兒童視力自動(dòng)檢測系統(tǒng)在嬰幼兒視力評價(jià)中的初步應(yīng)用

文靜 李曉清 楊必琨 崔錦實(shí) 王莉 曹奕雯 崔金玉 武一萍 陳巍 邢杉杉

視銳度是臨床實(shí)踐中最常用的視功能評估指標(biāo)，對于成人及能夠合作的兒童，視力表是使用最廣泛的視銳度測量工具。而對于低年齡段認(rèn)知不足的嬰幼兒，臨床通常使用基于優(yōu)先注視法的條柵視力檢測卡進(jìn)行視力評估，或者使用非定量方法。但是條柵視力檢測卡（TAC-II,美國Stereo Optical公司）也存在需要由有經(jīng)驗(yàn)的檢測人員進(jìn)行檢測，視力檢測結(jié)果受到檢測人員主觀因素影響，檢測時(shí)間比較長等不足，影響臨床上的廣泛使用，尤其難于在婦幼保健人員中普及而進(jìn)行嬰幼兒視力篩查。以往，國內(nèi)外學(xué)者曾利用電子計(jì)算機(jī)開展了不同類型的嬰幼兒條柵視力自動(dòng)化檢測的研究探索，但是各檢測系統(tǒng)都僅是利用電子屏幕進(jìn)行條柵的自動(dòng)展示，對于受檢兒童眼動(dòng)的捕捉仍需要人工觀察，或通過監(jiān)視后臺展示的影像，或借助于眼動(dòng)曲線來完成，沒有實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)檢測。本研究報(bào)道的兒童視力自動(dòng)檢測系統(tǒng)（Automated acuity card procedure，AACP）可以實(shí)現(xiàn)受檢兒童條柵視力的自動(dòng)化檢測，我們將這一系統(tǒng)用于嬰幼兒視力檢測，再與人工條柵視力卡檢測進(jìn)行比較，探討該系統(tǒng)臨床應(yīng)用的可行性。

1 對象與方法

1.1 對象

本項(xiàng)目以自愿為原則，收集2018年2月至2021年10 月在北京大學(xué)第一醫(yī)院兒童保健門診、北京大學(xué)第一醫(yī)院小兒眼科門診、北京市西城區(qū)婦幼保健院、北京市海淀區(qū)婦幼保健院的3～6 歲健康兒童33例和5～30月齡健康嬰幼兒194例進(jìn)行研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：①孕周≥37周及＜42周；②出生體質(zhì)量≥2500 g；③生長發(fā)育正常的嬰幼兒。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有存在先天性疾病、產(chǎn)傷、吸氧史、宮內(nèi)缺氧史等；②出生后患有影響眼部和視力的全身性及眼部疾??；③母孕期有特殊病史及眼部器質(zhì)性疾病。本研究遵循赫爾辛基宣言，通過北京大學(xué)第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審查[批號：（2018）科研第（223）號]。研究資料的使用均取得受檢者及監(jiān)護(hù)人的知情同意。

1.2 檢查設(shè)備

1.2.1 AACP AACP主要由液晶顯示屏、高清攝像頭、數(shù)據(jù)處理電腦組成。由北京大學(xué)第一醫(yī)院與北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院共同研制開發(fā)（國家發(fā)明專利：ZL201510919621.4）?；诒本┐髮W(xué)眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)（國家發(fā)明專利：ZL 201410775791.5）能夠識別嬰幼兒注視方向的特點(diǎn)，通過液晶顯示屏逐級呈現(xiàn)由低至高空間頻率的檢測條柵（條紋由寬變窄），每個(gè)空間頻率的檢測條柵在屏幕左、右兩側(cè)隨機(jī)出現(xiàn)3次。并在每一級檢測條柵之間呈現(xiàn)卡通畫面和音樂吸引兒童注意力。高清攝像頭攝取被檢兒童面孔圖像，重點(diǎn)捕捉雙眼角膜區(qū)域及五官位置信息，通過算法計(jì)算眼動(dòng)方向與條柵顯示位置在空間與時(shí)間上的一致性，從而自動(dòng)判斷被檢兒童對該空間頻率條柵是否能識別；出現(xiàn)的3次檢測條柵中有2次及以上識別，判斷為成功識別，則計(jì)算機(jī)自動(dòng)顯示下一級更高空間頻率的條柵，逐級檢測，直至受檢兒童不能識別或者完成全部條柵的識別；如果判斷為不能識別，則計(jì)算機(jī)自動(dòng)顯示上一級更低空間頻率的條柵，如果判斷為成功識別，則該空間頻率被判定為受檢兒童的條柵視力值。系統(tǒng)自動(dòng)檢測判斷的受檢兒童可識別的最高空間頻率（最小寬度）條柵值，即為被檢兒童的條柵視力值。初始條柵的空間頻率依據(jù)兒童年齡設(shè)定匹配，并非從最低空間頻率開始，便于在顯示較少條柵的情況下完成檢測，盡量縮短檢測時(shí)間。

