背景技術(shù)：

在臨床醫(yī)學(xué)中評估視覺功能對日常生活活動的影響一直都面臨挑戰(zhàn)。臨床診療中評價視覺功能的主要依據(jù)為視敏度和視野測試。雖然還有其他可能影響視覺功能的功能指標(biāo)，例如對比敏感度、色覺和立體感，但是日常的眼睛檢查并不會對這些功能指標(biāo)進(jìn)行測試。另外，視敏度、視野和其他視覺功能指標(biāo)如何轉(zhuǎn)化為不同程度的阻礙日常生活活動的視覺障礙是未知的。目前沒有能評估與眼疾患者或視障人士的日常生活活動直接關(guān)聯(lián)的視覺功能的客觀臨床測試。

有視覺障礙的患者在進(jìn)行日常活動時(例如，在街道中行走、拾級而上或拾級而下、找出感興趣的物件等)會遇到困難。有些患者的中央視力雖然保持完好，但周邊視覺卻嚴(yán)重受損。有些患者盡管白天視力相對正常，但是夜間視覺可能有嚴(yán)重障礙。

本發(fā)明的實(shí)施方式單獨(dú)地和整體地解決這些及其他問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方式提供用于視覺障礙檢測系統(tǒng)的技術(shù)，該系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)以基于日常生活活動來評估患者的視覺功能。本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)計為評價并測量人在具有不同亮度水平和對比度水平的不同vr環(huán)境中模擬多種光照條件下的日常生活活動、完成日常任務(wù)的功能。記錄諸如完成任務(wù)所需的時間、在vr環(huán)境中與vr物體碰撞的次數(shù)、碰撞的角度和速度、碰撞的vr物體的大小、色彩強(qiáng)度和對比度水平等的功能數(shù)據(jù)以計算功能分?jǐn)?shù)。然后，可使用這些功能分?jǐn)?shù)來量化視覺功能以用于評估、分級和監(jiān)測人的視覺障礙。

虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)平臺能夠整合對視覺功能的不同元素(例如，視敏度、視野、對比敏感度、色覺、立體感等)的測試，提供新的范例以測量并監(jiān)測多種眼部疾病和神經(jīng)障礙中的視覺障礙?；谌粘Ｉ罨顒拥囊曈X功能評估能夠提供任何視覺障礙對患者日常生活的影響的直接的和臨床相關(guān)的測量。通過模擬用于評價視覺障礙的日?；顒?，臨床醫(yī)生能夠從患者的角度更好地了解視覺缺陷如何影響他們的日常活動和生活品質(zhì)。這實(shí)現(xiàn)了對多種眼部疾病的更好的臨床管理。

根據(jù)一些實(shí)施方式，用于視覺障礙檢測的過程可包括生成具有虛擬現(xiàn)實(shí)物體的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬，其中虛擬現(xiàn)實(shí)模擬對真實(shí)生活活動進(jìn)行模擬以測試用戶的視覺反應(yīng)。運(yùn)行該過程的系統(tǒng)可包括視覺障礙檢測系統(tǒng)，該視覺障礙檢測系統(tǒng)具有頭戴式顯示設(shè)備、通信地聯(lián)接至頭戴式顯示設(shè)備的傳感器系統(tǒng)、和與傳感器系統(tǒng)和顯示器通信地聯(lián)接的具有處理器的計算設(shè)備。該過程還可包括將虛擬現(xiàn)實(shí)模擬顯示在頭戴式顯示器上，以及在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬期間通過傳感器系統(tǒng)監(jiān)測用戶的自主性反應(yīng)和非自主性反應(yīng)?？苫谟脩魧μ摂M現(xiàn)實(shí)模擬的自主性反應(yīng)和非自主性反應(yīng)來計算視覺功能分?jǐn)?shù)，并且可基于該功能分?jǐn)?shù)確定用戶的視覺障礙程度和度量。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的視覺障礙檢測系統(tǒng)。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于測量視覺障礙的算法的示例性工作流。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的示例。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、來自日間虛擬現(xiàn)實(shí)模擬對正常受試者和青光眼患者的連續(xù)的屏幕抓圖。

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、來自夜間虛擬現(xiàn)實(shí)模擬對正常受試者和青光眼患者的連續(xù)的屏幕抓圖。

圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于檢測和測量視覺障礙的過程的流程圖。

圖8a示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、從超市貨架識別并選擇物體的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖8b示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、從超市貨架識別并選擇物體的另一虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖9a示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、拾級而上和拾級而下的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖9b示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、拾級而上和拾級而下的另一虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖10a示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖10b示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走的另一虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖10c示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走的又一虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

