眼動技術在醫學診斷中的研究現狀及其在中醫領域的應用前景

李丹陽　高遠　廖林麗　李書楠　張傑屹　彭清華

〔摘要〕 眼動技術作為一種可以客觀記錄眼球運動軌跡、瞳孔變化等眼動特征的技術，被廣泛應用于認知行為學、心理學研究。隨著技術的發展，便攜式、非侵入式、成本效益高的眼動儀的出現，眼動技術開始逐步應用于臨床醫學和基礎研究。眼動信息在疾病的診斷、分型以及療效評價等方面起著關鍵作用，已成為檢測疾病發生發展及評價治療效果的客觀生物標記物。本文闡述了眼動技術的分類及基本工作原理，對近年來眼動技術在醫學診斷方面的研究進行綜述，并結合中醫學特點，探索中醫學與眼動技術的有機結合途徑，對該技術在中醫領域未來的應用前景進行展望。

〔關鍵詞〕 眼動技術；診斷；療效評價；中醫；應用前景；眼動特征；研究現狀

〔中圖分類號〕R276.7? ? ? ?〔文獻標志碼〕A? ? ? ? 〔文章編號〕doi：10.3969/j.issn.1674－070X.２０23.05.029

Research status of eye movement technique in medical diagnosis and prospect for its

application in Chinese medicine

LI Danyang GAO Yuan LIAO Linli LI Shunan ZHANG Jieyi PENG Qinghua

1. Hunan University of Chinese Medicine， Changsha， Hunan 410208， China; 2. The First Hospital of

Hunan University of Chinese Medicine， Changsha， Hunan 410007， China

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕 Eye movement technique is widely used in cognitive behavior science and psychology by recording eye movement features such as trajectories and pupil changes. With the developed portable， non-invasive， and cost-effective eye trackers， eye movement technique has been gradually applied to clinical medicine and basic research. The obtained eye tracking information plays a key role in the diagnosis， classification and clinical efficacy evaluation of diseases， and it has become the objective biomarker for detecting the occurrence and development of diseases and evaluating treatment effects. To sum up， this paper has expounded the classification and basic principles of eye tracking technique， and has reviewed the research of it in medical diagnosis in recent years. Then it has discussed the organic combination of Chinese medicine and eye tracking technique based on the characteristics of Chinese medicine， and finally put forward the prospect for its application in Chinese medicine.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕 eye movement technique; diagnosis; clinical efficacy evaluation; Chinese medicine; prospect for application; eye movement features; research status

眼動技術通過客觀記錄眼動信息，從中提取量化的眼動數據進行分析，進而為疾病的診斷及療效評價提供客觀化的參考依據，是一種具體、精確、可重復的測量工具。眼動主要包括3種基本類型：注視、眼跳以及平滑追蹤，部分疾病還涉及對眼球震顫、微眼跳、共軛運動、會聚等眼動的研究。目前，眼動技術已在醫學診斷領域得到了廣泛應用，得益于部分眼動模式所涉及區域的神經生理學研究相對完善，對應的臨床研究均可以在成熟的神經科學理論框架下進行[1-4]。中醫學很早就認識到眼動在疾病診斷中的重要作用，《靈樞·大惑論》曰：“目者，五臟六腑之精也，營衛魂魄之所常營也，神氣之所生也。”目是精、氣、神所蘊藏之處，受五臟六腑、全身經絡之精氣充養。通過目診，能實現對人體精、氣、神等內在狀態的評估[5]。將眼動追蹤技術運用于中醫領域，能夠為中醫臨床信息的采集以及中醫目診的研究提供更加客觀化、標準化的手段和方法，對疾病的早期診斷及干預具有重要意義。

1 眼動技術的分類及工作原理

眼動技術有一個漫長的發展過程，隨著科學技術的發展，眼動信息的提取由機械法、電信號法逐漸發展到光反射法，最后隨著圖像處理技術及人工智能技術的興起，基于圖像處理技術的眼動分析開始得到了廣泛的應用。下面介紹4種最常用的眼動技術的工作原理。

