头戴式虚拟现实技术对成人近视眼视觉功能的影响

赵宏伟 张 宇 赵冰艺 任艳茹 郭世超 郭小华 张建华 陈 宏 罗 灵

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是计算机与相关科学技术结合后生成高度近似真实环境下的数字化环境,用户借助特殊装备与数字化环境中的对象进行交互作用和相互影响[1]。头戴式VR以其小型便携成为了训练型平台发展的新趋势。已经证实VR技术训练对弱视患者的多项视觉功能参数有良好的效果[2]。但VR对于近视眼患者视觉功能参数的影响研究目前较少。本研究采用头戴式VR对近视眼受试者进行了干预训练,现将其视觉功能参数变化报道如下。

对象与方法

1.研究对象:本研究为前瞻性研究,已获得中国人民解放军战略支援部队特色医学中心医学伦理学委员会批准[伦理学审批号:K2020伦审第(07)号]后,招募某部队近视眼官兵和门诊近视眼患者,将最终符合条件的34例患者采用随机数字表法分为两组,即受试组(n=18)和对照组(n=16)。对研究对象进行常规检查后,于受试前、受试1次后、受试10次后检测裸眼视力、矫正视力、动态立体视、近立体视、对比敏感度、集合值、散开值、正相对调节(positive relative accommodation,PRA)、负相对调节(negative relative accommodation,NRA)、调节灵活度、调节幅度(amplitude of accommodation,AMP);于受试前、受试10次后进行视疲劳问卷评分和视觉作业能力答题评分。对照组和受试组除常规配戴框架眼镜外,均未使用药物或其他功能性治疗干预措施,本研究项目的研究对象在研究周期内均未发生失访现象,采集数据全部用于统计分析。

2.纳入与排除标准:纳入标准:①年龄18～45岁,性别不限;②视力:双眼矫正视力≥0.8,且有双眼立体视;③屈光度:-6.00D≤等效球镜度≤+6.00D;-3.00D≤散光度≤+3.00D;④无眼科器质性疾病,无眼手术史,无严重全身性疾病,如糖尿病、高血压、恶性肿瘤、自身免疫病、艾滋病等,无精神科疾患,如精神分裂症、情感障碍、神经症性障碍等,认知能力正常,可以配合检查且主观愿意参加该临床试验。排除标准:①不能签署知情同意书的患者;②在研究期间相关数据丢失的病例。

图1 Vivid vision系统

4.远视力:采用5m国际标准视力表,以小数记录,受试者进行裸眼和矫正分别检测后进行记录。

5.对比敏感度:采用多宝视视功能软件技术检测。依据说明由被测试者识别黑灰正弦波方向,系统自动在3、6、12、18空间频率下自动生成对比敏感度数据和曲线。

6.动态立体视和近立体视:均采用沐目清视功能软件技术检测。动态立体视检查根据3次结果,3次均通过记录为+++,通过2次记录为++,通过1次记录为+。近立体视要求找出距离自己最近的图像,数值记录范围为40～200s以上。

7.集合与散开:采用沐目清视功能软件技术检测。被检者戴红蓝眼镜,盯住屏幕上的图形,直到看到1个图形变成2个为止,点击确定按键。同样的方法检查第2次,得出2个数值,第1个为散开值,第2个为集合值。

8.调节功能:NRA/PRA/AMP:采用视功能箱和镜片箱检测。调节灵活度(Flipper):用±2.00D的双面镜20/30视力E字卡,刺激目标距离为40cm。记录60s内受试者看清视标的循环次数(看清+2.00D和-2.00D为一次循环)。

9.视疲劳问卷:本研究采用的视疲劳问卷由Chen等[3]为评价观看3D电视后视疲劳状态所设计。视疲劳问卷包含11个项目。每个项目的评价按主观感受程度分为0、1、2、3、4、5分,分别对应“完全没有”、“隐约有一点”、“稍微有一点”、“有感觉”、“比较强烈的感觉”和“很强烈的感觉”。记录每项得分及总和得分。

10.视觉作业能力:本研究采用王凤娇[4]为评价观看三维视频后视觉作业能力所设计的校对试验表。每次作业的完成时间是25s。记录受试者答对及答错的个数,最后计算出正确率,用小数记录。

从寝室装饰与文化建设设计到对学生寝室的改造，这对学生寝室标准化管理工作可能会带来一些影响。由此，工作室负责同学应与学生处、宿舍管理人员等多方沟通，在不违反学校管理规章制度的前提下开展创意设计和装饰工作。

