張玉霞 孫婧

1.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)

世衛(wèi)組織2020年公布的研究報告顯示，中國青少年近視率居世界第1 位。我國青少年近視率多年來不斷上漲且居高不下的原因，除了長時間看電視、玩手機、遺傳因素等原因之外，青少年不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣和不正確的坐姿習(xí)慣也占據(jù)很大一部分原因。在以預(yù)防為主的指導(dǎo)思想下，從家庭和青少年自身學(xué)習(xí)習(xí)慣的角度，設(shè)計和搭建了一個青少年視力健康公共服務(wù)平臺，該平臺包含能在家里電腦上或手持移動終端上進行視力測試、視力數(shù)據(jù)管理及分析的視力檢測預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)和對學(xué)習(xí)過程中的坐姿、視距、用眼時長及環(huán)境光進行監(jiān)測和提醒的輔助青少年生活和學(xué)習(xí)的監(jiān)護的視力監(jiān)護系統(tǒng)。輔助青少年養(yǎng)成衛(wèi)生用眼的好習(xí)慣，以期從家庭和個人層面為青少年視力防控提供借鑒。

據(jù)統(tǒng)計，我國青少年近視率已經(jīng)高居世界第一，其中中國初高中生和大學(xué)生的近視率均已超過70%[1]，而美國青少年的近視率約為25%，澳大利亞僅為1.3%，德國的近視率也一直控制在15%以下。由近視所造成的視力下降不僅影響了青少年的日常生活和學(xué)習(xí)效率，更對其未來的升學(xué)和就業(yè)發(fā)展帶來諸多限制，給個人帶來很大健康危害[2]，也給社會帶來很大的負(fù)擔(dān)。因此，加強對近視的預(yù)防，是當(dāng)前我國乃至國際社會面臨的刻不容緩的任務(wù)。我國政府也高度重視這一問題，2018年8月30日，教育部等八部門聯(lián)合印發(fā)《綜合防控兒童青少年近視實施方案》，將中國兒童青少年近視防控上升為國家戰(zhàn)略；2021年4月，教育部等十五部門聯(lián)合印發(fā)《兒童青少年近視防控光明行動工作方案（2021—2025年）》，共同實施八個專項行動防控兒童青少年近視。

預(yù)防近視最好的方法就是全面設(shè)防、長期預(yù)防，措施就是盡可能頻繁地進行視力檢測。目前，在視力檢測中，一般要去眼科服務(wù)機構(gòu)或配鏡中心，流程繁瑣，即使買了家用的視力測試表，但容易測試數(shù)據(jù)分散，沒有統(tǒng)一存儲和管理。還有一種監(jiān)視方式是在醫(yī)院用大型驗光設(shè)備如驗光儀、檢影鏡進行專業(yè)的視力檢測，這種檢測結(jié)果比較準(zhǔn)確，但使用門檻高、設(shè)備造價昂貴，這在一定程度上都造成了視力檢測的不便。本研究針對上述問題，設(shè)計和搭建了一個能在家里電腦上或手持移動終端上測試視力的便捷服務(wù)系統(tǒng)，簡化當(dāng)前視力測試的流程和時間，能自助的隨時隨地檢測自己的視力。并把每次的測試結(jié)果上傳到服務(wù)平臺后臺數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析隨時掌握視力的變化情況。這樣可改善視力檢測不及時、數(shù)據(jù)分散存儲難分析及無法實時預(yù)警提醒的問題。同時該服務(wù)平臺還設(shè)計了一個輔助青少年生活和學(xué)習(xí)中對視力進行監(jiān)護的系統(tǒng)，對學(xué)習(xí)過程中的坐姿、視距、用眼時長及環(huán)境光進行監(jiān)測和提醒，輔助其養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)移動技術(shù)構(gòu)建視力健康公共服務(wù)平臺。通過電腦或移動終端實現(xiàn)視力在線檢測，讓視力檢測普遍化、家庭化。通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行智能分析，形成分析報告及視力健康畫像，為青少年視力發(fā)展及異常提供預(yù)警分析服務(wù)，讓用戶能及時了解自己的視力健康狀態(tài)，為個人視力發(fā)展?fàn)顩r及以后的視力診療提供參考。平臺還設(shè)計有視力監(jiān)護系統(tǒng)，主要功能是輔助青少年在平時的生活和學(xué)習(xí)中對視力進行監(jiān)護和提醒，幫助其養(yǎng)成良好的用戶習(xí)慣，把近視重點防控在預(yù)防階段，減少近視的發(fā)生率或嚴(yán)重率。平臺的總體方案框圖如圖1所示。

