確認(rèn)過眼神，這項視功能評估技術(shù)全球首創(chuàng)

欒兆琳

周女士在2019年國慶期間順利產(chǎn)下一個可愛的男寶寶。產(chǎn)后住院期間，寶寶接受了新生兒聽力篩查和苯丙酮尿癥及先天性甲狀腺功能低下的篩查。出院之前，醫(yī)生向周女士推薦了一項新的篩查項目：嬰幼兒智能視功能評估。

大家都知道，視力的評估是需要患者有一定的配合度的，所以，如果沒有特殊原因或者指征，一般不會去特別評估或者篩查新生兒的視力。而這套AI視功能評估系統(tǒng)則很好地解決了這個問題。醫(yī)生通過給寶寶展示一些圖片或者畫面，來錄制寶寶的反應(yīng)，特別是眼睛的反應(yīng)動作，然后輸入電腦進行數(shù)據(jù)分析，就可以了解寶寶的視力情況了。

周女士和丈夫都是高度近視，在孩子出生前就曾經(jīng)擔(dān)心過視力遺傳的問題，希望如果視力上有發(fā)育不好的情況，能夠早發(fā)現(xiàn)早干預(yù)。所以周女士欣然接受了這項檢查。

評估關(guān)鍵詞：3個月 豎抱 5分鐘

今年年初，周女士的寶寶百天過后，周女士和家人帶著寶寶來到了中山大學(xué)中山眼科中心。

評估室是一間白色、安靜的房間，周女士抱著孩子坐在房間正中的椅子上，正面的墻壁開了一個窗口，窗口后面的房間里有醫(yī)生。醫(yī)生會向?qū)殞氄故靖鞣N特定的圖像，同時觀察寶寶的反應(yīng)，而寶寶看不到屏幕后面的醫(yī)生。

中山眼科中心的吳曉航醫(yī)生介紹說，接受檢查的寶寶月齡要在3個月以上，因為評估需要寶寶能夠被豎抱，不被干擾地看到屏幕上的圖像。現(xiàn)場將會對寶寶的表現(xiàn)錄制5分鐘的視頻資料。這些資料后期將會被傳到智能測試軟件中進行大數(shù)據(jù)的比對和分析，最后生成評估結(jié)果。

全球首創(chuàng)：十年積累 中國特色

據(jù)統(tǒng)計，全球有2000萬以上的視覺損傷嬰幼兒不能被及時發(fā)現(xiàn)而終生致盲，給家庭帶來了巨大的痛苦，也給社會造成了沉重的負擔(dān)。

知覺和行為的精確協(xié)作是生物生存和進化的基礎(chǔ)。視覺是人類最重要的知覺，既往研究表明，視覺和行為表現(xiàn)之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。醫(yī)學(xué)研究表明，正常嬰幼兒和視覺損傷嬰幼兒的行為模式存在差異。基于此，研究人員可以通過嬰幼兒的視覺表達和反應(yīng)來初步判斷其視力正常與否，從而為視力的早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)贏得時間。國外的大部分醫(yī)院和國內(nèi)的部分醫(yī)院目前正是基于此原理開展著人工檢查評估。然而，視力喪失如何影響個體行為模式的變化，在很大程度上仍然是未知的。

中山大學(xué)中山眼科中心劉奕志教授和林浩添教授近10年來組織幼兒園、小學(xué)的孩子們檢查視力，收集了大量數(shù)據(jù)，再結(jié)合醫(yī)院的進一步就診，積累了充足的人工檢查錄像資料。從兩年前開始，劉奕志教授和林浩添教授在這些數(shù)據(jù)中，分析了4196名嬰幼兒的行為學(xué)表型視頻大數(shù)據(jù)，定量對比了4大類、13個行為特征不同視功能群體的視損傷發(fā)生頻率及嚴(yán)重程度，首次明確了斜視、眼球震顫、代償頭位等11個標(biāo)志性的醫(yī)學(xué)行為體征，與嬰幼兒視覺損傷的量化關(guān)系。他們利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在全球首次建立了基于行為模式的嬰幼兒智能視功能評估系統(tǒng)，用于客觀篩查嬰幼兒的視功能，及時發(fā)現(xiàn)語言前嬰幼兒的視覺損傷。

林浩添教授說：“小孩的視功能評估技術(shù)現(xiàn)在在國際上還是很大的難題，基于這種現(xiàn)狀，我覺得我們應(yīng)該做一些我們中國優(yōu)勢基礎(chǔ)上的技術(shù)革新。現(xiàn)在第二胎甚至第三胎都出生了，而這種早期視功能的篩查評估就特別重要。我們需要一個比較客觀的、容易用上的技術(shù)。”

在算法設(shè)計上，中山眼科中心創(chuàng)新性地采用時序分割網(wǎng)絡(luò)（Temporal Segment Network）來自主學(xué)習(xí)和建立行為學(xué)表型。該算法結(jié)合稀疏采樣的策略和視頻水平的監(jiān)督，以實現(xiàn)對動態(tài)視頻數(shù)據(jù)集的高效擬合。簡單來說就是，該算法采用基于分段結(jié)構(gòu)的稀疏采樣方案，從原始視頻序列中提取短片段，再從采樣片段的聚集信息中，完成視頻水平的預(yù)測和推斷。輔助的光流網(wǎng)絡(luò)將通過一致性分段函數(shù)，進行整合，達到不同片段分融合的效果，以產(chǎn)生最終的分類概率。

這項成果為建立高準(zhǔn)確性和特異性的嬰幼兒智能視功能評估系統(tǒng)提供了可能。研究結(jié)果表明，通過行為模式的視頻記錄來評估嬰幼兒的視覺功能，智能評估系統(tǒng)在檢測輕度和重度視覺損傷以及病因診斷方面都有令人滿意的表現(xiàn)。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，該系統(tǒng)對技術(shù)支持和嬰兒合作的需求較少，可行性和準(zhǔn)確性都更高。此外，該系統(tǒng)可作為視覺發(fā)育臨床研究的技術(shù)支持，對于進一步探究和明確嬰幼兒的視覺發(fā)育規(guī)律具有重要意義。

劉奕志教授和林浩添教授名為“Discrimination of the behavioural dynamics of visually impaired infants via deep learning”的研究成果于2019年10月21日發(fā)表于《自然》雜志的子刊《自然生物醫(yī)學(xué)工程》（ Nature Biomedical Engineering），并被選為11月的封面文章。

林浩添教授說：“這個成果證明從0到1的過程，這個事情是可行的，從理論，還有從算法，各種各樣的技術(shù)儲備完全沒有問題。我們也是從各種各樣研發(fā)的過程去判斷技術(shù)的可行性。《自然》子刊之所以會發(fā)我們的文章，也是因為他們也看到全世界還沒有這個技術(shù)，這個技術(shù)確實很重要。”

未來可期：家庭手機自測

目前，劉奕志教授和林浩添教授正在繼續(xù)研發(fā)嬰幼兒智能視功能評估系統(tǒng)的2.0版，就是將這套評估系統(tǒng)制作成APP，可以直接下載到手機客戶端。將來，用戶可以直接用手機在家中按要求拍攝孩子的錄像，上傳至系統(tǒng)，直接在家中完成評估，獲取評估結(jié)果。

林浩添教授說，目前的研究成果仍然期待公眾的接受和認(rèn)可，希望成果的應(yīng)用能真正地造福于公眾。同時，中山眼科中心也期待有識之士或企業(yè)的加入，一同研發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品，使科研成果真正落地。