引用本文
赵冠华, 陈涛, 丁一峰, 孙凯, 严伟明, 吴飞, 张作明. 不同种类显示器对图形刺激诱发电位的影响[J]. 中华眼视光学与视觉科学杂志, 2017,19(3): 141-145.
ZHAO Guanhua, CHEN Tao, DING Yifeng, SUN Kai, YAN Weiming, WU Fei, ZHANG Zuoming. The effects of different displays on the isolated-check VEP and pattern VEP[J]. CHINESE jOURNAL OF OPTOMETRY OPHTHALMOLOGY AND VISUAL SCIENCE, 2017,19(3): 141-145.
Doi:10.3760/cma.j.issn.1674-845X.2017.03.004  
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不同种类显示器对图形刺激诱发电位的影响
赵冠华, 陈涛, 丁一峰, 孙凯, 严伟明, 吴飞, 张作明
710032 西安,第四军医大学航空航天医学系（赵冠华、陈涛、严伟明、吴飞、张作明）;710032 西安,第四军医大学学员旅（丁一峰、孙凯）
通信作者：张作明,Email:zhangzm@fmmu.edu.cn
收稿日期: 2016-12-15
摘要

目的 比较液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）对图形刺激诱发电位的影响。方法 自身对照研究。招募8名（16眼）健康男性志愿者,年龄（22.1±3.0）岁,给予图形翻转刺激和分离格栅刺激,采用柯谛亚视觉电生理检测仪（湖州美科沃华公司）对志愿者进行图形视觉诱发电位（PVEP）和分离格栅视觉诱发电位（icVEP）检测,分别使用LCD显示器和OLED显示器,不同显示器检测的先后顺序及检测项目顺序均为随机。由同一名检查者按标准程序进行操作。采用配对 t检验比较2台仪器的检测结果。结果 与LCD相比,OLED记录到的左右眼PVEP（空间频率分别为4.8、3.2、2.4、1.2 cpd）的P100波振幅较高（右眼： t=2.554、2.785、2.508、2.982, P<0.05;左眼： t=3.496、3.148、3.954、2.786, P<0.05）,峰时较短（右眼： t=-7.985、-5.069、-14.145、-9.466, P<0.01;左眼： t=-9.186、-6.470、-14.700、-22.454, P<0.01）;N75峰时（空间频率分别为4.8、3.2、2.4 cpd）较短（右眼： t=6.448、5.181、3.411, P<0.05;左眼： t=8.973、4.730、7.937, P<0.05）,且N135峰时也较短（右眼： t=3.042、2.576、6.859, P<0.05;左眼： t=3.989、3.304、4.657, P<0.05）,N135和N75峰时差2组差异无统计学意义。OLED显示器记录到的左右眼icVEP信噪比更高（右眼： t=3.879, P<0.05;左眼： t=2.981, P<0.05）。结论 显示器的种类对PVEP的记录结果有明显的影响,OLED显示器更容易诱发出较强的视觉电生理信号。针对不同的显示器必须要建立相应的参考值,分析视觉电生理结果时应注意显示器之间的区别。

关键词: 视觉诱发电位; 液晶显示器; 有机发光二极管显示器
The effects of different displays on the isolated-check VEP and pattern VEP
ZHAO Guanhua1, CHEN Tao1, DING Yifeng2, SUN Kai2, YAN Weiming1, WU Fei1, ZHANG Zuoming1
1. Department of Clinical Aerospace Medicine, the Fourth Military Medical University, Xi′an 710032, China
2. Cadet Brigade,the Fourth Military Medical University, Xi′an 710032, China;
Corresponding author: ZHANG Zuoming, Email: zhangzm@fmmu.edu.cn
Abstract

