文/上海紐約大學(xué) 編輯/樂(lè)然

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球至少有22億人因青光眼、白內(nèi)障以及老年黃斑變性等眼部疾病而造成視力損傷甚至失明。目前，利用視野圖（VFM,visual-field map）評(píng)估患者的中央和周邊視力是臨床上診斷和管理這些眼部疾病的常規(guī)方法。

然而，由于當(dāng)前的視野圖檢測(cè)方法普遍不夠精準(zhǔn)，一些眼部疾病的診斷和治療常常受到限制。上海紐約大學(xué)首席科學(xué)家、副教務(wù)長(zhǎng)、華東師范大學(xué)-紐約大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)聯(lián)合研究中心（上海紐約大學(xué)）聯(lián)合主任呂忠林教授長(zhǎng)期致力于視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)制和運(yùn)用研究，利用多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)多種全新的技術(shù)平臺(tái)來(lái)攻克視覺(jué)神經(jīng)疾病評(píng)估的多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。近期，他與三位研究伙伴——來(lái)自美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的徐鵬景、于德月和Adaptive Sensory Technology公司的Luis Andres Lesme——共同研發(fā)出一種全新的命名為qVFM的視野圖檢測(cè)方法。這種方法能在保證高效率的同時(shí)，協(xié)助臨床醫(yī)生更精準(zhǔn)地測(cè)量患者的視野圖。該研究于2019年12月發(fā)表在視覺(jué)科學(xué)領(lǐng)域知名期刊《視覺(jué)雜志》上。

視野儀（SAP, standard automated perimetry）是目前臨床眼科診斷中檢測(cè)視野圖的“金標(biāo)準(zhǔn)”。雖然它通過(guò)測(cè)量視網(wǎng)膜不同位置的光敏度生成光敏度視野圖，但它的測(cè)量精度卻不盡人意。例如，在一項(xiàng)眼部高血壓治療研究中，85.9%的案例在使用視野儀進(jìn)行二次重復(fù)測(cè)量時(shí)得到的結(jié)果和第一次完全相反。

“我們可以把一臺(tái)視野圖檢測(cè)儀器想象成一把尺子?！眳沃伊纸淌谡f(shuō)，“目前的視野儀就好比一把刻度精確到分米的尺子，它們?cè)跍y(cè)量毫米量級(jí)的物體時(shí)自然會(huì)存在很大的誤差。所以，我們需要一種更精密的工具，可以測(cè)量更精細(xì)的物體，反映更微小的變化。只有使用精度更高的尺子，我們才能檢測(cè)到微小的視力變化，從而把握正確的治療方向?！?/p>

▲ 視野儀（SAP）

新的qVFM方法采用了一種貝葉斯主動(dòng)學(xué)習(xí)算法來(lái)提高測(cè)試的準(zhǔn)確度和精度，同時(shí)縮短測(cè)試時(shí)間。該算法通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)患者對(duì)不同刺激的反應(yīng)，在每次測(cè)量中選用適合受試個(gè)體的最佳刺激（如應(yīng)該測(cè)視網(wǎng)膜哪個(gè)位置，使用怎樣的光強(qiáng)度或?qū)Ρ榷龋?。這套算法共包含三個(gè)模塊：初步測(cè)量整個(gè)視野圖形狀的全局模塊、測(cè)量視野各個(gè)區(qū)域的局部模塊，以及確定何時(shí)從全局模塊切換至局部模塊的轉(zhuǎn)換模塊。

在全局模塊中，視野圖的形狀被構(gòu)建為一個(gè)包含五個(gè)參數(shù)的傾斜橢球拋物面函數(shù)（TEPF，tilted elliptic paraboloid function），如下圖所示。qVFM方法通過(guò)從受試者每次試驗(yàn)的反應(yīng)中不斷學(xué)習(xí)這五個(gè)參數(shù)，得出視野圖總體形狀的粗略估計(jì)。

▲ 模擬視野圖和傾斜橢球拋物面函數(shù)。左圖為含盲點(diǎn)的左眼模擬視野圖，右圖為與之對(duì)應(yīng)的無(wú)盲點(diǎn)的傾斜橢球拋物面函數(shù)

