基于虚拟现实技术诱导和测量视动性眼震后效应(OKAN)的可行性研究:开拓前庭疾病诊断新方向

【字体: 时间:2025年04月19日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为解决传统视动性眼震后效应(OKAN)评估方法复杂、限制临床应用的问题,研究人员开展了使用虚拟现实(VR)头戴设备诱导和测量 OKAN 的可行性研究。结果显示 VR - OKAN 测量可行且与传统方法可比,为诊断前庭疾病提供了新工具。

  在人体的感知系统中,眼睛的运动有着奇妙的规律。当我们看到周围物体持续运动时,眼睛会产生一种反射性运动,即视动性眼震(Optokinetic Nystagmus,OKN)。它由缓慢追踪运动的慢相和快速复位的快相组成,能帮助我们稳定视网膜图像,实现清晰的视觉感知。而当运动停止、环境变黑暗后,还会出现视动性眼震后效应(Optokinetic After - Nystagmus,OKAN),其眼动会逐渐减弱,按照指数模式衰减。OKAN 可反映前庭功能,对诊断前庭疾病意义重大,比如单侧或双侧前庭病变、持续性姿势感知性头晕(Persistent Postural Perceptual Dizziness,PPPD)等。通过测量 OKAN 的关键指标 —— 慢相眼速度(Slow - Phase Eye Velocity,SPV)的衰减时间常数(Time Constant,TC),能深入了解前庭功能状态。
然而,传统的 OKAN 测量方法存在诸多弊端。大多数研究使用机械视动鼓,配合眼电图(Electro - Oculography,ENG)或视频眼震图(Video - Oculography,VNG)来记录眼动。这些设备不仅体积庞大、结构复杂,操作也十分繁琐,严重限制了其在临床中的广泛应用。因此,寻找一种更简便、有效的测量方法迫在眉睫。
在此背景下,来自比利时布鲁塞尔大学医院(University Hospital of Brussels)等机构的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们旨在探索利用商用虚拟现实(Virtual Reality,VR)头戴设备集成的眼动追踪技术诱导和测量 OKAN 的可行性,为前庭疾病的诊断开辟新途径。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员采用了以下关键技术方法:招募了 22 名健康成年参与者,这些参与者需满足正常或矫正视力正常、无光敏性癫痫病史、无前庭或神经系统疾病史等条件 。使用 Pico Neo 3 Pro Eye? VR 头戴设备,其集成的眼动追踪功能可实时记录眼动数据,采样率为 90Hz。在安静、昏暗的房间中,参与者佩戴 VR 设备,先适应虚拟环境,再进行眼动校准。随后,参与者观看模拟的高对比度 3D 视动鼓 60 秒,之后在黑暗中记录 30 秒眼动数据,以此测量 OKAN。数据通过 MATLAB 软件处理,采用指数衰减函数拟合 SPV 数据,并使用 RStudio R.4.3.125 进行统计分析。
研究结果如下:
  • 受试者特征:22 名参与者中,女性 12 名(54%),中位年龄 42 岁。所有参与者听力正常,前庭功能经视频头脉冲试验(video Head Impulse Test,vHIT)或冷热试验检测均正常,且视觉眩晕模拟量表(Visual Vertigo Analogue Scale,VVAS)得分均低于 40 分,表明无明显视觉依赖。
  • 视动性眼震(OKN):22 名参与者中有 9 名被排除,其中 5 名 OKN 反应不清晰,4 名 OKN 提前终止。对剩余 13 名参与者进行分析,计算 OKN 参数时排除 10% 与均值偏差最大的数据以确保准确性。
  • 视动性眼震后效应(OKAN):在 13 名分析样本中,9 名(69%)观察到可测量的 OKAN TC。参与者的中位 OKAN TC 为 18.75 秒(范围 6.62 - 27.61 秒),左右刺激方向的 OKAN TC 值无显著差异,表明方向对称性良好。测试 - 重测信度为 0.67,呈中等到强的正相关,但样本量较小可能影响结果的准确性和普遍性。
    研究结论和讨论部分表明,该研究首次证明了商用 VR 头戴设备结合内置眼动追踪技术可成功、无创地诱导和记录健康个体的 OKAN,其 OKAN TC 中位数与传统方法相符,且测试 - 重测信度良好。这意味着 VR 技术在测量 OKAN 方面具有很大潜力,有望成为一种简便、有效的临床检测手段。
    然而,目前该技术尚未能直接应用于临床。研究中发现存在一些问题,如 23% 的 OKN 反应质量较差,18% 的参与者出现视觉疲劳迹象。这可能是由于传统刺激参数在 VR 环境中不完全适用,VR 刺激可能引发与传统方法不同的感知反应,需要进一步优化刺激参数,如刺激持续时间、速度和视觉刺激设计等。此外,VR 头戴设备的显示技术也可能影响 OKAN 测量结果,背景光和显示对比度等因素会干扰测量,未来可探索使用 OLED 或 mini - LED 显示屏的 VR 设备,以提高测量的准确性和可靠性。
    尽管存在这些问题,但 VR - OKAN 技术仍具有重要意义。鉴于 OKAN 与前庭疾病、视觉过敏等密切相关,VR - OKAN 测试有望为 PPPD 等疾病提供实用、无创的诊断工具。未来研究应聚焦于确定正常参考阈值,并在临床人群中探索其诊断准确性,以充分发挥 VR - OKAN 技术在临床诊断中的价值,为前庭疾病的诊断和治疗带来新的突破。
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