虚拟现实-图像视觉诱发电位用于客观评定单眼屈光不正视觉损伤的价值

郝虹霞，陈捷敏，王荣荣，俞晓英，王萌，周智露，4，盛延良，夏文涛

1.佳木斯大学基础医学院 微生态-免疫调节网络与相关疾病重点实验室，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；4.贵州医科大学法医学院，贵州 贵阳 550009

法医临床鉴定中对于眼损伤[1-3]案件，如何高效、准确地对眼损伤患者的视力水平作出准确评估是关键所在，但也是法医临床鉴定领域的难点和重点问题。目前，通常使用全面的眼科检查以及视觉电生理等技术手段，从视觉功能损伤基础以及主、客观方法综合应用的角度，对伤眼的视力进行评估。采用刺激屏分别给予左右眼图像刺激并记录各眼的图像视觉诱发电位（pattern visual evoked potential，PVEP）是眼外伤鉴定中最常用的电生理方法，可以通过阈刺激视角、最佳刺激视角等对受检眼进行视力评估[4]。有研究[5]表明，受检眼视网膜中心视野的偏离会导致P100 波形的异常，这对客观评定视力和鉴别夸大视觉损伤的眼外伤鉴定提出了挑战。目前，法医临床采用的视觉电生理检查都是采用单眼分别注视刺激屏的方式，在鉴定过程中伤眼的注视程度会对检查结果产生一定的影响，从而干扰鉴定人对波形的分析和判断，实践中需要鉴定人针对伤者的受伤程度、诊疗过程、眼部结构检查等多方面对伤眼视觉功能障碍程度进行综合分析，这就增加了结果判断的主观性，使之成为长期困扰法医临床视觉功能评定的热点和难点问题。

本研究拟通过虚拟现实（virtual reality，VR）技术与传统PVEP相结合的方式，探索针对严重视觉功能障碍患者更精确的视力评估方法，利用虚拟现实-图像视觉诱发电位（visual reality-pattern visual evoked potential，VR-PVEP）技术[6]进行准确、快速的视力评估。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取青年志愿者55名，其中男性22名，女性33名，年龄范围为20～33 岁，平均年龄24 岁。纳入标准：双眼散光度数均≤1.5 DC，最佳矫正远视力均≥0.8、近视力均≥0.5（本研究均采用小数记录法）；无眼外伤病史，无青光眼、白内障、黄斑病变等眼科疾病或遗传病史，无影响视觉功能的全身性疾病，无颅脑器质性损伤，除屈光不正外无影响视力的其他疾病。使用投影式视力表、标准近视力表对远、近视力分别进行检测。

所有志愿者均能了解并配合本研究的所有操作，并在了解本研究内容和流程后签署知情同意书。本研究遵循《赫尔辛基宣言》，已通过司法鉴定科学研究院伦理委员会审查。

1.2 仪器介绍

使用基于实用新型专利“视力客观评定和/或视觉诱发电位的检测系统”[7]研发的VR-PVEP 仪（上海诺诚电气股份有限公司和司法鉴定科学研究院联合研发），将传统视觉诱发电位与VR 技术相结合。VRPVEP 仪由VR 眼镜、诱发电位仪、主控计算机、刺激计算机、数据分析软件等部分组成，通过佩戴VR 眼镜可以最大程度地减少外界环境对受检者的影响，有效降低受检者注视不良情况的发生，进一步减少实验损耗时间[6]。

该仪器目前已研发3 种刺激模式，分别为单眼独立刺激模式、双眼同时刺激模式和双眼同时不同步刺激模式。与传统PVEP 相比，新增的双眼同时不同步刺激模式是在同一次检查过程中使左、右眼分别随机接受黑白棋盘格刺激，并分别记录左、右眼的视觉诱发电位图像[6]。本研究主要采用单眼独立刺激模式和双眼同时刺激模式，记录双眼同时视和单眼视时VRPVEP 的P100 波形，研究不同视觉损伤程度下单眼视与双眼同时视的P100 波形变化。

