付晶教授：浅谈立体视觉的检测和训练
付晶教授：浅谈立体视觉的检测和训练
双眼立体视觉是通过两眼之间的视角差异感知深度的能力，对于人类在现实环境中的距离估计、物体识别、物体抓取或涉及精细手部运动的任务具有重要功能。各种眼科疾病如斜弱视、屈光不正、神经病变均可导致立体视觉的下降。立体视的损害不仅无法精确判断物体深浅，无法从事精细工作，而且无法安全驾驶，降低生活质量。因此，立体视觉的检测和良好的训练恢复显得尤为重要，而现有的立体视检测和训练方法种类繁多、各有优劣。首都医科大学附属北京同仁医院付晶教授团队近年来针对立体视检测和训练开展了一系列研究，本文就立体视觉形成机制及其检测和训练方法详细阐述。
双眼视觉的形成机制
人类从出生后的婴幼儿视觉过渡到成年型双眼视觉是在视觉系统不断适应环境刺激，神经间联系不断建立的条件下形成，一般9岁时立体视功能趋于成熟，包括同时视、融合视和立体视。人类对立体视的认识过程，与科学技术的日新月异密不可分。回顾立体视认识的发展史，追溯到上世纪60年代发明随机点立体图，证实双眼视差是立体视产生的基础，即双眼视网膜上的物象存在一定程度的水平差异，这种在双眼视网膜结像出现微小的水平像位差，称为双眼视差。双眼水平视差引起的深度知觉，是立体视形成的基础。上世纪70年代，受傅里叶光学信息加工的影响，双眼视觉从几何光学的“视差”领域，进入到物理光学的“空间频率”领域。立体视觉信息的处理涉及多个视觉中枢区域，包括从枕叶皮质到顶叶的区域，涵盖初级视觉皮层Ｖ1，次级视觉皮层Ｖ2对视差具有不同的选择性，Ｖ4对双眼视差也很敏感，携带立体深度信息并且对交叉差异有强烈偏好，Ｖ5神经元与视觉运动信息的处理密切相关。随着人类对大脑皮层神经元的认识逐渐深入和人工智能领域的进步，立体视的认识深入到大脑高级整合区的复杂计算和认识过程1,2。
立体视检测方法——传统方法和新技术
传统立体视检测方法
立体视觉的检测是眼科的一项重要检查，经历了深径觉计、图形立体视觉检查方法和随机点检查方法的不断演进，包括近距离立体视和远距离立体视检测。
近立体视觉检查，常用的图形立体视觉检查法有Titmus检查图和Randot检查图。Titmus 检测法有操作便捷、受检者易于理解等优点，已被普遍使用。但其假阴性率高、准确性差。其次，该检查属于主观检测，受检测者和受检者影响的因素较多；Randot检测在双眼视力正常的受试者中，获得的立体视敏度结果的可重复性较好，但在双眼视力差的受试者中，测试的可重复性较低。上述图形立体视觉检查法都难逃单眼线索的干扰。常用的随机点立体视觉检查法有TNO检查法、Frisby检查法和颜氏立体视觉检查法。除TNO需要配戴红绿眼镜外，Frisby和第三代颜氏都无需配戴眼镜，避免了辅助眼镜的干扰而更适合年龄较小儿童，特别是无单眼线索，无需配戴眼镜，环境要求低，易被掌握。既往研究比较了上述四种方法（Frisby、Randot、Titmus、TNO），进行两次不同时段的立体视测量，发现在双眼视力正常的受试者中，重复性最好的是Frisby和Titmus，在双眼视觉异常的受试者中，FRIS和RANDOT的重复性最好3。
远立体视觉检查，常用方法有同视机法和Distance Randot法。同视机可同时检查三级视功能，但其检查过程繁琐。国外一项研究3发现Distance Randot适合6岁及以上儿童立体视觉检测，对2-3岁儿童的立体视觉检测可能只用于定性检查。此外，FD2测试和径深觉计等也可用作远距离立体视觉的检测。
上述传统的立体视觉检查方法存在以下弊端：（1）无法测出全部等级的立体视水平且只提供视差的等级而无法给出准确的数值；（2）单眼线索受头部移动或者倾斜的影响明显；（3）有通过猜测完成检查的可能。
立体视检测新技术
随着3D和VR等技术的发展，立体视觉的检查方法也在传统设置中增加了高科技元素，旨在减少上述弊端带来的误差，与时俱进。3D显示器可作为传统立体视觉检查的替代。ASTEROID检查法和Stereoacuity Test App也被试作新的近距离立体视觉的检测方法。此外，基于随机点立体图的计算机视力表系统（CVC）为评估IXT的远立体视觉损害的严重性提供了一种客观手段。CVC包含了大多数的眼科测试，因此用这一个设备可进行多种眼科检查。