圖1 平臺總體方案框圖Fig.1 Block diagram of the overall plan of the platform

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 視力健康數(shù)據(jù)云平臺設(shè)計

視力健康數(shù)據(jù)云平臺主要為用戶提供注冊、視力數(shù)據(jù)檢測和存儲、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析和智能推薦等服務(wù)的云平臺。利用物聯(lián)網(wǎng)平臺上報環(huán)境光線強度、視距等傳感器數(shù)據(jù)及攝像機視頻數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)平臺將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接入服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至視力健康服務(wù)平臺，視力健康服務(wù)平臺處理數(shù)據(jù)并寫入統(tǒng)計文件，數(shù)據(jù)可視化服務(wù)從統(tǒng)計文件讀取數(shù)據(jù)展現(xiàn)為報表。同時設(shè)計了MySQL 打通了更多外界的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時更新。平臺的架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 平臺架構(gòu)圖Fig.2 Platform architecture diagram

2.2 視力檢測系統(tǒng)設(shè)計

視力檢測系統(tǒng)主要包括視力檢測、視力檢測報告及個人視力健康畫像[3]。針對上述功能，設(shè)計和開發(fā)了PC端和移動端實現(xiàn)上述功能。

2.2.1 視力測試

采用人機交互自助智能視力測試方法，用戶輸入自己的賬號和密碼。登錄進入自助視力測試界面，界面呈現(xiàn)預(yù)設(shè)的測試說明，并配有語音講解。登錄系統(tǒng)后顯示視標(biāo)、上下左右朝向E、左眼測試、右眼測試、雙眼測試、視力判斷、視力晉級、語音提示、人機互動自助完成視力測試，視力測試的時間和測試結(jié)果實時上傳到云服務(wù)器的后臺管理系統(tǒng)。用戶登進入測試頁面后，屏幕會出現(xiàn)一個E 視標(biāo)，對應(yīng)最小的視力等級，通過控制器上的上下左右鍵來選擇E 的方向，連續(xù)選擇正確2 次，自動進入下一個等級的測試，連續(xù)選擇錯誤2 次后則自動結(jié)束跳轉(zhuǎn)到測試結(jié)果界面，在測試結(jié)果界面有按鈕可返回測試界面進行另一只眼的測試或雙眼測試。測試結(jié)束后，此次測試的時間和測試的結(jié)果自動上傳到云服務(wù)器中。同時在視力報告模塊顯示本次視力測試的結(jié)果。

用戶可以把在家用紙質(zhì)視力表測視力的數(shù)據(jù)、學(xué)校每學(xué)期定期的視力檢測結(jié)果、去眼科醫(yī)療機構(gòu)的檢測結(jié)構(gòu)要及時上傳到該服務(wù)平臺，方便及時對數(shù)據(jù)進行管理和分析。

本模塊也設(shè)置了一個色盲監(jiān)測的菜單和簡單的散光檢測功能，可以初步篩查一下色覺和散光是否有異常的情況，如初步判斷有異常建議用戶到專業(yè)機構(gòu)進一步檢測獲得更準(zhǔn)確的建議。

2.2.2 視力檢查報告

該模塊根據(jù)每次的測試結(jié)果生成當(dāng)次的視力檢查報告外，也可根據(jù)身份信息訪問視力監(jiān)測檔案庫，下載該用戶的歷史視力測量數(shù)據(jù)，結(jié)合最近3 次的測量數(shù)據(jù)繪制曲線生成視力監(jiān)測報告，讓用戶更直觀的及時了解自己視力的變化，加強對自己視力健康的重視。

2.2.3 個人視力健康畫像

利用人工智能機器學(xué)習(xí)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，對用戶的個人信息、歷史視力監(jiān)測自動上傳的海量數(shù)據(jù)及從學(xué)校、驗光中心、醫(yī)院檢查后錄入的視力數(shù)據(jù)進行智能分析和整理，生成關(guān)鍵視力特征摘要，和用戶的個人信息一起存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶自己或授權(quán)的機構(gòu)可通過視力特征摘要和個人標(biāo)簽生產(chǎn)的健康畫像，了解用戶的病史信息，提高醫(yī)生的診療質(zhì)量和效率。

在對視力歷史數(shù)據(jù)進行智能分析時用到了樸素貝葉斯分類算法，通過樸素貝葉斯分類算法對視力歷史數(shù)據(jù)分類結(jié)果進行訓(xùn)練，得出訓(xùn)練模型，對用戶下一步的視力發(fā)展情況進行初步預(yù)測，讓用戶對自己的視力發(fā)展趨向有初步的了解，便于及時采取對應(yīng)的措施，同時也可為醫(yī)生診斷起輔助作用。

2.3 視力監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計

視力監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計目前主要包含坐姿監(jiān)測、視距監(jiān)測、環(huán)境光監(jiān)測、用眼時間監(jiān)測及護眼知識科普及護眼活動。

2.3.1 坐姿監(jiān)測[4]

本模塊主要是使用攝像儀頭進行監(jiān)測，識別與提取攝像設(shè)備獲取的視頻流中的用戶特征來對不同坐姿進行判斷，可以較為直觀、準(zhǔn)確地監(jiān)測到使用者坐姿是否準(zhǔn)確，同時對保持坐姿的時長進行實時檢測，在需要的時候給予用戶提示并顯示當(dāng)下狀態(tài)，提醒用戶更正不良坐姿，如果時長太久提醒用戶離開座椅活動身體及關(guān)節(jié)、推送眼保健操或健身操等。