1.1? 基于眼電圖法（electro-oculography， EOG）的眼動技術

眼電圖法[6]是基于人眼存在電偶極子（角膜正極，眼底負極）這一原理，眼動會使表面電位發生改變，因此，眼電信號的幅值變化就反映了眼動信息。這種方法的優勢在于，其設備較為簡單且為非侵入式，但因為該設備極易受到包括皮膚表面電位差、皮膚導電率、汗水等客觀因素的影響，使得其信號分辨率受到噪聲的干擾，導致記錄結果的精度不佳、誤差較大。但該方法作為唯一能夠在閉眼條件下進行眼動記錄的方法，在睡眠眼動研究中具有其獨特的地位。

1.2? 基于紅外反射法（infrared reflection devices， IRD）的眼動技術

紅外反射法是依據眼部不同部位對紅外光反射率的不同來追蹤眼動方向，在此基礎上，又分為角膜反射法、瞳孔-角膜反射法、瞳孔-普爾欽像法等。（1）角膜反射法[7-8]：在光線及頭部位置相對固定的前提下，眼動使得角膜表面反射光斑隨之變化，通過獲取角膜反射光斑的位置變化可以記錄眼動的相關信息，但該方法對頭部及光源的相對位置要求較高，如果相對位置發生改變，測試結果將會受到較大干擾，最終視線落點也會存在較大誤差。（2）瞳孔-角膜反射法（pupil center corneal reflection， PCCR）法[9]：該方法的核心原理在于眼動方向可以由瞳孔及角膜反射光線間的相對角度確定。人眼各部分的紅外光反射率不同，角膜對紅外光最為敏感。因此，在紅外光照射下，通過對反射紅外光進行收集，可以獲得清晰的暗瞳圖像并伴明亮的反射光斑，測量瞳孔和光斑間的相對位置即說明了眼動方向。（3）瞳孔-普爾欽像法[10]：由于瞳孔和虹膜的紅外光反射率相差較大，瞳孔可以吸收大部分紅外光，而虹膜則反射大部分紅外光。因此，可以在眼部的拍攝圖像中獲得清晰的普爾欽斑及瞳孔位置，通過分析二者的位置變化，可以準確獲取眼動的信息。

1.3? 基于錄像眼動圖法（video-oculography， VOG）的眼動技術

錄像眼動圖法依賴于快速發展的電子數據處理技術，直接將包含整張臉或整個人眼部分在內的二維圖像作為參數輸入，提取眼球固定標記的位置坐標，通過大數據學習建立標定樣本，再利用人工智能技術對眼動模式進行分類。要實現對眼動信號的精準捕捉，需要大量的樣本進行前期訓練，前期標定和建模的研究成本較高，但隨著算法的逐步完善，得益于設備簡單、成本低廉以及被試者有較大活動度的特點，基于VOG的眼動技術已經廣泛應用于眼動研究的各個領域。

1.4? 基于搜索線圈法的眼動技術

搜索線圈法是一種機械性、侵入式的眼動研究方法，通過在眼球上附著搜索線圈，由方向線圈及兩個扭轉線圈共同構成正交磁場，眼動帶動搜索線圈在磁場內產生誘導電壓，據此計算眼動信號。由于搜索線圈記錄的眼動信息具有精度高、噪聲小、可靠性高的特點[11]，因此該方法被認為是眼動研究最具有權威性的參考標準[12]。但該方法設備設置復雜，且由于設備直接與眼球接觸，可能會對被試者的視力造成損傷[13]，這些因素都限制了搜索線圈的應用與發展。

2 眼動技術在醫學診斷領域的研究現狀

從診斷學角度看，眼動技術是評估大腦功能的經典方法，在理解精神障礙、認知行為障礙等方面也起著關鍵作用，量化并記錄眼動數據可以提高對疾病亞臨床缺陷的檢測靈敏度，為疾病的臨床診斷提供有力的補充證據，并有助于疾病發病機制及預后效果的討論。目前，已有許多研究者將眼動技術納入了神經系統疾病、精神障礙疾病以及眼科疾病的診斷學研究。

