虚拟现实辅助下的主观视觉垂直线与主观视觉水平线检测

成颖 张玉忠 陈飞云 陈耔辰 许信达 魏兰璎 许珉 张青*

1 西安交通大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科病院2复旦大学眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科3 西安交通大学第二附属医院麻醉科

前庭耳石系统在保持人体平衡、姿态改变（如头倾斜和俯仰）和空间定向上起重要作用。耳石器官主要是感受线加速度和重力的[1]，特别对于飞行员，正常的前庭功能对于飞行中保持正确的空间定向具有重要的作用。因此，如何简单有效的检测耳石器功能具有重要的意义。主观视觉垂直线（subjective visual vertical，SVV）和主观视觉水平线（subjective visual horizontal,SVH）是指人们在排除视觉参照暗环境情况下对重力垂直线及重力水平线的判断知觉，是评估椭圆囊功能的便捷快速的方法，其偏斜角度可以反映双侧椭圆囊的不对称性，双侧椭圆囊的静态张力平衡状态[2-6]。1971年，Friedmann首先发现一侧前庭功能缺失的病人重力垂直线判断知觉会表现出明显偏差[7]。自此，这方面的研究得到了广泛的关注。目前多采用“bucket test”这一简易仪器进行静息状态头0°正中位的检测或偏垂直轴心旋转的动态检测。目前国际、国内均较少见到利用VR 眼镜测试静息状态不同头位倾斜角度时主观视觉垂直线和主观视觉水平线的报道。我们实验室通过建立正常成人在不同头位倾斜角度下的SVV 和SVH 的测定，为临床的诊疗及对前庭功能康复的评估提供依据。

1 资料和方法

1.1 研究对象

选取健康成年人60 名，均为西安交通大学第二附属医院的医护人员或就诊于我院的患者家属，其中女36 名，男24 名，年龄21-56 岁，平均（31.68±9.37）岁。纳入标准为：1.既往无眩晕发作病史、平衡障碍、听力障碍、中耳炎病史，无神经系统、骨骼系统疾病，无头颅闭合性及开发性损伤史；2.颈部活动良好；3.视力正常或矫正视力1.0以上；3.行纯音听阈及声导抗检查正常；4.理解并配合检查；签署知情同意书。排除标准：有头晕、眩晕病史；听力异常者；有眼疾患者；无法理解及配合者。

1.2 主观视觉垂直线和主观视觉水平线的检查[8]

检查由从事临床工作5 年的经验丰富的检验师完成。每位受检者均完成以下几个固定角度的头位检查：1.头在正中位（0°）；2.头向左倾斜30°；3.头向左倾斜45°；4.头向左倾斜90°；5.头向右倾斜30°；6.头向右倾斜45°；7.头向右倾斜90°。主观视觉水平线和主观视觉垂直线均需进行上述各个头位的检查，开始检查前先进行2 次的预检查，让患者熟悉检查过程，正式检查后每个头位均需进行三次重复检查，取平均值。

受检者佩戴VR 眼镜（由庚ZT-VNG-I），佩戴眼镜后，自动避光，进入暗环境，受检者可在镜中看见一黄绿色光条投影，其背景为黑色。黄绿色光条的倾斜角度由计算机随机产生，受检者通过无线控制棒的旋转按钮调整光条到自己认为的“重力垂直线、水平线”位置，再通过无线控制棒的确认按钮确认，确认后计算机随机产生不同倾斜角度的光条进入下一次的重复检查，受检者按下确认按钮后计算机同时记录了其头位及光条偏离实际重力垂直线和重力水平线的角度即主观视觉垂直线和主观视觉水平线的偏斜角。在操作过程中计算机会实时监控头位，包括其在重力垂直线和水平线上的偏斜情况。通过实时监控，检查者可以随时调整受检者的头位到不同偏轴心角度上。以重力垂直线为基准调整其偏轴心的角度，同时防止出现以重力水平线为轴的头的俯仰，减少半规管在检查中的影响。

图1 A受检者佩戴VR眼镜接受检查的情况。B佩戴VR眼镜时暗视野内所见。C操作界面。D报告单界面。

与VR 眼镜配套的主观视觉垂直线和主观视觉水平线检查软件自动设置以重力垂直线和水平线为基准并定义为0°，垂直线以上端向右、下端向左偏斜为正（+），上端向左、下端向右偏斜为负（-）；水平线以左端向上、右端向下为正（+），左端向下、右端向上偏斜为负（-）（图1）。Fig.1 A situation of the subject wearing VR glasses for examination.B.field of wearing VR glasses.C operation interface.D report sheet interface.

