Disconjugacy of Eye Movements during Attempted Fixation: A Sufficient Marker for Amblyopia?

Abstract

Background To investigate whether detection of disconjugacy of eye movements during attempted fixation, or interocular position instability, may serve as a single sensitive test for amblyopia.

Patients/Methods and Material Binocular eye movements were recorded at 500 Hz using the EyeLink 1000 eye tracker (SR Research Ltd., Kanata, Ontario, Canada) and analyzed using EyeLink software and Matlab (MathWorks, Natick, MA, USA). Eight subjects (four amblyopes, one successfully treated amblyope, and three non-amblyopes: 7 – 44 years) were asked to fixate on a stationary cross subtending 0.5° at 57 cm. Interocular position instability was quantified by calculating the minimum area bivariate contour ellipse (BCEA) encompassing 68% of the difference between right and left eye position points during 20-second viewing epochs. For statistical analysis, BCEA values, as well as visual acuity and stereoacuity, were normalized by base-10 logarithm transformation.

Results The amblyopic subjects with persistent vision loss (one anisometropic, two strabismic, one deprivation; uncorrected visual acuity range 20/60 – 20/300, corrected stereoacuity range nil-400 arcsec) showed significantly higher interocular position instability (larger 68% BCEAs) than the non-amblyopic subjects (uncorrected visual acuity range 20/20 – 20/800, corrected stereoacuities of 20 arcsec) and the successfully treated strabismic amblyope (to the 20/20 level of visual acuity and 70 arcsec of stereoacuity) during binocular viewing trials; p < 0.01. Interocular position stability was strongly correlated with stereoacuity (in that better stereoacuity was associated with lower 68% BCEAs; r = 0.95), but not with visual acuity (r = 0.20).

Conclusion Interocular position instability appears to differentiate amblyopic from non-amblyopic subjects and appears to improve after successful treatment. Interocular position instability may therefore prove to be a single sensitive test for the presence of amblyopia. As a difference measure, it is inherently less susceptible to head motion and calibration error, as well as to conjugate eye motion, and as such is expected to be somewhat immune to latent nystagmus. Interocular position instability may also be useful to guide treatment, especially in preverbal children, and to assess the efficacy of novel treatments. Further research is required to establish optimal interocular position instability thresholds and to determine how specific this measure is to amblyopia.

Zusammenfassung

Hintergrund Es wird untersucht, ob der Nachweis der Diskonjugation der fixierenden Augenbewegungen beim Fixationsversuch oder der Instabilität der interokularen Augenposition als ein einziger sensitiver Test für Amblyopie dienen kann.

Patienten/Methoden und Material Binokulare Augenbewegungen wurden mit dem EyeLink 1000 Eye Tracker (SR Research Ltd., Ontario, Kanada) bei 500 Hz aufgezeichnet und mit der EyeLink-Software und Matlab (Mathworks, Natick, MS) analysiert. Acht Probanden (4 Amblyope, 1 erfolgreich behandelter Amblyoper, 3 Nichtamblyope; Alter: 7 – 44 Jahre) fixierten ein stationäres Kreuz (0,5°) in 57 cm Entfernung. Die Instabilität der interokularen Augenposition wurde quantifiziert, indem die bivariate Konturellipse mit minimaler Fläche (BCEA) berechnet wurde, die 68% der Differenz zwischen den Positionspunkten des rechten und des linken Auges während 20-sekündiger Betrachtungsepochen umfasste. Für die statistische Analyse wurden die BCEA-Werte sowie die Sehschärfe und die Stereoakuität durch eine Logarithmentransformation zur Basis 10 normalisiert.

Ergebnis Die amblyopen Probanden mit fortbestehendem Sehverlust (1 anisometrop, 2 strabismisch, 1 depriviert; unkorrigierte Sehschärfe 20/60 – 20/300, korrigierte Stereoakuität 0 – 400 Bogensekunden) zeigten bei binokularen Beobachtungen eine signifikant höhere Instabilität der interokularen Augenposition (größere 68% BCEAs) als die nicht amblyopen Probanden (unkorrigierte Sehschärfe 20/20 – 20/800, korrigierte Stereoakuitäten von 20 Bogensekunden) und der erfolgreich behandelte strabismische Amblyope (Sehschärfe auf 20/20-Niveau und 70 Bogensekunden Stereoakuität); p < 0,01. Die Stabilität der interokularen Augenposition war stark mit der Stereoakuität korreliert (bessere Stereoakuität war mit niedrigeren 68% BCEAs assoziiert; r = 0,95), nicht aber mit der Sehschärfe (r = 0,20).

Schlussfolgerung Die Instabilität der interokularen Augenposition scheint amblyope von nicht amblyopen Personen zu unterscheiden und scheint sich nach erfolgreicher Behandlung zu verbessern. Die Instabilität der interokularen Augenposition könnte sich daher als ein einziger sensitiver Test für das Vorliegen einer Amblyopie erweisen. Als Differenzmaß ist sie inhärent weniger anfällig für Kopfbewegungen und Kalibrierungsfehler sowie für konjugierte Augenbewegungen und dürfte daher gegen latenten Nystagmus weitgehend immun sein. Die Instabilität der interokularen Augenposition kann auch nützlich sein, um die Behandlung zu steuern, insbesondere bei präverbalen Kindern, und um die Wirksamkeit neuer Behandlungen zu beurteilen. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um optimale Schwellenwerte für die Instabilität der interokularen Augenposition festzulegen und um zu bestimmen, wie spezifisch dieses Maß für die Amblyopie ist.

Key words

amblyopia - pediatric vision screening - fixational eye movements - interocular position instability - disconjugacy of eye movements

Schlüsselwörter

Amblyopie - kinderspezifisches Augenscreening - fixierende Augenbewegungen - Instabilität der interokularen Augenposition - Diskonjugation von Augenbewegungen

Publication History

Received: 29 June 2022

Accepted: 22 August 2022

Article published online:
18 October 2022

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