虚拟现实技术图像视诱发电位在法医学视力评定中的应用

唐威仪，陈捷敏，王荣荣，檀思蕾，刘冬梅，俞晓英，李慧华，张群峰，盛延良，夏文涛，

（1.佳木斯大学基础医学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室司法部司法鉴定重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063；3.上海诺诚电气股份有限公司，上海 200245）

损伤后视功能障碍，特别是视力水平的客观评定一直都是法医临床学鉴定的难点问题，目前仍需结合视力表视力、全面的眼科检查与客观电生理检查，尤其是图像视诱发电位（pattern visual evoked potential，PVEP）等来综合评估被鉴定人的真实视力水平，并将其作为损伤程度和残疾等级鉴定的主要依据[1]。

PVEP检查所获P100波的振幅和潜伏期是评价的主要指标，其影响因素包括图像对比度、刺激野大小、背景光、眼屈光以及受试者的注意力等，对于正常健眼而言，视诱发电位（visual evoked potential，VEP）在左、右眼间无明显差异[2]。在PVEP的记录过程中要求受试者注意力集中，保持良好的固视是成功记录的关键[2-3]。但在传统PVEP的法医学检验中，存在受试者主观固视不良的情况，为此本研究在原有PVEP技术的基础上研发了以虚拟现实图像作为刺激源的虚拟现实技术图像视诱发电位（virtual reality-pattern visual evoked potential，VR-PVEP）仪，并开发了双眼同时不同步刺激模式和单眼分别刺激模式，希望有助于克服法医学检验中主观固视不良带来的不利影响，为视功能障碍法医临床学鉴定提供更多方法。

1 对象与方法

1.1 设备与操作方法

本研究采用自行研发的VR-PVEP仪（司法鉴定科学研究院与上海诺诚电气股份有限公司共同研发）对受试者进行检验。该设备是在上海诺诚电气股份有限公司现有神经电生理仪检查技术的基础上，对电生理技术的软、硬件进行针对性设计、升级和改造，结合虚拟现实（visual reality，VR）眼镜，采用类似球幕的刺激野，对受检眼而言，其刺激覆盖范围远大于传统的阴极射线显像管（cathode ray tube，CRT）刺激器，并可对双眼独立地输出黑白棋盘格刺激图像。佩戴VR眼镜后，可避免受检眼受周围景象的干扰。基于上述特点，可有效提高检查效率，避免采用传统CRT刺激器时受检眼注视不良需重新采集信号的问题。VR-PVEP仪的创新性主要体现在以下两方面：（1）分屏显示功能；（2）随机切换左、右眼刺激图像的功能。上述两项功能主要依赖于VR技术。VR技术的工作原理主要有交替显示、画面交换、视差融合等。

设备系统结构如图1所示，主要由神经电位记录电极与连接线、神经电信号放大采集器、主控计算机、刺激计算机、同步器、双眼刺激VR眼镜以及相应的数据分析软件、刺激管理软件组成。目前已开发以下两种刺激模式：（1）双眼同时不同步刺激模式（以下简称“双眼模式”），检查过程中受试者双眼同时但不同步地分别接受黑白棋盘格翻转图像的刺激，双眼刺激随机切换，并分别记录左、右眼的诱发电位；（2）单眼分别刺激模式（以下简称“单眼模式”），与传统的视觉电生理检查方式一致，检查过程中先后刺激左、右眼并分别记录各自的诱发电位。

图1 VR-PVEP系统示意图Fig.1 Diagrammatic sketch of VR-PVEP

1.2 实验对象

选取志愿受试者34例（68眼），其中男性15例，女性19例，年龄为20～40岁，能理解并配合检查，裸眼视力在-0.25 DS～-5.25 DS，单眼视力均可矫正至0.8以上，散光度均在1.5DC以下，排除屈光不正以外的其他影响视觉功能的眼科疾病及眼科手术史，排除患有如严重糖尿病、高血压病等可能引起眼底病变的全身性疾病。所有受试者在检查前均知情同意，本研究符合相关医学伦理法律条款规定。

1.3 视力测试方法

在鉴定实践中，一眼损伤并视力障碍的情况更多见。基于此，本研究通过对受试者进行屈光诱导，使其一眼视力在正常视力水平，另一眼视力降低至中度视力障碍范围。

首先采用投影仪视力表测试法，在暗适应环境下检查受试者的裸眼视力与矫正视力。采用插片法在受试者被检眼前放置试验透镜以诱导屈光性近视，调节受试眼屈光镜片度数，使受试者一眼视力水平在0.8以上（正常视力水平），另一眼视力达中度损害水平（0.1≤视力<0.3[4]）。分别记录诱导各被检眼至相应视力水平的屈光镜片度数，为双眼VR-PVEP检查过程中插片提供依据。

1.4 VR-PVEP检查方法

受试者在检查前闭眼休息0.5h，使眼睛处于自然放松状态。

检查前准备：贴紧头皮剪去额中点（Fz，地电极）和中央点（Cz，参考电极）处头发，用磨砂膏清理Fz、Cz和枕点（Oz，活动电极）3个电极放置位置的皮屑和油脂，再用乙醇棉片擦拭，待乙醇挥发，将盘状电极凹面填满电极膏，胶带固定于Oz和Cz，皮肤电极贴于Fz。