1.3 实验分组

使用屈光诱导法，在受检者的一眼前放置不同的透镜，模拟单眼不同程度屈光不正视觉损伤的情形。根据2019 年WHO 提出的盲及视觉损伤分级标准[8]，设置3个诱导性屈光不正远视力，分别为矫正视力0.05、矫正视力0.1 和矫正视力0.3，通过上述远视力诱导，相当于收集模拟单眼视觉损伤者共165 例。同时记录受检者健眼和模拟视觉损伤眼各自的近视力，把远视力与近视力相加，将模拟单眼视觉损伤者分为3组：A 组（即重度视觉损伤），近视力与远视力之和≤0.2，共31 例；B 组（即中度视觉损伤），0.2＜近视力与远视力之和＜0.8，共74 例；C 组（即轻度视觉损伤），近视力与远视力之和≥0.8，共60 例。将双眼视力均正常者设置为对照组，共55 例。

1.4 VR-PVEP 检查方法

检查前准备：将作用电极置于枕骨粗隆上2 cm处（Oz），参考电极置于中央点（Cz），地电极置于额前（Fz）。Oz 和Cz 处均使用金盘电极，Fz 采用皮肤电极。先用磨砂膏清理电极放置位置，然后用乙醇棉片清洁，待乙醇挥发后再将盘状电极和皮肤电极置于相应部位。

检查过程：嘱受检者端坐于椅子上，头部和肩膀保持放松。佩戴VR 眼镜进行电阻测试，电极间阻抗均需小于5 kΩ。选取空间频率为16×16、24×24、32×32、64×64 的黑白棋盘格，刺激模式分别按照双眼、视觉损伤眼、健眼的顺序交替进行，不同空间频率实验间隔为3 min。为了防止视觉疲劳，将每例受检者的4 次实验分成两个部分进行，即先对矫正视力0.05、0.1 的情形进行测试，再对矫正视力0.3 和正常视力的情形进行测试，两部分实验需要间隔6 h 以上，各视力情形下实验间隔为10 min，期间嘱受检者闭目休息，防止眼疲劳影响实验结果。所有实验过程均由同一名熟练操作者按流程规范实施。

1.5 数据分析

采集各视觉损伤情形时受检者在不同刺激模式下16×16、24×24、32×32、64×64空间频率诱发出的VRPVEP 波形数据，对P100 峰时进行分析。采用SPSS 26.0 软件（美国IBM 公司）分析数据，进行正态分布和方差齐性检验：若符合正态分布和方差齐性，使用单因素方差分析；若不符合，使用非参数检验法（Kruskal-WallisH检验）。用中位数（median，M）及四分位数（P25，P75）显示偏态分布资料的统计结果。检验水准α=0.05，采用Bonferroni 校正调整多重检验的显著性值。

2 结果

2.1 单眼视觉损伤的VR-PVEP P100 峰时特征

A 组视觉损伤眼和健眼的VR-PVEP P100 峰时不符合正态分布，Kruskal-WallisH检验结果（表1）显示：视觉损伤眼与双眼同时视测得的P100 峰时在24×24、32×32 和64×64 空间频率下的差异均有统计学意义（P＜0.05），视觉损伤眼与健眼测得的P100峰时在64×64 空间频率下的差异具有统计学意义（P＜0.05），健眼与双眼同时视测得的P100 峰时在全空间频率下的差异均无统计学意义（P＞0.05）；健眼在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与16×16、24×24空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表1 A 组受检眼在不同空间频率下的VR-PVEP P100 峰时Tab.1 The peak times of VR-PVEP P100 waves of subjects in Group A at different spatial frequencies［n=31，M（P25，P75），ms］

B组视觉损伤眼和健眼的VR-PVEP P100峰时不符合正态分布，Kruskal-WallisH检验结果（表2）显示：视觉损伤眼与双眼同时视测得的P100 峰时在16×16、24×24 和64×64 空间频率下的差异均有统计学意义（P＜0.05），视觉损伤眼与健眼测得的P100 峰时在64×64 空间频率下的差异具有统计学意义（P＜0.05），健眼与双眼同时视测得的P100 峰时在16×16 空间频率下的差异具有统计学意义（P＜0.05）；双眼同时视在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与16×16、24×24、32×32 空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05）。