圖11示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的、黑夜里在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方式提供用于視覺障礙檢測系統(tǒng)的技術(shù)，該系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)以基于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中模擬的真實(shí)活動來評估患者的視覺功能?？衫锰摂M現(xiàn)實(shí)模擬多種日?；顒?，以用于測量視覺障礙。模擬的日?；顒涌砂ㄔ诜泵值郎闲凶?、拾級而上或拾級而下、駕駛車輛以及在環(huán)境中找出感興趣的物件，例如架子上的物體等。模擬這些日常生活活動是因?yàn)檫@些活動是具有眼疾或神經(jīng)障礙的患者可能遇到問題的常見場景。例如，具有管狀視力的患者在繁忙街道上行走時，盡管他們實(shí)際上具有相對良好的中央視力，仍經(jīng)常因頻繁地撞到物體或人而遭遇困難。在避免跌倒或與迎面而來的人碰撞的情況下拾級而下對于具有較差的視野缺損的患者也構(gòu)成了很大顧慮。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)測試環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化，視覺功能(例如，在指定距離穿越障礙物所需的時間；撞到障礙物的碰撞次數(shù)等)能夠客觀地被量化。這允許視覺障礙的客觀測量、分級和監(jiān)測的提升。

圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施方式可在視覺障礙檢測系統(tǒng)中使用的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的示例。如圖所示，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺可包括由用戶穿戴的頭戴式顯示器(hmd)單元110。hmd110可用于為穿戴hmd110的用戶投射具有虛擬物體的三維虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)環(huán)境。在一些實(shí)施方式中，hmd110可包括具有顯示屏幕和通過有線或無線連接通信地聯(lián)接至外部計算設(shè)備(例如，計算機(jī)、智能電話、平板電腦、游戲控制臺等)的一個或多個圖形轉(zhuǎn)換單元的頭戴式耳機(jī)，并且vr環(huán)境可來源于外部計算設(shè)備并投射到hmd110的顯示屏幕上。在一些實(shí)施方式中，hmd110可包括具有配置成與外部設(shè)備接合的架或支架的頭戴式耳機(jī)。頭戴式耳機(jī)可包括將頭戴式耳機(jī)電連接至外部設(shè)備的連接器。頭戴式耳機(jī)可包括附加的電池以擴(kuò)展安裝的外部設(shè)備的電池壽命，并且可包括一個或多個有用的圖形處理單元以增強(qiáng)安裝的外部設(shè)備的圖形化性能。在一些實(shí)施方式中，hmd110可以是與一個或多個計算單元(包括處理器、存儲器等)、一個或多個圖形處理單元、電池和顯示屏幕集成的一體式頭戴式耳機(jī)，并且vr環(huán)境可由存儲在hmd110的存儲器中的程序生成。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的視覺障礙檢測系統(tǒng)200的框圖。視覺障礙檢測系統(tǒng)200可包括彼此通信地聯(lián)接的頭戴式顯示器(hmd)單元210、傳感器系統(tǒng)220和計算設(shè)備230。盡管在圖2中這些組件示出為分開的組件，但是應(yīng)理解，這些組件中的任何一個的某些或全部功能能夠與視覺障礙檢測系統(tǒng)200中的另一組件集成。

hmd210可以是例如hmd110的立體頭戴式顯示器，并且可包括一個或多個圖形處理單元212或圖形轉(zhuǎn)換單元以及顯示器214，顯示器214顯示并渲染具有虛擬現(xiàn)實(shí)物體的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬，以模擬真實(shí)生活活動(例如，一個人的日常生活活動)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)模擬根據(jù)用戶的反應(yīng)來測試穿戴hmd210的用戶的視覺功能，以用于測量、分級并監(jiān)測視覺障礙。與傳感器系統(tǒng)220聯(lián)接的hmd210使用戶能夠與投射的vr環(huán)境交互，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)模擬行走。vr環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)元素可參照虛擬現(xiàn)實(shí)模擬期間的用戶的反應(yīng)而實(shí)時更新。

在一些實(shí)施方式中，視覺障礙檢測系統(tǒng)200可包括與計算設(shè)備230和hmd210通信地聯(lián)接的一個或多個輸入設(shè)備(例如，鍵盤、游戲控制器、鼠標(biāo)、指示器等)，以允許用戶控制虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的移動。hmd210還可包括音頻輸出以提供引導(dǎo)并提醒穿行于vr環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的用戶的指令。用戶與vr環(huán)境之間的交互還可通過輸出設(shè)備向用戶生成反饋。例如，經(jīng)由控制器傳輸?shù)穆曇艋蛴|覺振動可發(fā)送至用戶以信令與vr環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)物體的碰撞事件。