视力测试过程中，将视力检查时记录的镜片内置固定于VR眼罩内。受试者取舒适的坐姿，放松头面部肌肉，戴上VR眼罩，测试电阻抗。当活动电极和参考电极的电阻抗均小于5 Ω时，开始检查，嘱受试者全程双眼注视屏幕中央的红色小叉。每位受试者均进行两种模式的检查，先行双眼模式刺激，再行单眼模式刺激。每种模式均依次按照8×8、16×16、24×24和32×32 4种空间频率进行检查。两种模式检查中途闭目休息15min，防止视疲劳对实验结果产生影响，检查过程中全程要求受试者高度配合。进行单眼模式刺激时，为避免双眼视像融合影响实验结果，未被检查的眼用黑布遮盖。

本研究中所有检查均由同一位熟练操作者按操作规程完成。

1.5 统计分析

为研究双眼模式与单眼模式刺激下PVEP的区别及关联，运用SPSS 20.0软件对波形数据进行分析，选择基线稳定、干扰小的波形数据，采用配对样本t检验及相关性回归分析，检验水准α=0.05。

2 结 果

2.1 不同空间频率下两种模式的比较

配对样本t检验结果显示，8×8空间频率下，单眼模式与双眼模式的P100波振幅差异无统计学意义（P>0.05），16×16、24×24、32×32空间频率下，单眼模式与双眼模式的P100波振幅差异均具有统计学意义（P<0.05），说明在一眼视力正常、一眼视力中度损害的情况下，除8×8空间频率外，随着空间频率的逐步增高，VR-PVEP双眼模式与单眼模式的P100波振幅仍具有差异，即同一眼在单眼模式下的振幅高于双眼模式下的振幅，提示双眼模式下双眼之间存在一定相互作用，结果见表1。

表1 4种空间频率下单眼模式与双眼模式的P100波振幅Tab.1 The amplitude of P100 wave in monocular mode and binocular mode at 4 spatial frequencies（±s，振幅/μV）

表1 4种空间频率下单眼模式与双眼模式的P100波振幅Tab.1 The amplitude of P100 wave in monocular mode and binocular mode at 4 spatial frequencies（±s，振幅/μV）

注：1）选择基线稳定、干扰小的数据进行统计；2）与相同空间频率双眼模式比较，P<0.05。

单眼模式6.81±3.25 5.95±3.582）5.48±3.022）5.09±3.412）n1）空间频率8×8 16×16 24×24 32×32 66 67 64 59双眼模式7.11±2.79 7.30±2.97 6.97+3.27 6.68±3.76

2.2 不同空间频率下两种模式的相关性

通过相关性分析，得出各空间频率下单眼模式的P100波振幅和双眼模式的P100波振幅均呈中度相关（r>0.4），结果见表2。

表2 4种空间频率下单眼模式与双眼模式P100波振幅的相关性Tab.2 Correlation of the amplitude of P100 wave in monocular mode and binocular mode at 4 spatial frequencies

3 讨 论

眼外伤后视力障碍者视功能的客观评定一直是法医学鉴定的难点，也是法医学研究人员一直努力的方向。近年来，在法医临床学眼外伤鉴定中，涌现出一些新的有助于客观评定视力水平的方法，如事件相关电位（event-related potential，ERP）[5]、双通道客观视觉质量分析系统Ⅱ（optical quality analysis system Ⅱ，OQASⅡ）[6]等，每种方法均有其自身优势。相较新技术而言，传统的PVEP技术由于其在眼科和法医学领域的普遍应用，目前仍然是推断受试者真实视力最常用且相对成熟、有效、便捷的方法[7-9]。在眼外伤的法医临床学鉴定实践中，仍以单眼损伤多见，往往需要通过对伤眼与健眼PVEP之间的比较来判断、分析其伤眼的视功能障碍程度，但由于受注视或固视等因素影响，被检者往往在检查健眼时会高度注意并良好固视，从而获得较为理想的波形，而在检查伤眼时，往往存在故意分散注意力如“视而不见”或增加眼动、固视不良等情况。研究[10-11]结果表明，若受试眼偏离屏幕中心约10°，视网膜中心视野10°区域难以有效接受屏幕给出的刺激信号，将导致P100波的潜伏期延长、振幅下降，给辨别伪盲和伪装视力障碍带来明显影响。目前眼外伤的法医临床学鉴定实践中常用的视觉电生理仪都基于分别独立检查单眼VEP的原理和程序，获得的都是屏蔽另一眼、仅单眼注视的PVEP波形，并用于评估受检眼的视力水平，伤眼检查时注视不能得到有效保证。由于上述视觉电生理仪器主要用于临床眼科的诊疗，临床实践中受试者的配合度往往较高，并不存在辨别真伪的情况，而在法医学鉴定实践中，去伪存真则是鉴定人关注的重点。如何优化VEP技术、最大程度地减少人为注视等因素对PVEP结果的影响，更加科学、准确、有效地将临床电生理技术运用到法医学鉴定实践中，一直是法医临床学研究的目的和任务。

