虚拟现实技术在弱视治疗中的应用

朱鹏志，周恒艳，周谟圣，朱达

（1.广东省医疗器械质量监督检验所，广东广州510663；2.广州视景医疗软件有限公司，广东广州510520）

虚拟现实技术在弱视治疗中的应用

朱鹏志1，周恒艳1，周谟圣2，朱达2

（1.广东省医疗器械质量监督检验所，广东广州510663；2.广州视景医疗软件有限公司，广东广州510520）

我国弱视儿童有1 000多万，用眼健康不容忽视，因此，弱视治疗成为相关部门重点研究的问题。虚拟现实技术（VirtualReality，VR）是指，采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受[3]。简要叙述了现有传统治疗弱视的技术及其研究进展，并分析了各种技术的优缺点，然后结合虚拟现实技术的优势，指出其应用于弱视治疗的可行性和优越性。

弱视治疗；虚拟现实技术；双眼分视技术；矫正视力

1 背景阐述

弱视是在视觉发育期内由单眼斜视、未矫正的屈光参差、高度屈光不正和形觉剥夺等引起的单眼或双眼最佳矫正视力低于相应年龄的视力标准；或双眼视力相差2行以上，视力较差眼为弱视。临床上将弱视分为斜视性弱视、屈光参差性弱视、屈光不正性弱视和形觉剥夺性弱视。按照流行病学统计，我国弱视儿童发病率在3%左右，约有1 000多万弱视患儿，因此，弱视治疗一直是眼科研究的热点问题。常用的治疗弱视的方法主要有屈光矫正、遮盖疗法、药物治疗、压抑疗法、手术治疗和知觉学习等[2]。

由于虚拟现实设备需要对所看的内容进行左右眼的分离摄入，并具有很好的立体感效果和沉浸感，因此，该技术成为双眼视功能训练的很好选择，为弱视治疗提供了一种新的治疗方式。本文介绍了弱视治疗目前的最新研究进展，并对虚拟现实在弱视治疗中可能起到的作用做了相应的总结。

2 弱视治疗现状

美国眼科学会提出的临床诊疗指南（The Preferred Practice Pattern，PPP）中指出，弱视治疗有2个基本原则，即：①使视轴上的屈光间质透明化，矫正屈光不正，使弱视眼视网膜上的物像清晰；②用遮盖法和压抑疗法暂时限制来自健眼的信息向皮层输入，扩大皮层对弱视眼输入信息的处理。弱视治疗的目的是，使两眼视觉输入等量化，促使大脑、视路的发育，使两眼视力相等。因此，文中所述治疗方法只要基于此原理均可能对弱视有一定的治疗效果。然而，在治疗过程中仍然存在一些问题，比如弱视儿童注意力不集中或者依从性低，导致治疗效果不满意；药物等治疗方法具有一定副作用；研究设计缺少对照，方法不够科学、合理，使得试验结果缺乏可信性等[2]。所以说，儿童的弱视治疗存在普遍性和特殊性。针对治疗过程中出现的各类问题，研究一种新型的弱视治疗方法迫在眉睫。

3 双眼分视训练治疗弱视

利用脑功能成像技术，从视皮层整体水平观察到了双眼视觉的特定信息模式的输入对皮层网络活动水平的影响，更好地认识到视觉感觉—视动性眼球运动相关的神经解剖和功能联系，深入了解正常和异常双眼视觉发育的神经机制，为寻求双眼分视弱视治疗和视功能重建提供了新依据。

双眼分视技术发展至今，主要有以下几种实现方式。

3.1 红蓝3D眼镜

红蓝立体电影一般右眼为红色镜片，左眼为蓝色镜片，画面则为红蓝错位。在治疗过程中，右眼镜片滤掉画面的红色内容，左眼镜片过滤掉蓝色内容，左右眼看到不同画面而产生立体感。红蓝眼镜通过最简单的色彩滤镜进行色差转换，让治疗者产生立体体验。因为红蓝3D眼镜对显示屏幕无特殊要求，所以，其应用相对比较广。但是，在此过程中，通过滤色实现的3D效果存在光亮度不够的问题，而且滤色不完全容易产生重影，滤色失去了内容的原有色彩等。

