頭戴式虛擬現實技術對成人近視眼視覺功能的影響

趙宏偉 張 宇 趙冰藝 任艷茹 郭世超 郭小華 張建華 陳 宏 羅 靈

虛擬現實(virtual reality,VR)技術是計算機與相關科學技術結合后生成高度近似真實環境下的數字化環境,用戶借助特殊裝備與數字化環境中的對象進行交互作用和相互影響[1]。頭戴式VR以其小型便攜成為了訓練型平臺發展的新趨勢。已經證實VR技術訓練對弱視患者的多項視覺功能參數有良好的效果[2]。但VR對于近視眼患者視覺功能參數的影響研究目前較少。本研究采用頭戴式VR對近視眼受試者進行了干預訓練,現將其視覺功能參數變化報道如下。

對象與方法

1.研究對象:本研究為前瞻性研究,已獲得中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心醫學倫理學委員會批準[倫理學審批號:K2020倫審第(07)號]后,招募某部隊近視眼官兵和門診近視眼患者,將最終符合條件的34例患者采用隨機數字表法分為兩組,即受試組(n=18)和對照組(n=16)。對研究對象進行常規檢查后,于受試前、受試1次后、受試10次后檢測裸眼視力、矯正視力、動態立體視、近立體視、對比敏感度、集合值、散開值、正相對調節(positive relative accommodation,PRA)、負相對調節(negative relative accommodation,NRA)、調節靈活度、調節幅度(amplitude of accommodation,AMP);于受試前、受試10次后進行視疲勞問卷評分和視覺作業能力答題評分。對照組和受試組除常規配戴框架眼鏡外,均未使用藥物或其他功能性治療干預措施,本研究項目的研究對象在研究周期內均未發生失訪現象,采集數據全部用于統計分析。

2.納入與排除標準:納入標準:①年齡18～45歲,性別不限;②視力:雙眼矯正視力≥0.8,且有雙眼立體視;③屈光度:-6.00D≤等效球鏡度≤+6.00D;-3.00D≤散光度≤+3.00D;④無眼科器質性疾病,無眼手術史,無嚴重全身性疾病,如糖尿病、高血壓、惡性腫瘤、自身免疫病、艾滋病等,無精神科疾患,如精神分裂癥、情感障礙、神經癥性障礙等,認知能力正常,可以配合檢查且主觀愿意參加該臨床試驗。排除標準:①不能簽署知情同意書的患者;②在研究期間相關數據丟失的病例。

圖1 Vivid vision系統

4.遠視力:采用5m國際標準視力表,以小數記錄,受試者進行裸眼和矯正分別檢測后進行記錄。

5.對比敏感度:采用多寶視視功能軟件技術檢測。依據說明由被測試者識別黑灰正弦波方向,系統自動在3、6、12、18空間頻率下自動生成對比敏感度數據和曲線。

6.動態立體視和近立體視:均采用沐目清視功能軟件技術檢測。動態立體視檢查根據3次結果,3次均通過記錄為+++,通過2次記錄為++,通過1次記錄為+。近立體視要求找出距離自己最近的圖像,數值記錄范圍為40～200s以上。

7.集合與散開:采用沐目清視功能軟件技術檢測。被檢者戴紅藍眼鏡,盯住屏幕上的圖形,直到看到1個圖形變成2個為止,點擊確定按鍵。同樣的方法檢查第2次,得出2個數值,第1個為散開值,第2個為集合值。

8.調節功能:NRA/PRA/AMP:采用視功能箱和鏡片箱檢測。調節靈活度(Flipper):用±2.00D的雙面鏡20/30視力E字卡,刺激目標距離為40cm。記錄60s內受試者看清視標的循環次數(看清+2.00D和-2.00D為一次循環)。

9.視疲勞問卷:本研究采用的視疲勞問卷由Chen等[3]為評價觀看3D電視后視疲勞狀態所設計。視疲勞問卷包含11個項目。每個項目的評價按主觀感受程度分為0、1、2、3、4、5分,分別對應“完全沒有”、“隱約有一點”、“稍微有一點”、“有感覺”、“比較強烈的感覺”和“很強烈的感覺”。記錄每項得分及總和得分。

10.視覺作業能力:本研究采用王鳳嬌[4]為評價觀看三維視頻后視覺作業能力所設計的校對試驗表。每次作業的完成時間是25s。記錄受試者答對及答錯的個數,最后計算出正確率,用小數記錄。

