CN116473503A - 一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，所述方法包括获取人眼视锥细胞的光谱敏感度函数；基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号；基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号；基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号；基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验。本发明实施例提供的方法能够从组织、动物、分子三个层次解析DI‑LCA离焦信号通过视锥细胞调控屈光发育的作用，优选目标离焦信号，为研发降低近视风险的显示驱动程序和设备提供支持。
Description
技术领域
本申请涉及眼科技术领域，特别涉及一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法。
背景技术
在青少年群体中，近视问题越来越普遍，儿童近视的患病率逐年上升。室内近距离用眼容易导致屈光发育过快，引起近视，且患病率随着儿童室内近距离环境下用眼时间的上升而上升。相反的，开阔的户外活动可以降低眼轴伸长和近视加重的程度，降低近视的患病率和进展。然而青少年的户外活动时间有限，降低儿童在室内近距离环境用眼时屈光发育过快的近视风险具有现实意义。
光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子，在量子力学领域被认为是电磁相互作用的媒介子。单个光子的基本属性包括颜色(频率)、位置、传播方向、自旋(偏振)和波相位，人眼可以感知前三种基本属性。光子经过人眼屈光系统后到达视锥细胞形成视觉的初始输入信号。当存在许多光子时，视觉信息可以由光子强度(即亮度)来携带，感知工作是由视锥细胞完成的。而用眼环境在视网膜上产生的形觉和色觉信号是调控眼球正视化的重要因素，能被眼球感知到的形觉信号主要有调节刺激(视物距离)、空间频率、对比度和焦距变化曲线。研究发现用眼环境中不同的形觉刺激(调节刺激、空间频率、对比度)和色觉刺激(红色、蓝色)均可以调控屈光发育。其中色觉信号主要指纵向色差(longitudinal chromatic aberration，LCA)。LCA是指长波长光线(红光)的焦距比短波长光线(蓝光)焦距更长的现象，当宽频光源(白光)的焦点在视网膜上时表现为短波长光线的焦点在视网膜前，长波长光线的焦点在视网膜后。人眼在可见光范围内的LCA为2～3D，人的视觉系统能利用这2～3D的LCA有效调控眼球的正视化，具体机制如下：当短波长光线比长波长光线在视网膜上形成更强的聚焦信号时，说明眼球屈光系统的焦点位于视网膜后(远视性LCA离焦状态)，产生眼轴偏短的调控信号，从而促进眼轴的增长；相反，当长波长光线比短波长光线在视网膜上形成更强的聚焦信号时，说明眼球屈光系统的焦点位于视网膜前(近视性LCA离焦状态)，产生眼轴偏长的调控信号，从而抑制眼轴的增长。这样就形成了双向调控眼球屈光发育的效应，保证眼球的正视化。哺乳动物可以通过对不同波长光线敏感的视锥细胞来检测LCA并启动视网膜局部屈光发育调控信号级联。例如在二色视觉动物，其视锥细胞一组对短波长光线敏感(S视锥)，另一组对长波长光线敏感(L视锥)。通过比较S视锥细胞检测到的离焦信号与L视锥细胞检测到信号的强弱就可以确定是远视性还是近视性LCA离焦，并通过RPE、脉络膜、巩膜上的级联信号调控眼球的屈光发育。实验表明，窄带宽单色光照明环境下会造成近视性、远视性LCA离焦信号失衡，使得眼球的屈光发育变得不稳定。
人类属于三色视觉动物，在S和L视锥细胞基础上增加了中波长敏感视锥细胞(M视锥)。然而人眼对调节刺激的反应往往存在轻度的误差，观看远距离物体时常表现为调节超前，即近视性离焦；观看近距离物体时则会出现调节滞后，即远视性离焦。中高空间频率图像已被证明可以抑制形觉剥夺性近视，人眼对远视性离焦和近视性离焦镜片反应的ERG信号差别在低空间频率下较中高空间频率下更明显，显示出低空间频率不利于近视控制、中高空间频率利于近视控制的趋势。在自然场景中，中高空间频率成分较丰富，而低空间频率成分较匮乏。与自然场景相比，城市环境中特别是在室内中的低空间频率内容越来越丰富，可能是近视发展的一个促进因素。
