虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在弱視治療中的應(yīng)用

朱鵬志，周恒艷，周謨圣，朱達(dá)

（1.廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，廣東廣州510663；2.廣州視景醫(yī)療軟件有限公司，廣東廣州510520）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在弱視治療中的應(yīng)用

朱鵬志1，周恒艷1，周謨圣2，朱達(dá)2

（1.廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，廣東廣州510663；2.廣州視景醫(yī)療軟件有限公司，廣東廣州510520）

我國弱視兒童有1 000多萬，用眼健康不容忽視，因此，弱視治療成為相關(guān)部門重點(diǎn)研究的問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，VR）是指，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成一種虛擬環(huán)境，用戶借助特殊的輸入/輸出設(shè)備，與虛擬世界中的物體進(jìn)行自然交互，從而通過視覺、聽覺和觸覺等獲得與真實(shí)世界相同的感受[3]。簡(jiǎn)要敘述了現(xiàn)有傳統(tǒng)治療弱視的技術(shù)及其研究進(jìn)展，并分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，然后結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，指出其應(yīng)用于弱視治療的可行性和優(yōu)越性。

弱視治療；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；雙眼分視技術(shù)；矯正視力

1 背景闡述

弱視是在視覺發(fā)育期內(nèi)由單眼斜視、未矯正的屈光參差、高度屈光不正和形覺剝奪等引起的單眼或雙眼最佳矯正視力低于相應(yīng)年齡的視力標(biāo)準(zhǔn)；或雙眼視力相差2行以上，視力較差眼為弱視。臨床上將弱視分為斜視性弱視、屈光參差性弱視、屈光不正性弱視和形覺剝奪性弱視。按照流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)，我國弱視兒童發(fā)病率在3%左右，約有1 000多萬弱視患兒，因此，弱視治療一直是眼科研究的熱點(diǎn)問題。常用的治療弱視的方法主要有屈光矯正、遮蓋療法、藥物治療、壓抑療法、手術(shù)治療和知覺學(xué)習(xí)等[2]。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備需要對(duì)所看的內(nèi)容進(jìn)行左右眼的分離攝入，并具有很好的立體感效果和沉浸感，因此，該技術(shù)成為雙眼視功能訓(xùn)練的很好選擇，為弱視治療提供了一種新的治療方式。本文介紹了弱視治療目前的最新研究進(jìn)展，并對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)在弱視治療中可能起到的作用做了相應(yīng)的總結(jié)。

2 弱視治療現(xiàn)狀

美國眼科學(xué)會(huì)提出的臨床診療指南（The Preferred Practice Pattern，PPP）中指出，弱視治療有2個(gè)基本原則，即：①使視軸上的屈光間質(zhì)透明化，矯正屈光不正，使弱視眼視網(wǎng)膜上的物像清晰；②用遮蓋法和壓抑療法暫時(shí)限制來自健眼的信息向皮層輸入，擴(kuò)大皮層對(duì)弱視眼輸入信息的處理。弱視治療的目的是，使兩眼視覺輸入等量化，促使大腦、視路的發(fā)育，使兩眼視力相等。因此，文中所述治療方法只要基于此原理均可能對(duì)弱視有一定的治療效果。然而，在治療過程中仍然存在一些問題，比如弱視兒童注意力不集中或者依從性低，導(dǎo)致治療效果不滿意；藥物等治療方法具有一定副作用；研究設(shè)計(jì)缺少對(duì)照，方法不夠科學(xué)、合理，使得試驗(yàn)結(jié)果缺乏可信性等[2]。所以說，兒童的弱視治療存在普遍性和特殊性。針對(duì)治療過程中出現(xiàn)的各類問題，研究一種新型的弱視治療方法迫在眉睫。