C 组视觉损伤眼和健眼的VR-PVEP P100 峰时不符合正态分布，Kruskal-WallisH检验结果（表3）显示：视觉损伤眼与健眼测得的P100 峰时在32×32 和64×64 空间频率下的差异具有统计学意义（P＜0.05），视觉损伤眼与双眼同时视测得的P100 峰时在全空间频率下的差异均无统计学意义（P＞0.05），健眼与双眼同时视测得的P100 峰时在全空间频率下的差异均无统计学意义（P＞0.05）；视觉损伤眼在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与24×24、32×32 空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05），健眼在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与16×16、24×24、32×32 空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表3 C 组受检眼在不同空间频率下的VR-PVEP P100 峰时Tab.3 The peak times of VR-PVEP P100 waves of subjects in Group C at different spatial frequencies［n=60，M（P25，P75），ms］

2.2 视力正常的VR-PVEP P100 峰时特征

对照组（即视力正常者，双眼远视力均≥0.8且近视力≥0.5）中单眼视和双眼同时视的VR-PVEP P100 峰时不符合正态分布，Kruskal-WallisH检验结果（表4）显示：单眼视与双眼同时视测得的P100 峰时在全空间频率下的差异均无统计学意义（P＞0.05）；单眼视在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与16×16、24×24、32×32 空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05），双眼同时视在64×64 空间频率下测得的P100 峰时与16×16、24×24、32×32 空间频率下测得的P100 峰时差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表4 对照组受检眼在不同空间频率下的VR-PVEP P100 峰时Tab.4 The peak times of VR-PVEP P100 waves of subjects in the control group at different spatial frequencies［M（P25，P75），ms］

3 讨论

3.1 研究基础

双眼视是视觉的正常功能状态，研究双眼视与像差之间的关系有助于对视觉系统功能中像差作用大小进行评估[9]。在对屈光手术后的患者进行传统PVEP检查时发现，术后双眼总和指数平均在1.0 以上，这说明双眼同时视在屈光手术后仍优于单眼视[10]。双眼视觉对弱对比度视觉信号更容易感知，同时当两眼视网膜呈现不相容的图像时，会出现双眼竞争，即两眼图像会争夺知觉优势[11-12]。因此，双眼同时视PVEP波形参数与视力之间关系的研究也有助于对患者日常生活视力的评价。VR-PVEP 技术在传统PVEP 单眼检查的基础上，增加了双眼同时视刺激模式，可以有效避免视觉损伤眼固视不良对波形带来的影响。

3.2 模拟屈光不正所致视力减退的VR-PVEP 特征

本研究根据VR-PVEP 的成像原理采用近视力与远视力相结合的方式进行分组。研究结果表明，在模拟单眼重度视觉损伤即近视力和远视力均显著下降的情况下，双眼同时视在24×24、32×32、64×64 空间频率下测得的P100 峰时较视觉损伤眼提前；对于单眼中度视觉损伤者，其双眼同时视在16×16、24×24、64×64 空间频率下测得的P100 峰时较视觉损伤眼提前；而在单眼轻度视觉损伤者中，双眼同时视测得的P100峰时与视觉损伤组相比，均未表现出此种趋势，且正常者双眼同时视峰时与单眼视峰时之间亦无明显变化，提示使用VR-PVEP 区分视觉损伤的程度具有可行性。在远视力和近视力均显著下降的情况下，不同刺激频率的黑白棋盘格对视觉损伤眼及双眼同时视测得的P100 峰时具有一定的影响，有助于单眼视力损伤程度的评估。

在重度和中度视觉损伤者中，视觉损伤眼在64×64 空间频率下测得的P100 峰时较健眼有一定的延迟；单眼轻度视觉损伤者中，视觉损伤眼在32×32、64×64 空间频率下测得的P100 峰时较健眼稍延长。此外，不同程度视觉损伤以及正常者在4 种空间频率下测得的P100 峰时，均存在64×64 空间频率下与其他3 种空间频率下组内比较部分差异存在统计学意义的情况，说明在VR 技术这一同时受到近视力与远视力影响的视觉评估方式中，64×64 空间频率对视力的评估具有重要作用。

