劉捷

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，視覺訓練系統(tǒng)也不斷地嘗試各種虛擬現(xiàn)實設(shè)備，由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對相同的視覺訓練內(nèi)容進行左右眼的分離式刺激治療，為弱視提供了一種新的治療方式。本文介紹了傳統(tǒng)的弱視治療方式和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)概念，詳細分析了目前虛擬現(xiàn)實視覺訓練系統(tǒng)的特征和優(yōu)缺點，最后對目前的視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)做了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：弱視；虛擬現(xiàn)實；視覺訓練

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0218-02

1996年4月中華眼科學會全國兒童弱視斜視防治學組給出了弱視的定義：凡眼部無明顯器質(zhì)性病變 ， 以功能性因素為主所引起的遠視力≤ 0. 8且不能矯正者均列為弱視[1]。弱視是一種常見的眼科疾病，多發(fā)生于幼年，據(jù)健客網(wǎng)[2]報道，目前國內(nèi)的弱視發(fā)病比例為2.6%左右，兒童弱視發(fā)病率為3%左右，也就是說我國大約有1000萬的弱視兒童。弱視是一種嚴重危害兒童視功能的眼病，如不及時治療可引起弱視加重，甚至失明。

1 遮蓋治療

對于幼兒弱視的治療，多年來主要沿用傳統(tǒng)的眼罩遮蓋加精細作業(yè)，遮蓋方式分為單眼遮蓋，交替遮蓋，間歇遮蓋等，精細作業(yè)是在病患遮蓋弱視眼時，進行穿針、繪畫、挑撿豆子、拼圖等練習，這種方式簡單、有效、經(jīng)濟，但有些幼兒使用眼罩遮蓋療法效果不佳，耽誤了治療的最佳時機，還有些因為各種原因不服從治療，影響了治療效果[3][4]。付晶等[5]發(fā)現(xiàn)屈光不正性弱視對立體視的形成嚴重影響，傳統(tǒng)眼罩遮蓋治療時需要以遮蓋優(yōu)勢眼為主，患者失去雙眼共視的機會，不利于雙眼視功能的重建，患者年齡越小影響越大[6]，吳奇志等[7]認為弱視本身對雙眼視覺的影響還是不可忽視的，建議今后弱視治療中增加雙眼視覺訓練，在提高視力的同時提高雙眼視覺功能。還有研究認為傳統(tǒng)遮蓋治療對弱視兒童產(chǎn)生一定的心理行為問題[8]。

2 虛擬現(xiàn)實概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學技術(shù)，生成與一定范圍真實環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響。[9]

目前學界基本認同G .Burdea 在《虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和它的應(yīng)用》中提出的三個VR基本特征，“Immersion”指沉浸感，“Interaction”指交互性、“Imagination”指構(gòu)想性。“Immersion”是指在人的視覺、聽覺、觸覺和運動等感知上，虛擬現(xiàn)實環(huán)境和真實環(huán)境的接近程度，接近程度越高，沉浸感越好，接近程度越低，沉浸感越差?！癐nteraction”是指用戶可以操控虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的對象，而其中被操控的對象或虛擬環(huán)境本身會根據(jù)用戶的行為進行實時的反饋。“Imagination”是指虛擬現(xiàn)實技術(shù)給人們無限的想象空間，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中可以存在真實環(huán)境中的事物，也可以生成由人們想象出來的場景。[10]

根據(jù)虛擬現(xiàn)實沉浸感、交互性和構(gòu)想性的不同，目前的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可分為四種：桌面式、沉浸式、增強式和網(wǎng)絡(luò)分布式VR系統(tǒng)。桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以臺式機或中低檔工作站作為虛擬現(xiàn)實環(huán)境的輸出終端，使用者通過單投影墻或計算機屏幕作為虛擬環(huán)境的觀察窗口，其成本較低，普及度較高。沉浸式VR系統(tǒng)主要利用高性能圖形加速卡、高檔工作站和交互設(shè)備，通過視覺、聽覺甚至力覺和觸覺方式去屏蔽周圍真實環(huán)境，使使用者完成置身于虛擬現(xiàn)實世界，沉浸其中。沉浸式虛擬現(xiàn)實主要有兩種實現(xiàn)方式：CAVR（基于投影）和HMD（基于頭盔）。CAVE投影系統(tǒng)是由3個面以上（含3面）硬質(zhì)背投影墻組成的高度沉浸的虛擬演示環(huán)境，配合三維跟蹤器，用戶可以在被投影墻包圍的系統(tǒng)近距離接觸虛擬三維物體，或者隨意漫游虛擬環(huán)境中。HMD是頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示屏，其作為終端輸出體積小，便攜性高。增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)又稱AR，它將虛擬環(huán)境中的對象置于真實世界中，使用者既能看見真實環(huán)境中飯的事物，又能看到虛擬的對象，該系統(tǒng)主要依賴于VR位置跟蹤技術(shù)，虛擬世界的信息應(yīng)用到真實世界中，兩種信息相互疊加和補充。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是以分布交互模擬為基礎(chǔ)，由桌面式、沉浸式等類型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于更復雜的任務(wù)研究。通過廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實將分布在不同地點的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來，這些聯(lián)結(jié)起來的VR系統(tǒng)采用協(xié)調(diào)一致的協(xié)議、標準、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫，形成在時空上相互耦合的虛擬合成環(huán)境，在其中的用戶可以進行交流和互動。如今分布式VR系統(tǒng)已成為國際上的研究熱點，也是今后VR技術(shù)發(fā)展的重要方向。[11]

