技术推荐丨虚拟现实与增强现实设备基于视觉健康使用的专家共识（2022）

【全文】VR与增强现实（ＶＲ／ＡＲ）控制技术拓展了人类的可视化能力，提供更多了更进一步的沉浸于感、更多的科学幻想和更强的互动性。戴著表明电子设备不同于现代的纸本媒体、计算机系统萤幕及手机萤幕等呈现形式，它能在很大某种程度上改变选用者的用眼习惯。如果不当选用，可能对眼身体健康以至身心身体健康形成挑战。特别针对ＶＲ／ＡＲ电子设备可能引起的眼周异常表现，中国药理学武器装备联合会骨科专精理事会骨科检验检测研究组联合中国药理学武器装备联合会骨科专精理事会骨科创新用药技术及武器装备研究组共同汇集了骨科研究者、光学研究者及ＶＲ／ＡＲ电子设备开发工程师的协力意见建议，对如前所述听觉身体健康选用ＶＲ／ＡＲ电子设备的硬体构建和软件功能参数的设置、配戴的适应证和禁忌证、评估电子设备的眼周药理学检查指标和针对视疲劳的处理策略等达成了一致意见建议。VR(Virtualreality,VR)选用以计算机系统为核心理念的当代高控制技术方式聚合精巧的听觉、听觉、听觉、触觉及听觉等多听觉一体化的网络化人工自然环境。在这个基础上，选用者借助一些输入与输出电子设备，选用自然的形式与真实世界的对象进行可视化，此消彼长，从而造成莅临真实世界自然环境的觉得和体［１］。ＶＲ具有沉浸于性、互动性、多互动性、设想性及控制能力六种特征。增强现实(augmentedreality,AR)选用以计算机系统为核心理念的当代高控制技术方式聚合的附带重要信息对选用者可视化到的真实世界世界进行增强，将聚合的重要信息以听觉、听觉、听觉、触觉及听觉等生理觉得融合的形式共振至真实世界情景中［１２］。由于听觉是元宇宙发展和实现的重要平台，鉴于ＶＲ／ＡＲ戴著表明电子设备为选用者提供更多听觉重要信息与现实的听觉重要信息有所差异，对听觉身体健康以至身心身体健康均会造成一定某种程度的影响，特组织相关骨科及商科研究者，拟订一致意见建议，为设计和正确选用ＶＲ／ＡＲ戴著表明电子设备提供更多参考和指导意见建议。

VR产业的飞速发展及其应用应用领域前景

VR和AR具备现代传播方式无可比拟的听觉感、层次感和真实世界体验感，在军事、医疗、工业、文化、教育和艺术展等专精应用领域，和游戏、影视制作、社交、网购、旅游及健身活动等日常生活应用领域都有广泛的应用应用领域。目前，VR/AR电子设备也逐渐应用应用领域在眼疾治疗和教学方面。例如，VR训练方法有助于治疗弱视和视知觉缺损，可提升儿童的视敏度，亦有助于成年弱视患者双眼立体视的建立。儿童选用VR/AR的情况应该继续积极探讨和优化，以往的研究表明VR/AR在治疗儿童弱视中具备潜在发展和应用应用领域前景。亦有文献研究结果表明，VR/AR在儿童中选用未见明显副作用。同时，VR/AR逐渐应于骨科教学和考核，如目前在骨科手术教学中选用的手术模拟器，有助于骨科年轻医师提高玻璃体手术的手术技巧。对复杂的眼眶肿瘤手术，首先可以借助电子计算机系统断层扫描、磁共振及眼底血管造影的检查结果来构建肿瘤与周边组织的3D模型，再通过VR/AR的形式进行术前模拟，了解其位置关系，为下一步更好地规划手术方案做准备。VR/AR在不同种类仿真手术应用领域的应用应用领域，将大力促进实习医师手术技巧的快速进步。同时，该控制技术有助于为骨科检查仪器提升便携性，可能为骨科医师提供更多创新的临床用药思路。此外，当前新型冠状病毒肺炎的爆发改变了人类的生活形式与习惯，在疫情爆发及后疫情时代或可发挥特别作用。