此外研究表明外周视网膜图像焦距变化曲线是调控眼球屈光发育的另一个重要途径。人眼成像时聚焦能力与物距成反比，在户外环境中物体通常距眼睛较远较远，周围环境在视网膜上图像各个部分焦距的变化不大。相比之下，室内环境物体通常距离眼睛更近，周围环境在视网膜上图像焦距变化范围远大于看远时。例如，观看物距在2.5-3米之间变化的图像时，对应的焦距变化范围为0.4D-0.3D＝0.1D；观看物距在0.5-1米之间变化的图像时，对应的焦距变化范围为2D-1D＝1D。使用深度感应相机、以模拟人眼的视角捕捉近距离学习环境中的三维图像。以相机到课本的距离为基准焦距，超过工作距离的物体会产生近视性离焦，反之，距离较近的物体会产生远视性离焦。实验结果显示，视网膜中心30°视野上的焦距变化曲线波动程度越大、视网膜旁中心区域远视性离焦程度越高，近视进展越快。而基于周边模糊处理的框架镜片，通过降低周边视网膜图像的对比度可以控制近视儿童眼轴和近视的增长(降幅59％-74％)，此时近视增速的降低可能是通过破坏了人眼对近距离工作环境中焦距曲线的快速变化而实现的。使用镜片构建形觉近视性离焦控制近视虽然在临床上可以取得良好的效果，但该技术在应用时会对视觉清晰度产生影响。通过改变显示图像的光谱功率分布(Spectral Power Distribution，SPD)来生成显示图像纵向色差(display image-longitudinal chromatic aberration，DI-LCA)离焦信号。这种离焦信号仅改变了图像中红、绿、蓝三种颜色信号的比例，不改变图像中的对比度、空间频率分布等形觉特征，以期在调控眼球屈光发育的基础上降低对光学镜片离焦对视觉清晰度的影响。
然而距离、照明变化导致近视的诱因机制尚不明确，阻碍对用眼环境调控屈光发育机制的深入研究。
发明内容
为解决现有的用眼环境对屈光发育机制不明确的问题，本申请提供一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，能够从组织、动物、分子三个层次解析DI-LCA离焦信号通过视锥细胞调控屈光发育的作用，为研发降低近视风险的显示驱动程序和设备提供支持。
一方面，提供了一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，所述方法包括：
获取人眼视锥细胞的光谱敏感度函数；
基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号；
基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号；
基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号；
基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验。
本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本发明实施例提供了一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，所述方法包括获取人眼视锥细胞的光谱敏感度函数；基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号；基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号；基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号；基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验。本发明实施例提供的方法能够从组织、动物、分子三个层次解析DI-LCA离焦信号通过视锥细胞调控屈光发育的作用，优选目标离焦信号，为研发降低近视风险的显示驱动程序和设备提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的实现流程示意图；
图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法中全视野ERG检测中振幅和潜伏时间的记录示意图；
图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法中S-cone ERG检查中振幅和潜伏时间的记录示意图；
图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法中虚拟望远显示器的原理示意图；
图5示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的又一实现流程示意图；
图6示出了本申请一个示例性实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的又一实现流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供的方法将DI-LCA离焦信号开发成显示驱动程序，观察人眼视锥细胞视网膜电图信号(electroretinogram signal，ERG)的改变，以揭示介导途径，通过实验明确量效关系，进一步阐明调控屈光发育的分子机制和用眼环境调控屈光发育机制。
实施例一、
