兒童弱視在線康復訓練平臺的設計與開發(fā)

儲效付

摘要：我國弱視的檢出率為 3%-4%，且弱視人數(shù)呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，為廣大弱視群體提供適合、便捷的訓練平臺成為迫切需要。文章在分析了我國弱視人群常規(guī)訓練方式和流程的基礎上，把計算機技術和現(xiàn)代神經生理學理論相結合，設計并開發(fā)了兒童弱視在線康復訓練平臺，從而為檢查、診斷、治療、康復訓練等各個視覺醫(yī)療環(huán)節(jié)提供科學高效的服務支持。

關鍵詞：兒童弱視；多媒體訓練；游戲設計；診療輔助

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）06-0052-04

眼睛是人類重要的感覺器官，人類70%以上的信息都是通過眼睛獲得的。根據衛(wèi)生部、教育部的聯(lián)合調查，目前我國近視的患病率在普通人群中約為30%。學生近視發(fā)病率接近60% ，居世界第二位，人數(shù)居世界之首[1]。同時，準分子激光眼科手術后的屈光問題約15%，雙眼視覺問題包括視覺疲勞等約為15%。我國弱視的檢出率為 3%-4%，且弱視人數(shù)也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，其中弱視兒童超過2000萬，占兒童總人數(shù)的 5%-8%[2]。我國低視力人群超過1300萬，占視力殘疾6成以上，因此，弱視在線康復訓練平臺也將具有龐大的用戶群。

本項目綜合應用計算機多媒體技術、計算機數(shù)據庫技術、同時結合現(xiàn)代神經生理學理論，實現(xiàn)從診斷治療、病歷數(shù)據記錄與分析到輔助決策等一體化功能。為檢查、診斷、治療、康復訓練等各個視覺醫(yī)療環(huán)節(jié)提供科學高效的服務支持。

1研究意義

兒童自我辨識能力較差[3]，很多兒童有弱視情況，但自己并不知道，也無法準確的與父母溝通。這種情況下，就會耽誤兒童弱視治療的最佳時機?；谝陨洗嬖诘膯栴}，本研究設計了兒童弱視在線康復訓練平臺，兒童只要打開網站進行簡單的注冊，就可以檢查自己是否有弱視的情況，檢查之后可以進行相應的訓練。

2研究現(xiàn)狀

目前，眼科在線醫(yī)療服務系統(tǒng)主要是眼科診療信息服務網站，主要進行眼科醫(yī)療資源的整理、醫(yī)生信息的發(fā)布、眼疾的原理、預防以及治療等知識的傳播、門診就醫(yī)預約服務等；雖然這種類型的醫(yī)療信息網站已經為用戶提供了較好的服務，但從市場需求的調查結果來看，目前視覺醫(yī)療服務仍然存在以下問題：

1）醫(yī)患信息交流方面：傳統(tǒng)的眼科診療采用面對面直接交流的方式，其優(yōu)點是信息傳遞直接有效，但缺點也很明顯，即受時間和空間的制約性強[4]。盡管許多大中型醫(yī)療機構都實施了數(shù)字化醫(yī)院的建設，許多醫(yī)療信息都利用計算機技術進行管理。但這些技術僅在醫(yī)院內部使用，并不對患者或者醫(yī)院之間進行共享，這仍舊無法根本改變患者獲取醫(yī)療信息的方式。同時，這些信息管理工具為了滿足醫(yī)院的整體需求，都設計成通用性強的系統(tǒng)，但就某一科目的專用性要求往往較少考慮，這不利于醫(yī)生診斷病情、制定醫(yī)療方案、評估治療效果。

2）診療輔助方面：目前眼科醫(yī)生對于病情的診斷主要通過對某些關鍵指標的評估和分析，當關鍵指標出現(xiàn)異常并結合患者的行為表現(xiàn)即可對某些病情進行診斷[5]。但有些疾病，如弱視，其存在多項視功能的缺陷問題，且無器質性疾病，發(fā)病原因又多樣性，只能通過“排除法”，在剔除一切其他疾病的可能后才確診為弱視，這就容易造成一些經驗不足的醫(yī)生對弱視病情和病因的分析不夠徹底完整，直接影響到患者的治療和康復。

3）視覺訓練方面：視覺訓練不同于藥物和手術治療，其實施過程往往周期長、見效緩慢。很多患者在經歷一段時間的訓練后發(fā)現(xiàn)效果甚微便放棄治療。某些單眼治療往往需要進行健眼的遮蓋，長時間的遮蓋也會影響健眼的功能發(fā)育[6]。在實際弱視訓練過程中，需要針對不同的病理設計不同訓練方案，根據患者的視功能缺損程度、類型等因素來確定訓練時間、訓練難度、訓練的視覺刺激參數(shù)。目前對于視覺訓練方案的制定更多地依賴于醫(yī)生的經驗，這就導致訓練方案的有效性受主觀因素制約較強[7]。同時市場上的視覺訓練產品只提供不同病理的訓練內容，并無針對患者具體病情制定的訓練方案策略[8]。嚴重制約了視覺訓練的效率。