听觉成像原理

人眼类似于照相机，同时也是一个共轴光学系统，当观察远处物体时，物体上的光线依次经过角膜、瞳孔、房水、晶状体和玻璃体，然后抵达视网膜，物体在视网膜上成倒立、缩小的实像。该成像是实物成实像。再经过神经系统传输至大脑，经过大脑处理形成对外界物体正立、清晰且感观的认知。对于无散光的眼来说，这个像的清晰度由光学系统的屈光力与视网膜位置的匹配关系决定。眼球光学系统的光学像恰好在视网膜上时，视网膜像就是清晰的。同时，人眼有一定的视场(角)范围，最清晰的视场范围是在视轴周围6°~8°。

VR/AR的光电原理和参数

1.光电原理：戴著表明电子设备的光学结构主要包括表明引擎和光学目镜系统，人眼无法对于很近的图像平面进行清晰呈现，戴著表明原理就是通过光学目镜将硅基液晶、液晶表明器、数字微镜器件、数字光处理、有机发光半导体及微米发光二极管等空间光调制器形成的图像呈现到远处。而AR相比VR主要区别在于是否可以通过光学透射，使人眼在能看到表明画面的同时还能看到外界自然环境，它实现的主要方法有镀半透半反膜和引入衍射光波导结构等。

2.光电参数：VR/AR的光电参数主要包括3类。(1)与主要现代表明电子设备类似的亮度、对比度、均匀性、色域、色差、蓝光和闪烁等指标；(2)表征人眼观察特性的视场角(FOV)、眼盒(eye box)、像素角密度(PPD)、分辨率(resolution)、光学目镜成像性能(MTF)、畸变(distortion)、虚像距(virtual image distance)、色差(chromatic aberation)和杂散光(stray light)等；(3)表征AR光学性能的透过率(transparency)。

VR/AR影响视觉身体健康的临床表现及其潜在机制

1.临床表现：过度选用VR/AR可能对眼身体健康造成一定伤害。主要表现为“VR晕”，类似晕车、晕船。具体临床表现为头痛、眩晕、恶心欲呕，同时伴有眼干涩、以至复视、流泪、眼胀痛、眼疲劳及精力无法集中等症状，类似于视疲劳、干眼及视频终端综合证等功能性眼疾。

2.辅助检查：常表现为4种结果。(1)调节功能异常。可表现为眼周调节超前，同时调节性集合与调节的比值(AC/A)降低，调节近点增加；(2)双眼聚散功能异常。可表现为集合模糊范围增加，集合近点增加；(3)一过性调节性斜视，例如轻度隐斜视；(4)泪膜破裂时间缩短，可致丝状角膜炎，角结膜干燥症。

3.潜在机制：主要为眼成像与内部神经系统可视化的状况不一致所导致。其潜在机制主要包括3个方面。(1)虚拟图像质量差，如纱窗、拖尾、闪烁、延迟和高像素峰值亮度比等引发听觉疲劳进而引发眩晕；(2)听觉与其他听觉通道的冲突，如前庭功能障碍和幽闭恐惧症；(3)辐辏调节冲突，配戴VR/AR戴著表明电子设备后，由于目前绝大多数商业表明仅有单一虚拟深度，双眼在造成层次听觉的同时，会导致会聚和调节的失配，不符合人眼观察习惯而导致视疲劳。

VR/AR如前所述视觉身体健康选用硬体参数的设定

电子设备的基本设计应符合人体工程学设计，重量相对轻便，和为了适应儿童的配戴，电子设备大小可以调节。如前所述听觉身体健康考虑的硬体参数设定包括5个方面。(1)适宜的视场角。正常人眼总视场在水平方向上的双目FOV近210°，垂直方向上近135°；中间部分有约120°是双目听觉重叠区域，两侧各40°是单眼听觉区域。所以要提供更多深度沉浸于的效果，VR电子设备需要提供更多近似人眼的视场角。目前较好的VR戴著显示电子设备在水平方向可以达到90°~120°的视场角，但是视场角扩大会导致角分辨率降低，要注重视场角和角分辨率的平衡。(2)匹配层次听觉。建议虚拟表明平面和双目间距可调节，以适应最佳清晰度并匹配最佳立体视觉。虚拟表明深度调节至少覆盖1~6m，从而更好地匹配人眼调节功能，双目间距调节至少覆盖60~70mm，从而更好地适应不同人眼瞳距的差异。(3)控制双目垂直视场差异。双目虚像在垂直方向位姿存在差异，可导致双目不能完成立体图像融合，因此在VR电子设备的组装过程中，应该严格执行双表明器组装的标定流程。(4)严格控制双目水平视场重叠。适当降低双目水平视场重合度可以提高有效表明区域以保持立体视的舒适度，但应充分保证双目水平视场重叠角度以免引起不适感。(5)严格控制畸变。需要控制大视场图像重要信息和萤幕像素排列之间的对应关系以严格控制畸变。