图1示出了本发明实施例提供的一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的实现流程示意图。
参见图1，本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法在围绕DI-LCA离焦信号调控屈光发育的效果和机制，在组织、动物和分子三个层次进行研究，可以包括步骤101至步骤105。
步骤101：获取人眼视锥细胞的光谱敏感度函数(Spectral SensitivityFunction，SSF)。
具体的，在获取光谱敏感度函数之前，本方法还包括观察不同类型、强度的色差离焦信号对ERG信号的影响，确认离焦信号对屈光发育的介导途径。
首先基于光子相关的理论建立形觉和色觉刺激信号对人眼的S(短波)、M(中波)、L(长波)三种视锥细胞刺激强度的量化表达数学模型。使用VR技术降低显示图像中S视锥细胞的刺激信号、增加M视锥细胞和L视锥细胞的刺激信号，可以抑制屈光发育。基于以上现象，提出显示图像纵向色差(DI-LCA)离焦信号驱动的屈光发育调控假说，即增加S视锥细胞与M+L视锥细胞感知的光子强度比值可以刺激屈光发育，而降低该比值可以抑制屈光发育。
在一些实施例中，调整显示图像的SPD，改变S、M+L视锥细胞感知到的光子强度，可以产生不同的DI-LCA离焦信号并调控屈光发育。增加显示图像中S视锥细胞感知到的光子强度、降低M+L视锥细胞感知到的光子强度会被识别为远视性LCA离焦信号，产生促进屈光发育、诱发近视的效果；反之，会被识别为近视性LCA离焦信号，产生抑制屈光发育、抑制近视的效果。进一步可以用S与M+L感知到光子强度的比值(简称S/(M+L)比值)来预测DI-LCA离焦信号的调控效果，S/(M+L)比值升高促进屈光发育，比值降低抑制屈光发育。
建立人眼视锥细胞光谱敏感度函数入眼图像(用眼环境)调控屈光发育的过程主要经理屈光系统聚焦、视锥细胞感知光子强度、PRE/脉络膜/巩膜产生调控级联信号三个步骤，研究显示调控可以局限于视网膜而非必须有视皮质的参与。图像对比度、颜色等调控屈光发育作用的显示图像信号均是视皮质处理后主管感知到的信号，只有离焦的种类是主观不能分辨的信号，本发明实施例对用视皮质处理后的信号研究独立于视皮质的、发生于视网膜局部眼球发育调控机制进行分析。
在一些实施例中，视锥细胞感知到的光子强度即人眼视锥细胞光谱敏感度函数的计算公式包括：
R＝∫Φ(λ)f(λ)dλ
其中，R为视锥细胞感知到的光子强度，λ为波长，Φ(λ)为显示图像的光谱功率分布SPD，f(λ)为视锥细胞对不同波长光线的吸收度。
在一个具体的示例中，构建SFF函数的具体过程可以包括以下步骤：
以5nm为间隔计算特定SPD点光源各种波长光线在无限远处经过人眼屈光系统后形成光斑的面积。将光功率转换为入射光子强度，结合光斑面积、视锥细胞对不同波长光线的吸收度分别加权计算S、M、L三种视锥细胞对每种波长光线的可感知光子强度。将所有波长光线对应的可感知光子强度叠加得到S、M、L视锥细胞对特定SPD点光源的可感知光子强度(可感知光子点扩散函数)。基于S、M、L视锥细胞在视网膜上的数量空间分布，使用可感知光子点扩散函数生成不同用眼环境下S、M、L视锥细胞感知到光子强度的绝对值、S/(M+L)比值的变化曲线。
步骤102：基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号。
在一些实施例中，步骤102包括：
基于所述光谱敏感度函数，调整显示图像纵向色差离焦信号；
选取能够满足第一预设条件的显示图像纵向色差离焦信号作为所述第一目标离焦信号；
所述第一目标离焦信号为能够引起短波视锥细胞感知的光子强度下降，中波与长波视锥细胞感知的光子强度上升的近视性显示图像纵向色差离焦信号。
基于本发明实施例提供的SFF函数，模拟计算不同视物距离、不同屈光矫正状态、不同照明光谱、不同照明亮度、佩戴点状离焦镜片和散射镜片前后S/(M+L)的比值变化，结果显示有利于控制近视的看远、足矫、窄带宽长波长照明(650nm)、高照明亮度、佩戴点状离焦镜片和散射镜片均使S/(M+L)比值降低；不利于控制近视的看近、低照明亮度、中央视网膜过矫、欠矫均导致S/(M+L)比值升高。
进一步的，基于人眼视锥细胞SSF模型，通过改变显示图像的SPD，设置可以引起S细胞感知到的光子强度下降、M与L细胞感知到的光子强度上升的近视性DI-LCA离焦信号。
在一个具体的示例中，基于以上DI-LCA离焦信号进行实验，成人在观看2小时含有近视性DI-LCA离焦信号的视频后，产生了明显抑制了屈光度、脉络膜厚度、眼轴的近视化趋势；儿童中观察了观看含有近视性DI-LCA离焦信号视频后24周的结果结果显示该信号可以延缓屈光度和眼轴的增长，每天观看2小时组儿童的屈光度出现了停止增长的趋势。以上结果提示通过改变显示图像的SPD，形成近视性DI-LCA离焦信号，具有防控近视的潜力。
本发明实施例提供的人眼视锥细胞光谱敏感度函数可以用于描述入眼图像及用眼环境在视网膜局部形成并被视锥细胞感知到的光子强度信号，以便对入眼图像和用眼环境调控屈光发育的机制进行更加直接的分析。
