儿童弱视在线康复训练平台的设计与开发

储效付

摘要：我国弱视的检出率为 3%-4%，且弱视人数呈现不断上升的趋势，为广大弱视群体提供适合、便捷的训练平台成为迫切需要。文章在分析了我国弱视人群常规训练方式和流程的基础上，把计算机技术和现代神经生理学理论相结合，设计并开发了儿童弱视在线康复训练平台，从而为检查、诊断、治疗、康复训练等各个视觉医疗环节提供科学高效的服务支持。

关键词：儿童弱视；多媒体训练；游戏设计；诊疗辅助

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0052-04

眼睛是人类重要的感觉器官，人类70%以上的信息都是通过眼睛获得的。根据卫生部、教育部的联合调查，目前我国近视的患病率在普通人群中约为30%。学生近视发病率接近60% ，居世界第二位，人数居世界之首[1]。同时，准分子激光眼科手术后的屈光问题约15%，双眼视觉问题包括视觉疲劳等约为15%。我国弱视的检出率为 3%-4%，且弱视人数也呈现不断上升的趋势，其中弱视儿童超过2000万，占儿童总人数的 5%-8%[2]。我国低视力人群超过1300万，占视力残疾6成以上，因此，弱视在线康复训练平台也将具有庞大的用户群。

本项目综合应用计算机多媒体技术、计算机数据库技术、同时结合现代神经生理学理论，实现从诊断治疗、病历数据记录与分析到辅助决策等一体化功能。为检查、诊断、治疗、康复训练等各个视觉医疗环节提供科学高效的服务支持。

1研究意义

儿童自我辨识能力较差[3]，很多儿童有弱视情况，但自己并不知道，也无法准确的与父母沟通。这种情况下，就会耽误儿童弱视治疗的最佳时机。基于以上存在的问题，本研究设计了儿童弱视在线康复训练平台，儿童只要打开网站进行简单的注册，就可以检查自己是否有弱视的情况，检查之后可以进行相应的训练。

2研究现状

目前，眼科在线医疗服务系统主要是眼科诊疗信息服务网站，主要进行眼科医疗资源的整理、医生信息的发布、眼疾的原理、预防以及治疗等知识的传播、门诊就医预约服务等；虽然这种类型的医疗信息网站已经为用户提供了较好的服务，但从市场需求的调查结果来看，目前视觉医疗服务仍然存在以下问题：

1）医患信息交流方面：传统的眼科诊疗采用面对面直接交流的方式，其优点是信息传递直接有效，但缺点也很明显，即受时间和空间的制约性强[4]。尽管许多大中型医疗机构都实施了数字化医院的建设，许多医疗信息都利用计算机技术进行管理。但这些技术仅在医院内部使用，并不对患者或者医院之间进行共享，这仍旧无法根本改变患者获取医疗信息的方式。同时，这些信息管理工具为了满足医院的整体需求，都设计成通用性强的系统，但就某一科目的专用性要求往往较少考虑，这不利于医生诊断病情、制定医疗方案、评估治疗效果。

2）诊疗辅助方面：目前眼科医生对于病情的诊断主要通过对某些关键指标的评估和分析，当关键指标出现异常并结合患者的行为表现即可对某些病情进行诊断[5]。但有些疾病，如弱视，其存在多项视功能的缺陷问题，且无器质性疾病，发病原因又多样性，只能通过“排除法”，在剔除一切其他疾病的可能后才确诊为弱视，这就容易造成一些经验不足的医生对弱视病情和病因的分析不够彻底完整，直接影响到患者的治疗和康复。

3）视觉训练方面：视觉训练不同于药物和手术治疗，其实施过程往往周期长、见效缓慢。很多患者在经历一段时间的训练后发现效果甚微便放弃治疗。某些单眼治疗往往需要进行健眼的遮盖，长时间的遮盖也会影响健眼的功能发育[6]。在实际弱视训练过程中，需要针对不同的病理设计不同训练方案，根据患者的视功能缺损程度、类型等因素来确定训练时间、训练难度、训练的视觉刺激参数。目前对于视觉训练方案的制定更多地依赖于医生的经验，这就导致训练方案的有效性受主观因素制约较强[7]。同时市场上的视觉训练产品只提供不同病理的训练内容，并无针对患者具体病情制定的训练方案策略[8]。严重制约了视觉训练的效率。

基于以上问题，本文设计开发了基于 web 的视觉医疗信息集成、分析与训练系统，为用户提供一个从医疗信息获取到诊疗辅助支持的视觉医疗信息共享平台，为检查、诊断、治疗、回访等各个视觉医疗环节提供科学高效的服务支持，很好地解决目前医患之间存在的上述问题。