如上所述，在一些實(shí)施方式中，hmd210可具有其自身的處理能力和存儲內(nèi)存，使得虛擬模擬可本地存儲于hmd210，或者生成虛擬模擬的程序可本地存儲在hmd210上并執(zhí)行為創(chuàng)建虛擬模擬。在一些實(shí)施方式中，虛擬模擬可來源于外部設(shè)備(例如，計算設(shè)備230)，并且外部設(shè)備能夠可選地安裝在hmd210上。在這種實(shí)施方式中，hmd210可起到副顯示設(shè)備的作用，或者h(yuǎn)md210可具有其自身的圖形處理能力以增強(qiáng)外部設(shè)備的圖形化性能(例如，提升分辨率和/或幀速率以增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的真實(shí)感)。

可生成并顯示在hmd210上的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的示例可包括日常生活活動，例如：(1)在不與其他行人碰撞的情況下在繁忙的街道中行走；(2)在不撞到障礙物的情況下拾級而上或拾級而下；(3)在繁忙的道路上從位置a行車至位置b；(4)找出架子上的感興趣的物件等。在一些實(shí)施方式中，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的虛擬現(xiàn)實(shí)物體包括vr環(huán)境中的一個或多個靜止的物體(諸如靜止的柱子或路障)和/或在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中移動的一個或多個動態(tài)物體(諸如道路上的其他行人或其他車輛)。虛擬現(xiàn)實(shí)物體的對比度水平或虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的亮度水平還可調(diào)整以模擬不同的照明條件。例如，盡管某些用戶在白天具有相對正常的視力，但是在夜間這些用戶的視力可能嚴(yán)重減弱。系統(tǒng)被設(shè)計為評價并測量用戶在具有不同的亮度水平和對比度水平的不同vr環(huán)境中模擬各種光照條件下的日常生活活動、完成日?；顒拥谋憩F(xiàn)，從而允許在不同的光強(qiáng)度水平下評價視覺障礙的嚴(yán)重程度。

在一些實(shí)施方式中，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬和vr環(huán)境還可適合于模擬專門針對特定用戶的真實(shí)生活環(huán)境。例如，可在用戶進(jìn)行他/她的日常生活時利用用戶穿戴的相機(jī)來攝錄特定用戶的用戶特定真實(shí)生活環(huán)境，并且可從通過相機(jī)攝錄的圖像數(shù)據(jù)生成具有與來自用戶特定真實(shí)生活環(huán)境的物體相似的虛擬物體的vr環(huán)境。作為示例，可攝錄用戶在用戶家中拾級而上和拾級而下的視頻，并且可生成模仿用戶家中的階梯(例如，臺階的數(shù)量、臺階高度和轉(zhuǎn)彎的數(shù)量等)的vr環(huán)境，以用于虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。通過這種方式，能夠基于用戶的真實(shí)生活環(huán)境精確地評估視覺障礙對特定用戶的實(shí)際影響。

傳感器系統(tǒng)220可包括若干傳感器以監(jiān)測并記錄虛擬現(xiàn)實(shí)模擬期間用戶的自主性反應(yīng)(例如，移動和動作)和非自主性反應(yīng)(例如，生物讀數(shù))。在一些實(shí)施方式中，傳感器中的某些或全部可集成到hmd210中，和/或傳感器中的某些或全部可放置于用戶身體的適當(dāng)部位上。傳感器系統(tǒng)220可包括諸如陀螺儀、加速度計和/或磁強(qiáng)計的運(yùn)動傳感器222以感測用戶的自主性反應(yīng)。這些反應(yīng)例如可包括頭部、諸如胸或腰部的軀干、眼球以及上肢和下肢的定向和移動。在一些實(shí)施方式中，可使用由運(yùn)動傳感器222檢測到的移動來控制虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的移動。在一些實(shí)施方式中，可分別使用由運(yùn)動傳感器222檢測到的運(yùn)動和定向來調(diào)整虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的移動方向和觀察方向。例如，附接在用戶腰部上的傳感器可用作虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中對移動方向的參考，而嵌入hmd210中的傳感器可用作對觀察方向的參考。該設(shè)置能夠提升用戶的真實(shí)感并且能夠減少暈動癥。傳感器系統(tǒng)220還可包括生物傳感器以感測用戶的非自主性反應(yīng)。這種生物傳感器的示例可包括血壓傳感器、心率傳感器、用于檢測動眼反應(yīng)和擴(kuò)張或瞳孔大小變化的光學(xué)傳感器(例如，紅外傳感器)、和/或用于檢測腦電活動的腦電圖(eeg)傳感器。在一些實(shí)施方式中，如果用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中使用任何輸入設(shè)備來控制移動，則通過輸入設(shè)備接收的命令以及用戶對虛擬現(xiàn)實(shí)模擬作出反應(yīng)的任何發(fā)聲均可被記錄。