基于以上模型，被视锥细胞感知到的光子是调节信号的物理学本质，以光子作为基本单位对形觉和色觉刺激信号进行数学描述。具体的，通过上述模型和指标可以预测不同形觉(视物距离、屈光矫正状态、点状离焦镜片、散射镜片)和色觉(光源光谱、照明亮度)刺激信号下屈光发育的变化趋势。进一步可以构建引起S/(M+L)视锥细胞感知到光子强度比值降低的近视性显示图像纵向色差离焦信号，基于初步临床结果可以显示上述信号在不改变图像清晰度的基础上能够抑制近视的发生。
在一些实施例中，基于红绿双色平衡实验分析对不同视锥细胞施加不同刺激的效果。红绿双色平衡实验是基于LCA原理涉及的精确调整球镜的方法。使用0.25D间隔验光片调整球镜时，红绿平衡率不足20％，将间隔调整为0.05D时红绿平衡率提高到80％以上45,46。佩戴0.05D间隔、红绿平衡足矫度数眼镜的青少年儿童近视的进展速度较佩戴0.25D间隔、红清欠矫度数眼镜组要明显降低。进一步的，在实验中佩戴0.05D间隔、红绿平衡足矫离焦镜片儿童的近视度数在6个月后增长了-0.09±0.08D，佩戴0.25D间隔、红清欠矫度数眼镜组近视度数在6个月后增长了-0.18±0.06D。经研究，红绿平衡时570nm波长的光线恰好落在视网膜上，而人眼L视锥细胞的吸收峰值波长在565nm左右，恰好可以让图像刺激L视锥细胞产生的信号最大化。红清欠矫时为620n波长的红色光线聚焦在视网膜，而该波段远离L细胞的吸收峰值波长从而让图像不能刺激L视锥细胞产生最大信号。因此可以推测足矫有利于近视控制的原因是，足矫时图像刺激L视锥细胞信号的增强，从而降低了S视锥与L视锥的信号强度比值。
步骤103：基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号。
具体的，在组织层次，观察人眼观看不同类型、强度DI-LCA离焦信号时视网膜上视锥细胞相关ERG信号的改变，确认介导途径。
在一些实施例中，步骤103包括：
选取第一数量的志愿者；
在显示图像纵向色差离焦信号刺激后，对所述志愿者分别进行视网膜电图信号检查和眼球生物学检查；所述视网膜电图信号检查包括全视野的视网膜电图信号检查、短波长视网膜电图信号检查以及多焦视网膜电图信号检查；
基于检查结果获取所述第二目标离焦信号。
在一个具体的示例中，基于前期搭建的人眼视锥细胞SSF模型，设计远视性和近视性不同类型、不同强度的DI-LCA离焦信号，并记录人眼在观看不同类型、不同强度DI-LCA离焦信号时的时域、频域ERG信号以及眼部生物学参数。可选的，眼部生物学参数可以包括但不限于眼轴变化、脉络膜厚度变化。
基于视锥细胞对不同类型和强度DI-LCA离焦信号的反应，明确视锥细胞对离焦信号的识别情况，确认离焦信号的被感知通路为视锥细胞，并通过比较ERG信号强度和生物学参数变化的幅度，优化DI-LCA离焦信号。
通过多组实验选取能够抑制S视锥细胞、刺激M和L视锥细胞的近视性DI-LCA离焦信号和刺激S视锥细胞、抑制M与L视锥细胞的远视性DI-LCA离焦信号。
进一步的，在保证抑制眼球屈光发育效果的前提下，优选对图像质量影响最小的DI-LCA离焦信号强度。
在一个具体的示例中，功能检测的具体过程如下。
首先确定研究对象。可选的，招募8-17岁、18-25、26-45岁志愿者各20名。入选标准如下：最佳矫正1.0或更好，散光小于等于1.00D，色觉正常，眼部健康。排除标准为有任何眼部病理、任何已知系统性疾病或癫痫史。
对眼球对象进行全视野的ERG检查。可选的，使用国际临床视觉电生理学学会(International Society for Clinical Electrophysiology of Vision，ISCEV)2022年发布全视野临床ERG检查程序，其结果主要反映M与L视锥细胞对DI-LCA离焦信号的反应。
图2示出了本发明实施例提供的全视野ERG检测中振幅和潜伏时间的记录示意图。
具体的，背景亮度为设定为30cd/m2，明适用时间为10分钟；刺激闪光波长设置为原始刺激闪光(LED复合白光)、近视性DI-LCA离焦信号中心波长、远视性DI-LCA离焦信号中心波长；刺激闪光强度：3cd/m2；闪光的持续时间5ms，LA 3ERG信号的闪烁频率为2Hz，LA30Hz ERG信号的闪烁频率为30Hz。其中，LA 30Hz ERG、LA 3ERG两种信号均来自双极细胞，前者主要反应M与L视锥细胞的功能，后者反应S、M、L三种视锥细胞的功能。
对眼球进行S-cone ERG检查。可选的，使用ISCEV2020年发布的S-cone ERG检查程序，其结果主要反映S视锥细胞对DI-LCA离焦信号的反应。
图3示出了本发明实施例提供的S-cone ERG检查中振幅和潜伏时间的记录示意图。
