眼动视野检查中基于集合反应速度分布的反应时间优化分析

这篇研究通过将反应时间（RT）转化为反应速度（promptness，1/RT），提出了一种高效分析眼动视野检查（EMP）数据的方法。研究发现，即使跨视野位置合并数据，反应速度分布仍保持近似正态性，从而支持仅需少量重复即可稳定估计关键参数（均值μRT和标准差σRT）。该方法为青光眼等视觉功能缺损的临床评估提供了类似标准视野检查平均偏差（MD）的简化指标，显著提升了EMP在稀疏数据场景下的统计效能与实用性。

　　

摘要

研究聚焦于优化眼动视野检查（Eye-Movement Perimetry, EMP）中反应时间（RT）的分析方法。传统RT分布右偏的特性使得统计分析和参数估计需要大量重复数据。通过将RT转化为其倒数——反应速度（promptness，单位1/s），可有效实现分布正态化。本研究验证了跨视野位置合并反应速度数据后，分布仍保持近似正态性，即使在临床典型的稀疏数据条件下（如每个位置仅1次测量），也能稳健估计均值（μ_P）和标准差（σ_P）。这一发现为开发类似标准视野检查中平均偏差（MD）的EMP临床总结指标奠定了基础。

关键点

• 反应速度转换能正态化RT分布，提升视觉功能评估的统计稳健性

• 合并后的反应速度分布保持近似正态，支持最小化数据采集的高效分析

• 反应速度指标为青光眼等视野缺损提供了紧凑且可解释的评估框架

引言

反应时间是认知与感觉处理的核心指标，在EMP等临床诊断工具中尤为重要。然而，RT分布的右偏特性导致传统参数估计存在偏差。虽然复杂模型（如ex-Gaussian或漂移扩散模型）能更精确描述RT，但需要大量重复数据，不适用于临床场景。反应速度转换虽被广泛认可，但其在跨视野位置合并后的正态性维持尚未系统研究。本研究假设合并后的反应速度分布仍近似正态，从而支持稀疏数据下的高效参数估计。

方法

伦理与参与者

14名参与者（6名青光眼患者）纳入研究，年龄24-67岁。所有程序经伦理委员会批准（MEC-2022-0543）。

实验设置

采用分光镜系统独立呈现双眼刺激，配合Tobii Pro X3-120眼动仪（120Hz）记录眼动。刺激包括绿色固定圆（半径0.88°）和无色目标圆（半径0.44°），亮度对比为74%和155%。测试56个视野位置（基于青光眼筛查布局），通过极坐标优化靶点分布以适应眼动系统特性。

行为范式

参与者完成随机区块实验，每个区块包含54个靶点位置，重复2-4次。采用闭环检测系统加速数据采集：当眼动仪连续5个样本落在靶点5°范围内时自动终止 trial。

数据分析

• 眼动参数提取：通过速度阈值（100°/s）检测眼跳，排除 anticipatory 反应（RT<100ms）和偏离靶点的眼跳。

• 反应速度分析：构建reciprobit图（累积概率 vs. promptness），拟合25-75百分位数据线，从截距和斜率推导μ_P和σ_P，并转换为RT单位（μ_RT≈1/μ_P，σ_RT≈σ_P/μ_P²）。

• 参数估计误差：通过bootstrap模拟不同重复次数下的误差分布，对比经验数据与正态模拟结果。

结果

反应速度分布特性

健康参与者（如P3）的RT在中心视野较快（215-254ms），周边较慢（294-374ms），反应速度分布高度正态。青光眼患者（如P10）则表现出明显的视野缺损（如上方视野RT延迟200-300ms），但合并后的反应速度仍近似正态。Reciprobit分析显示，即使仅用1次重复/位置，参数估计误差较小（μ_RT误差<15ms）。

误差与变异性的关系

反应时间变异性（σ_RT）与估计误差呈负相关（R²=0.44-0.56）。例如，σ_RT每增加20ms，μ_RT误差增加约1ms。青光眼患者因视野不均质性误差更大，但通过限制靶点范围（如仅外周位置R>15°）可提升正态性。

讨论

临床意义

反应速度指标（μ_RT和σ_RT）可作为EMP的总结参数，类似标准视野的MD。3-5次重复/位置即可实现可靠估计，平衡临床效率与精度需求。

局限性

合并数据可能掩盖位置特异性效应，需根据个体视野特征调整合并策略。未来需在大样本中验证其对不同严重程度青光眼的诊断效能。

结论

反应速度转换与合并策略为EMP提供了高效、稳健的分析框架，有望推动其在临床视觉评估中的广泛应用。