Diseño, desarrollo y evaluación de un nuevo sistema basado en Realidad Virtual para el tratamiento de la ambliopía

Abstract

Introduction:

Amblyopia is defined as a neurodevelopmental disorder of the visual system that results in a decrease in best-corrected visual acuity (BCVA) of one, or less frequently, both eyes, in the absence of an organic cause. In recent years, there has been a growing interest in the development of alternative methods for the treatment of amblyopia, as conventional occlusion therapy has a low adherence rate and is not effective in a significant proportion of patients. The aim of this doctoral thesis is to evaluate the efficacy and safety of a new virtual reality (VR)-based visual training system as an alternative to occlusion therapy in amblyopic patients with non-compliance or non-response to patching.

Material and methods:

The NEIVATECH system has been designed as a serious game (SG) for the provision of binocular training to amblyopic patients by combining the concepts of perceptual learning and dichoptic training in an interactive and immersive VR environment. In a first experiment, the effects of 20 minutes of exposure to the system on the visual function of a sample of healthy adult individuals (3 men, 7 women, 31.80 ± 6.49 years) were evaluated and its safety and acceptability profile were determined. Subsequently, a second experiment was conducted in which 12 amblyopic children (6 boys, 6 girls, 11.25 ± 2.45 years) with non-compliance or non-response to conventional occlusion therapy were recruited for a total of 9 hours of therapy with the system in 18 sessions of 30 minutes each, spread over 1 month. As primary outcome measure, the effects of the therapy on patients' visual function were evaluated, and as secondary outcome measures, the safety and usability of the system, as well as patient satisfaction with the therapy were evaluated. All the experiments were approved by the Drug Research Ethics Committee (CEIm) of the Valladolid East Health Care Area (Ref.: CASVE-NM-21-516). Statistical significance was set at a p-value < 0.05 and analyses were performed with the statistical package R 4.3.2.

Results:

In the experiment I, the NEIVATECH system showed an adequate safety and acceptability profile in healthy adult individuals. Exposure to the system only resulted in statistically significant visual differences in the distance Cover Test (CT) (p = 0.016), but these were not clinically relevant. After therapy with the NEIVATECH system, statistically significant changes were observed in the near BCVA of the amblyopic eye (p = 0.022) and the dominant eye (p = 0.022), the break (p = 0.012) and recovery (p = 0.009) points of the negative fusional vergence (NFV) for distance vision, and the scores obtained in the TNO stereo test after applying the Binocular Function Score factor to account for those cases with complete suppression and no measurable stereopsis (p = 0.045). The safety and usability of the system and patient satisfaction with the therapy also proved to be adequate.

Conclusion:

The NEIVATECH system demonstrated efficacy and was well tolerated by amblyopic patients with non-compliance or non-response to patching, making it a treatment option to be validated in future studies. Among others, it could be investigated which training regimen is most suitable for these patients, or whether the administration of the therapy alone or in combination with other treatments could provide a greater improvement in visual function compared to a control group.

Introducción:

La ambliopía se define como un trastorno del neurodesarrollo del sistema visual que da lugar a una disminución de la agudeza visual (AV) mejor corregida de uno, o con menor frecuencia, ambos ojos, en ausencia de una causa orgánica que la justifique. Durante los últimos años, ha existido un creciente interés por el desarrollo de métodos de tratamiento alternativos para la ambliopía, dado que la terapia convencional de oclusión presenta una baja tasa de adherencia terapéutica y no resulta efectiva en una proporción importante de pacientes. El objetivo de esta tesis es evaluar la eficacia y seguridad de un nuevo sistema de entrenamiento visual basado en realidad virtual (RV) como alternativa a la terapia de oclusión en niños amblíopes que no cumplen o responden a esta.

Material y métodos:

El sistema NEIVATECH ha sido diseñado como un serious game (SG) para proporcionar entrenamiento binocular a pacientes amblíopes combinando los conceptos de aprendizaje perceptivo y entrenamiento dicóptico en un entorno de RV interactivo e inmersivo. En un primer experimento, se evaluaron los efectos producidos por 20 minutos de exposición al sistema sobre la función visual de una muestra de individuos adultos sanos (3 hombres, 7 mujeres, 31,80 ± 6,49 años), y se determinó su perfil de seguridad y grado de aceptación. Posteriormente, se realizó un segundo experimento en el que se reclutaron 12 niños amblíopes (6 niños, 6 niñas, 11,25 ± 2,45 años) incumplidores con la terapia de oclusión o en los que esta había fracasado para la realización de 9 horas de terapia con el sistema, distribuidas en 18 sesiones de 30 minutos de duración cada una repartidas a lo largo de 1 mes. Como variable principal, se evaluaron los efectos producidos por la terapia sobre la función visual de los pacientes, y como variables secundarias, se determinaron la seguridad y usabilidad del sistema y el grado de satisfacción obtenido con la terapia. Todos los experimentos fueron aprobados por el Comité de Ética de la Investigación con Medicamentos (CEIm) del Área de Salud Valladolid Este (Ref.: CASVE-NM-21-516). La significación estadística se fijó en un p valor < 0,05 y los análisis se realizaron con el paquete estadístico R 4.3.2.

Resultados:

En el experimento I, el sistema NEIVATECH demostró un perfil de seguridad y un grado de aceptación adecuado en individuos adultos sanos. La exposición al sistema sólo dio lugar a diferencias estadísticamente significativas a nivel visual en el Cover Test (CT) de lejos (p = 0,016), pero estas no fueron clínicamente relevantes. Tras la terapia con el sistema NEIVATECH, se observaron diferencias estadísticamente significativas en la AV mejor corregida de cerca del ojo amblíope (p = 0,022) y el ojo dominante (p = 0,022), los puntos de ruptura (p = 0,012) y recobro (p = 0,009) de las vergencias fusionales negativas (VFN) para la visión de lejos y las puntuaciones obtenidas en el test de visión estereoscópica TNO tras aplicarse el factor Binocular Function Score para contabilizar aquellos casos con supresión completa y sin estereopsis medible (p = 0,045). La seguridad y usabilidad del sistema y el grado de satisfacción obtenido con la terapia también demostraron ser adecuados.

Conclusión:

El sistema NEIVATECH demostró eficacia y fue bien tolerado por niños amblíopes incumplidores con la terapia de oclusión o en los que esta había fracasado, por lo que se perfila como una opción de tratamiento que debe ser validada en futuros estudios. Entre otros, podría investigarse qué régimen de entrenamiento es el más adecuado para estos pacientes, o si la administración de la terapia por sí sola o en combinación con otros tratamientos podría proporcionar una mayor mejora de la función visual frente a un grupo control.