具体的，记录完M与L视锥的ERG图形后按照ISCEV的流程先在30cd/m2强度的白光下进行10分钟的适应，然后进行S-cone ERG检查。背景光中心波长控制在570-620nm，背景亮度为设定为300cd/m2；刺激闪光波长设置为：原始刺激闪光(中心波长在450～470nm之间)、近视性DI-LCA离焦信号中心波长、远视性DI-LCA离焦信号中心波长；刺激闪光强度：0.005、0.009、0.014、0.017、0.022、0.027、0.037、0.045、0.057、0.072、0.091、0.118cd/m2；闪光的持续时间5ms，闪烁频率为2Hz。其中S-cone ERG检查的信号主要来自于S视锥细胞。
对眼球进行mf-ERG检查。可选的，使用ISCEV2021年发布的mf-ER检查程序，其结果主要反映不同部位视锥细胞对DI-LCA离焦信号的反应。
具体的，LCA离焦mf-ERG检查刺激视标阵列由103个未缩放的六边形组成，显示在22英寸的彩色液晶显示器。显示器的蓝色、绿色、红色三种颜色信号的强度可分别调整，研究者通过调整三种颜色信号的强度分别生成不同强度的近视性、远视性共6种DI-LCA离焦信号。进行mf-ERG检查时屏幕距眼睛距离为67cm时，刺激视标阵列水平方向为29°，垂直方向为24°。mf-ERG设备采用VERIS Science 6.0(Electro-Diagnostic Imaging Inc.，SanMateo,CA,USA)。刺激序列由一个多焦闪光帧、一个暗帧、一个全屏全局闪光和每个周期中的一个暗帧组成。每个六方形刺激视标根据伪随机二进制序列在明亮和黑暗之间进行转换，评率为75赫兹。受试者中随机选择一只眼睛记录mf-ERG图形。在测量开始前，每隔5分钟滴入两次托吡卡胺散瞳至7mm，对侧眼使用眼罩遮挡。检查时房间亮度约为240Lux，采用随机顺序记录6种DI-LCA离焦信号下的mf-ERG图形，每种信号的耗时约10分钟。黄斑区分为6个同心圆，半径分别为1.3°、3.9°、6.5°、9.1°、11.7°、14.3°，分别计算各区域直接和诱导ERG信号的振幅和潜伏时间。
对以上ERG信号的检查结果进行频域分析。
具体的，通过检查ERG振幅信号的频率分量来寻找不同DI-LCA离焦信号引起的变化。使用MATLAB中的快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)程序将ERG信号转换为一系列不同频率的正弦波，ERG信号的频域具体描述为：
X(f)是频域中的信号，x(t)是时域中的信号。
此外，本发明实施例提供的方法还包括眼部生物学测量。
具体的，使用眼球生物学测量仪、OCT按照设备的标准操作流程对双眼分别进行测量，并记录眼轴长度、角膜曲率、前房深度和角膜直径、脉络膜厚度等参数，并登记检查仪器的型号。
步骤104：基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号。
具体的，进行动物水平的在体验证。验证不同类型、强度的色差离焦信号对实验动物屈光度、眼轴发育的作用，以揭示量效关系。
在一些实施例中，步骤104包括：
选取第二数量的树鼩，并分为第三数量的树鼩饲养组；所述第二数量大于所述第三数量；
基于不同的形觉空间、不同的离焦信号类型和不同的离焦信号强度对所述树鼩饲养组进行饲养；
基于饲养后树鼩的检测实验获取所述第三目标离焦信号。
所述树鼩饲养组包括虚拟望远封闭组；
所述虚拟望远封闭组的饲养条件包括设置虚拟望远显示器，所述虚拟望远显示器用于在第一距离上投射出第二成像距离的虚像，所述第一距离小于所述第二成像距离。
可选的，第一距离为30cm，第二成像距离为3m。
在一些实施例中，步骤104包括在室内近距离用眼环境中饲养树鼩，并设置虚拟望远显示模块。观察远距离、近距离、虚拟远距离不同用眼距离下，不同类型及不同强度的DI-LCA离焦信号对树鼩眼睛的屈光度、眼轴生长情况的差异，确定量效关系。
在一个具体的示例中，LCA离焦饲养环境对树鼩屈光发育的影响实验过程如下。
选取树鼩(Tree shrew)作为研究对象，树鼩属于小型灵长类动物昼夜双色哺乳动物，其在不同波长光线下屈光系统发育方向和速度的变化更接近于猴子，与豚鼠、小鸡等动物的结果存在较大差别。树鼩出生时眼睛是闭着的。在大约三周大的时候，眼睛会在几天内睁开。睁开双眼的第一天被指定义为Day of Experience(DVE)。申请者计划分别选择24DVE和36DVE的树鼩进行实验，24DVE的树鼩处于发育期，屈光状态处于轻微远视状态，对视觉刺激非常敏感，类似青春期前的人眼。36DVE的树鼩屈光状态经过发育已基本稳定，类似青春期后的人眼。
树鼩分别饲养在不同形觉空间(远距离、近距离、虚拟远距离)、不同DI-LCA离焦信号类型(近视性、远视性)、不同DI-LCA离焦信号强度下。
表一示出了树鼩的饲养环境分组情况。
表一
具体的，在正常开放组，树鼩生活在前面和顶部有开放网孔的饲养盒里，可以从从这两个位置看到广阔的外部环境，日间饲养盒内的照明亮度保持在200-300lux。
