基于儿童眼动的外周视野测量技术：进展、陷阱与前景

《Frontiers in Ophthalmology》：Pediatric eye movement-based perimetry: progress, pitfalls, and prospects

儿童眼动基线视野检查（EMP）面临硬件适配性差、校准方法不足、注意力管理困难及缺乏儿童发展数据集等问题。本文基于对两款成人EMP系统（BulbiCAM、SONDA）在40名儿童中的测试，提出需优化硬件 ergonomics、采用动态刺激与简化校准、建立年龄分层数据集及开发可靠性指标，强调多学科协作对儿童EMP设计的重要性。

　　视觉功能评估是诊断和管理眼科及神经系统疾病的重要手段。在儿童群体中，这一评估尤为重要，因为某些严重疾病可能首先通过视觉症状显现。然而，传统的视觉场测试方法，如全视野检查（Tangent Screen Campimetry）、Goldmann视野计（GVF）、频率双倍技术（FDT）和标准自动视野计（SAP），在应用时面临诸多挑战。这些方法通常需要持续注视和手动反应，这对年幼儿童来说可能过于复杂或难以完成。尽管SAP已被用于5岁以上的儿童，但其结果在6-7岁以下的儿童中往往不可靠，而在有神经系统损伤或视觉缺陷的儿童中，其局限性更为明显。相比之下，基于眼动的视野评估（EMP）提供了一种非侵入性的替代方案，通过测量反射性眼动——即当刺激突然出现在周边视野时，眼睛迅速转向该刺激的快速运动——来评估视觉功能。这一方法在成人中已被证明在青光眼和其他神经系统疾病中具有可行性与诊断价值。但将EMP应用于儿童时，却遇到了一系列独特的挑战，主要体现在硬件设计、测试流程、数据解读以及儿童发育特征等方面。

在本研究中，我们评估了两款面向成人的EMP系统——BulbiCAM和SONDA——在儿童中的使用情况。这两款系统分别采用静态网格和连续追踪的方式进行测试。研究对象包括21名患有脑肿瘤的儿童和19名年龄匹配的健康对照组，测试在丹麦哥本哈根的Rigshospitalet眼科部门进行。测试环境为低光的检查室，由经验丰富的儿科眼科工作人员操作。尽管EMP在成人中展现出良好的应用前景，但在儿童中的使用仍存在诸多问题，导致测试完成率仅为41%-81%。这一现象表明，当前的EMP系统在设计上未能充分考虑儿童的生理、心理及行为特点，从而影响了测试的可操作性和结果的可靠性。

首先，硬件和人体工学设计是EMP在儿童中应用的主要障碍之一。大多数眼动追踪设备是为成人设计的，因此在儿童使用时常常出现适配问题。例如，SONDA系统使用的头戴式眼动追踪器仅提供成人尺寸，导致儿童在测试过程中出现设备滑落的情况，尽管通过两个弹性带进行固定，但仍无法完全解决这一问题。而BulbiCAM虽然配备了可调节的头带，但年幼儿童对此感到不适，测试过程中可能因轻微的头部移动而影响数据质量。此外，测试设备的布局和摆放也需考虑儿童的体型和活动能力。例如，标准的SONDA眼动追踪系统所配备的下巴支架高度不适合较小的儿童，导致他们在测试过程中头部移动频繁，影响了数据的准确性。对于使用轮椅的儿童，设备与屏幕之间的距离往往无法满足眼动追踪的要求，因此需要专门设计可调节的座椅和屏幕支架，以适应不同儿童的身体特征和移动需求。

其次，眼动追踪与校准技术在儿童中的应用也面临挑战。许多儿童的眼动模式与成人不同，例如，他们的眼球运动更为不稳定，且瞳孔大小和虹膜反射性存在较大个体差异。这些因素可能导致传统的眼动追踪系统无法准确捕捉儿童的注视行为。在我们研究中，BulbiCAM在初始测试中发现许多儿童的瞳孔无法被追踪，部分原因可能是由于瞳孔过大或泪液分泌过多，导致红外光源反射不足。为解决这一问题，我们尝试降低红外光源的输出，但这一调整并非用户可自行操作，因此难以推广。SONDA系统则依赖于基于机器学习的算法，这些算法通常是使用健康成人数据训练而成，缺乏针对儿童群体的专门校准。这种算法偏差可能会影响对儿童视觉功能的准确评估，尤其是在那些存在认知发展迟缓或神经系统疾病影响眼动控制的儿童中。