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結 果

1.基線情況:受試組和對照組在性別、年齡、等效球鏡屈光度(spherical equivalent SE)、最佳矯正視力(best corrected visual acuity,BCVA)基線數據比較,差異無統計學意義(P>0.05),詳見表1。

表1 對照組及受試組基線情況比較

2.遠視力情況:以對照組及受試組右眼視力作為統計分析數據來源,結果顯示,受試組裸眼視力在受試前和受試1次后比較,差異無統計學意義(P>0.05);而受試組裸眼視力在受試10次后分別與受試前和對照組比較,差異均有統計學意義(P<0.05)。最佳矯正視力在組間和受試前和受試1次、受試10次后比較,差異均無統計學意義,詳見表2。

表2 對照組及受試組遠視力情況比較

3. 動態立體視和近立體視情況:動態立體視和近立體視在對照組和受試組各對應時間點上比較,差異無統計學意義(P>0.05),詳見表3。

表3 對照組及受試組動態立體視和近立體視情況比較

4.集合與散開情況:受試組集合值在受試前和受試1次后比較,差異無統計學意義(P>0.05);受試組集合值在受試10次后與受試前比較,差異有統計學意義(P<0.05);受試組集合值在受試10次后與對照組比較,差異有統計學意義(P<0.05);散開值在受試組和對照組之間比較無統計學意義(P>0.05),且受試組內散開值在受試前與受試后1次、受試10次分別比較,差異均無統計學意義(P>0.05),詳見表4。

表4 對照組及受試組集合與散開情況比較

5.對比敏感度情況:對比敏感度在對照組和受試組各對應時間點上比較,差異均無統計學意義(P>0.05),詳見表5。

表5 對照組及受試組對比敏感度情況比較

6.調節情況:受試1次后,對照組和受試組之間Flipper比較,差異有統計學意義(P<0.05);而NRA、PRA、AMP比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。受試10次后,對照組和受試組的NRA和Flippe比較,差異有統計學意義(P<0.05),PRA和AMP差異無統計學意義(P>0.05)。進一步統計結果顯示,受試組在受試10次后與受試前在NRA和Flipper方面,差異均有統計學意義(P<0.05);而在PRA和AMP方面差異無統計學意義(P>0.05),詳見表6。

表6 對照組及受試組調節情況比較

7.視疲勞和視覺作業能力問卷評分:視疲勞和視覺作業能力問卷評分在對照組和受試組各對應時間點上比較,差異均無統計學意義(P>0.05),詳見表7。

表7 對照組及受試組視疲勞和視覺作業能力問卷評分比較分)

討 論

VR目前不僅作為一種視功能檢測工具[5],同時在視功能異常的治療甚至青光眼視神經損傷恢復方面均有報道[6]。本研究是通過對近視眼患者使用頭戴式VR技術的訓練,來評價近視眼患者再進行訓練前后遠視力、動態立體視、近立體視、集合與散開功能、對比敏感度、調節功能、視疲勞和視覺作業能力方面的臨床研究。

VR用于弱視訓練的療效已經得到廣泛認可。因為VR的趣味性及個性化軟件的設計可以加強使用者的積極性和依從性。很多研究顯示,VR可以促進弱視患者視力、對比敏感度和立體視覺功能的改善[2,7～10]。但VR對于某些近視眼患者的視覺功能參數的影響研究很少。

在視力方面本研究結論與上述研究基本一致。本研究納入病例為近視眼患者,矯正視力均基本正常,不做進一步分析。結果顯示,受試組裸眼視力在受試10次后較受試前有明顯提高。在調節功能方面,本研究結論顯示,在受試10次后,NRA和Flipper較受試前差異均有統計學意義。眾所周知,調節痙攣是影響裸眼視力的重要因素。因此,本研究分析VR可能通過改善受試者的調節功能達到提高了裸眼視力和調節靈活度的目的。盡管尚沒有證據證實調節功能異常在近視發生和進展中的具體作用,但還是認為調節靈活度和調節穩定性是導致近視的重要危險因素[11]。Yoon等[12]在一項研究中招募了23例志愿者,他們以兩種模式(沉浸式和非沉浸式)玩VR游戲30min。在使用VR之前和之后檢查視覺參數。使用VR 30min會增加調節近點(near point of accommodation NPA)、會聚近點(near point of convergence NPC),尤其是在使用沉浸式模式之后。此外,使用VR后,較高的外隱斜和較小的NPA與增加的調節滯后有關。Mohamed等[13]研究也認為VR可以提高調節反應。