VR/AR如前所述听觉身体健康选用软件及画面参数的设定

VR/AR的基本光学性能评测方法和基本图像质量评测方法，可参考GB/T38259-2019国家标准和IEC63145-20-10和IEC63145-20-20等国际标准。近期亦有相关综述报道。如前所述听觉身体健康考虑的软件及画面参数设定包括7个方面。(1)表明高清晰度。设计人眼能够清晰对焦且图像表明清晰度接近人眼解析能力上限的光学系统，提高表明分辨率以努力达到人眼的解析能力，建议在60°视角内至少达到2K要求，最好可以实现4K单眼分辨率。(2)高响应时间和高刷新率。建议选用90120Hz的萤幕刷新率，有助于缓解视疲劳。(3)真实世界感三维呈现。建议发展变焦面、多焦面、体三维、光场或者全息戴著表明控制技术，缓解辐辏调节冲突。(4)光谱成分评估且通过蓝光加权辐射亮度比测试。不同波长的光可以对人体造成不同的生理影响。建议选用灯和灯系统的光生物安全性(CIES009/E：2002)国际光生物安全评价标准。(5)萤幕亮度应可以调节。VR立体电子设备表明器亮度发生闪烁等快速变化可能会引起视疲劳，建议采纳ISO9241303标准。(6)通过无频闪测试。即产品无明显的可见和不可见的闪烁，避免频繁闪烁对人眼造成负担。(7)具备先进、精准的六自由度追踪功能。六自由度空间定位控制技术是支持VR/AR沉浸于式体验的关键，应努力缩小可视化延时，建议小于45ms。

符合配戴VR/AR电子设备的基本条件

1.符合配戴VR/AR电子设备的基本条件：(1)双眼矫正视力可以达到0.8或1.0及以上；(2)屈光度在-6.0D~+6.00D之间，双眼不存在屈光参差；(3)色觉测试正常；(4)双眼视功能正常。

2.特别针对轻度视功能异常者配戴VR/AR电子设备的建议：存在轻度视功能异常但又有特殊需求，建议由经验丰富的骨科医师和视光学医师酌情考虑，经与申请者充分沟通后，签署特殊知情同意书，并定期复诊评估其安全性。

不建议配戴VR/AR的人群

此项内容，医疗专精人士用于治疗的情况除外。

1.绝对禁忌证：(1)双眼中的任何眼别处于青光眼急性发作期或临床前期；(2)存在幽闭恐惧症或有精神分裂症、情感障碍及神经性障碍等精神科疾病病史者。

2.相对禁忌证：(1)双眼有超过2.50D屈光参差者；(2)既往有因闪光或图案引起的眼抽搐、肌肉抽搐或昏厥病史者；(3)日常生活中有不明原因或不受控眩晕情况发生者；(4)双眼中的任何眼别存在活动期视网膜脱离和糖尿病视网膜病变等眼底疾病者；(5)双眼中的任何眼别存在显性斜视或者弱视者；(6)正在选用可能会导致干眼的药物者；(7)曾经有过癫痫发作或已诊断为癫痫者；(8)曾出现不明原因的肌肉震颤或眼球震颤者；(9)考虑到儿童存在听觉发育的情况，原则上不建议提供更多给13岁以下少年儿童选用。如果配戴者年龄小于13岁，建议在监护人的陪伴下选用且建议限制在30min以内。(10)VR/AR可导致部分人出现头晕、目眩及呕吐等类似“晕船症”的症状，重者可出现平衡失调有潜在跌伤的风险。因此，建议将孕期妇女、高龄、行动不便人士及严重偏头痛患者列为禁忌。若出现严重“晕船症”或平衡能力失调应停止选用VR/AR。

