鉴别观察者的眼疾病的方法和执行该方法的装置与流程

相关申请

本申请要求2014年5月2日提交的美国专利申请号61/987,700的权益，其内容通过参考结合于本文。

背景

本发明涉及鉴别观察者的眼疾病的方法和装置。更具体地，本发明涉及通过进行多个对比敏感度函数规程并将规程的结果比较来鉴别眼疾病，如弱视和近视。

早期检测对于成功治疗弱视(amblyopia)(″弱视(lazyeye)″)是关键的，弱视是在儿童和年轻人中的单眼视损伤的最常见原因，其影响2-5％的人群。疾病的较早检测和对潜在原因(斜视，屈光不正，和/或形觉剥夺)的矫正可以提供更好的长期治疗结果。

典型的弱视筛查/诊断规程包括对视敏度、实体敏度(stereoacuity)和弱视相关因素(例如斜视和屈光不正)的存在的评估。没有单一的约定的标准，在排除了可能的器官缺陷、屈光不正和斜视之后，诊断弱视的一个常见度量是视敏度的眼间差异。近来的研究提出诊断弱视的其他可能度量，包括对比敏感度的眼间差异，并且特别是截取值(临界值，cutoff)空间频率(spatialfrequency)的差异。也已经开发了儿童视觉扫描仪(pediatricvisionscanner，pvs)，一种基于视网膜双折射扫描的便携装置，来在2岁那么小的儿童中自动检测斜视、弱视和其他严重的眼部病况。对于评估候选的针对弱视的筛查方法的研究得出了以下结论：尽管多种测试在筛查灵敏度和特异性方面可能是不同的，但评估的弱视发生率的概率在多种测试中是相当的，并且将不同测试组合可能改善诊断准确性。

尽管弱视筛查可以在学校由儿科医生或眼部护理专家进行，但自动光筛查程序通常仍需要指定的仪器和特定的专业知识。例如，最常见的筛查规程在屈光矫正存在和不存在(裸眼)的情况之间在可能的弱视眼中评估视敏度差异。规程要求好的顺应性、正确的眼准直和屈光不正测量，以及准确的眼镜处方。筛查过程可能是昂贵的和无效率的，并且不常容易达到。对于有效的、容易进行的、负担得起的和可信的筛查方法仍有重要需求。

概述

在一个实施方案中，本发明提供眼间抑制规程(iip)用于区分屈光参差性弱视和近视的用途，所述屈光参差性弱视和近视是在没有正确的视力矫正的情况下在视觉检查中常混淆的两种疾病。使用双眼组合样式，本发明人证明，弱视眼中的单眼信号衰减与来自对侧眼的对弱视眼的更强抑制的组合造成了屈光参差性弱视中有缺陷的双眼视觉。iip基于对于屈光参差性弱视中对侧眼对弱视眼的更强抑制以及正常与近视视觉中的眼睛之间的大约平衡的抑制的观察结果。对于患有弱视的患者，本发明人鉴别出，不透明和半透明地遮盖对侧(或非被测)眼将导致弱视眼中不同的对比敏感度，而对弱视眼的不同遮盖将不会改变对侧眼的对比敏感度。对于正常和近视受试者，用不透明和半透明的介质遮盖一只眼睛将不会改变另一只的对比敏感度。具体而言，对于弱视者，与用半透明的介质遮盖对侧眼相比，用不透明的介质遮盖对侧眼将导致弱视眼的更好功能，因为用不透明的介质遮盖可以更好将弱视眼从对侧眼发挥的抑制释放。

在至少一个实施方案中，本发明比较了当用不透明的或半透明的介质遮盖非被测眼时被测眼的对比敏感度。在至少一个实施方案中，比较包括适应性评估全部对比敏感度函数(csf)，而不是在单个频率评估对比敏感度。当用不透明的或半透明的遮盖覆盖非被测眼时，使用贝叶斯适应性规程有效测量被测眼中的csf。对于被测眼，对于半透明的和不透明的遮盖条件，获得csf下的面积(aucsf)，有时也计算为对数csf下的面积(aulcsf)，和截取值空间频率，并且将抑制指数计算为两种遮盖条件之间的aucsf比。当在之前的被测眼和非被测眼之间切换遮盖时，重复相同规程。对侧眼遮盖的改变大大改变弱视眼中的csf。相同操作对弱视受试者的对侧眼的csf没有显著影响，对近视受试者的双眼的csf也没有影响。该效果提供将屈光参差性弱视与未矫正的近视相区分的简单和有效方法。iip可以用于早期弱视筛查。

在一个实施方案中，本发明提供通过在被测眼前的针孔孔隙获得的csf以将弱视与近视或远视区分的用途。近视/远视是视力问题，而弱视是皮质病症，其不能通过视力矫正来矫正。该方法在将非被测眼用不透明的介质遮盖的同时直接或通过针孔孔隙测量被测眼的csf。针孔孔隙用于绕过近视/远视的视力极限，但其不能矫正弱视的皮质问题。对于近视/远视眼，针孔孔隙可以用于降低缺陷视力的效果和改善对比敏感度，但针孔孔隙对弱视眼提供很少的相对改善。比较由针孔孔隙提供的对csf的效果允许人们区分弱视的视力和近视/远视视力。

在一个实施方案中，比较在有和没有针孔孔隙的情况下收集的csf。对于患有近视或远视的受试者，在针孔条件下，双眼的aucsf都得到改善。但对于弱视患者，在两种条件下，弱视眼的aucsf不显著改变或改变很少。