本系統(tǒng)還研發(fā)了手機(jī)操作及監(jiān)測軟件，方便操作的同時(shí)也能在檢查過程中觀察被檢兒童注視追隨的狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理電腦后臺系統(tǒng)有注視跟蹤曲線，便于對采集數(shù)據(jù)的精確度進(jìn)行進(jìn)一步判斷。

1.2.2 條柵視力檢測卡 TAC-II是由美國Stereo-Optical公司生產(chǎn)的條柵視力檢測卡，由16張檢測卡和1 張灰色Blank卡組成，每張卡長55 cm，寬25 cm，厚約0.5 cm，條柵圖案長12 cm，寬12 cm，位于均勻一致的灰色背景一側(cè)，檢測板背面有相應(yīng)空間頻率值。共有16個(gè)高低不同的空間頻率條柵，用于檢測出兒童的不同視力值。

1.3 檢查步驟

1.3.1 AACP視力評估 檢查開始前，首先讓被檢兒童坐在家長腿上或合適的檢查椅上，面對AACP的液晶顯示屏，5～30月齡嬰幼兒距離為55 cm，3～6歲兒童距離為84 cm，并在測試過程中保持距離不變。液晶顯示屏首先播放伴有音樂的卡通畫面，吸引被檢者的注意力，此時(shí)檢查者可以通過顯示屏上的面孔識別指示標(biāo)或手機(jī)操作及監(jiān)測軟件上的注視監(jiān)視器，判斷被檢者是否穩(wěn)定注視顯示屏上的畫面。當(dāng)被檢者能夠較穩(wěn)定注視顯示屏畫面時(shí)，進(jìn)入測試階段。

測試階段由AACP自動(dòng)進(jìn)行，當(dāng)判斷出被檢兒童能夠識別的最小寬度條柵時(shí)自動(dòng)停止。測試階段，檢查者可以通過注視監(jiān)視器觀察被檢者注視行為，并對本次測試的置信度進(jìn)行評分。置信度評分為1～5分。測試階段注視屏幕時(shí)間不超過20%代表結(jié)果不可信，評為1分。測試階段注視屏幕時(shí)間100%代表結(jié)果完全可信，評為5分。置信度評分為4分及以上的檢測結(jié)果為有效數(shù)據(jù)。

5～30月齡嬰幼兒進(jìn)行雙眼視力的檢查。3～6歲兒童先進(jìn)行雙眼視力的檢查，然后分別進(jìn)行右眼、左眼視力的檢查。所有檢查均由同一檢查者進(jìn)行。

1.3.2 條柵視力檢測卡視力評估 被檢者坐在家長腿上或合適的檢查椅上，面對檢查者，雙眼距離檢測卡平面55 cm（5～30月齡嬰幼兒）或84 cm（3～6歲兒童），并在測試過程中保持距離不變。檢查者將檢測卡置于被檢者視野內(nèi)，卡片中心觀察孔與雙眼高度平行。檢查者吸引被檢者的注意力，然后出示1張檢測卡，從卡片中心觀察孔或卡片上方迅速觀察被檢者對條柵的追視反應(yīng)，重復(fù)檢測2～3次。如果能夠明確被檢者眼睛穩(wěn)定追視條柵位置、面部轉(zhuǎn)向條柵方向，手指或口頭表達(dá)條柵位置等反應(yīng)2次以上，判斷為被檢者可以看到這一級條柵，檢查者再出示下一級條柵，直至被檢者沒有明確追視等反應(yīng)。一般先檢測雙眼，再檢測單眼。受檢眼能夠識別的最小寬度條柵（最高空間頻率），即為該眼的條柵視力。

