Visual and oculomotoric assessment with an eye-tracking head-mounted display

Abstract

Conventional examination methods of the visual and oculomotor system, as conducted by ophthalmologists, have vulnerabilities. They are subjective, irreproducible and unsuitable for physically impaired subjects. This work aims to develop a tool with objective examination methods that deliver reproducible examination data on the subject's performance. Five examination methods are designed to assess the oculomotor eye movements and the visual capacity of a subject. The tool is developed in Unity and runs on a computer connected to the HMD FOVE, which has an integrated ET system. An autonomous working process examines the subjects, stores the related data and generates detailed graphical representations for medical assessments. For the evaluation, the technical aspects of the tool were analyzed and an interview with the experts from the Department of Ophthalmology and Optometry at the Medical University Vienna was held. The results showed a minimized human influence in the examination process, a standardized examination setup and great accessibility for bedridden subjects. However, the small field of view of the HMD limits the examination method on the visual field and restricts further development of the tool. New hardware should be evaluated in the future in order to overcome the current limitations. Moreover, examination methods regarding the pupil size would be a suitable addition to future research. In the near future, the tool could be tested as a screening method in medical facilities. This might reduce waiting times for the subjects and allow medical experts to work more efficiently.

Konventionelle Untersuchungsmethoden des visuellen und okulomotorischen Systems, die beispielsweise von Augenärzten durchgeführt werden, besitzen Schwachstellen. Sie sind subjektiv, nicht reproduzierbar und ungeeignet für physisch beeinträchtigte Personen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Tool zu entwickeln, das objektive Untersuchungsmethoden zur Verfügung stellt und reproduzierbare Untersuchungsdaten liefert. Insgesamt fünf Untersuchungsmethoden wurden konzipiert, um die okulomotorischen Bewegungen und das Gesichtsfeld zu untersuchen. Das Tool wurde mit Unity entwickelt und läuft auf einem Computer, der mit dem HMD FOVE, das über ein integriertes ET System verfügt, verbunden ist. Das Tool untersucht PatientInnen völlig autonom, die relevanten Daten werden gespeichert und es werden detaillierte grafische Darstellungen für eine medizinische Beurteilung generiert. Für die Evaluierung des Tools wurden die technischen Aspekte analysiert und ein Interview mit den Experten der Abteilung Augenheilkunde und Optometrie der Medizinischen Universität Wien durchgeführt. Die Evaluierung zeigte, dass das entwickelte Tool den menschlichen Einfluss in den Untersuchungsprozess minimiert, einen standardisierten Untersuchungsaufbau darbietet und für bettlägerige Personen zugänglich ist. Allerdings reduziert der limitierte Sichtbereich des HMDs die Untersuchungsmethode des Gesichtsfelds und schränkt die Weiterentwicklung des Tools ein. Zukünftige Forschung sollten neue Hardware evaluieren, um die momentan bestehenden Beschränkungen zu überwinden. Untersuchungsmethoden im Bereich Pupillendiagnostik könnten einen passenden Zusatz zu dieser Arbeit bilden. In naher Zukunft könnte das Tool als Screening-Verfahren in medizinischen Einrichtungen getestet werden. Wartezeiten der PatientInnen könnten dadurch reduziert und medizinische Experten entlastet werden.