在另一实施方案中，本发明提供鉴别观察者的眼疾病的方法。所述方法利用具有显示器、用户界面和处理器的装置完成。该方法包括，显示器在将观察者的非被测眼用半透明的介质覆盖的同时对观察者产生第一刺激，和显示器在将观察者的非被测眼用至少基本上不透明的介质覆盖的同时对观察者产生第二刺激。第一刺激作为对于观察者的被测眼的第一试验的部分产生，并且第二刺激作为对于被测眼的第二试验的部分产生。方法还包括，用户界面在第一试验期间接收第一输入和在第二试验期间接收第二输入；处理器使用第一输入确定第一对比敏感度函数(csf)和使用第二输入确定第二对比敏感度函数(csf)，处理器计算对于第一csf计算第一对比敏感度函数下的面积(aucsf)且对于第二csf计算第二对比敏感度函数下的面积(aucsf)。该方法还包括，处理器对于第一和第二试验将抑制指数定义为第一aucsf和第二aucsf中的一个相对于第一aucsf和第二aucsf中的另一个的比，和处理器使用抑制指数鉴别观察者的被测眼的眼疾病(例如，弱视)。

在另一实施方案中，本发明提供鉴别观察者的眼疾病的方法。该方法用具有显示器、用户界面和处理器的装置完成。该方法包括，显示器在将观察者的非被测眼用至少基本上不透明的介质覆盖并且观察者的被测眼基本上不被覆盖的同时对观察者产生第一刺激，和显示器在将观察者的非被测眼用至少基本上不透明的介质覆盖并且被测眼通过针孔孔隙看显示器的同时对观察者产生第二刺激。第一刺激作为对于被测眼的第一试验的部分产生，并且第二刺激作为对于被测眼的第二试验的部分产生。该方法还包括，用户界面在第一试验期间接收第一输入和在第二试验期间接收第二输入；处理器使用第一输入确定第一对比敏感度函数(csf)并且使用第二输入确定第二对比敏感度函数(csf)，处理器对于第一csf计算第一对比敏感度函数下的面积(aucsf)且对于第二csf计算第二对比敏感度函数下的面积(aucsf)。该方法还包括，处理器对于第一和第二试验将视力因子定义为第一aucsf和第二aucsf中的一个相对第一aucsf和第二aucsf中的另一个的比，和处理器使用视力因子鉴别观察者的被测眼的眼疾病(例如，近视)。

在另一实施方案中，本发明提供用于确定具有被测眼和非被测眼的观察者的眼疾病的装置。装置可以是电子装置或计算机系统。所述装置包括显示器、用户界面、处理器，和包含指令的非暂时性介质。所述处理器可以执行指令以进行确定观察者的眼疾病(例如，弱视)的方法。

通过考虑详述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。

附图简述

图1是利用不透明的(a)和半透明的(b)介质遮盖非被测眼的眼间抑制规程(iip)的图示。

图2是提供弱视的观察者的特征的表。

图3是提供近视的观察者的特征的表。

图4是图表csf参数化。空间对比敏感度函数(其描述作为空间频率的函数的倒数(reciprocal)对比阈值)可以由四个参数描述：(1)峰获取，csmax，(2)峰频率，fc，(3)带宽(半高全宽)，β，和(4)低频率侧的截短的(truncated)减少，δ。用于测量对比敏感度函数的贝叶斯适应性方法(其中快速csf方法是最明显的实例)通过直接评价csf的参数快速评价csf。参数化在方法之间可能不同，但在不同空间频率的对比敏感度的评价是相同的。

图5是说明用于执行快速csf规程和鉴别观察者的眼疾病的系统的部件的框图。

图6是说明用于执行快速csf规程和鉴别观察者的眼疾病的装置的框图。

图7是表示弱视和近视眼中抑制指数的图表。前三个条(深灰色)表示在视力矫正的情况下来自弱视的受试者的弱视眼(水平线)和对侧眼(左斜线)的数据，和近视的受试者(右斜的)左和右眼的平均值。后三个条(浅灰色)表示裸眼条件下的数据。叉号代表个体数据。

图8是代表近视的(左)和弱视的(右)受试者的aucsf的图表。x-轴：当将非被测眼用半透明的介质覆盖时被测眼的aucsf；y-轴：当将非被测眼用不透明的介质覆盖时被测眼的aucsf。对角线是标识线，斜率1.0。ae：弱视眼；fe：对侧眼；re：右眼；矫正的ae/le：在眼镜的情况下测试的弱视/左眼；矫正的fe/re：在眼镜的情况下测试的对侧/右眼；矫正的ae/le(实心菱形)：在眼镜的情况下测试的弱视/左眼；矫正的fe/re(空心菱形)：在眼镜的情况下测试的对侧/右眼；裸ae/le(实心星形)：在没有眼镜的情况下测试的弱视/左眼；裸fe/re(空心星形)：在没有眼镜的情况下测试的对侧/右眼。

图9是提供在鉴定弱视过程中单个度量的能力和一种或多种最佳鉴别因素的表。

图10是提供近视的观察者的特征的表。

图11是针孔孔隙的图示。

图12显示三个测试条件中的平均csf。

菱形：用中性密度(neutraldensity，nd)滤光片矫正的眼；正方形：利用针孔的裸眼；空心环：利用nd滤光片的裸眼。

详细描述

在详细描述本发明的任意实施方案之前，要理解本发明不将其应用限制于以下说明书中陈述的或以下附图中说明的部件的构造和排列的详述。本发明能够另外实施并且以各种方式实践或进行。