3.2 开关式3D眼镜（主动式3D）

通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120 Hz）来实现3D效果，属于主动式3D技术。它依靠的是液晶眼镜来实现立体成像，它的镜片实质上是分别控制开/关的2片液晶屏，眼镜中的液晶层有黑和白2种状态，平常显示为白色即透明状态，通电之后就会变黑色。通过一种讯号发射装置让3D眼镜与屏幕之间实现精确同步，实现左右眼观看对应的图像，并且保持与2D视像相同的帧数，2只眼睛看到快速切换的不同画面，从而在大脑中产生错觉，观看到立体影像。然而，长时间戴主动式3D眼镜，容易出现头晕或者眼睛不适、疲劳等情况，而且快门式3D眼镜比较厚重，做工精良，价格昂贵，目前的主流视觉训练方案很少选择主动式3D。

3.3 偏光式3D眼镜

技术原理上是利用了光的特性，显示器加入了偏振光板，就能向用户输送2幅偏振方向的画面。由于偏振眼镜的每只镜片只能接受1个偏振方向的画面，这样左右眼就能接收2组画面，再经过大脑合成立体影像。偏光式3D眼镜构造简单、轻便、成本低。目前，偏光式3D技术已被广泛应用于3D电影和主流的视觉训练中。

3.4 VR（虚拟现实）眼镜

VR眼镜是利用头戴式显示设备将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。VR眼镜在立体沉浸感、色彩保真度、图像刷新率等方面都有前3种3D眼镜所不具备的优势，而其在弱视的立体视功能视觉训练方面的应用非常值得期待的。

4 虚拟现实在弱视治疗中的应用及展望

虚拟现实具有3个重要的特性，即交互性（Interactivity）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination），简称“3I”特性[3]。交互性是指用户通过技术可以与虚拟环境中的对象自然互动，这种互动的准确度和实时度影响沉浸效果；沉浸性是指用户可以完全被虚拟环境所包围，并通过各种反馈强化虚拟环境的真实感；想象性是指用户在虚拟现实中可以再现真实环境，也可以随意构想客观不存在的环境，用户并不只是被动接受信息，还可以产生新意和构想，主动去探索信息。由于VR技术具有沉浸性、交互性和想象性三大特性，弱视儿童在进行长时间的教育和训练时，可以吸引他们的注意力，使他们的注意力更加集中，从而提高弱视训练的依从性，获得比较好的弱视治疗效果。在最近的2016美国硅谷VR大会上，一位小伙James Blaha带来了自己研发的VR软件“Vivid-Vision”。在之后的小型试验中，15名试验者中，有9名的弱视得到了改善。加州大学旧金山分校也在进行相关的测试项目，目前进展了1/3.国内也曾有虚拟现实训练软件治疗弱视的报道，但实质都是通过红蓝3D眼镜实现的立体视训练，暂时并未真正运用于VR头盔上。

目前，临床上沿用的传统弱视治疗方法较为单调、枯燥，孩子们不太乐意配合和接受，常常半途而废，影响治疗效果，失去最佳治疗时机。而视觉虚拟现实训练是在计算机提供的虚拟现实场景下，将电脑动画游戏运用于弱视治疗的视觉训练，视觉虚拟现实训练系统可以提供双眼视觉训练，为弱视治疗提供新的治疗方式。

5 结束语

国内比较成熟的视觉虚拟现实训练系统主要是通过软件游戏来提高儿童治疗的依从性，同时，增强对他们弱视眼的刺激。但是，训练需要以医院治疗为主展开，需要医护人员的陪同，训练内容和训练难度不能自适应调节。在训练过程中，如果缺少平台记录和分析知觉学习数据，不利于制订合理的治疗策略，也不利于弱视大数据的研究。医院的医疗设备和医护成本直接影响了弱视患者的治疗时机和治疗效果，而弱视治疗有相应的敏感期，不同弱视类型的敏感期也不相同，弱视治疗的原则是在敏感期内消除形觉刺激阻断，调整并恢复双眼视功能[4]。鉴于此，有必要设计居家便携式训练系统，以方便弱视患者的治疗。这样能够在不影响双眼分离式训练效果的前提下，加强视觉虚拟现实训练系统的便携性，降低系统的成本，从而更好地为广大弱视患者服务。

［1］李蕾，付晶.弱视及弱视相关双眼视功能损害治疗的新进展［J］.中华眼科医学杂志，2016，6（1）：45-48.

［2］徐江姗，王宏伟.儿童弱视治疗研究进展［J］.国际眼科杂志，2013，13（2）：302-305.

［3］赵沁平.虚拟现实综述［J］.中国科学，2009，39（1）：2-46.

［4］刘捷.面向弱视的视觉虚拟现实训练系统的发展综述［J］.电脑知识与技术，2016，12（11）：218-219.

本文部分参考文献因著录项目不全被删除。

〔编辑：白洁〕

R777.4+4

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.114

2095-6835（2017）15-0114-02