3 雙眼分視訓(xùn)練治療弱視

利用腦功能成像技術(shù)，從視皮層整體水平觀察到了雙眼視覺的特定信息模式的輸入對(duì)皮層網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)水平的影響，更好地認(rèn)識(shí)到視覺感覺—視動(dòng)性眼球運(yùn)動(dòng)相關(guān)的神經(jīng)解剖和功能聯(lián)系，深入了解正常和異常雙眼視覺發(fā)育的神經(jīng)機(jī)制，為尋求雙眼分視弱視治療和視功能重建提供了新依據(jù)。

雙眼分視技術(shù)發(fā)展至今，主要有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式。

3.1 紅藍(lán)3D眼鏡

紅藍(lán)立體電影一般右眼為紅色鏡片，左眼為藍(lán)色鏡片，畫面則為紅藍(lán)錯(cuò)位。在治療過程中，右眼鏡片濾掉畫面的紅色內(nèi)容，左眼鏡片過濾掉藍(lán)色內(nèi)容，左右眼看到不同畫面而產(chǎn)生立體感。紅藍(lán)眼鏡通過最簡(jiǎn)單的色彩濾鏡進(jìn)行色差轉(zhuǎn)換，讓治療者產(chǎn)生立體體驗(yàn)。因?yàn)榧t藍(lán)3D眼鏡對(duì)顯示屏幕無特殊要求，所以，其應(yīng)用相對(duì)比較廣。但是，在此過程中，通過濾色實(shí)現(xiàn)的3D效果存在光亮度不夠的問題，而且濾色不完全容易產(chǎn)生重影，濾色失去了內(nèi)容的原有色彩等。

3.2 開關(guān)式3D眼鏡（主動(dòng)式3D）

通過提高畫面的快速刷新率（至少要達(dá)到120 Hz）來實(shí)現(xiàn)3D效果，屬于主動(dòng)式3D技術(shù)。它依靠的是液晶眼鏡來實(shí)現(xiàn)立體成像，它的鏡片實(shí)質(zhì)上是分別控制開/關(guān)的2片液晶屏，眼鏡中的液晶層有黑和白2種狀態(tài)，平常顯示為白色即透明狀態(tài)，通電之后就會(huì)變黑色。通過一種訊號(hào)發(fā)射裝置讓3D眼鏡與屏幕之間實(shí)現(xiàn)精確同步，實(shí)現(xiàn)左右眼觀看對(duì)應(yīng)的圖像，并且保持與2D視像相同的幀數(shù)，2只眼睛看到快速切換的不同畫面，從而在大腦中產(chǎn)生錯(cuò)覺，觀看到立體影像。然而，長(zhǎng)時(shí)間戴主動(dòng)式3D眼鏡，容易出現(xiàn)頭暈或者眼睛不適、疲勞等情況，而且快門式3D眼鏡比較厚重，做工精良，價(jià)格昂貴，目前的主流視覺訓(xùn)練方案很少選擇主動(dòng)式3D。

3.3 偏光式3D眼鏡

技術(shù)原理上是利用了光的特性，顯示器加入了偏振光板，就能向用戶輸送2幅偏振方向的畫面。由于偏振眼鏡的每只鏡片只能接受1個(gè)偏振方向的畫面，這樣左右眼就能接收2組畫面，再經(jīng)過大腦合成立體影像。偏光式3D眼鏡構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕便、成本低。目前，偏光式3D技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于3D電影和主流的視覺訓(xùn)練中。

3.4 VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）眼鏡

VR眼鏡是利用頭戴式顯示設(shè)備將人對(duì)外界的視覺、聽覺封閉，引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺。其顯示原理是左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像，人眼獲取這種帶有差異的信息后在腦海中產(chǎn)生立體感。VR眼鏡在立體沉浸感、色彩保真度、圖像刷新率等方面都有前3種3D眼鏡所不具備的優(yōu)勢(shì)，而其在弱視的立體視功能視覺訓(xùn)練方面的應(yīng)用非常值得期待的。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)在弱視治療中的應(yīng)用及展望