計算設(shè)備230(例如，計算機(jī)、智能電話、平板電腦、游戲控制臺等)可包括一個或多個處理器232和存儲程序指令的存儲器，以基于用戶對虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的自主性反應(yīng)和/或非自主性反應(yīng)以及從傳感器系統(tǒng)220傳遞至計算設(shè)備230的傳感器讀數(shù)，計算功能分?jǐn)?shù)234并確定視覺障礙度量236。在一些實(shí)施方式中，對用戶的視覺障礙執(zhí)行分析的計算設(shè)備230可以是與虛擬模擬的來源設(shè)備相同的設(shè)備，或者可以是不同的設(shè)備以使得虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的生成和視覺障礙的分析在分開的設(shè)備上執(zhí)行。計算設(shè)備230可利用諸如完成任務(wù)所需的時間、在vr環(huán)境中與虛擬現(xiàn)實(shí)物體的碰撞次數(shù)(例如，如柱子和路障的靜止障礙物和諸如其他行人和車輛的移動障礙物)、碰撞的角度和速度、虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的亮度水平、虛擬現(xiàn)實(shí)物體的對比度水平、自主性反應(yīng)追蹤數(shù)據(jù)和/或非自主性反應(yīng)追蹤數(shù)據(jù)的參數(shù)，來計算用戶的視覺功能分?jǐn)?shù)。然后，可使用這些功能分?jǐn)?shù)來確定用戶的視覺障礙度量并量化視覺功能以用于評估、分級并監(jiān)測視覺障礙。在一些實(shí)施方式中，視覺障礙度量確定過程可對學(xué)習(xí)效應(yīng)或用戶予以考慮。例如，可通過在同一虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中重復(fù)測試時能夠改變虛擬現(xiàn)實(shí)物體的位置以減少學(xué)習(xí)效應(yīng)對確定過程的影響。在一些實(shí)施方式中，可對虛擬現(xiàn)實(shí)測試環(huán)境進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并且可以客觀地量化視覺功能(例如，完成任務(wù)所需的時間)。這允許對視覺障礙進(jìn)行客觀評估并對其隨著時間的發(fā)展進(jìn)行監(jiān)控。在一些實(shí)施方式中，可收集視覺障礙的參數(shù)和功能分?jǐn)?shù)并將其上傳至云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫以用于實(shí)時記錄、計算、報告并監(jiān)測用于視覺障礙評估的視覺功能分?jǐn)?shù)。功能分?jǐn)?shù)可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的用戶和用戶表現(xiàn)進(jìn)行分類。在一些實(shí)施方式中，可利用深度學(xué)習(xí)和人工智能來改善視覺障礙度量的確定。功能分?jǐn)?shù)可顯示在諸如計算機(jī)、移動計算設(shè)備或智能電話的計算設(shè)備上。服務(wù)器可將結(jié)果遠(yuǎn)程地發(fā)送給臨床醫(yī)生以監(jiān)控用戶的視覺障礙的發(fā)展。臨床醫(yī)生或者眼部護(hù)理提供者可通過對云服務(wù)器的互聯(lián)網(wǎng)訪問，遠(yuǎn)程地監(jiān)測用戶的視覺功能分?jǐn)?shù)并相應(yīng)地制定治療方法上的任何更改。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于測量視覺障礙的算法的示例性工作流。在立體頭戴式顯示器中顯示vr元素，并且要求穿戴hdm的用戶跟隨指令完成任務(wù)(例如，在不與障礙物或行人發(fā)生碰撞的情況下從位置a行走至位置b、在不與障礙物或行人發(fā)生碰撞的情況下拾級而上或拾級而下、從位置a行車至位置b、找出架子上的感興趣的物件等)。指令可由音頻或視覺提示提供。在一些實(shí)施方式中，程序中可包括測試之前在具有如內(nèi)置指令的標(biāo)準(zhǔn)動畫和音頻的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的控制練習(xí)。例如，這能夠最大限度地減少學(xué)習(xí)中由于不同的技術(shù)人員向用戶提供不充分指令而導(dǎo)致的誤差。記錄用戶響應(yīng)于模擬的vr環(huán)境的自主性反應(yīng)和非自主性反應(yīng)。自主性反應(yīng)例如可包括頭部、身體、眼球和上肢及下肢的移動以及發(fā)聲。非自主性反應(yīng)例如可包括動眼反應(yīng)、瞳孔大小、血壓、心率和腦電圖的變化。與vr環(huán)境的交互可通過輸出設(shè)備產(chǎn)生反饋。例如，經(jīng)由控制器傳輸?shù)穆曇艋蛴|覺振動可發(fā)送至用戶以信令與vr環(huán)境中的vr物體發(fā)生碰撞。通過輸入設(shè)備或監(jiān)測傳感器來檢測并監(jiān)測用戶的反應(yīng)。該反應(yīng)傳遞至hmd的計算設(shè)備或計算單元。測量包括用戶完成任務(wù)所需的持續(xù)時間、與受試者發(fā)生碰撞的靜止障礙物(例如，柱子、路障)和移動障礙物(例如，行人、車輛)、碰撞的角度和碰撞的速度的參數(shù)，以計算用于測量、分級和監(jiān)測視覺障礙的功能分?jǐn)?shù)。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于模擬在花園中穿行的vr環(huán)境的示例。在該示例中，穿行路程包括在長達(dá)70余米的范圍內(nèi)找出在不同位置的10個道閘。測試受試者被要求在不與障礙物發(fā)生碰撞的情況下通過將頭部和身體轉(zhuǎn)向正確方向以默認(rèn)速度(60米每分鐘)步行穿過閘門(2米寬)。圖5示出了來自日間虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對正常受試者和青光眼患者的連續(xù)的屏幕抓圖。在測試期間，視野異常的青光眼患者與虛擬現(xiàn)實(shí)障礙物碰撞5次，而正常受試者在未與任何虛擬現(xiàn)實(shí)物體發(fā)生碰撞的情況下在更短的時間內(nèi)完成了測試。也可生成夜間虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。圖6示出了來自夜間虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對正常受試者和青光眼患者的連續(xù)的屏幕抓圖。值得注意的是，在夜間完成測試所需的時間和在測試期間撞擊障礙物的次數(shù)方面，青光眼患者的表現(xiàn)比正常受試者差很多。該示例展示出能夠使用虛擬現(xiàn)實(shí)模擬對具有視覺缺陷的患者進(jìn)行臨床測試。