3项目关键技术

3.1基于群体样本统计的视功能缺损模式分析方法

目前对于视觉诊断方法主要还是采用个体指标的分析，缺乏对群体样本数据的分析。对大样本的分析，能够更为客观有效地找到某一病症的特点和发病规律，便于医护人员更好地了解患者病情，更为有针对性地开展治疗。因此，本文基于国内外关于视觉功能群体数据分析方法的研究成果，结合本系统的实际需求，设计实现基于群体数据特征的视觉辅助分析方法。该分析方法主要包括：相关性分析、线性拟合、因子分析。

3.1.1相关性分析

相关分析用于分析不同对象之间是否存在某种依存关系，并对有依存关系的对象探讨其相关程度以及相关方向。

3.1.2线性拟合

为了分析游标视力、光栅视力、边界对比敏感度和 Pelli-Robson 对比敏感度缺损随视力缺损变化趋势，将对视力与各个视功能的数据进行线性拟合，衡量指标是拟合直线的斜率。

3.1.3因子分析

因子分析法是从变量内部相关的依赖关系出发，把一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个综合因子的一种多变量统计分析方法。它的基本思想是将观测变量进行分类，将相关性较高，即联系比较紧密的分在同一类中，而不同类变量之间的相关性则较低，那么每一类变量实际上就代表了一个基本结构，即公共因子。

该分析方法将对 5 项单眼视功能（视力、游标视力、光栅视力、边界对比敏感度和Pelli-Robson 对比敏感度）进行因子分析，从中提取公因子，通过因子得分的比较观察对不同病因的视功能缺损差异。

3.2基于时间-疗效的弱视治疗决策模型的设计

在实际弱视训练过程中，往往需要针对不同病理的弱视，设计不同训练方案，根据患者的弱视程度、弱视类型等主要因素来确定训练时间、训练难度、训练的空间频率。目前详细方案的制定更多地依赖于医生的经验，这就导致训练方案的有效性主观因素制约较强。针对以上问题，本项目建立了基于时间与疗效的弱视训练方案优化模型。根据电子病历档案中记录的数据指标，结合决策分析模型，为用户提供最短时间内最优的治疗方案的建议。

本决策模型包含两个子模型：①以弱视类型为因变量，确定训练内容及每个训练的实施时间；②以弱视程度为因变量，确定训练刺激物的初始空间频率及任务难度。模型的总体框架图如下：

4项目总体方案

4.1 系统总体框架

本项基于B/S模式实现整个系统功能，采用SSH2（Struts2 + Spring2 +Hibernate3）框架技术建立本系统的基本架构。利用Flash动画技术，设计实现基于眼-脑结合的视觉训练功能模块。同时引入Ajax技术，解决前端应用层与后端数据层之间的异步数据传输，在不影响用户使用的同时完成信息在Flash的训练实施端与后台决策支持层之间的动态交互，实现训练过程的自适应调整与实时纠正，从而达到最佳的治疗效果。

在系统模型层中，病历信息库包含患者的病历信息，对病历信息进行归档，并且训练方案也依赖于病历信息。用户信息库包含的是用户的基本信息，包括用户名密码以及姓名年龄性别等信息。训练信息包含的是患者训练后所得出的训练结果，包括训练时长、步长等，后期供系统进行实时调整训练计划用。训练项目包含的是所有训练项目的信息，包括训练名称、内容以及涉及的训练方向等。训练方案包含训练哪些项目已经训练的时间等，是系统最重要的库。

中间组件层是本系统控制业务逻辑的层，包括与数据库的交互、训练方案训练计划的生成、训练信息的存储与处理等。整个系统的核心业务逻辑全由此层来实现。功能表现层则是系统的整体应用层，本系统通过对患者病历信息和基本用户信息的分析，结合实时纠正与自适应技术得出与患者较适合的训练方案供患者训练，同时记录患者的训练信息并对训练方案做出实时的变更与优化，从而达到最佳的治疗效果。

4.2系统功能

儿童弱视康复训练平台主要分为四个模块、提供三种功能：弱视训练模块、近视训练模块、双眼视力训练模块和用户模块。其中用户模块是用于用户检查后进行病情确认，以及训练后的数据分析。

4.2.1弱视训练模块

弱视训练模块的整体布局如下图：

弱视训练的布局分为两个部分，左边部分是对弱视的病理、常规的治疗方法、常见的错误认知的的说明。右侧是游戏训练部分，针对登陆的用户进行针对性的游戏训练。当点击右侧训练部分的开始按钮时，训练游戏全屏显示。在全屏显示的模式下，可以让用户更好的把自己的注意力集中在游戏本身，从而达到较好的训练效果。训练结束以后，系统会自动将用户的得分记录到用户名称下的数据库中，同时转交到用户的个人页面上，以统计图形的形式反馈给用户。