基于以上問題，本文設計開發(fā)了基于 web 的視覺醫(yī)療信息集成、分析與訓練系統(tǒng)，為用戶提供一個從醫(yī)療信息獲取到診療輔助支持的視覺醫(yī)療信息共享平臺，為檢查、診斷、治療、回訪等各個視覺醫(yī)療環(huán)節(jié)提供科學高效的服務支持，很好地解決目前醫(yī)患之間存在的上述問題。

3項目關鍵技術

3.1基于群體樣本統(tǒng)計的視功能缺損模式分析方法

目前對于視覺診斷方法主要還是采用個體指標的分析，缺乏對群體樣本數(shù)據的分析。對大樣本的分析，能夠更為客觀有效地找到某一病癥的特點和發(fā)病規(guī)律，便于醫(yī)護人員更好地了解患者病情，更為有針對性地開展治療。因此，本文基于國內外關于視覺功能群體數(shù)據分析方法的研究成果，結合本系統(tǒng)的實際需求，設計實現(xiàn)基于群體數(shù)據特征的視覺輔助分析方法。該分析方法主要包括：相關性分析、線性擬合、因子分析。

3.1.1相關性分析

相關分析用于分析不同對象之間是否存在某種依存關系，并對有依存關系的對象探討其相關程度以及相關方向。

3.1.2線性擬合

為了分析游標視力、光柵視力、邊界對比敏感度和 Pelli-Robson 對比敏感度缺損隨視力缺損變化趨勢，將對視力與各個視功能的數(shù)據進行線性擬合，衡量指標是擬合直線的斜率。

3.1.3因子分析

因子分析法是從變量內部相關的依賴關系出發(fā)，把一些具有錯綜復雜關系的變量歸結為少數(shù)幾個綜合因子的一種多變量統(tǒng)計分析方法。它的基本思想是將觀測變量進行分類，將相關性較高，即聯(lián)系比較緊密的分在同一類中，而不同類變量之間的相關性則較低，那么每一類變量實際上就代表了一個基本結構，即公共因子。

該分析方法將對 5 項單眼視功能（視力、游標視力、光柵視力、邊界對比敏感度和Pelli-Robson 對比敏感度）進行因子分析，從中提取公因子，通過因子得分的比較觀察對不同病因的視功能缺損差異。

3.2基于時間-療效的弱視治療決策模型的設計

在實際弱視訓練過程中，往往需要針對不同病理的弱視，設計不同訓練方案，根據患者的弱視程度、弱視類型等主要因素來確定訓練時間、訓練難度、訓練的空間頻率。目前詳細方案的制定更多地依賴于醫(yī)生的經驗，這就導致訓練方案的有效性主觀因素制約較強。針對以上問題，本項目建立了基于時間與療效的弱視訓練方案優(yōu)化模型。根據電子病歷檔案中記錄的數(shù)據指標，結合決策分析模型，為用戶提供最短時間內最優(yōu)的治療方案的建議。

本決策模型包含兩個子模型：①以弱視類型為因變量，確定訓練內容及每個訓練的實施時間；②以弱視程度為因變量，確定訓練刺激物的初始空間頻率及任務難度。模型的總體框架圖如下：

4項目總體方案

4.1 系統(tǒng)總體框架

本項基于B/S模式實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能，采用SSH2（Struts2 + Spring2 +Hibernate3）框架技術建立本系統(tǒng)的基本架構。利用Flash動畫技術，設計實現(xiàn)基于眼-腦結合的視覺訓練功能模塊。同時引入Ajax技術，解決前端應用層與后端數(shù)據層之間的異步數(shù)據傳輸，在不影響用戶使用的同時完成信息在Flash的訓練實施端與后臺決策支持層之間的動態(tài)交互，實現(xiàn)訓練過程的自適應調整與實時糾正，從而達到最佳的治療效果。

在系統(tǒng)模型層中，病歷信息庫包含患者的病歷信息，對病歷信息進行歸檔，并且訓練方案也依賴于病歷信息。用戶信息庫包含的是用戶的基本信息，包括用戶名密碼以及姓名年齡性別等信息。訓練信息包含的是患者訓練后所得出的訓練結果，包括訓練時長、步長等，后期供系統(tǒng)進行實時調整訓練計劃用。訓練項目包含的是所有訓練項目的信息，包括訓練名稱、內容以及涉及的訓練方向等。訓練方案包含訓練哪些項目已經訓練的時間等，是系統(tǒng)最重要的庫。

中間組件層是本系統(tǒng)控制業(yè)務邏輯的層，包括與數(shù)據庫的交互、訓練方案訓練計劃的生成、訓練信息的存儲與處理等。整個系統(tǒng)的核心業(yè)務邏輯全由此層來實現(xiàn)。功能表現(xiàn)層則是系統(tǒng)的整體應用層，本系統(tǒng)通過對患者病歷信息和基本用戶信息的分析，結合實時糾正與自適應技術得出與患者較適合的訓練方案供患者訓練，同時記錄患者的訓練信息并對訓練方案做出實時的變更與優(yōu)化，從而達到最佳的治療效果。

