FSCA

PROPUESTA CIENTÍFICA

1.Antecedentes

La función de sensibilidad al contraste (CSF) es una medida psicofísica que permite la detección de gran variedad de patologías oculares y sistémicas incluso en etapas tempranas de evolución de la patología.^1-4

Los dispositivos más habituales en clínica se centran exclusivamente en la evaluación de la CSF acromática (ver apartado 1.2). Sin embargo, el análisis de la sensibilidad de los mecanismos oponentes cromáticos (rojo-verde y azul-amarillo) es relevante. porque, aunque en muchos casos no es posible asegurar que una determinada patología afecta más a un mecanismo del sistema visual que otro, sí se ha puesto de manifiesto que las pérdidas funcionales ligadas a pérdidas anatómicas se detectan antes en unos mecanismos que en otros.^2,4-6

La CSF acromática actúa como un filtro de frecuencias pasa-banda y las CSF de los mecanismos cromáticos son pasa-baja, siendo más sensible el mecanismo rojo-verde, sobre todo en frecuencias bajas (ver figura 1).⁷ La elevada sensibilidad de la CSF acromática en el rango de altas frecuencias espaciales dificulta la medida de la sensibilidad al contraste cromático en entornos clínicos, dado que debe asegurarse que los estímulos utilizados contienen un cambio puro de color, sin cambios de luminancia (estímulos isoluminantes). Una pequeña señal acromática residual en los estímulos cromáticos, puede ser fácilmente detectable por el mecanismo acromático, con lo que la curva resultante no reflejaría el estado de un mecanismo cromático. La determinación de una condición de equiluminancia individual para cada paciente (y, teóricamente al menos, para cada frecuencia) puede ser difícil para un paciente sin entrenamiento previo y alarga la medida, condiciones ambas no deseables en un ámbito clínico.

2. Estado actual y Justificación de la propuesta

Las variaciones de la CSF acromática con la edad están bien documentadas⁸, pero no ocurre lo mismo con las CSFs cromáticas, dónde encontramos estudios que incluyen a pacientes de diversas edades, pero sólo hemos encontrado un estudio que evalúa, con pocos pacientes, la influencia de la edad en la función de la sensibilidad al contraste cromático para el mecanismo rojo-verde.⁹ No obstante, se ha encontrado que la sensibilidad de ambos mecanismos cromáticos decrece con la edad.^10-12

Además, no hemos encontrado estudios donde se incluya la perspectiva de género en su metodología, por lo que no se ha estudiado la influencia del género en la percepción del contraste cromático.

Existen, en la práctica clínica, diversos dispositivos para medir la sensibilidad al contraste acromático, siendo el FACT (Functional Acuity Contrast Test) el más utilizado,¹³ pero no encontramos ninguno que nos permita medir la función de sensibilidad al contraste cromático. Para valorar la respuesta del sistema visual frente a contrastes cromáticos rojo-verde y azul-amarillo algunos miembros del equipo investigador diseñaron un dispositivo experimental (ATD Multichannel Perimeter) capaz de favorecer convenientemente la respuesta de cada uno de los dos mecanismos cromáticos visuales y que ya ha sido utilizado para tal fin como campímetro.^14-16 Pero el dispositivo utilizado es de grandes dimensiones (monitor CRT) y resulta poco ergonómico su traslado y funcionamiento. Además, tiene el inconveniente de que las medidas perimétricas son muy largas y los estímulos no están generados a partir de redes isoluminantes para cada paciente, lo que puede conllevar la intrusión del mecanismo acromático en la respuesta.

Para poder realizar medidas clínicas de las CFSc, sería deseable un dispositivo 1) basado en estímulos y tareas que minimicen la posibilidad de intrusiones del mecanismo acromático sin obligar a la determinación precisa de la condición de isoluminancia, 2) con dimensiones reducidas, que aseguren su portabilidad y reduzcan su coste, como una tablet, 3) con un método psicofísico que reduzca el tiempo de medida¹⁷ y que incluya una tarea fácil y realizable por personas con diversidad funcional, sin comprometer la fiabilidad y 4) que disponga de una base de pacientes normales por edades que incluya el posible efecto del género.

3. Objetivos

3.1. Objetivo general

Desarrollar un dispositivo digital de medida de la función de sensibilidad al contraste cromático tanto del mecanismo rojo-verde como del azul-amarillo, de bajo coste, utilizable para diagnóstico de alteraciones visuales en un rango de edad amplio.