Objective To compare the effects of liquid crystal display (LCD) and organic light emitting diode (OLED) on the pattern visual evoked potential (PVEP) and the isolated-check visual evoked potential (icVEP).Methods In this self control study, 8 healthy male volunteers (16 eyes), aged 22.1±3.0 years, were recruited to measure PVEPs and icVEPs using the Neucodia Visual Electrophysiological Diagnostic Systems with either the LCD or the OLED. The test sequences of different displays and test items were random. All measurements were performed by the same examiner. Paired t-tests were used to compare the results of the two systems.Results Compared with LCD, the OLED-measured P100 amplitudes of the PVEPs, including 4.8 cpd, 3.2 cpd, 2.4 cpd, and 1.2 cpd, improved significantly (OD: t=2.554, 2.785, 2.508, 2.982; OS: t=3.496, 3.148, 3.954, 2.786; all P<0.05).Compared with LCD, the OLED-measured P100 latencies decreased (OD: t=-7.985, -5.069, -14.145, -9.466, OS: t=-9.186, -6.470, -14.700, -22.454, all P<0.01) as did the N75 (spatial frequencies: 4.8 cpd, 3.2 cpd, 2.4 cpd; OD: t=6.448, 5.181, 3.411; OS: t=8.973, 4.730, 7.937, all P<0.05） and N135 (OD: t=3.042, 2.576, 6.859; OS: t=3.989, 3.304, 4.657, all P<0.05） latencies (all P<0.05). There were no differences between LCD and OLED for latencies for N75 and N135 (all P>0.05). The signal-to-noise ratios of the icVEPs measured by OLED were significantly better than for LCD (OD: t=3.879; OS: t=2.981; both P<0.05).Conclusion Different displays have distinct effects on PVEP and icVEP. Strong visual electrophysiological signals were easier to evoke by OLED. It is necessary to set up a corresponding reference value for each display and to record the distinctions between them when analyzing the results of visual electrophysiological examinations.

Keyword: Visual evoked potential; Liquid crystal display; Organic light emitting diode

视觉电生理检查能够客观记录视觉系统的生物电活动, 能够反映视觉系统从视网膜到视中枢的功能状态, 为眼科及神经系统疾病的诊断提供了重要依据。其中, 视觉诱发电位（Visual evoked potential, VEP）是大脑枕叶视皮层对视觉刺激进行反应而产生的一簇电信号, 主要反映从视网膜的神经节细胞到大脑枕叶皮层的视路传导功能[1]。视觉信号的特征与刺激的方式有着密切的联系, 不同方式的刺激在视觉中枢部位记录到的诱发电位波形是不同的, 因此可以通过改变刺激图形的空间频率、对比度、呈现时间的长短或方式, 来反映视觉系统不同方面的特性, 以便于临床的诊断。如近年来出现的一种分离格栅（Isolated-chech）检查的棋盘格图形刺激方式, 可用于检查包括M型神经节细胞（M-ganglion cells）在内的大细胞通道（Magnocellular pathway）的功能, 而大细胞通道在青光眼病变中更容易表现出损伤性变化[2, 3, 4], 因此这种刺激方式被用于青光眼疾病的早期筛查。除刺激参数外, 显示器本身性能, 如分辨率、响应时间等对刺激产生的诱发电位有额外的影响。在临床应用中, 我们注意到采用阴极射线管（Cathode ray tube, CRT）显示器、液晶显示器（Liquid crystal display, LCD）所记录到的图形视觉诱发电位（Pattern VEP, PVEP）峰时有明显的差别, LCD刺激出的PVEP峰时明显延长[5, 6, 7]。有机发光二极管（Organic light emitting diode, OLED）由于同时具备自发光, 不需背景光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构成及制造较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。本研究旨在比较LCD和OLED在记录部位和刺激参数相同的条件下对受检者VEP波形的影响, 为临床应用提供参考。

1 对象与方法
1.1 对象

研究对象为第四军医大学男性志愿者8名（16眼）, 年龄为（22.1± 3.0）岁。所有受检者均排除一切影响视功能的器质性疾病和活动性炎症, 排除不能配合检查者, 左右眼最佳矫正视力均优于0.0 LogMAR。

1.2 仪器与方法

使用湖州美科沃华医疗技术有限公司生产的柯谛亚视觉电生理检测仪, 2台仪器的刺激参数及硬件设备均相同, 显示器分别为LCD和OLED。检测项目为分离格栅VEP（isolated-check VEP, icVEP）以及刺激图形为翻转的黑白棋盘格、翻转频率为1.00 Hz的不同空间频率的PVEP, 包括：4.8 cpd -VEP（黑白格栅空间频率为4.8 cpd）、3.2 cpd-VEP（3.2 cpd）、2.4 cpd-VEP（2.4 cpd）和1.2 cpd-VEP（1.2 cpd） 4个模块。使用不同显示器检测的先后顺序及检测项目顺序均为随机。按照柯谛亚标准操作程序贴放电极并进行检测, 受检双眼视力均矫正至≥ 1.0, 坐于仪器正前方, 双眼高度与刺激屏中心等高, 直视刺激屏。每项检测开始时, 受检者均先检查右眼, 再检查左眼, 检查一眼时, 另一眼用挡板遮盖, 每项检测结束后, 受检者闭目休息1 min后进行下一个检测项目。

