Objective evaluation on the effectiveness of vergence vision training based on the analysis of eye movements

Abstract

(English) When an object of interest is detected in the visual field, a saccadic movement is made and the attention and gaze are centred on it. During this visual fixation, optokinetic eye movement occurs to maintain the retinal image position stable and, at the same time, small fixational eye movements take place. Vestibular eye movements also take part in this action to guarantee the accurate stabilization of the eyes during rotations and translations of the head. If the object of interest moves in the frontal plane, smooth pursuit eye movements allow the eyes to follow the object as it is moving. If the object moves in depth, vergence eye movements align the two eyes with the target at different distances. Specifically, the vergence system, which controls binocular alignment, aligns both foveae with the object of interest allowing fusion of the retinal images into a single percept. Vergence eye movements will be described in a greater detail in this Thesis as they are the most relevant types of eye movements for the purpose of this Thesis. Phoropter rotary prisms and prism bars are commonly used to evaluate the amplitude of both the positive (convergence) and the negative (divergence) fusional vergence amplitudes, measuring the blur, break, and recovery of single vision points. The blur point informs about the amount of relative fusional vergence that can be stimulated without the intervention of accommodation. The break point assesses the total amplitude of fusional vergence amplitudes, and the recovery point indicates the patient’s ability to recover single binocular vision after diplopia occurs. These two tests are subjective and depend on the answers of the patients, optometrist’s experience, manual dexterity, and examination criteria, which leads to variability of the results and poor repeatability. One of the purposes of this PhD Thesis is to evaluate objectively the fusional vergence amplitudes and compare the results with the conventional subjective clinical tests. Vision therapy or vision training, also called, orthoptics has been demonstrated to be an effective treatment for convergence (CI), among other binocular dysfunctions. The objective of this treatment is to increase the amplitude, speed, accuracy of accommodative and vergence responses, and the visual comfort. Since 1855, vision therapy has been the primary treatment for CI and there are validated protocols to improve the abilities of the binocular vision system. The objective monitoring of the effectiveness of this treatment for normal binocular vision participants is a novelty of this PhD Thesis. In this PhD Thesis, vergence responses are evaluatep in a subjective and an objective way using conventional procedures and the eye tracker EyeLink 1000 Plus (SR Research Ltd., Ontario, Canada). The main purpose of this PhD Thesis is to assess objectively the effectiveness of a conventional vision therapy protocol for training vergence responses.

(Català) Quan es detecta un objecte d'interès al camp visual, es produeix un moviment sacàdic i l'atenció i la mirada es centren en ell. Durant aquesta fixació visual, es produeixen moviments oculars optocinètics per mantenir estable la posició de la imatge retinal i, al mateix temps, es produeixen petits moviments oculars de fixació. Els moviments oculars vestibulars també intervenen en aquesta acció per garantir l'estabilitat precisa dels ulls durant rotacions i translacions del cap. Si l'objecte d'interès es mou en el pla frontal, els moviments oculars de seguiment permeten seguir l'objecte mentre es mou. Si l'objecte es mou en profunditat, els moviments oculars de vergència alineen els dos ulls amb l'objecte a diferents distàncies. Específicament, el sistema de vergència, que controla l'alienació binocular, alinea ambdues fòvees amb l'objecte d'interès permetent la fusió de les imatges retinals en una sola. Els moviments oculars de vergència es descriuran amb més detall en aquesta Tesi Doctoral, ja que són els tipus de moviments oculars més rellevants per a l'objectiu d'aquesta Tesi. Els prismes rotatoris del foròpter i la barra de prismes s'utilitzen habitualment per avaluar l'amplitud tant de les vergències fusionals positives (convergència) com de les negatives (divergència), mesurant el punt de borrositat, el punt de ruptura i el punt de recuperació de la visió simple. El punt de borrositat informa sobre la quantitat de vergència fusional relativa que pot ser estimulada sense la intervenció de l'acomodació. El punt de ruptura avalua l'amplitud total de les vergències fusionals, i el punt de recuperació indica la capacitat del pacient de recuperar la fusió després que s'hagi produït la diplopia. Aquests dos tests són subjectius i depenen de les respostes dels pacients, de l'experiència de l'optometrista, de la destresa manual i dels criteris d'examen, la qual cosa provoca una variabilitat dels resultats i una baixa repetibilitat. Un dels objectius d'aquesta Tesi Doctoral és avaluar objectivament les amplituds de les vergències fusionals i comparar els resultats amb els tests clínics subjectius convencionals. La teràpia visual o entrenament visual, també anomenat teràpia ortòptica, ha demostrat ser un tractament efectiu per a la insuficiència de convergència (IC), entre altres disfuncions binoculars. L'objectiu d'aquest tractament és augmentar l'amplitud, la velocitat, la precisió de les respostes acomodatives i de vergència, i el confort visual. Des de 1855, la teràpia visual ha estat el tractament principal per a la IC i hi ha protocols validats per millorar les habilitats del sistema de visió binocular. El seguiment objectiu de l'efectivitat d'aquest tractament per als participants amb visió binocular normal és una novetat d'aquesta Tesi Doctoral. En aquesta Tesi Doctoral, les respostes de vergència s'avaluen de manera subjectiva i objectiva utilitzant procediments convencionals i l’eyetracker EyeLink 1000 Plus (SR Research Ltd., Ontario, Canadà). L’objectiu principal d'aquesta Tesi Doctoral ésavaluar de manera objectiva l'eficàcia d'un protocol de teràpia visual convencional per l’entrenament de les respostes de vergència.