3.2. Objetivos específicos

- Caracterizar colorimétricamente dos tablets de bajo y medio coste que se utilizarán para generar los estímulos para la medida.

- Estudiar la configuración óptima de las tablets y las condiciones de medida, con particular atención a la distancia óptima de medida de las CSFc, considerando la resolución espacial de las tablets y el rango de frecuencias que sería deseable generar.

-Implementar una aplicación para dispositivo móvil que permita una medida rápida y fiable de las CSFc y realizar el análisis del resultado y el diagnóstico del paciente.

-Realizar un estudio de repetibilidad de las medidas con observadores reales.

-Obtener el observador patrón de referencia para diagnóstico, a partir de las medidas de las funciones de sensibilidad al contraste con pacientes sanos de edades comprendidas entre los 20-70 años.

4. Metodología y plan de trabajo

El proyecto consta de 5 fases:

1ª fase: puesta a punto del dispositivo

2 ª fase: generación de los estímulos

3ª fase: validación del dispositivo

4ª fase: medida de las CSFs para diferentes rangos de edad

5ª fase: análisis de resultados difusión y publicación

La primera fase consistirá en optimizar la configuración de los elementos del experimento. Se ha de calibrar y caracterizar correctamente las tablets que se emplearán para un buen control de los estímulos que se van a generar. Para ello se medirán con un espectrorradiómetro diferentes estímulos generados en la tablet. Con estos datos, se calculará el perfil ICC del dispositivo (relación de respuesta entre los niveles digitales y la luminancia de cada tipo de píxel RGB), con lo que se tendrá controlado colorimétricamente la generación de los estímulos que se desee generar para los tests. Se estimará los errores de reproducción con los modelos de caracterización derivados, y en caso de no ser aceptables, se utilizará caracterización por tablas de interpolación (look-up table, LUT) . Se realizará también un calibrado espacial del estímulo y se determinará el rango de distancias de observación a utilizar para mostrar correctamente los estímulos y todas las frecuencias espaciales necesarias.

La dificultad de esta fase sería que con una tablet de bajo coste no consigamos una buena reproducción de los estímulos generables.

El plan de contingencia es comprar dos tablets una de bajo y otro de medio coste con mejores prestaciones para poder comparar los resultados.

En una segunda fase, se implementará en el entorno MATLAB^® un test de medida de sensibilidad al contraste cromático.

Primero se implementará un test para evaluar la condición de equiluminancia de cada observador, de manera que evitemos la intrusión del mecanismo acromático. El test constará de dos estímulos alternantes con una frecuencia de parpadeo alta. El observador podrá variar la relación luminancia del test de manera que cuando desaparezca el parpadeo ambos estímulos tendrán la misma luminosidad para el observador (Fotometría de Parpadeo Heterocromática). Se generarán los estímulos en las direcciones cardinales del espacio de color de modulaciones oponentes.¹⁴

Se utilizarán redes sinusoidales que subtenderán 5º para el observador con frecuencias espaciales de 0.5, 1, 2, 4, 8 y 16 cpg.

El fondo utilizado será un color acromático de luminancia mínima de 50cd/m². El valor debe optimizarse para conseguir desensibilizar el mecanismo acromático, sin reducir la gama de colores generables en las direcciones de los mecanismos cromáticos.

El método psicofísico para medir el umbral de contraste será un método adaptativo. Se comparará, el método tradicional de escalera con los métodos fast utilizados en la medida de CSF acromática.¹⁷ A partir de ese umbral, calculamos la sensibilidad al contraste cromático en decibelios, con la Ec. 1.

    (Ec. 1)

dónde ∆R_máx,j es la amplitud máxima en la dirección cardinal j y ∆R_umbral,j la amplitud umbral del paciente en la misma dirección.

Dificultades en esta fase: La duración de la fase de determinación de la condición de isoluminancia puede no ser aceptable en clínica. La resolución de color de las tabletas suele ser de 8 bits por canal, y es posible que no sea posible generar estímulos con contrastes suficientemente pequeños para evaluar la sensibilidad al contraste de un paciente sano. Por el contrario, la dificultad con pacientes patológicos o pacientes de avanzada edad estriba en que el contraste máximo generable no sea detectable, especialmente si se favorece el uso de una luminancia de fondo elevada, para desensibilizar el mecanismo acromático.

