確認(rèn)過(guò)眼神，這項(xiàng)視功能評(píng)估技術(shù)全球首創(chuàng)

欒兆琳

周女士在2019年國(guó)慶期間順利產(chǎn)下一個(gè)可愛(ài)的男寶寶。產(chǎn)后住院期間，寶寶接受了新生兒聽(tīng)力篩查和苯丙酮尿癥及先天性甲狀腺功能低下的篩查。出院之前，醫(yī)生向周女士推薦了一項(xiàng)新的篩查項(xiàng)目：嬰幼兒智能視功能評(píng)估。

大家都知道，視力的評(píng)估是需要患者有一定的配合度的，所以，如果沒(méi)有特殊原因或者指征，一般不會(huì)去特別評(píng)估或者篩查新生兒的視力。而這套AI視功能評(píng)估系統(tǒng)則很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。醫(yī)生通過(guò)給寶寶展示一些圖片或者畫面，來(lái)錄制寶寶的反應(yīng)，特別是眼睛的反應(yīng)動(dòng)作，然后輸入電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，就可以了解寶寶的視力情況了。

周女士和丈夫都是高度近視，在孩子出生前就曾經(jīng)擔(dān)心過(guò)視力遺傳的問(wèn)題，希望如果視力上有發(fā)育不好的情況，能夠早發(fā)現(xiàn)早干預(yù)。所以周女士欣然接受了這項(xiàng)檢查。

評(píng)估關(guān)鍵詞：3個(gè)月 豎抱 5分鐘

今年年初，周女士的寶寶百天過(guò)后，周女士和家人帶著寶寶來(lái)到了中山大學(xué)中山眼科中心。

評(píng)估室是一間白色、安靜的房間，周女士抱著孩子坐在房間正中的椅子上，正面的墻壁開(kāi)了一個(gè)窗口，窗口后面的房間里有醫(yī)生。醫(yī)生會(huì)向?qū)殞氄故靖鞣N特定的圖像，同時(shí)觀察寶寶的反應(yīng)，而寶寶看不到屏幕后面的醫(yī)生。

中山眼科中心的吳曉航醫(yī)生介紹說(shuō)，接受檢查的寶寶月齡要在3個(gè)月以上，因?yàn)樵u(píng)估需要寶寶能夠被豎抱，不被干擾地看到屏幕上的圖像。現(xiàn)場(chǎng)將會(huì)對(duì)寶寶的表現(xiàn)錄制5分鐘的視頻資料。這些資料后期將會(huì)被傳到智能測(cè)試軟件中進(jìn)行大數(shù)據(jù)的比對(duì)和分析，最后生成評(píng)估結(jié)果。

全球首創(chuàng)：十年積累 中國(guó)特色

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有2000萬(wàn)以上的視覺(jué)損傷嬰幼兒不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而終生致盲，給家庭帶來(lái)了巨大的痛苦，也給社會(huì)造成了沉重的負(fù)擔(dān)。

知覺(jué)和行為的精確協(xié)作是生物生存和進(jìn)化的基礎(chǔ)。視覺(jué)是人類最重要的知覺(jué)，既往研究表明，視覺(jué)和行為表現(xiàn)之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。醫(yī)學(xué)研究表明，正常嬰幼兒和視覺(jué)損傷嬰幼兒的行為模式存在差異。基于此，研究人員可以通過(guò)嬰幼兒的視覺(jué)表達(dá)和反應(yīng)來(lái)初步判斷其視力正常與否，從而為視力的早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)贏得時(shí)間。國(guó)外的大部分醫(yī)院和國(guó)內(nèi)的部分醫(yī)院目前正是基于此原理開(kāi)展著人工檢查評(píng)估。然而，視力喪失如何影響個(gè)體行為模式的變化，在很大程度上仍然是未知的。