用于评估VR/AR电子设备的眼周药理学检查指标

建议在配戴VR/AR前和30min后分别测量下述指标。

1.核心理念指标：(1)屈光度。(2)眼调节功能的检查。调节反应检查，常用方法为FCC法；调节幅度检查，常用检查法为推进法和负镜法；调节灵活度检查，常用检查法为±2.00D透镜反转拍；单眼调节近点的测量，常用方法为移近法；选测正/负相对调节；(3)隐斜视检查，视近和视远的水平及垂直方向检查，常用方法为马氏杆法；(4)辐辏功能的检查：集合近点，常用方法为Donders移近法；AC/A，也就是1.0D的调节需要引起多少棱镜度的调节性集合，可以通过AC/A计算公式得到AC/A的值。AC/A=IPD+0.4×(Hn-Hf)。其中，IPD代表远用(6m)瞳距，计量单位为cm；Hn和Hf分别代表40cm视近隐斜度和6m视远隐斜度；水平方向聚散度检查，包括模糊点、破裂点和恢复点，常用检查法有阶梯三棱镜或者综合验光仪；(5)泪膜功能检查，主要包括泪膜破裂时间及泪液分泌试验检查。

2.非核心理念指标：(1)视力。包括远视力、近视力、矫正视力、低对比敏感度视力和眩光视力。(2)眼压检查。(3)视疲劳症状评估。视疲劳，是指任何原因引起的眼周疲劳及不适等症状的一组症候群。目前尚无准确的定义及诊断标准且视疲劳症状受到主观因素影响较大。视疲劳问卷，应包含眼干涩、复视、流泪、眼胀痛、畏光、眼觉得疲劳、头痛、头晕、恶心欲呕、困倦及精力无法集中等条目。(4)听觉作业能力。此项反映听觉作业的能力及注意力的集中度，可选用评价观看三维视频后听觉作业能力的校对试验表或VR疾病问卷。

出现视疲劳后的处理对策

原则上是尽量找出病因，对因治疗为主，对症治疗为辅。

出现视疲劳后的处理对策共有７项。（１）连续选用的时间不超过３０ｍｉｎ为宜。（２）对于屈光不正矫正不准确导致的视疲劳，进行准确的光学矫正。（３）特别针对存在干眼的患者，进行规范的干眼治疗。（４）对于调节辐辏相关功能失常的视疲劳，可进行调节功能训练和辐辏功能训练。调节功能训练，包括推进法、远近文字法、反转拍训练法及电脑听觉训练等以提高其调节的幅度和调节的灵活度；辐辏功能训练，可通过偏振片立体图、孔径训练仪、Ｂｒｏｃｋ线法及电脑ＨＴＳ听觉训练等锻炼聚散功能；（５）在治疗病因基础上，也可以选用缓解视疲劳的滴眼液；（６）对于有精神心理因素问题者，可以转诊进行心理治疗和疏导；（７）对于有潜在其他全身因素的患者，可在骨科给予及时治疗后转诊到其他科室或医院。

《VR与增强现实电子设备如前所述听觉身体健康选用的研究者一致意见建议（２０２２）》编写理事会

主审：彭智培　李筱荣

编写理事会主任委员：陶勇　袁进

参与本一致意见建议讨论研究者（按姓氏汉语拼音排列）：

边靖芳　香港理工大学骨科视光学院近视研究中心

陈浩宇　汕头大学·香港中文大学联合汕头国际骨科中心

邓育明　香港理工大学工业及系统工程学系

蒯曙光　华东师范大学心理与认知科学院

柯碧莲　上海市第一人民医院骨科

柯　鑫　依未科技（北京）有限公司

雷　博　河南省骨科研究所

李　坚　杭州市第一人民医院骨科

陆　方　四川大学华西医院骨科

牟同升　浙江大学光电学院激光生物药理学研究所

邵天奇　北京智德药理学检验所

宋维涛　北京理工大学光电学院

孙　刚　苏州汉朗光电有限公司

陶　勇　首都医科大学附属北京朝阳医院骨科

王　斌　中国科学院微电子研究所

徐　弛　优奈柯恩（北京）科技有限公司

汪东生　首都医科大学附属北京同仁医院骨科中心

王建民　河北医科大学第二医院骨科

王瑞峰　郑州市第二人民医院骨科

吴兆骏　香港中文大学骨科及听觉科学学系

肖　鹏　中山大学中山骨科中心

熊思齐　中南大学湘雅医院骨科中心

余　轮　福州大学数字媒体研究员

袁　进　中山大学中山骨科中心

张贵森　内蒙古朝聚骨科医院

张　岩　首都体育学院体医融合创新研究中心

朱　丹　内蒙古医科大学附属医院骨科

朱正元　电子重要信息产品标准化国家工程实验室

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