1.3 统计学方法

自身对照研究。使用SPSS 19.0进行统计学分析, 数据以x± s表示, 采用配对t检验比较LCD和OLED检测的数据。以P< 0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 不同显示器对PVEP的影响

左右眼的结果基本一致, OLED记录到的PVEP（包括4.8、3.2、2.4、1.2 cpd）的P100波的峰时较LCD记录的结果均短, 而振幅均较高（见表1）。表明OLED诱发出的PVEP更强且更早被记录到。

表1 2种显示器对图形视觉诱发电位的P100波的振幅和峰时的影响（） Table 1 Effects of different displays on P100 amplitude and latency of pattern visual evoked potentials （）

为了考察P100波宽窄是否有变化, 将2种显示器所记录到的N75和N135的峰时及其差值进行比较。由于系统相关参数的原因, 1.2 cpd-VEP的N75和N135的峰时没有记录。比较4.8 cpd-VEP、2.4 cpd-VEP及3.2 cpd-VEP的N75和N135的峰时及其差值, 与LCD相比, OLED记录到的N75峰时、N135峰时均较短（见表2）, 而两者的差值差异没有统计学意义（见表3）。这表明LCD和OLED对P100波形的底部宽窄没有显著影响, 但采用OLED会缩短P100以及N75、N135的峰时, 且P100波振幅更高, 即更早记录到PVEP的波形, 记录到的波形也更加高尖（见图1）。

表2 2种显示器对图形视觉诱发电位的N75和N135的峰时的影响（） Table 2 Effects of different displays on N75 and N135 latencies for pattern visual evoked potentials （）
表3 2种显示器对N75和N135的峰时差值的影响（） Table 3 Effects of different displayers on the latency between N75 and N135 （）

图1 LCD和OLED显示器记录的PVEP的P100波形（右侧为OLED显示器, 左侧为LCD显示器）Figure 1 P100 of pattern visual evoked potential （VEP） by liquid crystal display （left） and by organic light emitting diode （right）.

2.2 不同显示器对icVEP的影响

OLED记录到的右眼icVEP的信噪比（Signal-to- noise ratio, SNR）值为1.69± 0.43, 左眼为1.65± 0.65; LCD记录到的右眼SNR值为1.15± 0.29, 左眼为0.97± 0.46。OLED记录的SNR值明显比LCD高（右眼：t=3.879, P=0.006; 左眼：t=2.981, P=0.020）。其中, OLED记录的16个SNR均> 0.85, 其中13个SNR> 1.00, 3个SNR在1.00和0.85之间。LCD所记录的16个SNR中, 仅9个SNR> 1.00, 3个SNR在1.00和0.85之间, 尚有4个SNR< 0.85。这表明OLED刺激得到的SNR更高, 降低了因未刺激出明显大细胞通道信号而将正常人误判成青光眼患者、报告“ 假阳性” 结果的概率。

3 讨论

LCD是以往电子仪器上常用的显示器, 基本原理就是在2块平行板之间填充液晶材料, 通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况, 以达到遮光和透光的目的, 来显示深浅不一、错落有致的图形。但LCD的响应时间（≤ 3 ms）略长、像素效率（96%）略低, 在实际应用中容易出现采集信号不够完整, 刺激图形不够稳定的现象。而OLED响应时间（微秒级）相对较短、像素效率（99.99%）相对较高, 反应速度更快、呈现的图像也更清晰稳定。PVEP的刺激图形是翻转的黑白棋盘格, 翻转频率为1.00 Hz, 按空间频率的不同分为4个模块, 分别为：4.8 cpd-VEP、3.2 cpd-VEP、2.4 cpd-VEP和1.2 cpd-VEP。

