《Current Eye Research》：Head vs Screen-Mounted Eye Trackers: Comparisons Across Ethnic Diversity
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眼动追踪精度与可靠性可能受生理多样性及眼动仪设计影响，但系统性偏差仍缺乏充分表征。为检验虹膜颜色、睑裂高度（palpebral aperture）、皮肤类型等特征是否导致性能变异，研究人员采用交叉实验，使用两台不同眼动仪在多样化受试者中测试，以指导未来公平性与
眼动追踪精度与可靠性可能受生理多样性及眼动仪设计影响，但系统性偏差仍缺乏充分表征。为检验虹膜颜色、睑裂高度（palpebral aperture）、皮肤类型等特征是否导致性能变异，研究人员采用交叉实验，使用两台不同眼动仪在多样化受试者中测试，以指导未来公平性与设备设计研究。方法：四十名健康受试者完成相同任务，使用头戴式眼动仪（HMT，Pupil Labs Core）与屏幕式眼动仪（SMT，Tobii Eye Tracker 4 C）；刺激在受控环境中分布于屏幕不同位置；按虹膜颜色、睑裂高度、皮肤类型比较性能。结果：SMT在非棕色虹膜和较浅皮肤类型下表现更好，HMT在棕色虹膜和较深皮肤类型下表现更好；HMT有效数据百分比更高，但精度（precision）与准确度（accuracy）下降。结论：眼动仪性能随佩戴方式、虹膜颜色、皮肤类型变化；两者注视误差相近，仅SMT通过测试-重测可靠性表现出可接受精度。数据强调需在多样人群中保证眼动仪公平应用，并研究虹膜颜色或皮肤类型如何影响注视误差与可靠性。
论文解读：《Current Eye Research》刊发研究比较头戴式与屏幕式眼动仪在族群多样性下的性能
研究背景与立项依据
眼动追踪自十九世纪末发展至今，已从实验室大型设备演变为便携式、低成本系统，应用于健康医疗、市场营销、心理学与神经科学等领域，可客观反映行为、认知、脑损伤及眼健康，对创伤性脑损伤、神经退行性疾病、卒中、精神分裂症等具诊断与治疗价值。大多数现代眼动仪基于红外光与相机，检测角膜反射与瞳孔中心相对位移，因视轴角产生视差。头戴式眼动仪（HMT）靠近眼睛，眼部特征像素分辨率高，但需外推视轴角，距离增加使准确度下降；屏幕式眼动仪（SMT）空间固定、远距离跟踪、像素分辨率较低，再将注视映射到设备距离。厂家精度与准确度常基于人工眼或静态模型，未涵盖虹膜颜色、瞳孔大小、睑裂高度、皮肤类型、睫毛及自然运动等干扰。已有研究提示深色虹膜、深肤色、窄睑裂会因瞳孔与周边对比降低而性能下降；人脸形态、虹膜颜色、皮肤类型（黑色素降低红外反射率）、睫毛插入、睑裂高度均可影响数据有效性与准确度。不同设备有效性编码方式不同，采样率与校准质量也影响结果。因此，在真实多样人群中比较商用眼动仪性能、揭示潜在公平性问题具有重要现实意义。
研究人员开展的研究与总体结论
研究人员采用交叉测试-重测设计，比较Pupil Labs Core（HMT，150 Hz）与Tobii Eye Tracker 4 C（SMT，90 Hz）在40名20至54岁健康受试者中的数据有效性、准确度、精度与重测可靠性。结果表明：SMT在非棕色虹膜、浅肤色者中有效性与精度更好；HMT在棕色虹膜、深肤色者中有效性更好但精度与准确度较低；HMT有效数据占比略高；仅SMT的精度具备优秀测试-重测可靠性。研究意义在于揭示眼动仪性能受设备几何结构与人群色素表型共同影响，提醒临床与研究场景应按人群多样性选型，避免测量偏差加剧诊断不公平。
主要关键技术方法概述
研究人员招募40名正常或矫正后正常视力健康受试者，年龄20至54岁，按虹膜五色、垂直睑裂高度、Fitzpatrick皮肤类型分层，样本具奥克兰大学人群多样性来源。使用HMT（Pupil Labs Core）与SMT（Tobii Eye Tracker 4 C），均按厂家默认5点校准；刺激为17个注视点，中心加两同心环，外环需校准外推，亮光约500 lux，受试者距屏600 mm，设备顺序随机。有效性按厂家原生标志处理，低于80%有效样本试次剔除；准确度用平均注视点绝对误差，精度用95%双变量轮廓椭圆面积（BCEA，bivariate contour ellipse area）；采用线性混合效应模型、重复测量方差、Spearman相关、Bland-Altman与 intraclass correlation coefficient（ICC， intraclass correlation coefficient 组内相关系数）评估可靠性。
研究结果
Eye tracker validity：研究发现设备类型主效应显著，无虹膜、皮肤、睑裂高度主效应，但设备×虹膜、设备×皮肤交互显著。非棕色虹膜者SMT有效性97.4%高于HMT 96.2%；棕色虹膜者HMT 96.3%高于SMT 93.9%。Fitzpatrick低于III型SMT更优，III型与IV–V型HMT更优。群体加权后HMT略有总体优势。
Accuracy of the eye trackers：设备×虹膜、设备×皮肤及睑裂高度均无显著作用，误差幅值约0.37至0.39°，设备差≤约0.02°，即两种设备在准确度上无表型相关显著差异。
Precision of the eye trackers：设备主效应显著，SMT整体精度更高；虹膜与皮肤无主效应，但设备×虹膜、设备×皮肤交互显著。非棕色虹膜SMT更优；棕色虹膜设备差不显著；浅肤与深肤SMT更准，最深肤色HMT精度反超。Precision by gaze eccentricity on screen：设备与靶点偏心度主效应显著，中心最好、周边变差，SMT各环BCEA均低于HMT。Precision and percentage of valid data：有效数据占比越高BCEA越低，Spearman ρ=-0.43；每增5个百分点有效数据，BCEA约降5.4%；同有效性下SMT BCEA更低。Reliability of precision across multiple runs：SMT的BCEA的ICC为0.93，优秀；HMT ICC为负，差；瞳孔尺寸SMT ICC 0.99，HMT 0.55。
讨论部分总结
讨论指出，有效性差异与色素影响一致，但HMT在深表型中的优势不能仅由既往文献预测。简单垂直睑裂高度不足以解释变异，未来需用多维裂隙几何、巩膜暴露、眼睑轮廓等精细形态学。HMT近轴红外产生亮瞳效应，提升瞳孔-虹膜对比，对黑色素吸收不敏感；SMT离轴红外产生暗瞳效应，依赖虹膜反射，深色素人群远距离红外反射不足致性能下降。虹膜色与皮肤型共享黑色素光学属性，皮肤型更多是红外环境修饰因子。球结膜-巩膜色素变异未被测量，可能影响周边对比。HMT有效数据高不等于空间性能优；其3D映射在自由头部运动时牺牲准确度保一致性。研究局限包括采样率不同、亚组样本有限、差异虽小但可跨试次累积造成偏见。
结论翻译
本研究显示眼动仪性能随受试者色素特征尤其是虹膜颜色而变化，这些指标是复杂光学与解剖变异的实用替代。SMT在浅表型（浅皮肤类型、非棕色虹膜）中精度与可靠性更优，HMT在深表型（深皮肤类型、棕色虹膜）中表现更好。结论强调在临床部署前需在多样人群中评估跟踪设备，因为在优化人群之外性能可能下降。未来结合定量眼成像与更细眶周形态评估可进一步厘清机制。