1.3 数据分析

通过统计学软件SPSS18.0进行统计学分析，各组间参数的比较，若符合正态分布且方差齐则采用t检验进行。不符合正态分布或方差不齐的计量资料比较则采用秩和检验。统计学显著性水准α取0.05。

2 研究结果

2.1 不同头位倾斜角度时SVV与SVH的结果

在不同的头位时，主观视觉垂直线、主观视觉水平线的偏斜角度均呈正态分布。主观视觉垂直线的偏斜角在不同头位倾斜角度时的情况如下：头向右倾斜90、45、30 度时分别为4.12°±4.19°，-1.04°±6.58°，0.31°±4.16°；头正中位时为-0.12°±1.64°；头向左倾斜30、45、90度时分别为-1.25°±3.82°，-1.44°±7.78°，-7.62°±6.90°。主观视觉水平线的偏斜角在不同头位倾斜角度时的情况如下：头向右倾斜90、45、30 度 时 分 别 为4.94° ± 3.99° ，-3.28° ±6.76°，-1.89°±4.65°；头正中位时为-1.14°±1.77°；头向左倾斜30、45、90度时分别为-0.62°±6.66°，2.53°±5.52°，-9.65°±7.0°（表1，图2，3）。

表1 不同头位倾斜角度时的主观视觉垂直线与主观视觉水平线情况Table 1 SVV and SVH in different head tilt

图2 不同头位倾斜角度时主观视觉垂直线的偏斜角Fig.2 SVV in different head tilt

图3 不同头位倾斜角度时主观视觉水平线的偏斜角Fig.3 SVH in different head tilt

2.2 不同头位倾斜角度时SVV与SVH正负值所占比率

头向右倾斜90°时主观视觉垂直线主要向右偏斜，主观视觉水平线主要向上偏斜，呈正值。头向左倾斜90°时主观视觉垂直线主要向左偏斜，主观视觉水平线主要向下偏斜，呈负值（表2）。

2.3 以重力垂直线为基准，头向左右倾斜相同角度时的SVV和SVH值对比

以重力垂直线为基准，头向右倾斜90°和头向左倾斜90°时的主观视觉垂直线偏斜角对比两者存在统计学差异。头向右倾斜45°和头向左倾斜45°时的主观视觉垂直线，头向右倾斜30°和头向左倾斜30°时的主观视觉垂直线，头向右倾斜90°和头向左倾斜90°时的主观视觉水平线，头向右倾斜45°和头向左倾斜45°时的主观视觉水平线，头向右倾斜30°和头向左倾斜30°时的主观视觉水平线，偏斜角对比均无统计学差异。故除头向右倾斜90°和头向左倾斜90°时的主观视觉垂直线偏斜角存在差异，可以认为，头向左右倾斜相同角度时主观视觉线偏斜角对称（表3）。

2.4 头位倾斜相同方向相同角度时SVV与SVH的偏斜角对比

在头位倾斜向右45°、90°及头位倾斜向左30°、90°时，SVV偏斜角与SVH偏斜角对比没有统计学差异。在头位倾斜向右30°，向左45°及头正中为时，SVV偏斜角与SVH偏斜角对比有统计学差异(表4)。

表2 不同头位倾斜角度时SVV与SVH正负值及0值所占比例Table 2 The proportion of positive and negative values and 0 of SVV and SVH in different head tilt

表3 头向左右倾斜相同角度时的SVV和SVH偏斜角对比Table 3 The comparison of SVV and SVH when the head is tilted to the left and right at the same angle

表4 头位倾斜相同方向相同角度时SVV与SVH的偏斜角对比Table 4 The comparison of SVV and SVH in the same head tilt

3 讨论

前庭耳石系统在保持人体平衡、姿态改变（如头倾斜和俯仰）和空间定向上起重要作用。椭圆囊的毛细胞沿囊斑微纹排列的特性和毛细胞动静纤毛排列极性，使得它可以感知来自各个方向的地平面线加速度和头位相对于重力的变化。