Plan de contingencia: Sustituir la determinación de la condición de isoluminancia por el uso de ruido acromático. El problema de que la sensibilidad de los sujetos normales sea superior a la resolución de color del dispositivo puede resolverse parcialmente elevando la dificultad de la tarea.

En una tercera fase, se validará el dispositivo diseñado mediante medidas en pacientes.

Se evaluará el efecto de aprendizaje y la repetibilidad a corto plazo. Para ello se realizará la medida de una de las CSFc (bien la rojo-verde o la azul-amarillo) dos veces con un descanso entre medidas de 5 minutos. La evaluación de la repetibilidad se realizará con, al menos, 20 pacientes sanos 10 por mecanismo.

Dificultades: baja repetibilidad entre medidas

Plan de contingencia: cambiar el método psicofísico a otro método que mejore la fiabilidad de la prueba

La cuarta fase consta de la obtención del patrón de normalidad por edades, de 5 en 5 años, con un mínimo de 5 ojos de cada sexo por grupo.

Para esta fase se necesitarán pacientes que cumplan los siguientes criterios de inclusión:

• Personas de ambos sexos, sanas, con edades comprendidas entre 20 y 70 años.
• Colaboración razonable que permita la realización de exploración oftalmológica.
• Pacientes que hayan dado el consentimiento informado por escrito para la realización de este estudio.
• Ametropías esféricas entre 3 y -3 D
• Astigmatismos <1D
• Agudeza visual decimal >0,8 con corrección.
• Visión del color tricrómata normal, determinada con test FM100h.
• Ausencia de patologías oculares o sistémicas con repercusión ocular que pudieran interferir en la interpretación de los resultados del estudio. Así pues, se excluyen pacientes con retinopatías, glaucoma, ambliopías, cataratas, ...
• Sin empleo de fármacos que puedan producir alteraciones visuales en la actualidad o en el pasado, que haya desarrollado la alteración diagnosticada o que puedan producir alteraciones en la percepción como somnolencia.
• Sin historia de drogadicción o alcoholismo.

El individuo será informado de las pruebas a realizar y la duración de las mismas. Tras explicar y firmar el consentimiento informado si está de acuerdo, se le someterá al siguiente procedimiento:

1. Historia clínica. Se realizará una historia clínica dirigida a la verificación de los criterios de inclusión.
2. Medida de agudeza visual con la compensación adecuada.

3. Selección del ojo a examinar de manera aleatoria, en caso de poder incluir los dos ojos, en caso contrario se elegirá el ojo que cumpla los criterios de inclusión.
4. Evaluación de la visión del color mediante el Test de Farnsworth-Munsell administrado en una cabina de iluminación bajo el iluminante D-65.
5. Medida de la CSFc:

Con el nuevo dispositivo se medirá la sensibilidad al contraste de los dos canales oponentes cromáticos, aleatorizando el orden en el que se evalúan.

Las medidas se realizan en una sala oscura, sin más iluminación que la procedente de la tablet. El sujeto visualizará el test monocularmente con su corrección y se utilizará una mentonera para estabilizar la posición de la cabeza. Se utilizarán lentes acromatizadoras para reducir la aberración cromática.

Se plantea que la tarea a realizar sea de detección del patrón. En la pantalla, se mostrará al paciente los estímulos sinusoidales de diferente contraste y frecuencia espacial, y el paciente deberá responder mediante un botón si consigue ver el estímulo o no. 

En la quinta fase se analizarán los resultados, evaluando si existen diferencias significativas y concordancia entre en las dos medidas realizadas en los pacientes. Además, se comprobará si las CSFc medidas son consistentes con las publicadas en la literatura y por último se comprobará si existe correlaciones entre las diferentes frecuencias de las dos CSFc, la edad y el sexo de los participantes. Los resultados se difundirán en congresos relacionados con la temática y se publicarán los resultados intentando que sean publicados en revistas indexadas en el JCR.