而且，要理解，本文中使用的措辞和术语是为了说明，并且不应理解为限制性的。“包括”、“包含”或“具有”和其变化形式的使用意为包括之后列出的项目和其对等物以及另外的项目。术语“安装的”、“连接的”和“偶联的”广泛使用并且包括直接和间接安装、连接和偶联。此外，“连接的”和“偶联的”不限于物理或机械连接或偶联，并且可以包括电连接或偶联，不论是直接或间接的。术语“组”广泛使用以表示一种以上。此外，可以使用其他已知方法进行电通信和通知，包括直接连接、无线连接等。

还应该注意，多种基于硬件和软件的装置，以及多种不同结构部件可以用于执行本发明。此外，并且如后续段落中描述的，附图中说明的具体构造意在举例说明本发明的实施方案。备选的构造是可能的。

童年期间的弱视筛查对于早期检测和成功治疗是至关重要的。在一个实施方案中，本发明人开发和评估了一种筛查方法，所述筛查方法利用弱视眼和对侧眼之间的不平衡的眼间抑制。本发明人，在一轮测试中，测试了十九名患有屈光参差性弱视的受试者和二十二名年龄匹配的患有近视的受试者。该实施在被测眼(左，右)、非被测眼(半透明的，不透明的)的遮盖条件限定的八个单眼条件下，测量对比敏感度函数下的面积(aucsf)(图1)，并且确定屈光状态(矫正的，未矫正的)。对于每只被测眼，该分析将抑制指数定义为在非被测眼的半透明的和不透明的遮盖条件下获得的aucsf值之间的比。为了评估抑制指数的筛查潜能，一个方案比较来自患有弱视和近视的患者的结果。在有和没有视力矫正的情况下，弱视的受试者的弱视眼中指数显著低于对侧眼和近视的受试者的双眼。在近视的受试者的双眼和弱视的受试者的对侧眼中未发现显著差异。以抑制指数作为预测物，逻辑回归模型将弱视眼与近视眼成功区分，在未矫正条件下至少接近100％准确度。在矫正的条件下，以抑制指数和眼间视敏度差异作为预测物，类似地将弱视眼与近视眼以至少接近100％准确度区分。这种样式的对比敏感度函数(csf)变化(由非被测眼的不同遮盖模式造成)，提供可能的用于将屈光参差性弱视与近视区分的csf识别标志。

因此，在至少一个实施方案中，操作对侧眼中的亮度水平大大改变患者的弱视眼中的csf。如本文中使用的，不透明的遮盖或不透明的阻断包括基本上对眼不透光(理想的是无光)的不透明的介质。不透明的介质减弱90％至100％光，或95％至100％光，或99％至100％光。半透明的遮盖或半透明的阻断包括允许光到达眼但阻断范型视觉的半透明介质。在一个构造中，通过半透明的介质的光应该具有与没有遮盖基本上相同的亮度(理想的是相同亮度)但基本上零(理想的是零)的对比。相同操作对弱视视力的对侧眼的csf没有显著作用，对于近视眼的csf也是。aucsf在针孔条件下仅对近视受试者有改善，但对弱视受试者没有。这两种效应提供可以一起或不一起使用的互补方法以区分弱视和近视。本发明的实施方案的详细研究在以下讨论。

1.1受试者

十九名患有屈光参差性弱视的成人受试者(平均年龄：22.6±0.7岁)和二十二名近视成人(平均年龄：23.1±0.8岁)参与研究。受试者的详细特征，包括年龄、性别、视力矫正和他们矫正和未矫正的敏度在表1和2(分别是图2和3)中列出。近视的受试者从中国科学院心理学研究所以及周边大学招募；弱视的受试者从当地眼科/验光诊所得到。所有近视的受试者和弱视的受试者的对侧眼具有矫正到正常的视力。所有参与者未经历过精神物理学实验。在解释了研究的性质之后从每个受试者和他们的监护人/父母获得知情同意书。由中国科学院心理学研究所的irb批准方案，并且根据赫尔辛基宣言进行。

1.2执行

近来，开发了快速csf方法(quickcsf，也可以称为qcsf)以用极大减少的测试时间准确评估对比敏感度函数。如图4中所示，csf特征为四-参数截短对数抛物线，四个参数是：(1)峰获取(csmax)；(2)峰空间频率(fc)；(3)低频率侧截短的减少(δ)；和(4)带宽(半高全宽)(β)。分配参数值的不同组合初始概率，产生四维概率密度函数(pdf)。基于受试者在空间频率和对比水平的某些组合下对检测栅格或其他视标的响应，使用bayes规则更新pdf。从空间频率和对比条件的所有可能组合选择下一试验的刺激的空间频率和对比，使得预期的结果将导致pdf的熵(即最大信息获取)的最大降低。该方法近期已经在研究弱视、周边视力和二阶感知的应用中得到证实。

执行的快速csf规程可以如2011年5月10日提交的美国专利号7,938,538中所述进行，其整体内容通过引用结合于本文。用于快速测量视觉敏感度的另一可能的规程在2013年11月14日公开的pct公开号wo2013/170091中描述，其整体内容通过引用结合于本文中。