(Español) Cuando se detecta un objeto de interés en el campo visual, se produce un movimiento sacádico y la atención y la mirada se centran en él. Durante esta fijación visual, se producen movimientos oculares optocinéticos para mantener estable la posición de la imagen retiniana y, al mismo tiempo, se producen pequeños movimientos oculares de fijación. Los movimientos oculares vestibulares también intervienen en esta acción para garantizar la estabilidad precisa de los ojos durante rotaciones y traslaciones de la cabeza. Si el objeto de interés se mueve en el plano frontal, los movimientos oculares de seguimiento permiten seguir el objeto mientras éste se mueve. Si el objeto se mueve en profundidad, los movimientos de vergencia alinean los dos ojos con el objeto situado a diferentes distancias. Específicamente, el sistema de vergencia, que controla la alienación binocular, alinea ambas fóveas con el objeto de interés permitiendo la fusión de las imágenes retinianas en una sola. Los movimientos oculares de vergencia se describirán con más detalle en esta Tesis Doctoral puesto que son los tipos de movimientos oculares más relevantes para el objetivo de esta Tesis Doctoral. Los prismas rotatorios del fóroptero y la barra de prismas se utilizan habitualmente para evaluar la amplitud tanto de las vergencias fusionales positivas (convergencia) como de las negativas (divergencia), midiendo el punto de borrosidad, el punto de ruptura y el punto de recuperación de la visión simple. El punto de borrosidad informa sobre la cantidad de vergencia fusional relativa que puede ser estimulada sin la intervención de la acomodación. El punto de ruptura evalúa la amplitud total de las vergencias fusionales, y el punto de recuperación indica la capacidad del paciente de recuperar la fusión después de que se haya producido la diplopía. Estos dos tests son subjetivos y dependen de las respuestas de los pacientes, de la experiencia del optometrista, de la destreza manual y de los criterios de examen, lo cual provoca una variabilidad de los resultados y una baja repetitividad. Uno de los objetivos de esta Tesis Doctoral es evaluar objetivamente las amplitudes de la vergencia fusional y comparar los resultados con los tests clínicos subjetivos convencionales. La terapia visual o entrenamiento visual, también denominada terapia ortóptica, ha demostrado ser un tratamiento efectivo para la insuficiencia de convergencia (IC), entre otras disfunciones binoculares. El objetivo de este tratamiento es aumentar la amplitud, la velocidad, la precisión de las respuestas acomodativa y de vergencia, y el confort visual. Desde 1855, la terapia visual ha sido el tratamiento principal para la IC y hay protocolos validados para mejorar las habilidades del sistema de visión binocular. El seguimiento objetivo de la efectividad de este tratamiento para los participantes con visión binocular normal es una novedad que aporta esta Tesis Doctoral. En esta Tesis Doctoral, las respuestas de vergencia se evalúan de manera subjetiva y objetiva utilizando procedimientos convencionales y el eyetracker EyeLink 1000 Plus (SR Research Ltd., Ontario, Canadá). El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es evaluar de manera objetiva la eficacia de un protocolo de terapia visual convencional por el entrenamiento de las respuestas de vergencia.