測試階段結(jié)束后，檢查者同樣根據(jù)被檢者的注視行為，對本次測試的置信度進(jìn)行評分。置信度評分為1～5分。能配合進(jìn)行注視的時(shí)間不超過20%代表結(jié)果不可信，評為1 分。全程100%的時(shí)間均能配合注視代表結(jié)果完全可信，評為5分。置信度評分為4分及以上的檢測結(jié)果為有效數(shù)據(jù)。

5～30月齡嬰幼兒進(jìn)行雙眼視力的檢查。3～6歲兒童先進(jìn)行雙眼視力的檢查，然后分別進(jìn)行右眼、左眼視力的檢查。所有檢查均由同一檢查者進(jìn)行。2 種視力評估方法按隨機(jī)順序進(jìn)行，第1 種測試結(jié)束后被檢者休息10 min，再進(jìn)行第2種測試。2種評估方法由2位檢查者分別進(jìn)行測試，且測試位于不同檢查室。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

前瞻性臨床研究。使用SPSS 23.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以

M

（

Q

，

Q

）表示，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)則以表示。應(yīng)用Wilcoxon符號秩檢驗(yàn)進(jìn)行2種視力間的差異性比較，應(yīng)用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較不同月齡間的視力差異性。2種檢測方法測量的視力數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用Spearman相關(guān)分析進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)（

r＜

0.4相關(guān)性較差，0.4≤

r

＜0.7相關(guān)性較好，

r

≥0.7相關(guān)性較強(qiáng)），采用廣義估計(jì)方程對單眼視力數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步相關(guān)性分析。采用Bland-Altman圖進(jìn)行2種視力的一致性分析。3～6歲兒童條柵視力數(shù)據(jù)由條柵視力換算成Snellen視力：即條柵視力F的單位為周/度（Cycles per degree，cpd），l周為l對黑白條紋，1個(gè)條紋寬度所對應(yīng)的視角為可分辨視角?？煞直嬉暯?l/（2×F），Snellen視力=l/視角=條柵視力/30。以

P

＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

33例（66眼）3～6歲兒童進(jìn)行了雙眼視力的檢測，AACP及TAC-II的檢測結(jié)果均為有效數(shù)據(jù)。其中30例（54眼）兒童完成了2種檢測方法的單眼視力檢測并得到有效數(shù)據(jù)。雙眼視力檢查完成率100%，單眼檢查完成率90.0%。5～30月齡嬰幼兒194例（388眼），141例（282眼）完成AACP及TAC-II的雙眼視力檢測并得到有效數(shù)據(jù)，檢查完成率72.7%。

2.2 AACP與TAC-II視力的相關(guān)性

3～6歲兒童AACP檢測的雙眼條柵視力為30.00（22.91，30.00）cpd，Snellen視力為1.00（0.76，1.00）。TAC-II檢測的雙眼條柵視力為26.00（19.00，38.00）cpd，Snellen視力為0.87（0.63，1.26）。3～6歲兒童AACP檢測的單眼條柵視力為30.00（15.27，30.00）cpd，Snellen視力為1.00（0.51，1.00）。TAC-II檢測的單眼條柵視力為19.00（13.00，26.00）cpd，Snellen視力為0.63（0.43，0.86）。AACP與TAC-II這2種方法檢測雙眼視力存在正相關(guān)（

r

=0.40，

P

=0.021），單眼視力也存在正相關(guān)（

r

=0.55，

P

＜0.001）。廣義估計(jì)方程顯示，在3～6歲兒童中AACP單眼視力與TACII單眼視力存在顯著相關(guān)（

β

=6.02，

P

＜0.001）。5～30 月齡嬰幼兒AACP與TAC-II檢測的雙眼視力相關(guān)性較強(qiáng)（

r

=0.88，

P

＜0.001）（見圖1），相關(guān)系數(shù)高于3～6歲兒童。

2.3 AACP與TAC-II視力的一致性

圖1.5～30月齡嬰幼兒AACP與TAC-II視力的相關(guān)性散點(diǎn)圖Figure 1. Correlation scatter plot of AACP acuity and TAC-II acuity in 5-30 months infants.