下面將更加詳細(xì)地描述虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的附加示例。在任何vr環(huán)境中，由于視覺功能和視覺障礙可能根據(jù)環(huán)境的照明條件而改變，因此可在模擬不同照明條件的不同的亮度水平和對比度水平下執(zhí)行虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。

示例1-在繁忙的城市區(qū)域中行走

在一些實(shí)施方式中，模擬了繁忙的城市區(qū)域中的靜止物體(例如，路燈柱、垃圾桶)和動態(tài)物體(例如，行人、車輛)。受試者被要求在不與vr環(huán)境中的任何物體或人碰撞的情況下從位置a行走至位置b。在vr模擬期間，通過hmd中的運(yùn)動傳感器實(shí)時測量并監(jiān)測頭部和/或身體的運(yùn)動數(shù)據(jù)。受試者通過改變頭部和/或身體定向在vr環(huán)境中行走，并且可通過手中的控制器或下肢的運(yùn)動傳感器調(diào)整行走速度。受試者與vr環(huán)境直接交互，并且vr圖像響應(yīng)于受試者的反應(yīng)而改變。當(dāng)與vr物體發(fā)生碰撞時，程序可向受試者生成視覺提示和/或音頻提示形式的提醒。程序檢測并測量受試者與vr物體之間的碰撞的次數(shù)、碰撞的角度和速度、碰撞的vr物體的大小、顏色和/或?qū)Ρ榷?，并且記錄完成行走所需的持續(xù)時間以計算用于測量、分級并監(jiān)測視覺障礙的功能分?jǐn)?shù)。

可在自定義的vr環(huán)境(花園、百貨商店、超市等)中執(zhí)行類似的行走功能任務(wù)，以利用相似參數(shù)(例如，完成旅程的所需時間、碰撞的次數(shù)、碰撞的角度和速度等)來模擬用于測量視覺障礙的特定人的日常生活活動。

示例2-拾級而上或拾級而下

在一些實(shí)施方式中，受試者被要求在不與路徑上的障礙物或人碰撞的情況下步行向上或向下若干級臺階。在vr模擬期間，通過hmd中的運(yùn)動傳感器實(shí)時測量并監(jiān)測頭部和/或身體的運(yùn)動數(shù)據(jù)。受試者通過改變頭部和/或身體的定向在vr環(huán)境中行走，并且行走速度可利用控制器或下肢的運(yùn)動傳感器進(jìn)行調(diào)整。受試者與vr環(huán)境直接交互，并且vr圖像響應(yīng)于受試者的反應(yīng)而改變。當(dāng)與vr物體發(fā)生碰撞時，程序可向受試者生成視覺提示和/或音頻提示形式的提醒。程序檢測并測量受試者與vr物體之間的碰撞的次數(shù)、碰撞的角度和速度、受試者在vr環(huán)境中的移動方向(向上、向前或向下)、碰撞的vr物體的大小、色彩強(qiáng)度和/或?qū)Ρ榷?，并且記錄完成行走所需的持續(xù)時間以計算用于測量、分級并監(jiān)測視覺障礙的功能分?jǐn)?shù)。