利用本发明的一个示例性的系统(包括进行快速csf规程和鉴别观察者的眼疾病)在图5中示为系统100。系统100包括显示器110，其偶联于用户界面120和计算系统130。观察者(或受试者、用户、或患者)140可以与用户界面120和/或显示器110交互。所述系统可以包括，例如，个人计算机或移动设备如智能手机或平板电脑，并且可以具有网络连接用于与其他计算系统或服务器通讯。用户界面120可以与显示器110一体化，例如，以触摸屏显示器的形式。可以基于显示器分辨率和尺寸，安置高品质视觉刺激(具有亮度/颜色、空间样式和布局的准确控制)和显示器计时。恒定的观看距离可以通过使用腮托或其他装置实现。观察者120可以使用系统进行快速csf规程，例如通过观看显示器110上的标记(例如，栅格、字母、数字)，如美国专利号7,938,538或pct公开号wo2013/170091中讨论的。在一个实施方案中，观察者向界面120提供响应，而计算系统130建立快速csf。观察者140可以使用用户界面120表明或绘制响应。鉴别可以通过识别的字母的按键进行，和/或观察者可以通过言语识别软件语言上响应识别。还设想，观察者可以通过监督观察者的临床医生的帮助提供响应。计算系统130可以确定刺激测试的结果，确定快速csf，以及观察者120是否具有视觉损伤，如下文进一步讨论的。实例系统100是具有键盘、用于刺激呈现的运行软件(除了执行快速csf算法的科学计算软件之外)的ibmpc兼容计算机。刺激显示在dell17-英寸颜色电子射线管(crt)监视器上，其刷新率设为100hz。利用要用于呈现视觉刺激的psychtoolbox扩展编写matlab程序；使用计算机键盘收集观察者反应；并且使用快速csf算法选择刺激条件和评估对比敏感度函数。

在另一构造中，快速csf执行的硬件设置包括小形式因素pc(inteli5cpu，4gbram)和用于刺激显示的大尺寸屏幕，如1920乘1080像素的分辨率的46″对角线。在400cm的观看距离，屏幕允许以范围从1.4至36.2循环/度的空间频率显示刺激，其包括食品与药物管理局(foodanddrugadministration)(fda，1.5至18cpd)批准的全套频率。而且根据fda标准，将平均屏幕亮度校准为85cd/m²。包括电源控制在内的所有设备功能性可以通过手持平板装置处理。近场通讯(nfc)读取器通过智能卡提供认证机制。用于数据导出的外部接口可以通过以太网和usb接口提供。小形式因素pc可以运行常规的linux操作系统。然而，操作系统对于用户是透明的，因为所有用户交互在平板远程控制进行，并且视力测试软件一直在全屏幕模式下运行。可以以c++编写pc侧软件；图像显示器进一步使用opengl着色器和执行时空抖动以增加屏幕的位深。为了方便起见，软件可以自动计算csf的多个特征：在五个独立的fda批准的空间频率的阈值敏感度；csf敏度，csf与x-轴的交叉(即其中对比阈值是100％时的空间频率)；和汇总统计，在1.5至18cpd的范围内的csf下的面积。原始数据，如试验历史和csf参数的全后验分布(fullposteriordistribution)，可以在数据库中储存并且通过基于网络的数据库界面或usb接口输出。平板远程控制可以是安卓图像，其总是在前台运行远程控制应用。在一个实施方案中，观察者读出屏幕上的字母。检查者(对其呈现真实标注(groundtruth))将此响应编码为正确或不正确的；还可以将“不知道”响应编码。为了减少空间不确定性，每次刺激呈现在表明空间位置和即将出现的刺激规模的标记之后。检查者可以使用“提示”按钮重复该标记呈现。在响应记录后，检查者可以起始下一试验；如果需要，也可以撤消之前的响应。在进行快速csf测试后，系统可以处理用于进一步分析的强调的数据，如下文更详细讨论的。

备选地，系统可以采用单个装置的形式。图6显示设备200的一种构造的框图。设备200包括印刷电路板(“pcb”)，其组装有多种电气和电子部件，它们提供电源、操作控制和对设备200的保护。参看图6，设备200包括处理器210。处理器210是用于控制设备200的控制器。在一种构造中，处理器210是应用处理器。更具体地，应用处理器具有内部指令和数据缓存、多媒体能力、外部存储器接口和接口的灵活性。当然，其他处理单元，如其他微处理器、微控制器、数字信号处理器等，可以用于替换处理器210。

设备200包括存储器，其可以在处理器210内部(例如，存储器220)，处理器200外部(例如，ram230)，或二者的组合。示例性的存储器包括只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)，电可擦可编程只读存储器(“eeprom”)、闪存、硬盘、或其他适用的磁、光、物理或电子存储设备。处理器210执行能够储存在ram(例如，在执行期间)、rom(例如，在通常永久的基础上)、或另一种非暂时性计算机可读介质如另一存储器或盘中的软件。设备200还包括输入/输出(“i/o”)系统，所述系统包括在处理器210内的部件和设备200或设备200外部的其他部件之间传输信息的路径。

设备200的执行中所包括的软件储存在处理器210的存储器220、ram230、rom中，或设备200外部。软件包括，例如，固件、一种以上应用、程序数据、一种以上程序模块和其他可执行指令。将处理器210配置为从存储器取回并执行与以下对于设备200所描述的控制过程和方法相关的指令等。例如，将处理器210配置为执行从存储器220、ram230、和/或rom取回的指令，用于提供适应性pr规程。