5. Referencias

1. Bennett CR, Bex PJ, Bauer CM, Merabet LB. The Assessment of Visual Function and Functional Vision. Semin Pediatr Neurol. 2019 Oct;31:30-40. doi: 10.1016/j.spen.2019.05.006.
2. Chen XD, Gardner TW. A critical review: Psychophysical assessments of diabetic retinopathy. Surv Ophthalmol. 2020 Aug 29:S0039-6257(20)30126-0. doi: 10.1016/j.survophthal.2020.08.003.
3. Elfadaly D, Abdelrazik ST, Thomas PBM, Dekker TM, Dahlmann-Noor A, Jones PR. Can Psychophysics Be Fun? Exploring the Feasibility of a Gamified Contrast Sensitivity Function Measure in Amblyopic Children Aged 4-9 Years. Front Med (Lausanne). 2020 Aug 26;7:469. doi: 10.3389/fmed.2020.00469.
4. Sartucci F., Murri L., Orsini C., Porciatti V. Equiluminant red-green and blue-yellow VEPs in multiple sclerosis. J Clin Neurophysiol. 2001;18:582–591
5. García-Domene MC, Díez-Ajenjo MA, de Fez MD, Luque MJ Visual fields in a chloroquine treatment 2014 Clinical optometry. 2014;6 :59—70
6. Ahmed OM, Waisbourd M, Spaeth GL, Katz LJ. Improvement in structure and visual function in patients with glaucoma: the possible key to better treatment? Surv Ophthalmol. 2020 Dec 11:S0039-6257(20)30176-4. doi: 10.1016/j.survophthal.2020.12.004.
7. Kim YJ, Reynaud A, Hess RF, Mullen KT. A Normative Data Set for the Clinical Assessment of Achromatic and Chromatic Contrast Sensitivity Using a qCSF Approach. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017 Jul 1;58(9):3628-3636. doi: 10.1167/iovs.17-21645.
8. Lord SR1, Clark RD, Webster IW Visual acuity and contrast sensitivity in relation to falls in an elderly population. Age Ageing. 1991 May;20(3):175-81
9. Dees EW, Gilson SJ, Neitz M, Baraas RC. The influence of L-opsin gene polymorphisms and neural ageing on spatio-chromatic contrast sensitivity in 20-71 year olds. Vision Res. 2015 Nov;116(Pt A):13-24. doi: 10.1016/j.visres.2015.08.015.
10. Kinnear PR1, Sahraie A New Farnsworth-Munsell 100 hue test norms of normal observers for each year of age 5-22 and for age decades 30-70Br J Ophthalmol. 2002 Dec;86(12):1408-11.
11. Knoblauch, K., Vital-Durand, F. and Barbur, J. L. (2001) Variation of chromatic sensitivity across the life span. Vision Res. 41, 23–36.
12. Werner, J. S. (1996) Visual problems of the retina during ageing: compensation mechanisms and colour constancy across the life span. Prog. Retin. Eye Res. 15, 621–645A.
13. Ginsburg AP. Next generation contrast sensitivity testing. In: Rosenthal B, Cole R, eds.Functional Assessment of Low Vision. St Louis: Mosby Year Book Inc, 1996:77–88
14. María Amparo Díez-Ajenjo, Pascual Capilla. Spatio-temporal Contrast Sensitivity in the Cardinal Directions of the Colour Space. A Review. J Optom. 2010; 3(1): 2–19
15. Morilla A., Antón A., Jiménez B., Rodríguez C., Martínez V., Fallon M., Capilla P., Luque M.J., Felipe A., Artigas J.M. ATD perimetry in glaucoma and ocular hypertensive patiens. A preliminar study.EVER 2007, pp-64, PS3-448.
16. Díez-Ajenjo MA, Capilla P, Luque MJ. Red-green vs blue-yellow spatiotemporal contrast sensitivity across the visual field. Journal of Modern Optics. 2011;58:1736–1748.
17. Dorr M, Lesmes LA, Lu ZL, Bex PJ. Rapid and reliable assessment of the contrast sensitivity function on an iPad. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2013 Nov 5;54(12):7266-73. doi: 10.1167/iovs.13-11743.

Conselleria de Educación, Universidades y Empleo.

Tras estudiar los errores de reproducción de diferentes monitores LED, los mejores resultados con un modelo matricial de caracterización cromática se han obtenido con una pantalla retina. Después de realizar distintas pruebas sobre el tipo de estímulos de banda estrecha (texturas y ruido aleatorio), y de probar procedimientos para silenciar el mecanismo acromático en las medidas en las direcciones rojo-verde y azul-amarillo, se ha llegado a un diseño de test de medida de sensibilidad al contraste, que, con el rango dinámico del monitor y tarjeta gráfica utilizadas, permite medir la sensibilidad al contraste de pacientes jóvenes. En una siguiente etapa, será necesario determinar si los estímulos y la tarea son adecuados para medidas en otros rangos de edad y en pacientes patológicos.

• GVA - GE - Grupos de investigación emergentes