此外，对于近视力和远视力之和≤0.2 的重度视觉损伤者，VR-PVEP 可以普遍有效地诱发出P100 波形，相较于传统PVEP 有时在最佳矫正视力＜0.1 时无法引出明显波形相比，更有助于对视觉功能严重障碍者的视力评估。双眼同时视的峰时较视觉损伤眼和健眼普遍有所提前，这可能与VR-PVEP 眼前虚拟成像原理和双眼近视力的共同作用有关。由于PVEP信息采集的限制，个体表现差异较大，传统PVEP 受到被鉴定人注视程度的制约，而VR-PVEP 有效地降低了这一因素的影响，可以显著提升效率。

3.3 VR-PVEP 的优缺点及后续研究方向

VR-PVEP 在既往研究[6]中开发出了双眼随机切换模式，使受检者无法主观判断接受视觉刺激的眼别，有力地解决了单眼注视不良的难题。本研究是在原有实验基础上的进一步扩展，在实践中具有以下优势：（1）通过开发双眼同时注视模式，可以更有效地避免视觉损伤眼导致的注视不良问题，这对法医临床鉴定具有重要意义；（2）研究在单眼不同程度视觉功能障碍的情况下双眼同时视时VR-PVEP 波形的变化规律，有助于对视力下降程度进行评估；（3）VR-PVEP有利于视觉功能严重障碍者的视觉电生理检查，可以进一步探索在近视力和远视力均显著下降情况下的波形特点。与传统PVEP 技术相比，视力重度下降者采用VR-PVEP 技术可以引出较为明显的波形，这表明VR-PVEP 有助于视觉重度损伤者的视觉功能检查以及对伪盲和夸大视力障碍者的鉴别。由于法医临床鉴定的特殊性，被鉴定人存在不配合或者伪装真实情况的可能，这一直是鉴定过程中存在且亟待解决的难题之一，VR-PVEP 可以降低被鉴定人主观因素的影响，有效避免注视不良问题。

本研究通过插片法模拟屈光不正导致的视觉损伤，但在实际临床鉴定中眼外伤患者受伤原因及表现类型众多，且伴有各种眼部结构改变带来的影响，在实际应用中需要谨慎。本研究只模拟了一类人群，对于各种眼外伤类型患者缺乏相关实验数据，在后续研究中需要增加各类眼外伤患者行进一步研究，同时可以增加对比敏感度来进行视觉损伤程度的评估[13]。

本实验仅考虑到不同空间频率对P100 波形的影响，未对透镜色彩、深浅程度以及视标亮度等方面进行研究。已有研究[14]发现，患有大脑视觉功能障碍的儿童经常畏光，亮度的增加会导致视力的降低，在低亮度观察条件下会表现出更好的视力水平，而这在正常儿童中却没有表现出显著性差异。当受检者通过黄色透镜检查时，蓝光的过滤操作会对视觉处理过程产生影响，特定皮层活跃程度有所加强，视网膜活动延迟，这将有助于彩色镜片颜色和深度的选择和对视觉功能客观影响指标的研究[15]。在后续研究中，VRPVEP 可以增加色彩透镜检查，研究彩色镜片不同色彩、深浅程度以及亮度对视觉功能的影响，这可能对红绿色盲等患者的检查具有一定的参考价值。

本研究通过对模拟屈光不正视觉损伤者进行单眼视和双眼同时视在4 个空间频率下的比较，发现VR-PVEP 有利于视觉功能严重障碍者的视觉电生理检查，可以反映出不同视觉障碍程度下双眼同时视与单眼视测得的P100 峰时之间的变化趋势。此外，双眼同时视模式的开发有利于提高眼外伤患者的注视程度，在视觉功能客观评定及法医临床鉴定过程中具有重要的应用价值。