结 果

1.基线情况:受试组和对照组在性别、年龄、等效球镜屈光度(spherical equivalent SE)、最佳矫正视力(best corrected visual acuity,BCVA)基线数据比较,差异无统计学意义(P>0.05),详见表1。

表1 对照组及受试组基线情况比较

2.远视力情况:以对照组及受试组右眼视力作为统计分析数据来源,结果显示,受试组裸眼视力在受试前和受试1次后比较,差异无统计学意义(P>0.05);而受试组裸眼视力在受试10次后分别与受试前和对照组比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。最佳矫正视力在组间和受试前和受试1次、受试10次后比较,差异均无统计学意义,详见表2。

表2 对照组及受试组远视力情况比较

3. 动态立体视和近立体视情况:动态立体视和近立体视在对照组和受试组各对应时间点上比较,差异无统计学意义(P>0.05),详见表3。

表3 对照组及受试组动态立体视和近立体视情况比较

4.集合与散开情况:受试组集合值在受试前和受试1次后比较,差异无统计学意义(P>0.05);受试组集合值在受试10次后与受试前比较,差异有统计学意义(P<0.05);受试组集合值在受试10次后与对照组比较,差异有统计学意义(P<0.05);散开值在受试组和对照组之间比较无统计学意义(P>0.05),且受试组内散开值在受试前与受试后1次、受试10次分别比较,差异均无统计学意义(P>0.05),详见表4。

表4 对照组及受试组集合与散开情况比较

5.对比敏感度情况:对比敏感度在对照组和受试组各对应时间点上比较,差异均无统计学意义(P>0.05),详见表5。

表5 对照组及受试组对比敏感度情况比较

6.调节情况:受试1次后,对照组和受试组之间Flipper比较,差异有统计学意义(P<0.05);而NRA、PRA、AMP比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。受试10次后,对照组和受试组的NRA和Flippe比较,差异有统计学意义(P<0.05),PRA和AMP差异无统计学意义(P>0.05)。进一步统计结果显示,受试组在受试10次后与受试前在NRA和Flipper方面,差异均有统计学意义(P<0.05);而在PRA和AMP方面差异无统计学意义(P>0.05),详见表6。

表6 对照组及受试组调节情况比较

7.视疲劳和视觉作业能力问卷评分:视疲劳和视觉作业能力问卷评分在对照组和受试组各对应时间点上比较,差异均无统计学意义(P>0.05),详见表7。

表7 对照组及受试组视疲劳和视觉作业能力问卷评分比较分)

讨 论

VR目前不仅作为一种视功能检测工具[5],同时在视功能异常的治疗甚至青光眼视神经损伤恢复方面均有报道[6]。本研究是通过对近视眼患者使用头戴式VR技术的训练,来评价近视眼患者再进行训练前后远视力、动态立体视、近立体视、集合与散开功能、对比敏感度、调节功能、视疲劳和视觉作业能力方面的临床研究。

VR用于弱视训练的疗效已经得到广泛认可。因为VR的趣味性及个性化软件的设计可以加强使用者的积极性和依从性。很多研究显示,VR可以促进弱视患者视力、对比敏感度和立体视觉功能的改善[2,7～10]。但VR对于某些近视眼患者的视觉功能参数的影响研究很少。

在视力方面本研究结论与上述研究基本一致。本研究纳入病例为近视眼患者,矫正视力均基本正常,不做进一步分析。结果显示,受试组裸眼视力在受试10次后较受试前有明显提高。在调节功能方面,本研究结论显示,在受试10次后,NRA和Flipper较受试前差异均有统计学意义。众所周知,调节痉挛是影响裸眼视力的重要因素。因此,本研究分析VR可能通过改善受试者的调节功能达到提高了裸眼视力和调节灵活度的目的。尽管尚没有证据证实调节功能异常在近视发生和进展中的具体作用,但还是认为调节灵活度和调节稳定性是导致近视的重要危险因素[11]。Yoon等[12]在一项研究中招募了23例志愿者,他们以两种模式(沉浸式和非沉浸式)玩VR游戏30min。在使用VR之前和之后检查视觉参数。使用VR 30min会增加调节近点(near point of accommodation NPA)、会聚近点(near point of convergence NPC),尤其是在使用沉浸式模式之后。此外,使用VR后,较高的外隐斜和较小的NPA与增加的调节滞后有关。Mohamed等[13]研究也认为VR可以提高调节反应。