2.1? 神經系統疾病的篩查與診斷

眼動技術作為基礎神經科學的重要研究工具，被廣泛應用于帕金森病（Parkinson's disease， PD）、阿爾茨海默病（Alzheimer's disease， AD）、多系統萎縮癥（multiple system atrophy， MSA）等神經系統疾病的診斷學研究。ZHANG等[14]用眼動技術跟蹤了PD患者包含注視穩定性、掃視潛伏期、平滑追蹤增益等在內的6項動眼神經參數，并同時記錄了PD患者的臨床表現，研究結果顯示，PD患者的平均掃視潛伏期與對照組相比增加了16.3%，同時，其注視穩定性與對照組相比顯著下降，結合6項眼動指標可將PD的診斷準確率提高至90%以上。另一方面，該研究顯示追蹤增益指標與PD的多項臨床評估指標呈顯著相關，這表明眼動技術不僅能夠輔助PD的診斷，還能為PD的臨床評估提供客觀參考依據。同時，眼動還可能作為神經系統疾病早期分化和進展的敏感標記物。BROOKS等[15]在研究中發現，MSA患者的眼跳潛伏期顯著減慢，MSA及PD患者的抗眼跳錯誤率明顯高于健康對照組，MSA的眼跳潛伏期長于PD組及健康對照組。更有趣的是，7個月后的重復測試表明，PD組及健康對照組的眼跳潛伏期隨時間推移出現縮短，而這種縮短并未發生在MSA患者中。MSA患者的異常潛伏期表明，在MSA的病程早期存在區別于PD的眼動功能改變，且這種變化可能能夠較為敏感的反映MSA和PD在短時間間隔內產生的病理差異。因此，眼動表現可能作為早期區分PD及MSA的客觀標記物，同時也可以作為衡量MSA進展的有效標志。還有研究通過對輕度認知障礙（mild cognitive impairment， MCI）患者、AD患者以及對健康對照者的眼跳數據進行分析，發現抗掃視潛伏期、抗掃視錯誤率等指標可以用來區分AD患者及健康對照者，同時，在間隙及重疊掃視任務中，AD患者的掃視潛伏期明顯長于MCI患者，其抗掃視錯誤率相較MCI患者也顯著升高。因此，可以借助眼跳技術實現對MCI、AD及健康對照者之間的有效區分[16]。眼動技術還可以應用于多發性硬化癥患者傳出視覺系統功能障礙的檢測與評估，以及預后及疾病進展監測[17-18]。并且，眼動指標作為神經創傷的一種有前途的內表型，在創傷性腦損傷的檢測與診斷中也具有重要價值[19]。

2.2? 精神障礙疾病的篩查與診斷

越來越多的證據表明，眼動功能障礙是精神障礙性疾病的一種穩定特征，可能作為精神障礙疾病的一種內表型或遺傳標記[20-21]。因眼動數據可以被客觀記錄并量化，因此，也被廣泛運用于精神障礙疾病的早期篩查與診斷。目前，精神分裂癥相關的眼動研究已經取得了一定進展，包括對精神分裂癥患者的非典型掃描路徑、注視及眼跳的次數及時間、平滑追蹤數據的探索與研究。目前比較一致的研究結果認為，注視時間、點數及距離等指標可能被視為早期檢測精神分裂癥患者的潛在生物標志物[22-25]，并輔助精神分裂癥患者的臨床進展評估。孤獨癥譜系障礙（autism spectrum disorder， ASD）的臨床前預測也是當前研究的重點之一，CAMERO等[26]利用眼動技術對在語言互動任務中孤獨癥兒童與健康兒童的注視跟蹤及瞳孔擴張情況進行評估，結果顯示二者在注視跟蹤次數及時間上存在顯著差異，因此，注視指標可能作為ASD存在的潛在生物指標。