示例3-行車

在一些實(shí)施方式中，程序提供在vr環(huán)境中包含靜止物體(例如路障、燈柱、樹、路邊的車等)和動態(tài)物體(例如，穿越道路的車輛、行人、公路維修工、迷途及流浪動物等)的行車模擬。可模擬處于不同的交通狀況和天氣狀況(例如，公路、城市交通、爬坡、下坡、暴雨等)下的vr環(huán)境。受試者被要求在不與vr環(huán)境中的任何物體發(fā)生碰撞的情況下從位置a行車至位置b。在vr模擬期間，利用hmd中的運(yùn)動傳感器實(shí)時測量并監(jiān)測頭部和/或身體的運(yùn)動數(shù)據(jù)。受試者可轉(zhuǎn)動車輪控制器來改變行走的方向，并且行走速度可通過加速器和制動控制器來改變。受試者與vr環(huán)境直接交互，并且vr圖像響應(yīng)于受試者的反應(yīng)而改變。當(dāng)與vr物體發(fā)生碰撞時，程序?qū)⑾蚴茉囌呱梢曈X提示和/或音頻提示形式的提醒。程序檢測并測量受試者與vr物體之間的碰撞的次數(shù)、碰撞的角度和速度、碰撞的vr物體的大小、顏色和/對比度，并且記錄完成行走所需的持續(xù)時間以計算用于測量、分級并監(jiān)測視覺障礙的功能分?jǐn)?shù)。

示例4-找出感興趣的物件

在一些實(shí)施方式中，受試者被要求從架子上或從含有物體的混合物的容器中找出感興趣的物件(例如，書、瓶子、針等)。在vr模擬期間，利用hmd中的運(yùn)動傳感器實(shí)時測量并監(jiān)測頭部和/或身體的運(yùn)動數(shù)據(jù)。受試者使用控制器或由運(yùn)動傳感器檢測到的手勢和身體姿態(tài)來找出目標(biāo)物體。受試者與vr環(huán)境直接交互，并且vr圖像將響應(yīng)于受試者的反應(yīng)而改變。使用完成任務(wù)所需的持續(xù)時間和正確找出項(xiàng)目的數(shù)量來生成用于測量視覺障礙的視覺功能分?jǐn)?shù)。

圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于檢測和測量視覺障礙的過程700的流程圖。在一些實(shí)施方式中，過程700可實(shí)施為作為計算機(jī)程序的一部分的計算機(jī)可讀代碼，并且可體現(xiàn)在非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)中。

在框702處，生成具有虛擬現(xiàn)實(shí)物體的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬可模擬用于測試用戶的視覺反應(yīng)的用戶活動。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬例如可以是在繁忙的城市區(qū)域中行走、步行向上或向下一段或多段樓梯、駕駛車輛和找出一個或多個感興趣的物件等。

在框704處，將虛擬現(xiàn)實(shí)模擬顯示在頭戴式顯示器上。在一些實(shí)施方式中，可調(diào)整顯示在頭戴式顯示器上的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的對比度水平或亮度水平中的至少一個以模擬不同的照明條件。

在框706處，可在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬期間通過傳感器系統(tǒng)監(jiān)測并記錄用戶的自主性反應(yīng)和非自主性反應(yīng)。例如，可使用運(yùn)動傳感器感測用戶的眼部運(yùn)動、頭部運(yùn)動、肢體運(yùn)動或身體運(yùn)動等中的一個或多個，并且可使用生物傳感器感測血壓、心率、眼部擴(kuò)張或腦電活動等中的一個或多個。

在框708處，可基于用戶對虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的自主性反應(yīng)和非自主性反應(yīng)計算功能分?jǐn)?shù)。在框710處，可基于功能分?jǐn)?shù)確定視覺障礙度量。在一些實(shí)施方式中，可基于由虛擬現(xiàn)實(shí)模擬記錄的一個或多個測量來確定視覺障礙度量，所述一個或多個測量例如為在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中完成任務(wù)的所需時間、在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中與虛擬現(xiàn)實(shí)物體的碰撞次數(shù)、在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中與虛擬現(xiàn)實(shí)物體的碰撞角度和/或速度、與事件相關(guān)的vr物體的大小、顏色和/或?qū)Ρ榷取⒑?或在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中正確找出感興趣的物件的數(shù)量。

在一些實(shí)施方式中，可通過研發(fā)使不同的功能分?jǐn)?shù)的組合集成的多變量統(tǒng)計分析模型來確定視覺障礙度量，例如，通過在計算完成任務(wù)所需的持續(xù)時間與用戶的測量視野指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性時考慮虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的碰撞事件的次數(shù)來確定視覺障礙度量。在一些實(shí)施方式中，可利用諸如深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)的涉及人工智能的技術(shù)來確定視覺障礙度量。

