auch mit einem Eye Tracker von Tobii und einem Eyelink II von SR Research angestellt. Das Labor verwendet auch ein SMI-Hochgeschwindigkeits-HED-System, das jedoch aufgrund seiner monokularen Beschaffenheit nicht für diese Art von Bewertungen geeignet ist. Die klinische Untersuchung und die Anamneseerhebung gehen immer der Aufzeichnung der Augenbewegungen voraus, und ihre Ergebnisse sind oft ausschlaggebend für die Aufzeichnungssitzung. Eye Tracking wird dann eingesetzt, um die ersten klinischen Eindrücke zu bestätigen, zu ergänzen oder zu widerlegen.

Bei den Eye Tracking-Tests fixieren die Patienten eine Reihe von Zielpositionen in ihrem Gesichtsfeld, sowohl horizontal als auch vertikal. Die auftretenden Wellenformen werden identifiziert und als angeborener (und wenn ja, welche spezifische Wellenform) oder erworbener Nystagmus klassifiziert. Die Dauer der stabilen Foveationsperioden (falls vorhanden) wird bei Bedarf quantifiziert. Diese Foveationsperioden können ein Schlüsselfaktor für die Bestimmung der potenziellen Sehschärfe eines Patienten sein und lassen sich nur mit Augenbewegungsaufzeichnungen mit guter zeitlicher und räumlicher Auflösung beobachten.

Die derzeitige Laborpraxis für diese Art von Tests besteht darin, Daten aus dem derzeit verwendeten Tobii Eye Tracker zu exportieren oder Daten aus dem Microguide Eye Tracker zu digitalisieren und diese in Matlab einzugeben, wo sie angezeigt und quantifiziert werden. Die neue Matlab-Schnittstelle des SDK für den Pro TX300 Eye Tracker befand sich noch in der Entwicklung und war zum Zeitpunkt der Studie noch nicht verfügbar, so dass keine spezifischen Matlab-Routinen für diese Studie entwickelt wurden. Stattdessen wurden die Rohdaten verwendet und mit den vorhandenen Matlab-Routinen verarbeitet, um die relevanten Wellenformen zu erhalten.

Eye Tracking - ein vielversprechendes Instrument für die klinische Diagnose

Die Testphase brachte einige interessante Ergebnisse:

Nur Eye Tracking-Aufzeichnungen können in Fällen, in denen das klinische Bild unklar ist, zwischen angeborenem und erworbenem Nystagmus unterscheiden. Sie können auch zwischen angeborenem und latentem/manifesten latenten Nystagmus unterscheiden - diese verwandten Zustände werden unterschiedlich behandelt. Die Quantifizierung der Wellenform kann auch zur Vorhersage des bestmöglichen visuellen Ergebnisses verwendet werden. Neben dem Nystagmus kann die Sakkadenbeurteilung zur Erkennung einer leichten internukleären Ophthalmoplegie, einem häufigen Anzeichen für Multiple Sklerose, und zur Erkennung von Myasthenia gravis verwendet werden.

In einigen Fällen lieferte der Eye Tracker von Tobii diagnostische Wellenforminformationen, die sonst nur schwer zu erhalten gewesen wären. Ein echter potenzieller Vorteil des Pro TX300 ist außerdem die einfache Bedienung von Tobii Pro Studio, so dass klinisches Personal für die Durchführung von Bewertungen geschult werden kann, die dann bei Bedarf von Spezialisten durchgeführt werden.

In den obigen Abbildungen sehen Sie einen durch den Blick ausgelösten Nystagmus in horizontaler Richtung (blaue Spuren), der entweder eine lineare oder eine abnehmende Geschwindigkeit der langsamen Phase aufweist. Beachten Sie, dass der Nystagmus in der primären Position nun in die andere Richtung schlägt, wenn der Patient vom seitlichen Blick zurück zur Mitte blickt (Pfeile). Dies wird als Rebound-Nystagmus bezeichnet und ist nie als angeboren gemeldet worden. Ebenfalls wichtig in diesen Abbildungen (und mit einem Eye Tracker nicht verfügbar) sind die vertikalen Augenpositionsspuren. Sie können hier sehen, dass ein anhaltender Abwärtsnystagmus vorhanden ist, unabhängig davon, in welche Richtung die horizontale Komponente dieses Patienten geht; das bedeutet, dass sich die Augen die meiste Zeit diagonal bewegt haben. Dieser Patient wurde mit dem Verdacht auf angeborenen Nystagmus an das Labor überwiesen, aber die obige Aufzeichnung unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von dieser gutartigen Erkrankung, weshalb eine weitere klinische Untersuchung und eine engmaschige Überwachung empfohlen wurden.

In seiner derzeitigen Form waren jedoch mehrere klinisch wichtige Bewertungen für Nystagmus-Tests entweder schwierig oder unmöglich. Dazu gehören:

• Monokulare Kalibrierung mit binokularer Aufzeichnung (d. h. die Möglichkeit, die Sicht eines Auges zu blockieren und dennoch dessen Verhalten aufzuzeichnen). Sobald die Aufzeichnung begonnen hat, ist es möglich, die Okklusion zu wechseln und die Auswirkungen zu beobachten. *

• Auswahl der Zielposition und des Zeitpunkts durch den Bediener

• Überwachung der Augenposition in Echtzeit

• Möglichkeit, die Augenpositionsdaten um die Zielposition und die manuelle Auslösung von Markern zu ergänzen.

*Seit der Durchführung dieser Studie ist das Tobii Calibration and Verification Tool verfügbar. Das Tobii Calibration and Verification Tool ist eine Anwendung, die die Abweichungswinkel in den Blickmustern der Teilnehmer misst und meldet, um die Augenausrichtung zu überprüfen und Augenerkrankungen wie Nystagmus, Strabismus (Schielen) oder Amblyopie (träges Auge) zu diagnostizieren. Es ermöglicht die Messung von Augenbewegungen, z. B. während des Rehabilitationsfortschritts der Therapie eines Teilnehmers. Das Gerät besteht aus einer Software (die unter Windows läuft) und einem Okkluder, der Infrarotlicht aussendet.

Schlussfolgerung

Das anfängliche Ziel besteht nun darin, ein System zu entwickeln, das von den meisten Klinikern bedient werden kann, das aber immer noch den Input eines Spezialisten zur Auswertung der Ergebnisse benötigt. Das längerfristige Ziel wäre die Entwicklung eines auf einem neuronalen Netz basierenden Expertensystems, das autonom die Klassifizierung und, wenn möglich, die Quantifizierung von Wellenformen vornehmen könnte. Dies würde eine Parallele zur Arbeit in der Elektrodiagnostik darstellen und könnte derartige Tests in weit größerem Umfang verfügbar machen. Für die Umsetzung wäre die Einstellung eines Doktoranden mit elektrotechnischem und computerwissenschaftlichem Hintergrund und Fachkenntnissen in der Signalverarbeitung erforderlich.

Verwandte Informationen

• Über die Universität von Melbourne EyeCare