一种使用眼动追踪系统评估婴幼儿视力的自动化方法

摘要

在本文中，我们提出了一种通过使用眼动追踪系统评估婴幼儿视力的新型自动化方法。

摘要

视力测量是在婴儿期和儿童期进行的一项重要视觉功能测试。然而，由于婴儿沟通能力的不足，很难准确测量他们的视力。本文提出了一种评估儿童（5-36个月大）视力的新型自动化方法。这种方法，即自动敏锐卡程序（AACP），使用网络摄像头进行眼动追踪，并自动识别儿童的观看行为。当被测儿童观看高分辨率数字显示屏上显示的视觉刺激时，进行双选优先外观测试。当被测试的孩子观看刺激时，他们的面部图片会被网络摄像头记录下来。这些图片被设置的计算机程序用来分析他们的观看行为。通过这个程序，测量孩子对不同刺激的眼动反应，并在没有交流的情况下评估他们的视力。通过将结果与柜员敏锐度卡（TAC）获得的光栅敏锐度进行比较，AACP性能被认为与TAC相当。

引言

婴儿期是视觉发育的关键时期。生命早期出现的视觉问题会对孩子的发育产生重大影响。能够对婴儿进行定量视觉评估很重要，这有助于发现早期视力问题。然而，由于婴儿的认知发育或表达能力不足以识别视力表符号，如字母或图形，因此很难测量他们的视力。目前婴儿视力评估的黄金标准是基于优先视力测试²的视力卡程序¹。但是，由于这种方法需要有经验的测试人员通过观察孩子的眼球运动^来判断视力3，⁴，5，⁶，因此受到^{测试人员经验}的限制4^，5。因此，敏锐卡程序，如柜员敏锐卡（TAC）⁵，6^，仍然是一种主观方法。因此，需要一种可以定量测量婴幼儿视力的方法，该方法无需口头交流即可使用，并且不受需要经验丰富的测试人员的限制。

远程眼动仪的发明和使用使自动敏锐度测量系统得以开发。在以前的研究中，眼动追踪方法已被用作儿童

研究方案

此处描述的方案已获得北京大学第一医院伦理委员会（PKUFH 2018-223）的批准。这些程序遵循《赫尔辛基宣言》关于涉及人类受试者的研究的原则。描述了研究形式，并获得了参与者父母的知情同意。

1. 设备的准备

注意：AACP 组件安装在光线较暗的测试室中。房间里的窗帘被拉开，以避免阳光的干扰。显示系统、记录系统和分析系统是 AACP 的三个组成部分（图 1）。

1. 设置一个显示系统，一个 28 英寸液晶显示器（62.208 cm x 34.992 cm 屏幕，3840 像素 x 2160 像素，0.162 mm/像素，30 Hz 帧速率）。将显示显示器放在可以抬起的桌子上。通过 8 位查找表线性化屏幕亮度。将黑色、中灰色和白色的亮度分别设置为 1 cd/m 2、200 cd/m 2 和 400 cd/m²。
2. 在屏幕的两侧放置两个侧板，以减少对被测试儿童的干扰。
3. 设置一个录制系统，一个分辨率为 1080 像素/30 fps 的高清专业网络摄像头。
   注意：网络摄像头记录测试人员行为的图像序列，每个图像序列以 1280 像素 x 720 像素裁剪。在自动敏锐度测试期间，每 200 毫秒获取一个带时间戳的网络....

结果

AACP应用于一组^11：155正常发育的婴幼儿（5至36个月，基于胎龄）。在先前发表的一项研究中，将AACP获得的光栅敏锐度结果与TACII获得的结果进行了比较。通过这两个程序获得的结果显著相关（r₁₅₃ = 0.83， p < 0.001）。只有10.32%（155个中的16个）的儿童结果相差超过一个八度。其中，8名儿童年龄为5-7个月。在这16名儿童中，有3名儿童的视力结果通过AACP获得，比TACII获?.......

讨论

基于眼动追踪方法的几项研究⁷，⁸，9^，10表明该方法在评估语言交流困难的婴幼儿方面具有价值。然而，以前研究的参与者人数相对较少。只有30名12个月以下的婴儿通过Jones等人开发的ACTIVE程序进行了^测试7。由Vrabic等人开发的AVAT程序¹⁰对35名婴幼儿进行了类似的测?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
AACP procedure software	In-house	In-house	The AACP procedure software (China National Invention Patents, No. 201910865074.4 and No. 201510919621.4) comprises a stimulus displaying module, a vision testing module, and a testing result processing module.
Computer processor	Intel Corporation, Santa Clara, CA, USA	Intel CORE i7-6500U processor	Analysis system
Display monitor	InnoLux Co., Ltd., China	InnoLux M280DGJ-L30	Display system
Webcam	Logitech International S.A., Lausanne, Switzerland	Logitech C920 high-definition pro webcam	Recording system