目前，立体视检测研究焦点主要集中在两个方向，一是探究不同检查方法在不同群体中的检查效果，寻找最合适的检查方法。既往研究在不同年龄、疾病和应用场景方面对检测方法进行了比较，以求寻找适合不同群体的检测方法。二是探索新的检查技术方法。有的研究在原始检查方法的基础上改进，比如更换FD2测试的背景板来消除线索，或者在Titmus中通过配戴偏光眼镜、旋转检查图等方式来降低假阴性率。有些研究则是探索将传统技术与科技结合起来，比如应用在平板电脑上的将随机点立体图与autostereo技术结合的ASTEROID检查法。
视觉训练方法类型及目标
视觉训练是通过光学、心理学、物理学等方法，由专业医生根据患者的视觉状况，因人宜地制定出的一系列训练方案。视觉训练可以治疗视疲劳、眼球运动障碍、阅读障碍等双眼视觉疾病，达到舒适、协调使用双眼的目的，在降低斜视的复发率，提高手术的远期成功率，提高患者的生存质量方面发挥着不容小觑的作用。
视觉训练分为单眼视觉训练和双眼视觉训练。单眼视觉训练旨在提高单眼视敏度，增进单眼视力和提升单眼的视觉功能。双眼视觉训练旨在提升双眼单视功能，眼球运动功能和双眼的协调性，提升双眼调节集合功能，以及增进视觉技巧，开发视觉潜能，在斜视的非手术治疗和术后康复治疗中发挥重要作用。斜视后双眼的视觉方向不再平行，从而导致双眼视觉功能破坏。同时双眼视觉功能的丧失也意味着中枢对眼位的控制能力变差，进而促进斜视的发展。斜视的治疗不仅是手术达到双眼正位，术后双眼视觉的康复也同样重要4。
传统的训练方法包括同视机训练法、手描实体镜、遮盖、串珠子等。目前传统视觉训练面临着训练方式和时机选择的不确定性的难题，同时依从性差也是视觉训练一直以来的挑战。现阶段应运而生的视感知觉训练是利用大脑神经系统的可塑性，通过特定的视觉刺激和学习激活视觉信号通路，减少优势眼的抑制、增强弱视眼的信号来达到平衡，训练内容丰富、符合儿童心理特点，在家中电脑上即可完成，患儿依从性好。
视感知觉训练的国内外研究进展
视感知觉训练能有效改善立体视功能，提高手术效果。近些年，视感知觉训练在内容和途径、方法上不断创新。
付晶教授团队 5 前期通过比较不同视觉训练方式对年龄≥9岁的共同性斜视患者术后的眼位控制及双眼视觉功能重建效果，发现大龄儿童及成年共同性斜视患者术后通过视感知觉训练在知觉水平上可以获得更稳定的眼位控制并更好地重建远立体视功能。
更进一步 6 ，比较不同训练方式对间歇性外斜视患者术后斜视度及双眼视觉功能的疗效，发现间歇性外斜患者术后经过训练，其同视机Ⅰ级功能恢复率、Ⅱ级功能恢复率及近立体视恢复率均比训练前提高。视感知觉训练组及传统训练组患者的同视机Ⅲ级功能恢复率，训练后3个月及6个月均显著高于训练前。而观察组患者，不但其同视机三级功能恢复率无提高，而且随着时间的延续其远近斜视度却均表现为增大的情况。
同时，付晶教授团队 7 引入视感知觉可塑性评分检查训练系统，评价该检测方法在临床应用中预测共同性外斜视术后立体视恢复状况的准确度以及灵敏度和特异度。结果发现，视感知觉检查训练系统中，可塑性评分可以有效地预测共同性外斜视患者术后远、近立体视功能的恢复状况，为术后患者制定进一步的诊疗策略提供依据。
国内针对儿童的研究发现，基于VR的视感知觉推拉模型训练方法是弱视治疗领域的新理念，可提供更为个性化的、强烈反馈的视觉训练方案 8 。
国外针对成人的研究利用VR创建的游戏来训练立体视觉缺陷的成年患者对立体线索的感知能力，发现其能减少眼间抑制，提高立体视功能，展示了VR为各种感知训练提供的潜在力量 9 。
伯克利大学2018年的研究 10 对21名弱视成年人进行为期4-6周的3D视频射击游戏视感知觉训练，发现沉浸式3D视频游戏可能在弱视患者立体视觉下降的恢复方面具有潜在的治疗价值，对斜视性弱视和屈光参差性弱视的立体视觉恢复都有好处。
总结
立体视觉对人类的生存质量、工作技能需要、心理状态等方面都有着重要意义，合理量化评估和训练立体视功能至关重要。立体视功能检测方法繁多，各有利弊，临床医生要选择适合患者的检查方法、多种方法结合起来全方位评估患者的立体视功能。同时，还应继续探索不同的检查方法对不同患者群体的有效性和实践性。在立体视功能的恢复训练上，要把握好患者立体视功能恢复的最佳时机、合理选择训练方法，探索适用于不同阶段的立体视功能恢复方法。付晶教授团队未来将会继续探究适宜化立体视检测和训练方法，以及深入立体视形成的中枢神经网络机制，以帮助患者更好地恢复双眼视觉功能，加强大脑对双眼眼位的控制力，实现立体视检测和训练的个性化、适宜化。
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