图6中所示的一种存储器是ram230，其可以是双倍速(ddr2)同步动态随机存取存储器(sdram)，用于储存与设备200的操作相关和在设备200的操作期间捕获的数据。此外，安全数位卡(sd)或多媒体卡(mmc)可以偶联到设备200，用于经插槽240将数据从设备200传输至存储卡。当然，可以使用其他类型的数据存储装置来替代图6中所示的数据存储装置。

设备200还可以包括多个双向无线电通信能力。设备200可以包括的具体无线部分是wifi双向无线电通信部分250和蓝牙双向无线电通信部分260。wifi部分250和蓝牙部分260包括wifi通信界面、蓝牙通信界面、天线开关和相关天线，其全部按照wifi联盟标准和蓝牙技术联盟标准允许无线通信。当然，其他有线、无线局域网(wlan)标准，和无线个人区域网络(wpan)标准可以用于设备200。

设备200可以包括用于有线通信的多个通信部分。示例性的电路和用于接收有线连接器的接口包括用于支持通用串行总线(usb)连接的部分和相关端口265，包括a型端口和micro-b端口；用于支持联合测试工作组(jtag)连接的部分和相关端口270，以及用于支持通用异步接收器/发送器(uart)连接的部分和相关端口280。当然，其他有线通信标准和连通性可以与图6种所示类型一起使用或替代它们。

另一可以与设备200连接并且因此由设备200支持的设备是外部显示器。与外部显示器的连接可以通过微型高清晰度多媒体接口(hdmi)290进行，其提供紧凑的音频/视频界面，用于将未压缩的数字数据传至外部显示器。hdmi连接290的使用允许设备200将视频(和音频)通信传输至外部显示器。当然其他连接方案，如dvi，可以与设备200一起使用。

设备200包括触摸屏i/o设备300，用于向观察者提供用户界面。触摸屏显示器300可以是具有电阻式、电容式、或类似触摸屏技术的液晶显示器(lcd)。设想多点触控功能可以与触摸屏显示器300一起使用，这取决于使用的技术的类型。设想向设备200提供输入的备选手段，包括有线和无线输入装置。

设备200包括照相机310，其允许设备拍摄照片或视频。得到的图像文件可以用于记录规程或规程的一方面，如观看距离。类似地，设备200包括音频部分370，其具有音频解码电路、音频信号功率放大器和相关扬声器，用于将音频通信提供给观察者，如医生或患者。

设备200还包括电源产生和管理模块330。电源模块330具有电源(例如，锂离子电池)和电供应，用于向处理器、lcd触摸屏和外围设备提供多个电压。

设备200可以是具有触摸屏能力的手持计算平板。平板是具有触摸屏的便携个人电脑，其通常是主要输入设备。然而，可以将外部键盘或鼠标连接于设备200。平板允许与甚至典型的笔记本个人电脑(其可以在本发明的一些实施方案中使用)不相关的移动功能。还设想设备200可以与执行本文中讨论的发明的方面的远程服务器连接。例如，本文中讨论的各种方法可以在设备200和远程服务器之间交互进行，和/或某些过程，如计算csf下的面积，确定抑制指数或视力因子，和鉴别眼疾病，可以在远程服务器处在规程后晚些时间进行。

简言之，关于快速csf规程，刺激空间由具有在1.5dbs的步骤中范围从0.1％至99％的对比和在3dbs的步骤中范围从0.5至16循环/度(cpd)的空间频率的栅格组成。快速csf的参数空间是四维网格；可能的csf参数的范围是：峰获取为1.2至200，峰频率是.25至24cpd，带宽是.25至8倍频(octave)，并且截断水平(truncationlevel)是.01至4。扩散先验用于启动规程。

在50次qcsf试验后获得csf曲线。通过对0.5至16cpd的空间频率积分计算对比敏感度函数下的面积(aucsf)。截取值空间频率(cosf)(定义为对应于2.5的对比敏感度的空间频率)从csf曲线计算。

1.3刺激

刺激是2.5°x2.5°垂直正弦波栅格。为了将边缘效应最小化，将半高斯渐变(ramp)(σ＝0.25°)加至栅格的边缘以将它们融合于背景。使用基于psychtoolbox扩展运行matlab的计算机产生刺激并呈现在γ-矫正的监视器上，空间分辨率1600x1200像素，刷新率85hz。使用电路以产生14-位灰度级分辨率。显示器的平均亮度是28.3cd/m²。腮托用于在实验期间约束头移动。受试者在昏暗光室中以1.14m的距离，在中央窝(fovea)中观看显示器。

1.4规程

二项迫选(two-intervalforcedchoice，2ifc)范式用于qcsf规程。每次试验由在显示器中间的初始294-ms固定和两个153-ms刺激间隔(由588-ms的刺激间间隔(isi)分开)组成。简单的音调发出每次间隔开始的信号。栅格仅在两个间隔中的一个中呈现。使用计算机键盘要求受试者指出含有栅格的间隔。关于快速csf规程的进一步讨论(包括如何完成多个试验)，可以在美国专利号7,938,538和pct公开号wo2013/170091中找到。

1.5设计

在视力矫正的和未矫正的条件下，使用中国翻滚e字图，在用不透明的遮盖覆盖非被测眼的情况下测量双眼的视敏度(va)。为了将光适应的影响最小化，裸眼条件下的视敏度在受试者摘下他们的眼镜后至少30分钟测量。