2.3.2 視距監(jiān)測

據(jù)醫(yī)學(xué)研究表明，青少年看書學(xué)習(xí)時眼睛與書的距離保持在33.3cm 左右是最合理的。視距的范圍一般在60cm 內(nèi)，利用超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時間即往返時間，用公式s=vt/2 計算距離，其中s 為被測物體到測距儀之間的距離，測地的時間為t，超聲波傳播速度為v。在使用過程中，平臺上實時顯示測試的距離，超出設(shè)置的閾值發(fā)出提醒，幫助使用者形成良好的坐姿及用眼習(xí)慣。

2.3.3 環(huán)境光監(jiān)測

本模塊借助智能手機、平板電腦的環(huán)境光傳感器監(jiān)測周圍光照強度，當(dāng)判斷當(dāng)前環(huán)境光強度超出預(yù)設(shè)的安全值（300-500lx）[5]時，發(fā)出提醒信息（如太暗、偏暗、合適、偏亮、太亮等），讓用戶在學(xué)習(xí)、工作中及時地改善照明情況，從而保護視力。

2.3.4 用眼時長監(jiān)測

本模塊主要是使用攝像儀頭進行監(jiān)測，識別與提取攝像設(shè)備獲取的視頻流中的用戶特征，根據(jù)判斷用戶特征能否繼續(xù)提取成功進行累計計時，每分鐘提取一次，如果提取成功則時間加1，因中小學(xué)讀寫連續(xù)用眼時間不宜超過20min，所以累計到20min 提醒一次，如果用戶離開了座位，視頻中提取不到用戶的特征，則計時器一分鐘減1，減到0 為停止。借此可以輔助用戶管理持續(xù)用眼時長，提醒用戶及時調(diào)節(jié)眼睛，放松眼部肌肉，多戶外活動，眺望遠處，緩解眼疲勞，預(yù)防近視。

2.3.5 視力健康教育

本模塊就是一個視力健康教育的科普宣傳的網(wǎng)頁，包含綜合防控政策宣傳、防近視知識和案例、愛眼活動策劃、營養(yǎng)健康、戶外活動、眼保健操和健身操、診療常識、診療方案等科普宣傳知識，幫助青少年了解用眼衛(wèi)生及眼健康知識及近視防控知識，重視養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣，主動預(yù)防階段下工夫，降低自己近視的概率。

3 討論

防控兒童青少年近視，需要全社會群策群力，形成多方合力，其中家長應(yīng)當(dāng)尤其重視孩子早期視力保護與健康，做到早發(fā)現(xiàn)早干預(yù)，改變“重治輕防”觀念，及時預(yù)防和控制近視的發(fā)生與發(fā)展。青少年視力健康服務(wù)平臺的建立，可實現(xiàn)家庭及個人對青少年視力檢測和視力健康數(shù)據(jù)管理的方便化、快捷化、家庭化。

該平臺主要特點是視力數(shù)據(jù)測試、管理和輔助培養(yǎng)青少年健康用眼習(xí)慣，注重視力預(yù)防，符合當(dāng)今國家對青少年的視力防控戰(zhàn)略要求。國家大力支持青少年視力健康防控管理，鼓勵學(xué)校、家庭結(jié)合眼科醫(yī)療中心，利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)搭建具有長期跟蹤、預(yù)測預(yù)警等個性化健康管理服務(wù)功能的公共信息平臺，為預(yù)防近視、降低我國青少年的近視率提供實踐參考。

4 結(jié)語

本研究針對青少年視力健康的現(xiàn)狀，結(jié)合目前的技術(shù)和家庭情況及青少年的學(xué)習(xí)習(xí)慣，初步構(gòu)建了青少年視力健康公共服務(wù)平臺。硬件包括云服務(wù)器和傳感器、攝像機等設(shè)備，其中云服務(wù)器選擇阿里云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫采用的MySQL，傳感器有光傳感覺、距離傳感器等；軟件PC 端和移動端，平臺功能包含視力檢測預(yù)警和視力監(jiān)護兩個系統(tǒng)模塊，視力檢測預(yù)警系統(tǒng)包括視力測試、視力檢查報告、個人視力健康畫像3 個模塊，其中視力檢查報告和個人視力健康畫像模塊具有預(yù)警提示的功能。視力監(jiān)護系統(tǒng)具有坐姿監(jiān)測、視距監(jiān)測、環(huán)境光監(jiān)測、用眼時長監(jiān)測和視力健康科普宣傳等功能，本研究設(shè)計并構(gòu)建的青少年視力健康公共服務(wù)平臺為青少年視力防護從醫(yī)院到家庭和個人視力健康管理的延伸提供了可能，具有良好的推廣價值及應(yīng)用空間。