眼動技術還被廣泛應用于抑郁癥、焦慮癥及雙相情感障礙等疾病的診斷研究。MALSERT等[27]利用眼動技術對抑郁患者的抗眼跳指標進行評估，結果顯示抗眼跳指標與抑郁患者的臨床評估間存在相關關系，提示眼動特征可以作為抑郁狀態的一項衡量指標。另有部分研究發現，抑郁患者的眼跳及平滑追蹤運動與健康對照組間存在顯著差異[28-29]，說明抑郁患者在眼動數據上與非抑郁者存在差異性。CHROBAK等[30]發現，雙相情感障礙患者存在收斂干擾及眼跳侵入等眼動異常。前期研究表明，該人群的掃視及抗眼跳運動也存在異常，可能作為雙相情感障礙的一種生物標志[31]。

雖然現在的眼動研究在研究對象、觀測指標、研究范式等方面不盡相同，且仍需要大量的后續研究佐證其診斷價值，但眼動技術無疑提供了基于神經生理學進行疾病診斷及評估的新思路。

2.3? 眼科疾病的篩查與輔助診斷

眼動技術在眼科疾病的診斷中起到了重要的作用。大量的前期研究表明，青光眼所引起的神經退行性改變同樣會影響視覺運動系統，因此，眼動技術也被廣泛地應用于青光眼的功能缺陷評估以及臨床診斷分型[32-35]。BALLAE等[36]對高眼壓型青光眼（high

tension glaucoma， HTG）、正常眼壓型青光眼（normal tension glaucoma， NTG）及原發性閉角型青光眼（primary angle closure glaucoma， PACG）的眼跳運動進行比較，發現不同亞型青光眼間存在眼跳差異，因此，眼跳運動可能為青光眼的臨床分型提供客觀的參考指標。有研究利用眼跳數據來對青光眼所致視野缺損進行評估，結果顯示青光眼患者眼動數據的眼間差異與臨床視力評測眼間差異存在著顯著相關，提示眼動數據可能被用作青光眼患者視野損傷的生物標志[37]。

隨著計算機技術的不斷發展，眼動技術還與人工智能相結合，使用眼動數據聯合卷積神經網絡構建智能化的視力檢測工具，用于斜視、隱斜視的篩查與診斷[38-40]。也有研究將其用于特殊智力障礙兒童的視力評估，為小兒視力障礙的檢測提供了附加價值信息[41-42]。

3 眼動技術在中醫領域的應用前景

3.1? 眼動技術在中醫診斷方面的應用前景

3.1.1? 在中醫表征信息采集中的應用? 現代科學技術的進步為中醫的客觀化、規范化、標準化發展提供了可能。傳統的中醫診斷學依賴于四診信息對疾病進行辨識與診斷，而從沈自尹教授“微觀辨證”概念的首次提出[43]，到李燦東教授“宏、中、微”三觀并用的中醫健康狀態表征參數體系的建立[44]，中醫表征信息涵蓋范圍在逐步擴充，表征信息采集得到了進一步的完善，中醫辨證參考體系已不僅僅局限于傳統的四診信息，還包含了越來越多現代科技所采集的數據指標。眼動技術可以通過記錄人體在處理視覺信息時的眼動軌跡以及瞳孔擴張，反映大腦功能和認知功能，還能從一定程度上作為大腦病理性結構改變的生物標志。對于部分病情較輕或早期無明顯臨床癥狀的疾病，如PD、AD以及主要依靠主觀感性指標進行臨床評價的疾病，如抑郁癥、焦慮癥等，借助眼動指標可以發現其潛在證候，為療效評價提供客觀化的參考指標，有助于提高臨床診斷的準確性并完善客觀化中醫療效評價體系。而眼動技術作為一種靈敏、精準、客觀的現代化檢測工具，將其應用于中醫表征信息采集，既是對中醫健康狀態表征參數體系的完善，也是對中醫整體觀的繼承與發展。