虛擬現(xiàn)實(shí)具有3個(gè)重要的特性，即交互性（Interactivity）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination），簡(jiǎn)稱“3I”特性[3]。交互性是指用戶通過技術(shù)可以與虛擬環(huán)境中的對(duì)象自然互動(dòng)，這種互動(dòng)的準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)度影響沉浸效果；沉浸性是指用戶可以完全被虛擬環(huán)境所包圍，并通過各種反饋強(qiáng)化虛擬環(huán)境的真實(shí)感；想象性是指用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)中可以再現(xiàn)真實(shí)環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的環(huán)境，用戶并不只是被動(dòng)接受信息，還可以產(chǎn)生新意和構(gòu)想，主動(dòng)去探索信息。由于VR技術(shù)具有沉浸性、交互性和想象性三大特性，弱視兒童在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的教育和訓(xùn)練時(shí)，可以吸引他們的注意力，使他們的注意力更加集中，從而提高弱視訓(xùn)練的依從性，獲得比較好的弱視治療效果。在最近的2016美國硅谷VR大會(huì)上，一位小伙James Blaha帶來了自己研發(fā)的VR軟件“Vivid-Vision”。在之后的小型試驗(yàn)中，15名試驗(yàn)者中，有9名的弱視得到了改善。加州大學(xué)舊金山分校也在進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目，目前進(jìn)展了1/3.國內(nèi)也曾有虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練軟件治療弱視的報(bào)道，但實(shí)質(zhì)都是通過紅藍(lán)3D眼鏡實(shí)現(xiàn)的立體視訓(xùn)練，暫時(shí)并未真正運(yùn)用于VR頭盔上。

目前，臨床上沿用的傳統(tǒng)弱視治療方法較為單調(diào)、枯燥，孩子們不太樂意配合和接受，常常半途而廢，影響治療效果，失去最佳治療時(shí)機(jī)。而視覺虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練是在計(jì)算機(jī)提供的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下，將電腦動(dòng)畫游戲運(yùn)用于弱視治療的視覺訓(xùn)練，視覺虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)可以提供雙眼視覺訓(xùn)練，為弱視治療提供新的治療方式。

5 結(jié)束語

國內(nèi)比較成熟的視覺虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)主要是通過軟件游戲來提高兒童治療的依從性，同時(shí)，增強(qiáng)對(duì)他們?nèi)跻曆鄣拇碳ぁ５?，?xùn)練需要以醫(yī)院治療為主展開，需要醫(yī)護(hù)人員的陪同，訓(xùn)練內(nèi)容和訓(xùn)練難度不能自適應(yīng)調(diào)節(jié)。在訓(xùn)練過程中，如果缺少平臺(tái)記錄和分析知覺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，不利于制訂合理的治療策略，也不利于弱視大數(shù)據(jù)的研究。醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)護(hù)成本直接影響了弱視患者的治療時(shí)機(jī)和治療效果，而弱視治療有相應(yīng)的敏感期，不同弱視類型的敏感期也不相同，弱視治療的原則是在敏感期內(nèi)消除形覺刺激阻斷，調(diào)整并恢復(fù)雙眼視功能[4]。鑒于此，有必要設(shè)計(jì)居家便攜式訓(xùn)練系統(tǒng)，以方便弱視患者的治療。這樣能夠在不影響雙眼分離式訓(xùn)練效果的前提下，加強(qiáng)視覺虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)的便攜性，降低系統(tǒng)的成本，從而更好地為廣大弱視患者服務(wù)。

［1］李蕾，付晶.弱視及弱視相關(guān)雙眼視功能損害治療的新進(jìn)展［J］.中華眼科醫(yī)學(xué)雜志，2016，6（1）：45-48.

［2］徐江姍，王宏偉.兒童弱視治療研究進(jìn)展［J］.國際眼科雜志，2013，13（2）：302-305.

［3］趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述［J］.中國科學(xué)，2009，39（1）：2-46.

［4］劉捷.面向弱視的視覺虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展綜述［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（11）：218-219.

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〔編輯：白潔〕

R777.4+4

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.114

2095-6835（2017）15-0114-02