在近距离用眼组，树鼩被饲养在边长为30cm的不透明的饲养盒里，理论上其视物距离范围在30-42cm，用以模拟近距离学习的用眼环境。在盒子的上盖放置水瓶和饲料处留有通风孔，但是树鼩不能通过孔看到外面的环境。在盒子的前壁开一个26cm宽、15cm高的口，相应位置固定一个10英寸的液晶显示屏，固定显示白底黑色的马耳他十字视标。显示屏的蓝色、绿色、红色三种颜色信号的强度可分别调整，研究者通过调整三种颜色信号的强度分别生成不同强度的近视性、远视性共6种DI-LCA离焦信号。饲养盒顶部设有弥散照明系统，保证日间饲养盒内的亮度与正常开放组相同。
图4示出了本发明实施例提供的虚拟望远显示器的原理示意图。
虚拟望远封闭组的饲养盒将10英寸的液晶显示器替换成申请者前期搭建的虚拟望远显示器。该显示器基于共轴折反自由曲面光学方案，可以在30cm的距离上投射出3m以上成像距离的虚像,从而使观看者的眼部调节处于放松状态，避免诱发近视的环境因素。饲养盒内其他环境参数与近距离用眼组保持一致。
进一步的，对树鼩进行饲养和检测。
具体的，从第24DVE日开始，树鼩按组放置在不同的饲养盒中饲养12天。除了正常开放组，其他组在饲养过程中尽量避免树鼩看到外部的环境。在第0、2、4、6、8、10、12天分别使用电脑验光仪和生物测量仪测量树鼩的屈光度和眼轴。测量时间固定在上午10-11点之间，测量环境的亮度小于10lux。
在一些实施例中，本发明实施例提供的方法还包括：
基于所述第一目标离焦信号、所述第二目标离焦信号以及所述第三目标离焦信号计算最优的目标离焦信号。
本发明实施例能够基于以上实验过程对显示图像纵向色差离焦信号进行寻优，以对屈光发育过程进行有效干预。
步骤105：基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验。
具体的，进行分子水平的影响机制分析。分析不同色差离焦信号对是视网膜-RPE/脉络膜-巩膜级联信号中相关基因表单的影响，以探索调控机制。
在一些实施例中，步骤105包括：
对每个所述树鼩饲养组，检测不同的显示图像纵向色差离焦信号对视网膜、视网膜色素表皮、巩膜中候选基因mRNA水平的变化；
对每个所述树鼩饲养组，测量视网膜多巴胺、3,4-二羟基苯乙酸含量和视网膜多巴胺/3,4-二羟基苯乙酸比率的变化。
基于定量PCR检测的方式检测不同视觉生长环境下树鼩视网膜、视网膜色素表皮RPE、巩膜中候选基因mRNA水平的变化。进一步分析DI-LCA离焦信号是否通过与光学镜片离焦、形觉剥夺等方法相同或类似的级联信号调控眼球的屈光发育。
具体的，候选基因对应的蛋白产物主要包括四类：细胞表面相互作用(DRD1/2、CTG、BMP2、GJA1、LRP2等)、细胞内信号传导(DBH、NOS、TYR等)、转录调节(EGR1、FOS、EGR1等)、蛋白质分泌(CTGF、FGF10、IL18、SST、IGF2、VIP等)。
通过测量视网膜多巴胺(Dopamine，DA)、3,4-二羟基苯乙酸(dihydroxyphenylacetic acid，DOPAC)含量和视网膜DOPAC/DA比率的变化、候选基因的表达，确定DI-LCA离焦信号对视网膜、RPE/脉络膜、巩膜三个阶段和部位中眼球正视化调控级联信号的影响。
在一个具体的实例中，基于树鼩进行进一步检验。
具体的，在完成干预后，将树鼩安乐死，并摘除双眼。在外科显微镜下摘出玻璃体、视网膜、RPE和巩膜组织。玻璃体被立即冷冻在液氮中。视网膜和RPE混合体放入转入冰冷的无菌PBS中冲洗掉残留的RNA，然后转移到新鲜的PBS中，在冰上放置约20分钟，偶尔轻轻搅动，以分离RPE与视网膜。视网膜和巩膜被冷冻在液氮中。将悬浮的RPE碎片离心，去除上清并立即处理以分离RNA。用于高压液相色谱检测的视网膜和玻璃体样品在含有0.1mM EDTA的磷酸盐缓冲盐水中均化，将匀浆在4℃下以6000rpm离心10分钟。将上清液与等体积的高氯酸合并后在4℃下以20000rpm离心10分钟，然后收集上清液并进行分析。
进一步的，采用Norton等人(2018)的方法使用Beacon Designer v7.7(PremierBiosoft International,Palo Alto,CA)设计候选基因的定量PCR引物。qPCR循环参数如下：初始变性在95℃ 10分钟，然后在95℃ 15秒，62℃ 60秒循环40次。使用Livak等人(2001)的方法计算相对基因表达量，首先将靶基因的表达量归一化到内参基因的表达量，然后比较各干预组和对照组的靶基因相对表达量。
另一方面，使用Chromeleon 7色谱数据系统软件(Thermo Fisher Scientific)将样品的峰面积与标准品的峰面积进行比较确定多巴胺、DOPAC的浓度。标准溶液中的每种化合物均具有高相关性和良好的重现性。检测分辨率为<1pg。
由以上实验过程可知，视锥信号可以感知离焦信号，且不同类型化和强度的离焦信号可以对EGR信号的潜伏期和振幅产生不同的影响。进一步的，分析近视性、远视性DO-LCA离焦信号是否可以分别抑制、刺激眼球的屈光发育，并明确信号的强弱与眼球屈光发育之间是否存在量效关系。