轉(zhuǎn)換模塊評(píng)估全局模塊中視野圖形狀的信息獲取速率，并在進(jìn)一步測(cè)量無(wú)法繼續(xù)迅速提高傾斜橢球拋物面函數(shù)的精度時(shí)切換至局部模塊。

局部模塊利用全局模塊的運(yùn)行結(jié)果生成對(duì)每個(gè)視網(wǎng)膜區(qū)域視覺(jué)功能（如光敏度）的初始估計(jì)，然后用另一種貝葉斯主動(dòng)學(xué)習(xí)算法進(jìn)一步提高每個(gè)視網(wǎng)膜區(qū)域視覺(jué)功能檢測(cè)的精度。

qVFM研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列計(jì)算機(jī)模擬和一項(xiàng)心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了qVFM方法。他們通過(guò)比較完整的qVFM和僅運(yùn)行局部模塊的簡(jiǎn)化版qVFM的性能，展現(xiàn)了完整的qVFM方法的強(qiáng)大功能。

團(tuán)隊(duì)模擬了一些“觀察者”，并將他們的視力預(yù)設(shè)為正常值。這些虛擬“觀察者”用單眼觀看計(jì)算機(jī)顯示器上的刺激。在每次測(cè)量中，刺激可能會(huì)出現(xiàn)在視網(wǎng)膜上的100個(gè)位置中的一個(gè)，他們需要報(bào)告目標(biāo)刺激（光點(diǎn)）是否出現(xiàn)在某一指定的位置。在心理精神物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，六名受試者做了和虛擬“觀察者”同樣的試驗(yàn)。在每次測(cè)量中， 他們被要求報(bào)告目標(biāo)刺激是否出現(xiàn)在了100個(gè)視網(wǎng)膜位置中的某個(gè)指定位置上，每次試驗(yàn)的光強(qiáng)度和目標(biāo)刺激位置均基于qVFM方法的最優(yōu)化選擇。

▲ 實(shí)驗(yàn)要求受試者注視顯示屏中央，報(bào)告光點(diǎn)是否出現(xiàn)在提示位置（圓圈）中央

模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，使用qVFM方法能夠得出更精準(zhǔn)的光敏度視野圖，并且完整的qVFM方法的工作效率約為簡(jiǎn)化方法（僅使用局部模塊）的兩倍。qVFM方法也可以用來(lái)測(cè)試其他視覺(jué)功能，以監(jiān)測(cè)視力損傷，評(píng)估治療效果，以及研發(fā)有效的低視力康復(fù)治療方法。

呂忠林表示，他們計(jì)劃將研究拓展至光敏度以外的其他視覺(jué)功能：“研究視覺(jué)功能的最終目的是評(píng)估和預(yù)測(cè)日常生活中視覺(jué)的使用情況，所以我們的檢測(cè)不應(yīng)該局限于對(duì)光敏度的測(cè)量，而應(yīng)涵蓋所有的視覺(jué)功能。我們的研究應(yīng)當(dāng)考慮人們使用視覺(jué)的真實(shí)生活場(chǎng)景，例如閱讀、駕駛等。”為此，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)展研究、探索如何提高對(duì)比敏感度（區(qū)分物體與其背景的視覺(jué)能力），視野圖測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和效率。他們同時(shí)也在探究視野圖與駕駛行為之間的關(guān)系。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還在開(kāi)展一系列研究以探索視野圖檢測(cè)的更佳操作。比如，他們選擇了患有眼疾的受試者來(lái)驗(yàn)證qVFM方法，以確保該方法對(duì)檢測(cè)眼部疾病患者的視野圖也同樣有效。他們還嘗試優(yōu)化受試者對(duì)刺激進(jìn)行反應(yīng)的方式，運(yùn)用眼動(dòng)裝置替代目前的按鍵方式，這樣受試者只要通過(guò)移動(dòng)眼睛注視方向就能表明其看到的刺激的位置。

qVFM方法已申請(qǐng)PCT國(guó)際專利。目前各方正在積極討論該技術(shù)商業(yè)化的相關(guān)事宜。