視覺虛擬現(xiàn)實訓練是在計算機提供的虛擬現(xiàn)實場景下，將電腦動畫游戲運用于弱視治療的視覺訓練[12]。視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)可以提供雙眼視覺訓練，為弱視治療提供了新的治療方式。

3 多媒體視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)

任小軍等對2005年～2007年的172例使用“增視能”弱視增視訓練系統(tǒng)的弱視兒童（5～8歲）進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“增視能”訓練軟件治療效果好并且趣味性強。使用“增視能”訓練時，對單眼弱視或雙眼矯正視力相差不小于2行的患者需要對優(yōu)勢眼進行遮蓋。江萍等對2001～2004年216例使用杭州維視頓智能化斜弱視檢查治療儀的弱視兒童（3-11歲）進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)總體有效率高達96%，基本治愈率71.9%，維視頓治療軟件分為醫(yī)院版和家庭版，醫(yī)生需要根據(jù)醫(yī)院版的治療情況安排患者回家治療，維視頓加強了雙眼視覺訓練功能，但仍然需要對雙眼矯正視力相差不低于2行者的優(yōu)勢眼進行遮蓋。

Cecilia Sik-Lányi等提出了使用多媒體視覺訓練軟件提高弱視兒童的興趣，從而提高他們使用弱視眼的積極性和依從性，最后他們向教師發(fā)放了滿意度調(diào)查問卷，結(jié)果顯示多媒體視覺訓練軟件的接受度很高，孩子們很喜歡使用。

4 基于PC的3D視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)

國外基于電腦的交互式雙目治療系統(tǒng)（I-BIT?）已經(jīng)被開發(fā)用于研究治療弱視。原先該系統(tǒng)使用兩個顯示器，一個內(nèi)容分屏的顯示器放在密閉的箱子中，通過鏡片反射將左右不同的視覺訓練信息傳遞給弱視患者，另一個顯示器用于醫(yī)護人員調(diào)整當前的訓練內(nèi)容或配置軟件參數(shù)[13][14]。PE Waddingham等對6名（5-8歲）弱視兒童使用I-BIT?進行視覺訓練，結(jié)果有5個孩子視力提高了，有些孩子在1小時的治療后就有了效果。之后I-BIT?使用了3D快門眼鏡和3D顯示器等提供分離式訓練內(nèi)容，對10名（平均5.4歲）弱視患者進行實驗，結(jié)果9位患者完成了訓練并提高了視敏度，其中6位患者的視敏度得到顯著提高。但I-BIT?的兩個實驗的被試過少，治療設(shè)備成本高，需要醫(yī)護人員陪同訓練，不利于設(shè)備的普及研究和使用。

Angelo Gargantini基于NVIDIA? 3D Vision?開發(fā)了一套弱視檢查和治療系統(tǒng)，需要一臺配備NVIDIA顯卡的主機，一臺刷新率至少120Mhz的3D顯示器， 患者還需佩戴一副NVIDIA主動液晶快門眼鏡，該系統(tǒng)的基本原理是為雙眼提供相關(guān)但不完全相同的圖像，從而進行雙眼分離式訓練，圖像清晰分離效果好，但總體成本仍然很高，設(shè)備較多不夠便攜，不利于普及研究和使用。

5 移動式3D視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)

國外基于電腦的交互式雙目治療系統(tǒng)（I-BIT?）已經(jīng)被開發(fā)用于研究治療弱視。原先該系統(tǒng)使用兩個顯示器，一個內(nèi)容分屏的顯示器放在密閉的箱子中，通過鏡片反射將左右不同的視覺訓練信息傳遞給弱視患者，另一個顯示器用于醫(yī)護人員調(diào)整當前的訓練內(nèi)容或配置軟件參數(shù)。PE Waddingham等對6名（5-8歲）弱視兒童使用I-BIT?進行視覺訓練，結(jié)果有5個孩子視力提高了，有些孩子在1小時的治療后就有了效果。之后I-BIT?使用了3D快門眼鏡和3D顯示器等提供分離式訓練內(nèi)容，對10名（平均5.4歲）弱視患者進行實驗，結(jié)果9位患者完成了訓練并提高了視敏度，其中6位患者的視敏度得到顯著提高。但I-BIT?的兩個實驗的被試過少，治療設(shè)備成本高，需要醫(yī)護人員陪同訓練，不利于設(shè)備的普及研究和使用。