本发明实施例提供的方法可以在近视性、远视性DI-LCA离焦信号与已知的眼球屈光发育调控级联信号系统间建立相关性认识，利用分子标志位表达和DA相关参数的变化，找到DI-LCA离焦信号调控眼球屈光发育的可能机制。
本发明实施例提供了人眼视锥细胞SSF模型，建立了DI-LCA离焦信号调控屈光发育的假说，使用量子物理中的光子作为基本单位对DI-LCA离焦信号进行数学描述，进一步用其预测调控眼球屈光发育的生物学现象。基于单纯改变图像的SPD信息，可以在不改变形觉、影响图像清晰度的情况下调控眼球屈光发育，本发明实施例提出S、M+L视锥细胞感知到光子强度比值是DI-LCA离焦信号调控屈光发育的关键信号，同时作为图像色觉信息与屈光发育间信号传递的桥梁。另一方面，本发明实施例将傅立叶变换引入DI-LCA离焦信号对ERG信号影响的分析，以其扩大不同DI-LCA离焦信号下ERG变化幅度。进一步结合生物反馈技术，根据ERG信号的变化优化改进DI-LCA离焦信号，增强使用效果。
基于本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，一方面可以对用眼环境调控屈光发育的基础研究提供量化分析工具，另一方面可以为研发降低近视风险的显示驱动程序和设备提供理论支持，为解决青少年儿童在室内近距离用眼后诱发近视的临床问题提供新的思路。
实施例二、
DI-LCA离焦信号可以改变眼球的屈光发育速度，具有与镜片离焦类似的结果。从物理学角度而言，光学镜片离焦和DI-LCA离焦均会导致视锥细胞感受到的光子强度发生变化。将不同调控屈光发育的方法代入人眼视锥细胞的SSF模型中，模型的预测结果与临床观察结果具有一致性，光子是光学镜片离焦、DI-LCA离焦等调控眼球发育信号的物理学本质。
进一步的，本发明实施例可以进一步验证光子是否需要达到频率阈值、强度阈值、比例阈值后才能引发视网膜电信号的变化，并参照金属的光电效应公式在DI-LCA离焦信号和视锥细胞EGG信号间建立数学模型。
图5示出了本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的又一实现流程示意图。
参见图5，在一个具体的示例中，本发明实施例提供的方法中人眼视锥细胞光谱敏感度函数模型的构建过程包括将加速屈光发育的因素和抑制屈光发育的因素进行理论验证。其中加速屈光发育的因素包括但不限于看近处、低照明亮度以及中央视网膜镜片欠矫或过矫；抑制屈光发育的因素包括但不限于看远处、重要视网膜足矫、窄带宽长波长照明、点状离焦镜片、散射镜片。加速屈光发育的因素与S/(M+L)比值增加相关，而抑制屈光发育的因素与S/(M+L)比值降低相关。
进一步的，基于影响屈光发育的因素构建近视性DI-LCA离焦信号单向调控作用的初步临床验证。验证可得，以5度为间隔配镜足矫时，较以25度为间隔配镜的近视读数增速变慢；降低S细胞刺激信号，增加M、L细胞刺激信号更有利于增加脉络膜的厚度；儿童长期观看M、L细胞刺激信号更有利于控制眼轴增长。
图6示出了本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法的又一实现流程示意图。
参见图6，在一个具体的示例中，本发明提供的方法可以进行近视性、远视性DI-LCA离焦信号双向调控作用的探究。
本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法可以包括如下步骤。
分别进行组织水平的功能观察和动物水平的在体验证。
组织水平功能观察包括设计不同类型、强度的LCA离焦信号，采集对应的EGR信号和眼部生物学参数并比较各组EGR信号和眼部生物学参数的异同。
动物水平在体验证包括搭建树鼩饲养环境，在不同的形觉空间、LCA离焦信号下饲养树鼩，比较不同组树鼩的眼轴、屈光度发育的异同。
此外基于动物水平的在体验证进行分子水平机制的分析，包括分离不同形觉空间、LCA离焦信号下饲养的树鼩的视网膜、RPE、巩膜组织。对分离出的组织进行定量PCR检测，比较组间候选基因mRNA水平的异同；对分离出的组织进行高压液相色谱检测，比较组间视网膜DA相关参数变化。
基于以上实验步骤，阐明纵向色差离焦信号在室内近距离用眼环境下调控眼球屈光发育的作用及其可能的机制。
综上所述，本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法从小幅度光学镜片离焦改变引起明显屈光发育速度改变的临床现象出发，通过光学建模挖掘出可能的屈光发育调控信号-LCA，进一步通过人眼视锥细胞SSF模型分析发现同一图像经过小幅度过矫、欠矫光学系统照射到视网膜上后S视锥、M与L视锥细胞所感知到的光子强度的比值均会发生明显变化，其幅度远大于过矫、欠矫对图像清晰度的影响。