在一些實(shí)施方式中，在診所或者在遠(yuǎn)程位置(例如，家、辦公室)利用vr模擬所評價的用戶的視覺功能數(shù)據(jù)可存儲在vr計算設(shè)備上或者上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。然后，可對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以用于記錄、計算、報告和監(jiān)測視覺功能分?jǐn)?shù)。患者和/或他們的護(hù)理提供者可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問遠(yuǎn)程地測量并監(jiān)測他們的視覺功能分?jǐn)?shù)。

在一些實(shí)施方式中，真實(shí)世界中的周圍環(huán)境可通過hmd的一個或多個相機(jī)攝錄并實(shí)時地投射在hmd上，類似于在數(shù)碼相機(jī)的屏幕上的實(shí)時預(yù)覽，但是hmd中的投射場景可以是三維的。在投射到hmd之前，還可根據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中的經(jīng)測試的視覺功能和視覺障礙度量實(shí)時分析所攝錄的環(huán)境，以預(yù)測可能沒有被用戶注意到的物體。可修改被攝錄環(huán)境的亮度和/或?qū)Ρ榷人揭栽鰪?qiáng)真實(shí)生活環(huán)境的能見度?？蓪r物體添加并投射至所攝錄的真實(shí)生活環(huán)境以向用戶提供視覺輔助。例如，這能夠通過增加樓梯的亮度并增強(qiáng)樓梯上物體的對比度來幫助用戶在家或在地鐵站拾級而上或拾級而下。還可在與鄰近的物體碰撞之前通過虛擬現(xiàn)實(shí)輔助來提醒用戶。

由此，可通過使用由視覺障礙檢測系統(tǒng)確定的視覺障礙度量改善用戶的視力。視力改善技術(shù)可包括利用附接至用戶或頭戴式顯示器上的相機(jī)來攝錄真實(shí)生活環(huán)境、并根據(jù)測量出的用戶視覺障礙來預(yù)測由于視力衰退而使得用戶的視力不能檢測到的無法察覺的真實(shí)生活物體?？衫蒙疃认鄼C(jī)來攝錄真實(shí)生活物體的深度，以增強(qiáng)根據(jù)用戶的視覺障礙來預(yù)測無法察覺的真實(shí)生活物體的精確度。可通過附加的虛擬現(xiàn)實(shí)物體生成與攝錄的真實(shí)生活環(huán)境相似的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境，其中附加的虛擬現(xiàn)實(shí)物體作為幫助用戶檢測真實(shí)生活物體的提示而顯示在頂部。在一些實(shí)施方式中，可根據(jù)對無法察覺的真實(shí)生活物體的預(yù)測來修改所攝錄的真實(shí)生活環(huán)境的亮度水平和所攝錄的真實(shí)生活物體的對比度水平，并且利用經(jīng)修改的亮度和對比度生成與攝錄的真實(shí)生活環(huán)境相似的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境以輔助用戶的視力。

因此，已描述了在視覺障礙檢測系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用主要局限于游戲行業(yè)。迄今為止，未對虛擬現(xiàn)實(shí)作為用于臨床上評價視覺障礙的平臺進(jìn)行檢驗(yàn)。過去，未出現(xiàn)過用于與日常生活活動相關(guān)的視覺障礙的臨床測量的商業(yè)上可用的器械。生成用于評價視覺障礙的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的技術(shù)能夠影響對視覺路徑造成影響的多種眼疾和神經(jīng)障礙的臨床管理。具體地，相比于現(xiàn)有的臨床參數(shù)，如視敏度和視野測度，與患者的日常生活活動相關(guān)的視覺功能測量將提供更加直接且臨床相關(guān)的、反映視覺障礙及其對生活品質(zhì)的影響的指標(biāo)。由于能夠模擬用于評價視覺功能的日?；顒樱R床醫(yī)生能夠從患者的角度更好地了解視覺缺陷如何影響日?；顒印１疚闹兴枋龅募夹g(shù)可允許臨床醫(yī)生能夠制定適當(dāng)?shù)闹委?、支持以及視覺輔助以改善患者的視覺質(zhì)量和生活品質(zhì)。不同于許多用于測試視力的臨床設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺還是可攜帶的。因此，在家監(jiān)測視力和視覺功能是可行的。對于一些慢性眼疾，如青光眼(不可逆轉(zhuǎn)的失明的主要原因)，它們的特征在于具有相對保持完好的中央視力但視野逐漸惡化并收縮直到最后階段。由于疾病的惡化會在無明顯癥狀的情況下發(fā)生，因此向青光眼患者的管理人員建議每3至4個月對視野進(jìn)行定期監(jiān)測。如本文中所描述的用于在家監(jiān)測視覺功能的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺不僅能夠方便于早期檢測疾病發(fā)展(可能需要增加治療)，還能夠降低患者或健康護(hù)理提供者為視野測試而頻繁訪問診所而承擔(dān)的費(fèi)用。