Angelo Gargantini基于NVIDIA? 3D Vision?開發(fā)了一套弱視檢查和治療系統(tǒng)，需要一臺配備NVIDIA顯卡的主機，一臺刷新率至少120Mhz的3D顯示器， 患者還需佩戴一副NVIDIA主動液晶快門眼鏡，該系統(tǒng)的基本原理是為雙眼提供相關(guān)但不完全相同的圖像，從而進行雙眼分離式訓練，圖像清晰分離效果好，但總體成本仍然很高，設(shè)備較多不夠便攜，不利于普及研究和使用。

6 總結(jié)和展望

國內(nèi)比較成熟的視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)主要是通過軟件游戲內(nèi)容提高兒童治療的依從性，同時增加對弱視眼的刺激，但訓練需要以醫(yī)院治療為主展開，醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)護成本直接影響了弱視患者的治療時機和治療效果，而弱視治療有相應(yīng)的敏感期，不同弱視類型的敏感期也不相同，弱視治療的原則是在敏感期內(nèi)消除形覺刺激阻斷，調(diào)整并恢復雙眼視功能，因此有必要設(shè)計居家便攜式訓練系統(tǒng)方便弱視患者的治療，此外國內(nèi)視覺訓練系統(tǒng)未提供有效的雙眼分離式訓練，不利于雙眼視功能的恢復和提高。國外的視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)使用各種3D顯示技術(shù)提供分離式訓練效果，但色差式訓練系統(tǒng)對顏色依賴高，很容易發(fā)生內(nèi)容分離失敗，不利于普及化研究和居家使用，而快門式3D分離技術(shù)的硬件成本偏高，占用空間大，同樣不利于普及化研究和居家便攜式使用。國外的便攜式視覺訓練系統(tǒng)已有了初步的研究，但硬件上仍不成熟，限制較大，很難在家庭中使用。國內(nèi)外的訓練系統(tǒng)通常需要醫(yī)護人員陪同訓練，訓練內(nèi)容和訓練難度不能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，缺乏平臺記錄和分析知覺學習數(shù)據(jù)，不利于制定合理的治療策略和弱視的大數(shù)據(jù)研究。因此，未來應(yīng)該在不影響雙眼分離式訓練效果的前提下，加強視覺虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)的便攜性，降低系統(tǒng)的成本，更好的服務(wù)廣大的弱視患者。

參考文獻：

[1] 甘蹺玲. 弱視的定義、分類及療效評價標準[J]. 中國斜視與小兒眼科雜志， 1996（3）：97-97.

[2] 健客網(wǎng)社區(qū).弱視發(fā)病率較高，尤其是兒童[EB/OL].[2015-06-05].http：//www.jianke.com/ykpd/1647159.html

[3] 漆爭艷， 郭燕， 楊俊芳，等. 依從性對兒童弱視療效的影響[J]. 國際眼科雜志， 2011， 11（3）：512-514.

[4] 曾文君. 兒童弱視綜合治療療效及依從性分析[J]. 臨床和實驗醫(yī)學雜志， 2007， 6（8）：82-83.

[5] 付晶， 成娟娟， 盧煒. 屈光不正性弱視和正常兒童立體視覺的臨床觀察[J]. 眼科， 2004， 13（5）：182-183.

[6] 曾仁華， 鐘華， 楊小龍，等. 弱視遮蓋治療相關(guān)因素對視力和雙眼視功能重建的影響[J]. 臨床眼科雜志， 2003， 11（6）：556-557.

[7] 吳奇志， 盧煒. 弱視遮蓋治療對雙眼視覺的影響[J]. 眼科新進展， 2008， 28（12）：921-922.

[8] 趙文君， 歐陽忠， 陳敏，等. 弱視遮蓋治療兒童的心理狀況調(diào)查分析[C]// 醫(yī)藥導報（2013年8月第32卷增刊）. 2013.

[9] 趙沁平. 虛擬現(xiàn)實綜述[J]. 中國科學：， 2009（1）：2-46.

[10] 李湘德， 彭斌. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 技術(shù)與創(chuàng)新管理， 2004， 25（6）：10-14.

[11] 李敏， 韓豐. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜述[J]. 軟件導刊， 2010， 09（6）：142-144.

[12] 楊素紅， 甘曉玲， 龐琳，等. 利用視覺虛擬現(xiàn)實訓練軟件治療弱視的療效分析[J]. 中國斜視與小兒眼科雜志， 2004， 12（1）：7-11.

[13] Waddingham P E， Cobb S V， Eastgate R M， et al. Virtual reality for interactive binocular treatment of amblyopia[J]. International Journal on Disability & Human Development， 2006， 5（2）：155-162.

[14] Eastgate R M， Griffiths G D， Waddingham P E， et al. Modified virtual reality technology for treatment of amblyopia.[J]. Eye， 2006， 20（3）：370-4.