在八个测试条件下测量csf：2只被测眼(近视的受试者的左/右眼或弱视的受试者的弱视/对侧眼)x2水平的视力矫正(有/没有眼镜)x2遮盖条件(用不透明的或半透明的介质遮盖非被测眼)。不透明的遮盖完全阻断光，而半透明的遮盖剥夺了形状感知并且以约20％降低刺激的亮度，即，非被测眼的平均亮度是被测眼的约80％或22.6cd/m²。

因为研究对眼间抑制指数感兴趣，将在两个遮盖条件下未完成测试的受试者(主要由于时间安排困难)从统计分析中排除。我们以在有眼镜的条件下对弱视眼的19例有效测量，没有眼镜的条件下对弱视眼的7例有效测量，有眼镜的条件下对对侧眼的19例有效测量，没有眼镜的条件下对对侧眼的6例有效测量，有眼镜的条件下对近视眼的40例有效测量(20例左眼和20例右眼)，和在没有眼镜的条件下对近视眼的21例有效测量(11例左眼和10例右眼)结束。为了保证csf在相同光适应水平测量，在测试之间我们要求受试者走出测试屋子进入常规室内光屋子达约五分钟。在分开的阻断下测试并且在受试者中平衡有眼镜的四个条件和没有眼镜的其他四个条件。

1.6分析

对于每只被测眼，我们将对于该眼的抑制指数定义为在半透明的和不透明的遮盖条件之间的aucsf比例(分别是图7和8)。抑制指数显著低于1.0表示，与受不透明遮盖的非被测眼相比，被测眼更多受半透明遮盖的非被测眼抑制。接近1.0的指数表示，被测眼受不透明或半透明遮盖的非被测眼的抑制相当。

抑制指数越低，双眼之间的不平衡越大。弱视的程度(例如弱视眼和对侧眼之间的视敏度和aucsf差异)和抑制指数之间的pearson相关系数使用用于windows的spss(版本19.0；spss，inc.，chicago，il，usa)计算。

为了确定区分屈光参差性弱视与近视的有效预测物，实施方案应用了弱视的逻辑回归模型作为二分的结果，并且应用视敏度、aucsf和高截取值空间频率的抑制指数和眼间差异作为独立的预测物(版本19.0；spss，inc.，chicago，il，usa)：

其中p(amb)是为弱视眼的概率，比率表示抑制指数，面积表示眼间aucsf差异，va表示眼间视敏度差异，cosf表示眼间截取值空间频率差异，即，双眼的截取值空间频率之间的差异，并且各个β是系数。

逐步选择方法用于选择有效预测物，其中对特定预测物的包括基于得分统计的显著性，并且对特定预测物的排除基于似然比统计的概率(spss19.0中的正向选择-有条件的(forwardselection-conditional))。矫正的和未矫正的条件下的逻辑回归模型分开评价。

2.结果

讨论的实施方案对于视力矫正的和未矫正的条件二者，在弱视和近视的受试者的双眼中比较视敏度。在矫正下，在弱视的受试者的弱视眼(0.44±0.08，平均logmar±标准差)和对侧眼(-0.04±0.02)中的敏度之间，和在弱视眼和近视的受试者的矫正为正常的眼(-0.04±0.02)的敏度之间存在显著差异(p＜0.01)。在没有视力矫正的情况下，在弱视眼、对侧眼和近视眼之间没有发现显著视敏度差异(分别是0.41±0.10，0.29±0.10和0.52±0.10；p＞0.10)。在这些受试者中，在没有视力矫正的情况下，视敏度不是良好的区分弱视与近视的度量。

从每个条件下获得的csf，我们导出csf下的面积(aucsf)和截取值空间频率。aucsf在宽范围的空间频率下表征空间视力。截取值空间频率表征视觉系统的空间分辨率极限。视敏度和截取值空间频率与所有所述测试条件高度相关(pearson相关系数，r＝-0.717，p＜0.01)。

在视力矫正的情况下，在不透明遮盖条件下，弱视眼中的aucsf(8.92±2.27)与对侧眼中的(10.00±2.07)和近视眼中的(两眼的平均为6.35±0.92)相当(p＞0.10)。然而，在半透明遮盖条件下，弱视眼中的aucsf(1.26±0.60)显著低于对侧眼中的(10.71±2.88)并且低于近视眼(5.40±0.92)(分别是p＜0.01和p＜0.05)。在视力矫正的情况下，在不透明遮盖条件下，弱视眼中的aucsf(9.04±1.18)显著低于对侧眼中的(15.86±0.88)和近视眼中的(16.80±0.72)(p＜0.01)。此外在半透明遮盖条件下，弱视眼中的aucsf(3.71±0.66)显著低于对侧眼中的(16.71±0.82)和近视眼中的(16.79±0.72)(p＜0.01)。

在视力矫正的情况下，在弱视的受试者的弱视眼中的抑制指数(0.43±0.07)显著低于(全部都p＜0.01)对侧眼中的(1.08±0.05)和近视的受试者的双眼中的(对于左眼和右眼分别为1.10±0.08和1.03±0.04)。去除视力矫正导致相同的定量结果：对于弱视的受试者的弱视眼的抑制指数是0.17±0.09，并且对于对侧眼以及近视的受试者的左眼和右眼分别是1.15±0.05，1.17±0.09和1.28±0.10。在视力矫正条件下，在近视的受试者的左眼和右眼以及弱视的受试者的对侧眼中未发现显著差异(全部都p＞0.10)。在视力矫正的条件(r＝0.639，p＜0.01)中，抑制指数与眼间视敏度差异高度相关，但在未矫正的条件下(r＝0.003，p＞0.1)不相关。