本研究选取成人近视眼患者作为研究对象,尽管结论显示VR技术训练可以提高近视眼患者的裸眼视力和某些调节功能,但不能说明对于近视眼患者的防控尤其儿童近视眼防控有益。

在集合与散开功能方面,Boon等[18]对于集合不足的患者进行每周3次的治疗,6周后,发现VR中视觉训练可以有效提高患者双眼的集合程度,且与患者治疗的依从性相关。也有研究显示,VR可以改善一定程度的斜视[19]。Li等[20]通过对25例间歇性外斜视患者进行VR治疗后认为,VR技术训练可以降低间歇性外斜视的斜视程度并重建立体视觉。本研究中VR技术训练内容之一包括阶梯融像和跳跃融像训练,改训练通过设定聚散单一方向的阶梯训练,以及聚散两方向的跳跃训练,来达到提升聚散融像能力的目的。本研究结果显示,受试组集合功能在受试10次后较受试前明显改善,而散开功能改善不明显。我们认为集合功能的改善是VR针对性训练的结果,进一步提示VR对于集合不足型的外斜可能有改善作用。

在对比敏感度方面,Long等[21]研究发现,每天2次、持续2周的VR技术训练并不能提高对比敏感度。本研究结果显示,对比敏感度在对照组和受试组各对应时间点上比较,差异无统计学意义(P>0.05)。但本研究发现,受试组在进行VR技术训练10次后与对照组比较,统计值(P=0.098)接近于临界统计显著水平。因此,本研究推测如果扩大样本量或者延长训练时间,可能会有不同的研究结论。

在视疲劳和视觉作业能力方面,Deemer等[22]对30例低视力的患者使用头戴式VR进行7～10天的家庭式训练,发现VR系统改善阅读和视觉信息处理中的功能视觉能力。但Condino等[23]在对20例志愿者行头戴式增强现实(augmented reality,AR)引导手动任务期间测试发现,使用AR与否并不能提高单眼或双眼测试的能力,在视觉舒适度和工作负载的影响上,两者无明显差异。Hirota等[24]评估了头戴式VR和二维训练在执行视觉任务之前和之后经历的客观和主观视觉疲劳,结果显示,两者在视觉疲劳的客观和主观评价没有显著差异。因此,VR对于上述问题目前并没有统一的结论。本研究结果显示,视疲劳和视觉作业能力问卷评分在对照组和受试组各对应时间点上比较,差异均无统计学意义,但还是发现视疲劳和视觉作业能力方面,受试组在进行VR技术训练10次后与对照组比较,统计值(P分别为0.074和0.072)均接近于临界统计显著水平。因此,本研究推测如果扩大样本量或者改变训练模式或时间可能会有不同的研究结论。

从本研究的结果来看,适当的头戴式VR技术训练能够改善近视眼患者的裸眼视力、NRA和调节灵活度。本研究分析上述指标的改善可能与VR软件模块的内涵相关,本研究VR所用模块的脱抑制方式通过双眼分视原理,能够更好地调整优势眼的遮光度和对比度,连续立体视标和聚散灵活度训练,以及通过周边部视网膜立体视觉的差异刺激,从而有助于改善调节功能,最终改善部分的裸眼视力和调节灵活度。但通过近视眼进展与调节滞后的关系来看,VR技术训练可能对近视眼存在有益成分,但目前VR技术训练对近视眼影响研究尚在起步阶段。

综上所述,VR对于视功能的不同指标问题上研究结果依然存在较大分歧[25]。有研究认为,VR的使用会带来诸如干眼、一过性调节性斜视等功能性眼病[26]。可能的原因分析如下,一方面基于双眼视差原理设计的VR显示器位置恒定,存在观看时人眼调节与集合不一致的问题,后者可能是导致一过性斜视的原因;另一方面,VR本身缺陷,比如光纤光线强度、对比度、使用时间、使用方式、使用软件模块等没有标准。VR的使用存在适应证选择、使用时间、方法以及本身软件模块的问题。不同生理年龄有着不同程度的视觉功能代偿能力,因此,受试者对VR的反应不同。不同的VR使用方法可能造成不同的结果,因VR本身属于立体视频,连续使用较长时间和短期使用,受试者对闪烁光刺激的反应可能存在区别。目前看来,VR硬件和软件的共同开发、兼容应该是VR技术在视功能康复方面深入应用的重要途径。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。