中山大學(xué)中山眼科中心劉奕志教授和林浩添教授近10年來(lái)組織幼兒園、小學(xué)的孩子們檢查視力，收集了大量數(shù)據(jù)，再結(jié)合醫(yī)院的進(jìn)一步就診，積累了充足的人工檢查錄像資料。從兩年前開(kāi)始，劉奕志教授和林浩添教授在這些數(shù)據(jù)中，分析了4196名嬰幼兒的行為學(xué)表型視頻大數(shù)據(jù)，定量對(duì)比了4大類、13個(gè)行為特征不同視功能群體的視損傷發(fā)生頻率及嚴(yán)重程度，首次明確了斜視、眼球震顫、代償頭位等11個(gè)標(biāo)志性的醫(yī)學(xué)行為體征，與嬰幼兒視覺(jué)損傷的量化關(guān)系。他們利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在全球首次建立了基于行為模式的嬰幼兒智能視功能評(píng)估系統(tǒng)，用于客觀篩查嬰幼兒的視功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)語(yǔ)言前嬰幼兒的視覺(jué)損傷。

林浩添教授說(shuō)：“小孩的視功能評(píng)估技術(shù)現(xiàn)在在國(guó)際上還是很大的難題，基于這種現(xiàn)狀，我覺(jué)得我們應(yīng)該做一些我們中國(guó)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上的技術(shù)革新。現(xiàn)在第二胎甚至第三胎都出生了，而這種早期視功能的篩查評(píng)估就特別重要。我們需要一個(gè)比較客觀的、容易用上的技術(shù)。”

在算法設(shè)計(jì)上，中山眼科中心創(chuàng)新性地采用時(shí)序分割網(wǎng)絡(luò)（Temporal Segment Network）來(lái)自主學(xué)習(xí)和建立行為學(xué)表型。該算法結(jié)合稀疏采樣的策略和視頻水平的監(jiān)督，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)集的高效擬合。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，該算法采用基于分段結(jié)構(gòu)的稀疏采樣方案，從原始視頻序列中提取短片段，再?gòu)牟蓸悠蔚木奂畔⒅校瓿梢曨l水平的預(yù)測(cè)和推斷。輔助的光流網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)一致性分段函數(shù)，進(jìn)行整合，達(dá)到不同片段分融合的效果，以產(chǎn)生最終的分類概率。

這項(xiàng)成果為建立高準(zhǔn)確性和特異性的嬰幼兒智能視功能評(píng)估系統(tǒng)提供了可能。研究結(jié)果表明，通過(guò)行為模式的視頻記錄來(lái)評(píng)估嬰幼兒的視覺(jué)功能，智能評(píng)估系統(tǒng)在檢測(cè)輕度和重度視覺(jué)損傷以及病因診斷方面都有令人滿意的表現(xiàn)。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，該系統(tǒng)對(duì)技術(shù)支持和嬰兒合作的需求較少，可行性和準(zhǔn)確性都更高。此外，該系統(tǒng)可作為視覺(jué)發(fā)育臨床研究的技術(shù)支持，對(duì)于進(jìn)一步探究和明確嬰幼兒的視覺(jué)發(fā)育規(guī)律具有重要意義。

劉奕志教授和林浩添教授名為“Discrimination of the behavioural dynamics of visually impaired infants via deep learning”的研究成果于2019年10月21日發(fā)表于《自然》雜志的子刊《自然生物醫(yī)學(xué)工程》（ Nature Biomedical Engineering），并被選為11月的封面文章。

林浩添教授說(shuō)：“這個(gè)成果證明從0到1的過(guò)程，這個(gè)事情是可行的，從理論，還有從算法，各種各樣的技術(shù)儲(chǔ)備完全沒(méi)有問(wèn)題。我們也是從各種各樣研發(fā)的過(guò)程去判斷技術(shù)的可行性。《自然》子刊之所以會(huì)發(fā)我們的文章，也是因?yàn)樗麄円部吹饺澜邕€沒(méi)有這個(gè)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)確實(shí)很重要。”

未來(lái)可期：家庭手機(jī)自測(cè)

目前，劉奕志教授和林浩添教授正在繼續(xù)研發(fā)嬰幼兒智能視功能評(píng)估系統(tǒng)的2.0版，就是將這套評(píng)估系統(tǒng)制作成APP，可以直接下載到手機(jī)客戶端。將來(lái)，用戶可以直接用手機(jī)在家中按要求拍攝孩子的錄像，上傳至系統(tǒng)，直接在家中完成評(píng)估，獲取評(píng)估結(jié)果。

林浩添教授說(shuō)，目前的研究成果仍然期待公眾的接受和認(rèn)可，希望成果的應(yīng)用能真正地造福于公眾。同時(shí)，中山眼科中心也期待有識(shí)之士或企業(yè)的加入，一同研發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品，使科研成果真正落地。