校准过程本身也是儿童测试中的一个难点。传统的多点校准需要儿童具备一定的注意力和配合能力，而这在年幼儿童中难以实现。因此，BulbiCAM和SONDA都采用了无校准的方案，以提高测试的便捷性。然而，这种做法可能牺牲了空间定位的准确性，导致测试结果难以进行精确分析。此外，校准的缺失还可能增加测试的不确定性，尤其是在需要固定注视的测试中，缺乏校准可能使得数据解读变得更加复杂。

第三，刺激设计和注意力管理是影响儿童测试完成率的关键因素。儿童的注意力持续时间较短，且容易受到环境因素的影响，因此测试过程中需要设计能够维持儿童兴趣的刺激方式。在我们研究中，发现SONDA的动态注视目标（即一个逐渐移动的光点）比静态目标更能吸引儿童的注意力，从而提高测试的完成率。然而，即使如此，测试过程中仍需要工作人员不断鼓励和引导儿童保持注意力，特别是在测试有视觉缺陷的儿童时，他们可能需要更多的时间来定位注视目标，甚至出现搜索行为，进一步降低测试效率。相比之下，BulbiCAM的刺激呈现方式较为固定，儿童很快能预测刺激的出现顺序，从而减少了参与感。因此，未来的EMP系统应更加注重动态刺激的设计，以增强儿童的注意力和参与度。

此外，刺激的色彩和对比度也需要考虑儿童的视觉特点。虽然标准化的对比度有助于测试的一致性，但某些颜色或亮度变化可能对有颜色视觉缺陷的儿童造成困扰。因此，在设计刺激时，应充分考虑儿童的视觉多样性，确保所有儿童都能清晰地看到刺激，并有效参与测试。例如，BulbiCAM中使用的“绿色点动画”虽然有助于引导注视，但在我们的研究中未启用，以确保与其它测试方法的可比性。这表明，在未来的系统设计中，应更加灵活地调整刺激特性，以适应不同儿童的需求。

第四，儿童的发育特征对EMP测试的影响不容忽视。儿童的视觉系统和眼动控制能力在出生后数年内迅速发展，因此，针对不同年龄段的儿童，应建立相应的标准化数据集。目前，缺乏覆盖广泛年龄范围的儿童视觉功能数据，使得EMP测试结果难以进行准确的临床解读。同时，儿童的注视行为和反应时间也存在显著差异，这使得传统基于成人数据的分析方法在儿童中并不完全适用。因此，未来的EMP研究需要结合儿童发育特征，开发更符合其生理和心理特点的测试流程和数据分析方法。

为了提升EMP在儿童中的应用效果，我们需要从多个方面进行改进。首先，应优先考虑儿童专用的人体工学设计，确保设备能够适应不同年龄段的儿童。例如，采用虚拟现实（VR）头盔等可穿戴设备，不仅可以提供更稳定的测试环境，还能允许儿童在测试过程中自然地移动头部，从而减少不适感。此外，对于非可穿戴系统，应提供可调节的桌面、座椅和支架，以满足不同儿童的体型和活动需求。其次，应优化眼动追踪和校准技术，开发更适合儿童使用的校准方法，如单点校准或无校准追踪系统。同时，应加强对儿童群体的算法训练，使机器学习模型能够更准确地识别儿童的眼动模式，提高测试的可靠性。

在刺激设计方面，应引入更具吸引力的元素，以维持儿童的注意力。例如，采用动态刺激或游戏化设计，使测试过程更加有趣，提高儿童的参与度。但需要注意的是，游戏化设计可能会增加认知负荷，因此应谨慎选择适合不同年龄段的儿童。此外，刺激的色彩和对比度应考虑到儿童可能存在的颜色视觉缺陷，确保所有儿童都能有效感知刺激。最后，应建立年龄分层的标准化数据集，为EMP测试提供可靠的参考基准。这不仅有助于识别异常视觉功能，还能为模型的开发和验证提供依据。

综上所述，EMP在儿童中的应用仍处于初级阶段，存在诸多挑战。然而，通过改进设备设计、优化校准方法、增强刺激吸引力以及建立标准化数据集，可以显著提升其在儿科临床中的实用性。未来的研究应更加注重儿童的生理、心理和行为特点，推动EMP技术向更符合儿童需求的方向发展。这不仅有助于提高儿童视觉功能评估的准确性，还能为相关疾病的早期诊断和干预提供有力支持。同时，这些改进措施也可能对成年患者中的某些特殊群体（如认知障碍或行动不便者）产生积极影响，进一步拓展EMP的应用范围。