A high-resolution binocular video-oculography system: assessment of pupillary light reflex and detection of an early incomplete blink and an upward eye movement
- PMID: 25881100
- PMCID: PMC4359778
- DOI: 10.1186/s12938-015-0016-6
A high-resolution binocular video-oculography system: assessment of pupillary light reflex and detection of an early incomplete blink and an upward eye movement
Abstract
Background: The pupillary light reflex characterizes the direct and consensual response of the eye to the perceived brightness of a stimulus. It has been used as indicator of both neurological and optic nerve pathologies. As with other eye reflexes, this reflex constitutes an almost instantaneous movement and is linked to activation of the same midbrain area. The latency of the pupillary light reflex is around 200 ms, although the literature also indicates that the fastest eye reflexes last 20 ms. Therefore, a system with sufficiently high spatial and temporal resolutions is required for accurate assessment. In this study, we analyzed the pupillary light reflex to determine whether any small discrepancy exists between the direct and consensual responses, and to ascertain whether any other eye reflex occurs before the pupillary light reflex.
Methods: We constructed a binocular video-oculography system two high-speed cameras that simultaneously focused on both eyes. This was then employed to assess the direct and consensual responses of each eye using our own algorithm based on Circular Hough Transform to detect and track the pupil. Time parameters describing the pupillary light reflex were obtained from the radius time-variation. Eight healthy subjects (4 women, 4 men, aged 24-45) participated in this experiment.
Results: Our system, which has a resolution of 15 microns and 4 ms, obtained time parameters describing the pupillary light reflex that were similar to those reported in previous studies, with no significant differences between direct and consensual reflexes. Moreover, it revealed an incomplete reflex blink and an upward eye movement at around 100 ms that may correspond to Bell's phenomenon.
Conclusions: Direct and consensual pupillary responses do not any significant temporal differences. The system and method described here could prove useful for further assessment of pupillary and blink reflexes. The resolution obtained revealed the existence reported here of an early incomplete blink and an upward eye movement.
Antecedentes: El análisis del reflejo pupilar a la luz caracteriza la respuesta directa y consensual del ojo al brillo percibido de un estímulo y puede utilizarse como indicador de patologías tanto neurológicas como en el nervio óptico. Al igual que otros reflejos, se trata de un movimiento rápido casi instantáneo y está ligado a la activación de la misma área del mesencéfalo. La latencia del reflejo pupilar es de alrededor de 200 ms, pero los reflejos oculares más rápidos son de sólo 20 ms. Por tanto, es necesario un sistema con suficiente resolución espacial y temporal para evaluarlos con precisión. En este trabajo, analizaremos si existe alguna discrepancia entre la respuesta directa y consensual en el reflejo pupilar a la luz así como si hay algún otro reflejo ocular anterior a éste.
Métodos: Hemos construido un video oculógrafo binocular con dos cámaras de alta velocidad simultáneamente enfocando a ambos ojos y, con éste, evaluamos la respuesta directa y consensual de cada ojo. Para ello, hemos desarrollado un algoritmo que mediante la transformada circular de Hough detecta y rastrea la pupila y permite obtener los parámetros temporales que describen el reflejo pupilar a la luz a partir de la variación del radio en el tiempo. Ocho sujetos sanos (4 mujeres y 4 hombres de edades entre 24 y 45) participaron en este experimento.
Resultados: Nuestra propuesta, que alcanza una resolución de 15 micras y 4 ms, ha proporcionado valores para los parámetros temporales que caracterizan el reflejo pupilar a la luz similares a los encontrados en trabajos previos y no se han hallado diferencias significativas entre los reflejos directo y consensual. Además, en torno a los 100 ms, encontramos un reflejo incompleto de parpadeo y un movimiento del ojo hacia arriba que puede corresponderse con el fenómeno de Bell.
Conclusiones: Las respuestas pupilares directa y consensual no presentan ninguna diferencia temporal apreciable. El sistema y el método descritos podrían ser útiles para un análisis más a fondo de los reflejos pupilares y de parpadeo. Así, su capacidad resolutiva ha revelado un parpadeo temprano incompleto y un movimiento del ojo hacia arriba.
Palabras clave: Medida binocular, reflejo pupilar a la luz, parpadeo temprano incompleto, fenómeno de Bell
Electronic supplementary material: The online version of this article (doi:10.1186/s12938-015-0016-6) contains supplementary material, which is available to authorized users.
Figures
References
-
- Loewenfeld IE, Lowenstein O. The Pupil: Anatomy, Physiology, and Clinical Applications. Boston: Butterworth--‐Heinemann; 1999.
Publication types
MeSH terms
LinkOut - more resources
Full Text Sources
Other Literature Sources
Research Materials