目前认为静息状态头偏轴心倾斜(Roll平面)下主观视觉垂直线和主观视觉水平线试验的原理是双侧耳石传入中枢信息不对称使大脑皮层对重力线判断有误，同时通过前庭眼反射通路导致眼位扭转引起重力线偏斜，其中后者引起的重力线偏斜为主要作用机制。静息状态下头向一侧肩倾斜可以引起反向的补偿性扭转性眼动，称之为反滚转眼动，它是一种耳石眼动反射，主要的感受器官是椭圆囊。由于观察反滚转眼动需要专门的设备，所以临床用主观视觉垂直线和主观视觉水平线试验来评价前庭椭圆囊系统[9-12]，评估外周和中枢前庭损伤患者的空间定向障碍。在急性单侧前庭耳石系统损伤的患者中，主观视觉垂直线偏斜角越大,说明病程越急,，损伤的范围越广。当一侧前庭外周(迷路和/或前庭神经水平)损伤或前庭核水平损伤时，SVV向损伤侧偏斜，当桥脑水平损伤时，SVV向损伤对侧偏斜，当丘脑或齿状核水平损伤时，SVV可以向损伤侧或对侧偏斜[13]。除了行前庭神经切除的患者，随着病程的进展，SVV 偏斜也逐渐回复到正常。有学者考虑这可能跟中枢神经系统代偿有关。静息状态头倾斜时的SVV 可能在反映更高级的大脑控制中心如丘脑和大脑皮质的功能上优于偏垂直轴心旋转下的动态SVV[13，14-16]。

在暗室环境中，当受检者头以鼻枕骨为轴向左肩或右肩倾斜时，人体系统在调节主观视觉线至重力线时会出现错觉。当头倾斜角度小于60°时，主观视觉垂直线远离头的方向即与头倾斜方向相反，当头倾斜角度大于60°时，主观视觉垂直线与头倾斜方向一致。Howard 分别将这两种现象称之为Muller（M）效应和Aubert（A）效应[13,17]。本试验中头倾斜90°时出现的如下情况与Howard描述的相符：头向右倾斜90度时主观视觉垂直线主要向右偏斜，主观视觉水平线主要向上偏斜，呈正值。头向左倾斜90度时主观视觉垂直线主要向左偏斜，主观视觉水平线主要向下偏斜，呈负值。从表2中我们发现主观视觉水平线在头倾斜小于60°（30°、45°）时与Howard所叙述的M效应相一致,主观视觉垂直线的结果有偏差,我们还需要进一步的分析研究。

Clarke A.H 认为头向左右倾斜时双侧的椭圆囊均受到刺激，对于正常人，在头向左右倾斜角度相同时，SVV 是对称的[18]。从我们的试验结果发现，除头向左右倾斜90°时的主观视觉垂直线偏斜角度有差异外，其余头向左右倾斜相同角度时主观视觉线偏斜角均对称。我们可以通过扩大样本量再进一步研究。

传统的主观视觉线的检测是通过滚筒试验的方法进行，有两种设备，滚筒上朝向受检者侧为测试线，检测者侧是角度刻度，受检者通过转动滚筒来测试；或者是将滚筒固定在计算机屏幕前，由计算机特定的测试软件自动生成测试线，受检者通过计算机键盘调整测试线的角度来测试。不管是哪种方法，滚筒试验都需要在暗室环境下，受检者固定位置进行检查，设备移动困难，受检者操作复杂。而本研究中通过虚拟现实进行的操作，仅需要一台笔记本电脑和VR 眼镜，携带方便；VR 眼镜佩戴时自动形成暗视野，不需要特定的环境；受检者操作时不需要检测者辅助，或者受检者自己转动滚筒，只需转动操作棒上的按钮就可以完成检查。有了VR 眼镜，受检者可以在任何地方进行操作，特别是进行普查时可以随身携带；检查不受受检者的姿势、体位的影响均可顺利完成；检查可以在转椅上完成。

Patricia LM 等用VR 眼镜测试，静息状态头为0°位时SVV 偏斜角平均为3.8°，头位倾斜向右45°时SVV 偏斜角平均为14.67°，头位倾斜向左45°时SVV偏斜角平均为11.86°。未行大于60°的SVV及不同头位的SVH 的结果测定[19]。本研究分别对SVV 和SVH 在头为正中位（0°）；头向左倾斜30°、45°、90°；头向右倾斜30°、45°、90°等7 个位置进行了测试，建立了本实验室的正常值范围。对头倾斜向同一方向同一角度的SVV 和SVH 进行对比，发现在头倾斜向右30°，向左45°及头正中位时，SVV偏斜角与SVH偏斜角对比有统计学差异。故SVV和SVH 能不能互相取代，或SVV 和SVH 是否有其各自不同的临床意义仍需进一步扩大样本量分析。

4 结论

VR 眼镜佩戴下测试的SVV 和SVH 在不同头位倾斜角度时其偏斜角不一，实验室需建立自己的标准参考范围，为评估前庭椭圆囊功能提供便捷快速的方法。