本研究選取成人近視眼患者作為研究對象,盡管結論顯示VR技術訓練可以提高近視眼患者的裸眼視力和某些調節功能,但不能說明對于近視眼患者的防控尤其兒童近視眼防控有益。

在集合與散開功能方面,Boon等[18]對于集合不足的患者進行每周3次的治療,6周后,發現VR中視覺訓練可以有效提高患者雙眼的集合程度,且與患者治療的依從性相關。也有研究顯示,VR可以改善一定程度的斜視[19]。Li等[20]通過對25例間歇性外斜視患者進行VR治療后認為,VR技術訓練可以降低間歇性外斜視的斜視程度并重建立體視覺。本研究中VR技術訓練內容之一包括階梯融像和跳躍融像訓練,改訓練通過設定聚散單一方向的階梯訓練,以及聚散兩方向的跳躍訓練,來達到提升聚散融像能力的目的。本研究結果顯示,受試組集合功能在受試10次后較受試前明顯改善,而散開功能改善不明顯。我們認為集合功能的改善是VR針對性訓練的結果,進一步提示VR對于集合不足型的外斜可能有改善作用。

在對比敏感度方面,Long等[21]研究發現,每天2次、持續2周的VR技術訓練并不能提高對比敏感度。本研究結果顯示,對比敏感度在對照組和受試組各對應時間點上比較,差異無統計學意義(P>0.05)。但本研究發現,受試組在進行VR技術訓練10次后與對照組比較,統計值(P=0.098)接近于臨界統計顯著水平。因此,本研究推測如果擴大樣本量或者延長訓練時間,可能會有不同的研究結論。

在視疲勞和視覺作業能力方面,Deemer等[22]對30例低視力的患者使用頭戴式VR進行7～10天的家庭式訓練,發現VR系統改善閱讀和視覺信息處理中的功能視覺能力。但Condino等[23]在對20例志愿者行頭戴式增強現實(augmented reality,AR)引導手動任務期間測試發現,使用AR與否并不能提高單眼或雙眼測試的能力,在視覺舒適度和工作負載的影響上,兩者無明顯差異。Hirota等[24]評估了頭戴式VR和二維訓練在執行視覺任務之前和之后經歷的客觀和主觀視覺疲勞,結果顯示,兩者在視覺疲勞的客觀和主觀評價沒有顯著差異。因此,VR對于上述問題目前并沒有統一的結論。本研究結果顯示,視疲勞和視覺作業能力問卷評分在對照組和受試組各對應時間點上比較,差異均無統計學意義,但還是發現視疲勞和視覺作業能力方面,受試組在進行VR技術訓練10次后與對照組比較,統計值(P分別為0.074和0.072)均接近于臨界統計顯著水平。因此,本研究推測如果擴大樣本量或者改變訓練模式或時間可能會有不同的研究結論。

從本研究的結果來看,適當的頭戴式VR技術訓練能夠改善近視眼患者的裸眼視力、NRA和調節靈活度。本研究分析上述指標的改善可能與VR軟件模塊的內涵相關,本研究VR所用模塊的脫抑制方式通過雙眼分視原理,能夠更好地調整優勢眼的遮光度和對比度,連續立體視標和聚散靈活度訓練,以及通過周邊部視網膜立體視覺的差異刺激,從而有助于改善調節功能,最終改善部分的裸眼視力和調節靈活度。但通過近視眼進展與調節滯后的關系來看,VR技術訓練可能對近視眼存在有益成分,但目前VR技術訓練對近視眼影響研究尚在起步階段。

綜上所述,VR對于視功能的不同指標問題上研究結果依然存在較大分歧[25]。有研究認為,VR的使用會帶來諸如干眼、一過性調節性斜視等功能性眼病[26]。可能的原因分析如下,一方面基于雙眼視差原理設計的VR顯示器位置恒定,存在觀看時人眼調節與集合不一致的問題,后者可能是導致一過性斜視的原因;另一方面,VR本身缺陷,比如光纖光線強度、對比度、使用時間、使用方式、使用軟件模塊等沒有標準。VR的使用存在適應證選擇、使用時間、方法以及本身軟件模塊的問題。不同生理年齡有著不同程度的視覺功能代償能力,因此,受試者對VR的反應不同。不同的VR使用方法可能造成不同的結果,因VR本身屬于立體視頻,連續使用較長時間和短期使用,受試者對閃爍光刺激的反應可能存在區別。目前看來,VR硬件和軟件的共同開發、兼容應該是VR技術在視功能康復方面深入應用的重要途徑。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。