AACP和TAC-II測量的3～6歲兒童雙眼條柵視力和單眼條柵視力的95%一致性界限（Limits of agreement，LoA）分別為-18.30～21.74 cpd、-12.14～24.18 cpd，分別有6.1%（2/33）、1.8%（1/54）的點(diǎn)位于95%LoA外，見圖2。

AACP和TAC-II測量的5～30 月齡嬰幼兒雙眼條柵視力的95%LoA為-10.25～13.84 cpd，范圍較3～6歲兒童雙眼條柵視力的95%LoA窄，只有9.2%（13/141）的點(diǎn)位于95%LoA外，結(jié)果一致性較好（見圖3）。

2.4 5～30月齡嬰幼兒不同月齡間雙眼條柵視力情況

將141例得到有效數(shù)據(jù)的5～30月齡嬰幼兒按月齡分為7組。AACP與TAC-II測量的條柵視力基本一致，不同月齡間AACP視力與TAC-II視力比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均

P

＜0.05），見表1。Spearman相關(guān)分析顯示，AACP視力與TAC-II視力在各個(gè)月齡間均存在明顯正相關(guān)（

r

=0.82～0.94,均

P

＜0.05），見表1。Kruskal-Wallis檢驗(yàn)顯示，5～30月齡嬰幼兒中不同月齡間AACP視力、TAC-II視力差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（

H

=32.02，

P

＜0.001；

H

=54.96,

P

＜0.001）。嬰幼兒的AACP視力和TAC-II視力與月齡增加呈正相關(guān)，條柵視力隨月齡增長而提高（

r

=0.42，

P

＜0.001；

r

=0.58，

P

＜0.001）。

圖2.3～6歲兒童AACP與TAC-II視力一致性的Bland-Altman圖A：AACP與TAC-II測量雙眼視力一致性的散點(diǎn)圖（n=66眼）；B：AACP與TAC-II測量單眼視力一致性的散點(diǎn)圖（n=54眼）。實(shí)線表示差值的均值，虛線表示95%一致性界限Figure 2. Bland-Altman plot of AACP acuity and TAC-II acuity in 3-6-year-old children.A:Scatter diagram of binocular visual acuity consistency measured by AACP and TAC-II(n=66 eyes).B:Scatter diagram of monocular visual acuity consistency measured by AACP and TAC-II(n=54 eyes).The solid line represents the mean of the difference,and the dashed line represents the 95% consistency limit.AACP,automated acuity card procedure;TAC,Teller acuity card.

圖3.5～30月齡嬰幼兒AACP與TAC-II測量雙眼視力一致性的Bland-Altman圖(n=282眼)實(shí)線表示差值的均值，虛線表示95%一致性界限Figure 3. Bland-Altman plot of AACP acuity and TAC-II acuity in 5-30 months infants (n=282 eyes).The solid line represents the mean of the difference,and the dashed line represents the 95% consistency limit.AACP,automated acuity card procedure;TAC,Teller acuity card.

3 討論

優(yōu)先注視法（Preferrencial looking，PL）的理論依據(jù)是，相對于顏色均勻的空白畫面，嬰幼兒更喜歡注視有圖像的畫面。因此，條柵視力檢測卡是在均勻一致的灰度卡一側(cè)，設(shè)計(jì)了1塊由黑白條柵組成的方形或圓形圖案區(qū)域；黑白條柵寬度不同，就構(gòu)成了1組不同空間頻率的視力檢測卡。當(dāng)卡片展示在嬰幼兒面前時(shí)，嬰幼兒會注視條柵一側(cè)，嬰幼兒能注視的最小寬度條柵即為他（她）的視力水平。由于條柵視力檢測卡使用的局限性，對檢測人員技術(shù)要求較高，對環(huán)境要求也較嚴(yán)苛，檢查過程中嬰幼兒注意力很容易被周圍環(huán)境所分散，難于在臨床廣泛使用，更無法作為篩查工具被婦幼保健人員用于日常篩查嬰幼兒視力。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，既往已有國內(nèi)外學(xué)者將計(jì)算機(jī)技術(shù)與PL法相結(jié)合，用于嬰幼兒視力檢測。以往所報(bào)道的條柵視力自動(dòng)檢測系統(tǒng)，僅完成自動(dòng)屏幕呈現(xiàn)，并未完成眼動(dòng)注視的自動(dòng)識別、跟蹤和視力值計(jì)算，往往停留在實(shí)驗(yàn)室研究層面，目前尚未有全自動(dòng)條柵視力檢測系統(tǒng)的研究報(bào)道。AACP基于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測的思路進(jìn)行研發(fā)，不僅設(shè)計(jì)了自動(dòng)顯示和自動(dòng)判斷功能，條柵呈現(xiàn)間期自動(dòng)呈現(xiàn)卡通視標(biāo)和音樂的設(shè)計(jì)，能很好地吸引兒童注意力，使被檢兒童能夠精力集中地快速完成測試。本研究結(jié)果顯示，3～6歲兒童的雙眼視力完成率為100%，5～30月齡嬰幼兒的雙眼視力完成率也可以達(dá)到72.7%。本研究報(bào)道的是1次檢測的完成率，對于研究過程中狀態(tài)欠佳、配合度不高的被檢嬰幼兒，通過選擇狀態(tài)好時(shí)再重復(fù)檢測，也能較好完成。AACP與TAC-II所得到的視力結(jié)果差異性小，相關(guān)性高。這初步證明該系統(tǒng)可以用于嬰幼兒視力評估，有望成為嬰幼兒條柵視力自動(dòng)檢測的實(shí)用工具。