由于人眼具有协同作用，在双眼同时注视的前提下，当一眼高度注意或注视时，另一眼也必然注视良好，正是基于这一原理，本研究团队考虑在同一次检查中分别给予单眼不同步的图形刺激，使得枕叶中枢能交替接收分别来自左、右眼的视觉信号，并分别记录电生理波形的方法。从理论上讲，为了使健眼呈现较好的波形，必然需要健眼的高度配合，而在双眼模式下，由于被检者无法获悉刺激的眼别，而双眼的协同作用使所谓存在视力损害的被检眼也“不得不”高度注视，可以获得更加接近真实情况的伤眼PVEP波形。另外，在双眼同时不同步的刺激下，理论上讲，即使存在主观或非主观“故意”固视不良情况，在最终波形的反映上双眼均会受影响，在法医学鉴定中主要基于对双眼波形之间的比较来分析和判断伤眼的情况。

本研究中，VR-PVEP的核心方法系双眼随机PVEP，从本质上来讲，VR-PVEP的双眼模式仍是对单眼PVEP的检测，只是将传统的左、右眼分别进行的检测步骤改进为双眼同时进行，但该双眼随机PVEP与传统单眼PVEP之间是否存在区别系本次研究的重点，故本研究仍是基于正常志愿者高度配合的情况下进行两种模式的检查。在对受试者进行传统方式的单眼PVEP和双眼PVEP的检查后，通过配对样本t检验，发现在8×8空间频率下（大格子翻转），单眼模式与双眼模式P100波的振幅并无显著差异，其余3种空间频率下单眼模式与双眼模式P100波的振幅差异均具有统计学意义，即在较低空间频率下，双眼同时不同步刺激获得的单眼P100波与先后分别刺激单眼所获得的P100波并无明显差异，而随着空间频率的增高，双眼同时刺激模式下的单眼P100波振幅较先后刺激单眼的P100波振幅降低，提示高空间频率下，在一眼视力正常、另一眼视力中度损害的情况下，双眼之间可能存在相互影响，且以抑制倾向为主。在日常生活中，人们依靠双眼的协同视功能来工作和生活，前期研究[12]结果发现，若单眼损伤致视力下降，则双眼视功能也将受到不同程度的影响，本研究基于VR技术的双眼模式PVEP研究也发现双眼之间存在相互影响，但鉴于目前样本量有限，且对视力差异的分组仍不够细化，今后仍需进一步扩充实验对象及实验数据，以完善实验。

通过相关性分析发现，即使在较高空间频率下，双眼模式下PVEP的P100波振幅与单眼模式存在一定差异，但两者之间仍存在一定相关性，然而，两者之间具体的相互关系仍有待进一步研究。

另外，通过受试者反馈，在双眼模式下固视稳定性良好。

作为一种具有潜在应用价值的视觉电生理检查方法，VR-PVEP在法医临床学视功能障碍评估中存在以下优势：（1）双眼随机切换刺激，使受试者主观上无法判断正在被动接受黑白棋盘格图像刺激的眼是左眼还是右眼，从而难以进行单眼注视不良；（2）目前的VEP仍属于诸多眼科检查方法中用时较长的一项检查，双眼同时不同步的检查方法将极大地缩短检查时间，节约时间成本并提高工作效率，且更为便捷有效；（3）本研究通过对比双眼同时不同步刺激（双眼模式）与现有的双眼先后分别刺激（单眼模式）两种方法，将有助于研究双眼的相互作用，即明确同时刺激双眼后是否会产生视觉通路的增强、平均或抑制作用，更有助于客观地评价日常生活视力情况。

当然，本设备和方法也存在一定的不足之处：人眼所看到的VR眼罩内的黑白棋盘格图像是通过透镜放大的虚拟图像，仅能通过焦距推测被测试眼到图像之间的距离，并且难以测得黑白棋盘格的边长，因此无法准确计算各空间频率下黑白棋盘格所对应的视角，故仅依据现有研究也难以直接推断单眼视力水平，需要进一步扩大样本量明确其规律；另外，在疲劳状态下进行长时间测试对P100波的波形有较大影响。上述不足仍需要通过后续研究加以改进。本研究对受试者采用了屈光诱导获得被检眼视力的方法，然而屈光是VEP的影响因素之一，并且通过屈光诱导所获得的视力下降与病理、外伤情况下的真实视力下降的VEP也可能存在不同，但考虑到目前研究仍处于对方法的前期探索阶段，为保证较好的配合性，选取正常志愿者进行屈光诱导仍是目前相对可行的途径。同时，本研究目前主要是对同一眼（同一屈光度）两种方法（单眼刺激与双眼随机交替刺激）的比较，即研究对象的所有属性都是相似的，故并不会对实验结果产生实质性影响，而新方法下双眼之间是否存在相互影响，是今后研究的内容之一。