逻辑回归分析表明，最佳区分因素是未矫正的条件中的抑制指数，以及矫正的条件中抑制指数和眼间视敏度差异的组合。以抑制指数作为预测物，在裸眼条件下以100％准确度区分弱视眼和近视眼(β0＝171.27，β1＝-272.36；x(1)＝20.73，p＜0.01)。在视力矫正的条件，使用抑制指数作为单个预测物以82.9％准确度区分弱视眼和近视眼；加入眼间视敏度差异作为第二预测物将准确度增加至100％(β0＝306.82，β1＝-260.48；β4＝-12.30；x(2)＝56.62，p＜0.01)。

区分弱视和近视的变量(包括眼间视敏度差异、眼间截取值空间频率差异、眼间aucsf差异和抑制指数)的预测能力列在表3(图9)中。在未矫正的条件下，仅抑制指数以100％准确度成功鉴别弱视；在视力矫正的条件下，眼间视敏度差异以95.1％准确度预测弱视；并且加入抑制指数将准确度增加至100％。

3.讨论

通过在非被测眼中操纵遮盖条件(半透明的对不透明的)和利用弱视的双眼之间的不对称眼间抑制，本发明人证明，qcsf规程联合遮盖可以在没有视力矫正的情况下用于有效筛查屈光参差性弱视。结果与眼间抑制和/或对非被测眼对存在的刺激的亮度双眼分视(dichoptic)的遮蔽相关。

大多数弱视者是屈光参差的和斜视的类型。在本研究中，本发明人测试了眼间抑制规程区分屈光参差性弱视和近视的功效。尽管此前有作者基于眼间掩蔽实验的结果得出眼间抑制和双眼组合在斜视性弱视中基本上不受影响的结论，但来自对侧注视眼的对弱视眼的更强抑制作为对于斜视性弱视中的视觉缺陷的机制已经长期建立。已经发现，荷包牡丹碱(γ-氨基丁酸或gaba受体阻断剂)的应用在逆转斜视动物中皮层细胞的双眼响应方面有效，表明在斜视性弱视中，来自斜视眼的输入可以在功能上被抑制。使用整体运动鉴别范式，多项研究表明，眼间抑制可能在屈光参差性和斜视性弱视中发挥主要作用。其他研究已经发现，对比干扰阈值(该阈值越低，来自对侧眼的对弱视眼的抑制越强)在斜视性弱视中比在屈光参差弱视中小，表明眼间抑制可能在斜视性弱视中甚至更强。所有这些结果表明，眼间抑制规程可以用于筛查斜视性弱视。

早期和准确的检测是弱视治疗的两个关键组成部分。美国儿科学会(aap)强烈推荐早期视力筛查来检测弱视以使得成功治疗。另一方面，之前的研究结果推荐使用联合测试来以更好的诊断准确度筛查。本研究中开发和评价的测试可以在没有眼准直、屈光不正测量和眼镜处方的情况下应用。该测试有效，容易进行，并且十分能够负担得起。

近来，已经在ipad上执行qcsf规程，使得能够在便携设备上并且同时对很多受试者进行筛查。

4.针孔规程

针孔孔隙仅允许中央光束进入眼。理想的针孔孔隙的直径由下式确定：

其中d是针孔直径，f0是人眼的焦距，f1是从针孔孔隙至角膜的距离，并且λ0是光波长。在典型设置中，f0＝22-24mm，f1＝5至10mm，λ0＝740nm。因此理想的针孔孔隙的直径范围从0.2至0.22mm。光线较不可能被屈光不正如近视、远视和散光破坏。

对于神经疾病引起的视觉损伤，如视神经炎或弱视，利用针孔孔隙不会改善视力。对于某些视力损伤，如介质中浑浊(例如，白内障)，利用针孔孔隙视力可能甚至变得更差。利用针孔孔隙的视力检查已经用作直接快速的、简单、仍然准确的确定患者的损伤的视力是否由于屈光不正或临床实践中的其他病理的方法。

针孔孔隙测试的之前的应用关注于其对视觉字母敏度的潜力。因为视敏度仅是在高亮度和高对比条件下视力质量的测定，我们旨在评价针孔孔隙对对比敏感度函数(csf)的作用，所述对比敏感度函数(csf)是空间视力的更广泛的测量。

4.1.方法

4.1.1受试者

三名近视的成人(平均年龄：28.7±3.7岁)参与研究。受试者的详细特征，包括年龄、性别、视力矫正和其矫正未矫正度，在表4中显示(图10)。从中国科学院心理学研究所招募近视的受试者。所有近视的受试者具有矫正为正常的视力，并且未曾经历过精神物理实验。在解释了研究的性质之后从每个受试者获得知情同意书。实验过程由中国科学院心理学研究所的机构审查委员会(institutionalreviewboard)批准，并且根据赫尔辛基宣言进行。