本发明实施例基于人眼视锥细胞SSF模型设计了近视性、远视性DI-LCA离焦信号。通过将促进屈光发育和抑制屈光发育的方法代入模型，确定促进屈光发育的方法均产生远视性LCA离焦信号，抑制屈光发育的方法均产生近视性LCA离焦信号。本发明实施例提供的纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法能够从组织、动物、分子三个层次解析DI-LCA离焦信号通过视锥细胞调控屈光发育的作用，在局部细节上探索DI-LCA离焦信号调控屈光发育的分子机制，阐明DI-LCA离焦-视锥细胞-多巴胺信号轴在眼球屈光发育中的功能与上下游信号调控机制。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取人眼视锥细胞的光谱敏感度函数；
基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号；
基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号；
基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号；
基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人眼视锥细胞的光谱敏感度函数包括：
R＝∫Φ(λ)f(λ)dλ
其中，R为视锥细胞感知到的光子强度，λ为波长，Φ(λ)为显示图像的光谱功率分布，f(λ)为视锥细胞对不同波长光线的吸收度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光谱敏感度函数获取第一目标离焦信号，包括：
基于所述光谱敏感度函数，调整显示图像纵向色差离焦信号；
选取能够满足第一预设条件的显示图像纵向色差离焦信号作为所述第一目标离焦信号；
所述第一目标离焦信号为能够引起短波视锥细胞感知的光子强度下降，中波与长波视锥细胞感知的光子强度上升的近视性显示图像纵向色差离焦信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光谱敏感度函数进行显示图像纵向色差离焦信号对人眼的影响实验，获取第二目标离焦信号，包括：
选取第一数量的志愿者；
在显示图像纵向色差离焦信号刺激后，对所述志愿者分别进行视网膜电图信号检查和眼球生物学检查；所述视网膜电图信号检查包括全视野的视网膜电图信号检查、短波长视网膜电图信号检查以及多焦视网膜电图信号检查；
基于检查结果获取所述第二目标离焦信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于检查结果获取所述第二目标离焦信号，包括：
将所述视网膜电图信号检查结果进行频域分析，获取所述第二目标离焦信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光谱敏感度函数进行动物水平的在体检测实验，获取第三目标离焦信号，包括：
选取第二数量的树鼩，并分为第三数量的树鼩饲养组；所述第二数量大于所述第三数量；
基于不同的形觉空间、不同的离焦信号类型和不同的离焦信号强度对所述树鼩饲养组进行饲养；
基于饲养后树鼩的检测实验获取所述第三目标离焦信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述树鼩饲养组包括虚拟望远封闭组；
所述虚拟望远封闭组的饲养条件包括设置虚拟望远显示器，所述虚拟望远显示器用于在第一距离上投射出第二成像距离的虚像，所述第一距离小于所述第二成像距离。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述在体检测实验进行图像纵向色差离焦信号对眼球屈光发育作用的分子水平分析实验，包括：
对每个所述树鼩饲养组，检测不同的显示图像纵向色差离焦信号对视网膜、视网膜色素表皮、巩膜中候选基因mRNA水平的变化；
对每个所述树鼩饲养组，测量视网膜多巴胺、3,4-二羟基苯乙酸含量和视网膜多巴胺/3,4-二羟基苯乙酸比率的变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述候选基因对应的蛋白产物包括细胞表面相互作用、细胞内信号传导、转录调节以及蛋白质分泌。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述第一目标离焦信号、所述第二目标离焦信号以及所述第三目标离焦信号计算最优的目标离焦信号。
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| CN117503043A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-02-06 | 广东唯仁医疗科技有限公司 | 一种基于oct的离焦量智能识别的方法及装置 |
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