嬰幼兒視力發(fā)育在出生后6 個(gè)月內(nèi)非常迅速，在之后的1年里持續(xù)增長。本研究顯示，不同月齡的AACP和TAC-II視力均存在顯著正相關(guān)。AACP與TAC-II檢測的視力相似，均呈現(xiàn)隨年齡增加而逐漸上升的趨勢，與既往報(bào)道的嬰幼兒條柵視力發(fā)育情況相一致。本研究顯示，2 種檢測方法在5～30個(gè)月的被檢嬰幼兒中相關(guān)性及一致性更好，優(yōu)于在3～6歲兒童。這可能與3～6歲兒童視力更高，可以分辨的條柵非常細(xì)窄（雙眼均在20 cpd以上，單眼在19 cpd以上），高清顯示屏幕對高空間頻率條柵的呈現(xiàn)受到電子屏幕亮度的影響而使條柵位置可識別度高于紙質(zhì)檢測卡，從而引起檢測程序誤判率增高有關(guān)。國內(nèi)外對于3～6歲學(xué)齡前兒童的視力檢查更多的使用Lea Symbols視力表、擁擠Kay圖片視力表、兒童圖形視力表等符號和圖片視銳度測試，對于更低齡嬰幼兒則使用TAC條柵視力檢測卡。本研究結(jié)果也提示AACP作為條柵視力檢測系統(tǒng)，可能更適合于低齡嬰幼兒的視力評估。本研究中3～6歲兒童樣本量相對較少，也可能對結(jié)果有一定影響。今后我們將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，開展更細(xì)致研究，以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)論。

綜上所述，AACP與TAC-II所得到的嬰幼兒視力結(jié)果存在正相關(guān)。使用AACP可以更簡便地進(jìn)行嬰幼兒條柵視力檢查，尤其適用于低齡嬰幼兒。AACP有望成為適合臨床條柵視力評估及嬰幼兒視力篩查的實(shí)用工具。本研究低齡段嬰幼兒僅進(jìn)行了雙眼條柵視力檢測，對于低年齡嬰幼兒AACP與TAC-II單眼視力的相關(guān)性和一致性還需要進(jìn)一步研究。

表1.5～30月齡嬰幼兒不同月齡的雙眼條柵視力（cpd）測量結(jié)果
Table 1.Grating acuities (cycles per degree) of 5-30 months infants in different ages groups

AACP,automated acuity card procedure;TAC,Teller acuity card.

利益沖突申明

本研究無任何利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明

文靜：收集數(shù)據(jù)，參與選題、設(shè)計(jì)及資料的分析和解釋；撰寫論文；根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行修改。李曉清：收集數(shù)據(jù)，參與選題、設(shè)計(jì)、資料的分析和解釋，修改論文中關(guān)鍵性結(jié)果、結(jié)論，根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行核修。楊必琨：收集數(shù)據(jù)，參與選題、設(shè)計(jì)及資料的分析和解釋，根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行核修。崔錦實(shí)、王莉：參與選題、設(shè)計(jì)和修改論文的結(jié)果、結(jié)論，對編輯部的修改意見進(jìn)行核修。曹奕雯、崔金玉、武一萍、陳巍、邢杉杉：收集數(shù)據(jù)，參與資料分析和解釋