3.1.2? 在中醫現代化目診研究中的應用? 目診通過觀察目的神、色、形、態4個方面的變化，來推斷疾病的發生，辨別疾病的性質，預測疾病的發展與轉歸，在中醫的臨床診斷中起著至關重要的作用。目診包括望目神、望目色、望目形、望目態4個方面，但目前研究仍大多集中于望目色及望目形的研究，傳統望目辨證以五輪八廓學說為理論基礎對眼部進行了臟腑劃分，望目辨證的重點仍是觀察眼睛不同部位所產生的形色變化，并據此診斷相應的臟腑病變[45]。現代中醫目診的研究順應科學發展的要求，廣泛應用各種診療儀器為臨床診斷提供客觀化的參考指標。但同樣，這些新技術也多是基于對眼部病理性形色改變的記錄來實現對疾病的診斷。中醫目診的目態研究仍基本處于空白階段。中醫學早在《黃帝內經》中就強調了目態在疾病辨證審因、推測預后中的重要作用，如“瞳子高者，太陽不足”，“戴眼者，太陽已絕，此決生死之要”，均指出了目睛上視與太陽經氣衰竭之間的密切聯系。“少陽終者，耳聾、百節皆縱，目系絕。目系絕，一日半則死矣”，指出雙目直視且轉動不靈是少陽之氣衰竭的表現，提示病情危重且預后較差。《黃帝內經》中所涉及的目態還包括直視、瞪視、斜視、目■等多種，均具有較高的診斷價值，但由于診斷技術的局限性，以往的目態研究多依賴于臨床醫生的床邊檢查，具有相當大的主觀性，目態指標難以被量化并記錄，這不利于研究結果的互通。眼動技術的發展為中醫目診的目態研究提供了技術可行性，能夠對目態數據進行具體、精準、可重復的測量，實現目態數據的客觀化、標準化，從目態角度為疾病的臨床診斷、辨證分型以及療效評價研究提供數據支持。此外，基于眼動技術的前期研究成果，以眼動指標與中樞神經系統之間的關系網絡為媒介，可以進一步探索疾病的神經生理學發病機制，能夠從更全面角度解讀眼動信息變化與疾病發生發展之間的關系。同時，借助眼動技術進行客觀化、標準化的目態研究，也是對中醫目診體系的進一步完善與發展。

3.2? 眼動技術在中醫健康管理方面的應用前景

中醫學“治未病”思想自春秋戰國伊始，經過上千年的傳承與發展，已經形成了一套完備、系統的認識論及方法學，這種理論與現代的健康管理核心概念不謀而合，順應著時代的需求，中醫健康管理得到了迅速的發展。目前中醫健康管理的核心難點及發展瓶頸，在于如何實現對亞健康人群的健康管理、如何實現對于“未病之病”的早期篩查與監測，簡單來說就是如何實現“未病先防”。一方面，隨著眼動技術的發展，其研究領域已經從心理學、神經科學研究逐漸擴展到臨床醫學研究，眼動數據作為部分眼科疾病及神經系統疾病的早期生物標志，在疾病的早期診斷與篩查方面有著明顯優勢，將眼動技術應用于中醫健康管理，能夠為中醫健康風險預警提供新的觀測指標，也為中醫健康狀態的客觀化評估提供新的證據支撐。另一方面，隨著社會對心理健康問題的關注度逐年增加，實現對精神心理疾病的早期篩查、診斷及干預治療也已經成為中醫健康管理發展亟待解決的關鍵問題，而研究顯示眼部運動特征可以作為部分精神障礙疾病診斷及評估的生理基礎指標，這也與中醫學“望目察神”的思想相通，因此，將眼動技術應用于中醫情志病的健康管理，也能夠為情志病客觀化診斷標準的建立提供新思路，為中醫健康管理的發展提供更廣闊的科技平臺。

4 結語與展望

隨著計算機技術的發展及圖像分析水平的提高，眼動技術的使用成本已經得到了有效控制。得益于其便捷、靈敏、精準的特點，眼動技術已經在醫學診斷方面得到了廣泛應用。雖然目前研究因受到眼動參數、儀器種類、儀器精度、活動范式以及樣本量大小等因素的影響而導致數據可靠性降低，但眼跳數據對疾病的診斷價值仍是至關重要。目前，眼動技術還尚未應用于中醫診斷領域，但望目態作為中醫目診的重要組成部分，在中醫臨床診斷、治療及預后的評估中均具有重要意義，故本文通過對眼動技術在現代醫學診斷領域的研究進展進行梳理，結合中醫學特點對眼動技術在中醫學領域的應用前景進行探討，以期為中醫現代化研究提供新思路與參考方向。

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