4.2.2 近视训练模块

近视训练布局如下图：

近视训练模块的整体布局分为四个部分：每个部分有一个训练游戏，此处以第一个训练游戏为例，剩下的三个部分是三个不同功能的训练游戏。每一个部分分为两个小栏目，上面是进行近视训练的游戏，下面是相对应的训练游戏的说明以及相关的治疗原理。点击开始训练该训练游戏会以全屏的模式运行，这样可以更容易的集中训练者的注意力，达到较好的训练效果。

4.2.3 双眼视力训练模块

双眼视力训练模块布局如下图：

双眼视力训练模块的布局是纵向的四列，每一列分为文字描述部分和游戏训练部分。其中文字描述部分是对训练游戏操作的描述和相关治疗的原理的详细说明，这样可以帮助训练者更快地进入角色。当点开始按钮时，整个游戏会突出到屏幕中央最上层显示。这样可以把整个屏幕的焦点集中到游戏上，从而减少无关因素对训练者的影响。

4.2.4 用户模块

用户模块是记录用户的个人信息和用户的训练成绩的模块，在这里用户可以了解自己的视力情况和训练情况。其中个人信息部分包括用户的姓名、年龄、住址、邮箱等等，有利于对用户的分类管理。训练成绩部分是记录用户检测视力的情况，以及各个阶段训练成绩的汇总分析。在这一部分，根据用户检测的视力值和最近阶段的训练成绩，系统自动推荐用户较合适的训练。

4.3 训练游戏解析

目前，弱视儿童康复训练平台共有九个康复训练游戏，所有康复训练游戏设计开发时都是根据最新的弱视理论研究成果，并添加提高儿童趣味性因素。限于篇幅大小，在这里仅举一个例子——近视检查（CAM刺激训练），进行说明。该游戏的界面如下图所示：

近视检查（CAM刺激训练）的训练过程如上图，当我们点击图一中的开始训练时，训练转入到图二的界面。在图二的界面中有横条圆形区域、散步在圆形区域中的红点。在训练的过程中，训练者需要通过鼠标点击红色的原点，同时横条圆形区域会顺时针匀速转动。当训练者选中原点时，被选中的原点会变成绿色。当图二中所有原点被选中时，就会出现以这些原点为边界的动物图形，同时记录此时训练者的视力值。随着训练的持续，原点会越来越小，原点个数也会越来越多，记录训练者的视力值也会越来越高。最终训练者的视力值会被记录到对应的数据库内，作为训练者的初始视力值。

5结束语

儿童弱视康复训练平台采用基于自适应调控的视觉训练优化技术，平台搭建完成之后，平台的框架无需改变。添加更多的Flash训练游戏，可以规模化实现。基于web平台的康复训练平台可以很好地解决医生、患者时空分离的问题，有助改善现有的医疗结构。大用户群的存在，可以促进产品结构、技术结构调整，加速自主品牌的推广，打破国外产品的垄断。

儿童弱视康复训练平台，只是专门针对弱视、近视、双眼视力问题分离式的研究，并没有研究弱视、近视、双眼视力直接的联系和影响。前期的理论研究大多数是文献研究法，收集到的数据并非海量。后期需要针对性的收集用户数据，进行分析研究。

目前，仅仅是采取专门刺激的方法来治疗儿童弱视，多项研究表明这种方法是有效的。但是，弱视儿童康复的过程中是否有着反复的过程，或者康复之后是否复发。康复之后，应该采取什么样的训练方法是康复后的弱视儿童保持良好的视力是值得我们深入研究的问题。

参考文献：

[1] 张桂英，朱风红.基层眼科弱视儿童的健康教育[J]. 中国斜视与小儿眼科杂志， 2014， 22（1）： 30， 47.

[2] 郭晓松. 多媒体视觉训练与传统方法治疗儿童屈光不正性弱视的比较[J].中国实用眼科杂志，2006， 24（1）：88，94.

[3] 王丽萍. 立体视觉检测及弱视治疗系统研究[D]. 杭州：浙江大学， 2004： 1-168.

[4] 杨景存.眼外肌病学[M] .郑州：郑州大学出版社，2003：281.

[5] 刘家琦，李凤鸣.实用眼科学[M] .北京：人民卫生出版社， 1999：696 .

[6] 赫雨时.斜视[M] .天津：天津科学技术出版社，1982：104.

[7] 张兰英.儿童弱视的防治体会[J] .家庭护士，2006：4（11C）：22.

[8] 吴乐燕.自制卡通眼罩在弱视儿童遮盖疗法中的应用[ J] .护理研究，2007，21（8B）：2129.