圖8a至圖11示出了虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的附加示例。在一些實(shí)施方式中，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬對真實(shí)生活中的日?；顒舆M(jìn)行模擬，包括：(i)從超市貨架識別并選擇物體；(ii)拾級而上并拾級而下；以及(iii)在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走。

圖8a和圖8b示出了被測試的受試者在vr模擬中首先從超市貨架識別待尋找的目標(biāo)物體，然后從超市貨架選擇目標(biāo)物體。圖9a和圖9b示出了被測試的受試者被要求在vr模擬中避免與通往目的地的路上的任何障礙物碰撞的同時拾級而上并拾級而下。圖10a、圖10b和圖10c示出了被測試的受試者在擠滿行人和車輛的城市區(qū)域中行走，同時被要求避免與障礙物和其他行人相撞且在不被車流中的車輛撞擊的情況下穿越道路。

在一些實(shí)施方式中，在不同的光強(qiáng)度水平下針對相同的日?；顒幽M對用戶進(jìn)行測試。圖11示出了在城市區(qū)域中行走的被測試的受試者，該城市區(qū)域類似于圖10a、圖10b和圖10c中的模擬設(shè)置，而vr環(huán)境的光強(qiáng)度更改為暗光。

在一些實(shí)施方式中，對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以計算功能分?jǐn)?shù)。在一些實(shí)施方式中，進(jìn)一步將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合以執(zhí)行用于確定被測試的受試者的視覺障礙度量的多變量統(tǒng)計分析和/或集群分析。

本文中所描述的計算設(shè)備、計算機(jī)、服務(wù)器和類似裝置中的任何一個可利用與存儲有代碼或指令的存儲器聯(lián)接的一個或多個處理器實(shí)施，當(dāng)被一個或多個處理器執(zhí)行時，代碼或指令使得設(shè)備執(zhí)行本文中所描述的方法和過程中的一個或多個。用于包括本文中所描述的代碼或代碼的一部分的存儲器、存儲介質(zhì)和計算機(jī)可讀介質(zhì)可包括本領(lǐng)域已知的或所使用的任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，所述介質(zhì)包括存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)，例如但不限于以任何方法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)的、用于存儲和/或傳輸諸如計算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)的易失性和非易失性、可移除和不可移除介質(zhì)，包括ram、rom、eeprom、閃存或其他存儲器技術(shù)、cd-rom、數(shù)字通用光盤(dvd)或其他光存儲、磁帶、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)信號、數(shù)據(jù)傳輸或能夠用于存儲或傳輸期望的信息并能夠由計算機(jī)訪問的任何其他的介質(zhì)?；诒疚闹兴峁┑墓_內(nèi)容和教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解實(shí)施多種實(shí)施方式的其他方式和/或方法。

以上描述為說明性的而不是限制性的。通過回顧上述公開內(nèi)容，多種實(shí)施方式的諸多變型可對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見。因此，本發(fā)明的范圍可以不參照上述描述而確定，相反可通過參照當(dāng)前權(quán)利要求以及其完整的范圍或等同來確定。

本文中所描述的方法和過程本質(zhì)上是示例性的，并且根據(jù)一些實(shí)施方式的方法和過程可以以不同于本文中所描述的順序執(zhí)行步驟中的一個或多個，包括未具體描述的一個或多個附加步驟、省略一個或多個步驟、將一個或多個步驟組合為單個步驟、將一個或多個步驟劃分為多個步驟，和/或它們的任意組合。

可理解，上文中所描述的某些實(shí)施方式可利用計算機(jī)軟件以模塊化方式或集成方式實(shí)施為控制邏輯的形式。基于本文中所提供的公開內(nèi)容和教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知曉并理解利用硬件和硬件與軟件的組合實(shí)施本發(fā)明的其他方式和/或方法。

本申請中所描述的任何軟件組件或功能可實(shí)施為由處理器使用例如傳統(tǒng)技術(shù)或面向?qū)ο蟮募夹g(shù)以任何適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)語言(例如，java、c++、c#、python或perl)執(zhí)行的軟件代碼。軟件代碼可在例如隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、諸如硬盤或軟盤的磁介質(zhì)或者諸如cd-rom的光介質(zhì)的計算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲為一系列指令或命令。任何這種計算機(jī)可讀介質(zhì)可位于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的單個計算裝置上或裝置內(nèi)，并且可存在于不同的計算裝置上或裝置內(nèi)。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，任何一個實(shí)施方式的一個或多個特征可與任何其他實(shí)施方式的一個或多個特征結(jié)合。

除非存在具體相反的指示，否則“一(a)”、“一(an)”或“所述(the)”的表述旨在表示“一個或多個”。