4.2系統(tǒng)功能

兒童弱視康復訓練平臺主要分為四個模塊、提供三種功能：弱視訓練模塊、近視訓練模塊、雙眼視力訓練模塊和用戶模塊。其中用戶模塊是用于用戶檢查后進行病情確認，以及訓練后的數(shù)據分析。

4.2.1弱視訓練模塊

弱視訓練模塊的整體布局如下圖：

弱視訓練的布局分為兩個部分，左邊部分是對弱視的病理、常規(guī)的治療方法、常見的錯誤認知的的說明。右側是游戲訓練部分，針對登陸的用戶進行針對性的游戲訓練。當點擊右側訓練部分的開始按鈕時，訓練游戲全屏顯示。在全屏顯示的模式下，可以讓用戶更好的把自己的注意力集中在游戲本身，從而達到較好的訓練效果。訓練結束以后，系統(tǒng)會自動將用戶的得分記錄到用戶名稱下的數(shù)據庫中，同時轉交到用戶的個人頁面上，以統(tǒng)計圖形的形式反饋給用戶。

4.2.2 近視訓練模塊

近視訓練布局如下圖：

近視訓練模塊的整體布局分為四個部分：每個部分有一個訓練游戲，此處以第一個訓練游戲為例，剩下的三個部分是三個不同功能的訓練游戲。每一個部分分為兩個小欄目，上面是進行近視訓練的游戲，下面是相對應的訓練游戲的說明以及相關的治療原理。點擊開始訓練該訓練游戲會以全屏的模式運行，這樣可以更容易的集中訓練者的注意力，達到較好的訓練效果。

4.2.3 雙眼視力訓練模塊

雙眼視力訓練模塊布局如下圖：

雙眼視力訓練模塊的布局是縱向的四列，每一列分為文字描述部分和游戲訓練部分。其中文字描述部分是對訓練游戲操作的描述和相關治療的原理的詳細說明，這樣可以幫助訓練者更快地進入角色。當點開始按鈕時，整個游戲會突出到屏幕中央最上層顯示。這樣可以把整個屏幕的焦點集中到游戲上，從而減少無關因素對訓練者的影響。

4.2.4 用戶模塊

用戶模塊是記錄用戶的個人信息和用戶的訓練成績的模塊，在這里用戶可以了解自己的視力情況和訓練情況。其中個人信息部分包括用戶的姓名、年齡、住址、郵箱等等，有利于對用戶的分類管理。訓練成績部分是記錄用戶檢測視力的情況，以及各個階段訓練成績的匯總分析。在這一部分，根據用戶檢測的視力值和最近階段的訓練成績，系統(tǒng)自動推薦用戶較合適的訓練。

4.3 訓練游戲解析

目前，弱視兒童康復訓練平臺共有九個康復訓練游戲，所有康復訓練游戲設計開發(fā)時都是根據最新的弱視理論研究成果，并添加提高兒童趣味性因素。限于篇幅大小，在這里僅舉一個例子——近視檢查（CAM刺激訓練），進行說明。該游戲的界面如下圖所示：

近視檢查（CAM刺激訓練）的訓練過程如上圖，當我們點擊圖一中的開始訓練時，訓練轉入到圖二的界面。在圖二的界面中有橫條圓形區(qū)域、散步在圓形區(qū)域中的紅點。在訓練的過程中，訓練者需要通過鼠標點擊紅色的原點，同時橫條圓形區(qū)域會順時針勻速轉動。當訓練者選中原點時，被選中的原點會變成綠色。當圖二中所有原點被選中時，就會出現(xiàn)以這些原點為邊界的動物圖形，同時記錄此時訓練者的視力值。隨著訓練的持續(xù)，原點會越來越小，原點個數(shù)也會越來越多，記錄訓練者的視力值也會越來越高。最終訓練者的視力值會被記錄到對應的數(shù)據庫內，作為訓練者的初始視力值。

5結束語

兒童弱視康復訓練平臺采用基于自適應調控的視覺訓練優(yōu)化技術，平臺搭建完成之后，平臺的框架無需改變。添加更多的Flash訓練游戲，可以規(guī)?；瘜崿F(xiàn)。基于web平臺的康復訓練平臺可以很好地解決醫(yī)生、患者時空分離的問題，有助改善現(xiàn)有的醫(yī)療結構。大用戶群的存在，可以促進產品結構、技術結構調整，加速自主品牌的推廣，打破國外產品的壟斷。

兒童弱視康復訓練平臺，只是專門針對弱視、近視、雙眼視力問題分離式的研究，并沒有研究弱視、近視、雙眼視力直接的聯(lián)系和影響。前期的理論研究大多數(shù)是文獻研究法，收集到的數(shù)據并非海量。后期需要針對性的收集用戶數(shù)據，進行分析研究。

目前，僅僅是采取專門刺激的方法來治療兒童弱視，多項研究表明這種方法是有效的。但是，弱視兒童康復的過程中是否有著反復的過程，或者康復之后是否復發(fā)?？祻椭?，應該采取什么樣的訓練方法是康復后的弱視兒童保持良好的視力是值得我們深入研究的問題。

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