4.1.2刺激和装置

刺激是2.5°x2.5°垂直正弦波栅格。为了最小化边缘效应，将半高斯渐变(σ＝0.25°)加至栅格的边缘以将它们融合于背景。使用基于psychtoolbox扩展运行matlab的计算机产生刺激并呈现在γ-矫正的监视器上，空间分辨率1600x1200像素，刷新率85hz。使用电路以产生14-位灰度级分辨率。显示器的平均亮度是31.3cd/m²。通过10％密度中性密度(nd)滤光片和2mm直径针孔孔隙的显示的亮度分别是2.7cd/m²和3.1cd/m²。(图11)。腮托用于在实验期间约束头移动。受试者在昏暗光室中以1.14m的距离，在中央窝中观看显示器。

4.1.3规程和分析

二项迫选(2ifc)范式用于qcsf规程。每次试验由在显示器中间的初始294-ms固定和两个153-ms刺激间隔(由588-ms的刺激间间隔(isi)分开)组成。简单的音调发出每次间隔开始的信号。栅格仅在两个间隔中的一个中呈现。使用计算机键盘要求受试者指出含有栅格的间隔。不提供反馈。

4.1.4设计

对于给定眼，我们利用针孔孔隙和nd滤光片测量裸眼(在没有眼镜的情况习)中的csf，和任选地利用nd滤光片测量矫正的眼(在有眼镜的情况下)的csf。在五只眼中测量三组csf。

4.1.5分析

对于每个csf，我们计算了对应于0.5的对比阈值的csf下的面积(aucsf)和截取值空间频率，并且使用用于windows的spss(版本19.0；spss，inc.，chicago，il，usa)在三个测试条件之间进行比较。

4.2结果

以裸(未矫正的)眼通过针孔孔隙观看，显著改善aucsf(从2.65±2.18至8.88±2.06，p＜0.05)和截取值空间频率(3.25±1.9至9.17±2.12cpd；p＜0.05)。因为我们在本实验中使用的针孔孔隙的直径是2mm并且在针孔孔隙和瞳孔之间存在一些残留距离，在我们的实验设置中光散射仍然可以发挥作用。因此，佩戴矫正眼镜可以将aucsf改善至19.21(±1.96)并将截取值空间频率改善至17.79(±2.12)cpd(二者都p＜0.01)。基于更好的针孔孔隙和/或视网膜光照方法(例如，maxwellianview)的设置会极大地通过针孔孔隙降低光散射并改善aucsf。

我们计算了视力因子，即，不被覆盖裸眼条件下的aucsf相对针孔裸眼条件下的aucsf的比例。平均视力因子是3.35±1.34，提示针孔孔隙显著改善近视眼中的csf。

4.3总结

本发明人发现，对于近视患者，在针孔条件下aucsf改善。对于弱视患者，在两个条件下aucsf将没有显著改变。该效果提供区分弱视和近视/远视的补充性方法。

对于测试的针孔版本，在至少一个规程中，在针对近视眼的针孔条件中aucsf改善(参见图12中来自三个近视的受试者的数据)。对于弱视患者，在两个条件中aucsf将不会显著改变。该作用提供区分弱视和近视的补充性方法。

对于近视眼，良好设计的针孔孔隙可以用于消除缺陷视觉的影响并产生正常csf，但针孔孔隙不能将弱视眼的csf改善为正常。通过针孔孔隙收集的csf与正常视力受试者的csf相比较可以用于区分弱视的视力和近视/远视视力。

本发明提供至少四种不同csf测量：(1)当非被测眼用不透明的介质遮盖时，(2)当非被测眼用半透明的介质遮盖时，(3)在没有视力矫正的情况下通过针孔孔隙；(4)在没有视力矫正的情况下通过中性密度滤光片。在不同条件下比较csf可以用于鉴别弱视。

抑制指数计算为当将非被测眼用半透明的介质遮盖时的aucsf相对于当将非被测眼用不透明的介质遮盖时的aucsf的比例，或备选地为10^d，其中d是当将非被测眼用半透明的介质遮盖时的aulcsf相对于当将非被测眼用不透明的介质遮盖时的aucsf之间的差异。利用患有和未患有临床上认为的弱视的群体的统计学性质定义的标准，具有显著低于1.0的抑制指数的眼被认为是或高度可能是弱视。备选方案是，开发或应用统计学或机器学习程序(例如，判别分析、逻辑回归、模式分类)来鉴别最佳预测物，以及开发或应用判据，来基于患有和未患有眼疾病的群体的csf的抑制指数和/或其他特征的分布鉴别眼疾病(例如，弱视)。

视力因子计算为当被测的裸眼不被覆盖时的aucsf相对于当被测的裸眼通过针孔孔隙观看测试刺激时的aucsf的比例，或备选地为10^d，其中d是当被测的裸眼不被覆盖时的aulcsf相对于当被测的裸眼通过针孔孔隙观看测试刺激时的aulcsf之间的差异。以患有和未患有临床上认定的弱视的群体的统计性质定义的标准，具有显著不同于1.0的视力因子的眼被认为是或高度可能是弱视。备选方案是，开发或应用统计学或机器学习程序(例如，判别分析、逻辑回归、样式归类)来鉴别最佳预测物，以及开发或应用判据，来基于患有和未患有眼疾病的群体的csf的抑制指数和/或其他特征的分布鉴别眼疾病(例如，弱视)。

因此，本发明提供用于鉴别观察者的眼疾病的新的和有用的方法和装置等。本发明的各种特征和优势在以下权利要求中陈述。