其中3.2 cpd-VEP较为常用, 侧重反映黄斑中心凹的功能, 并兼顾了部分黄斑旁视网膜的功能; 4.8 cpd-VEP主要检测区域为黄斑中心凹, 侧重反映黄斑中心凹的视网膜功能; 2.4 cpd-VEP兼顾黄斑中心凹及黄斑旁视网膜的功能; 1.2 cpd-VEP主要检测区域为黄斑旁, 侧重反映视神经传导的功能。从结果来看, OLED记录的P100（包括4.8 cpd-VEP、3.2 cpd-VEP、2.4 cpd-VEP和1.2 cpd-VEP）幅值均较LCD高（P< 0.05）, 这可能由于OLED给予被检者的刺激图形更加均匀稳定, 诱导产生的视觉电生理信号更强, 导致仪器测得的P100波振幅上升; 而对于4.8 cpd-VEP、3.2 cpd-VEP和2.4 cpd-VEP来说, OLED记录到的P100和N75、N135的峰时均较LED短（P< 0.05）, 而N135和N75峰时的差值差异并没有统计学意义, 这表明OLED对P100波形的底部宽窄没有显著影响。由于OLED的响应时间更短、诱发出的P100波振幅更高, 可能会使其记录到的P100以及N75、N135的峰时均有所缩短, 更早记录到PVEP的波形, 波形也更加高尖。

皮层下的视觉加工通道主要分为2种, 即大细胞通道和小细胞通道（Parvocellular pathway）, 它们在视网膜上呈现结构上的分离。分布于视网膜外周部的感光细胞接收视觉信息输入后主要通过视神经束传导至外侧膝状体的大细胞层, 集中于视网膜中央凹附近的感光细胞则将所接收的视觉信息主要传入小细胞层[8, 9, 10]。其中, 大细胞通道主要传导低空间频率或高时间频率信号, 其对低对比度信息敏感, 对色彩信息不敏感。而小细胞通道能够传导高空间频率信号以及某些低时间频率信号, 其对低对比度信息不敏感, 却对亮度、色彩信息敏感[10, 11]。开角型青光眼导致视网膜神经节细胞及其轴突进展性损伤, 造成这种损伤的原因可能来自高眼压的直接机械性作用, 也可能由于细胞供血的受损, 或者是这2种以及其他因素的综合[12]。随着青光眼病情的进展, 大细胞通道功能将会受到损伤, 有研究报道在青光眼早期大细胞通道功能就已经发生改变[13, 14, 15, 16]; 而视觉电生理的研究结果也为青光眼患者的大细胞通道受损情况提供了证据[17, 18]。基于以往的研究结果, icVEP技术就是通过计算探测到的大细胞通道信号与背景脑电波噪声的比值, 获得SNR, 依照其定义, SNR> 1表示在α =0.05水平具有显著VEP反应（P< 0.05）, 0.85< SNR< 1表示VEP反应较弱（0.05< P< 0.10）, SNR< 0.85表示VEP反应与当时的脑电波噪声没有明显区别（P> 0.10）。当SNR< 1时, 认为被检者的大细胞通道有受损的可能, 青光眼可疑, 需要进一步确诊[2, 3, 4]。这样通过SNR判断大细胞通道的损伤情况, 筛查出青光眼可疑的患者, 以促进进一步检查, 早期诊断和治疗。

icVEP技术探测的是大细胞通道信号, 通道相对单一, 信号强度相对较弱, 而影响电生理检查的因素又比较多, 容易探测不到电生理信号, 在实际应用中常会出现报告“ 假阳性” 结果的现象。显示器刺激图形不够稳定、像素质量不够高、刺激效果不够好, 是这种现象产生的因素。从结果来看, OLED检测到的SNR值较LCD高（P< 0.05）, 所检测8例（16眼）正常男性的16个SNR值均> 0.85, 其中13个SNR值> 1.00, 只有3个SNR值在0.85和1.00之间; 而同组正常受检者, 用LCD刺激仅得到9个SNR值大于1.00, 3个SNR值在0.85和1.00之间, 尚有4个SNR值小于0.85。结果说明OLED的刺激图形更加清晰、稳定, 诱发出的大细胞通道信号较强, 易于被仪器探测获得, 能够减少出现“ 假阳性” 的现象, 提高筛查疾病的效率。至于使用OLED仍有3个SNR值在0.85和1.00之间, 这可能是由于相应的正常被检者大细胞通道反应信号本身就相对较弱, 也可能是由于虽然OLED相较LCD的刺激图像更加清晰、稳定, 但仍没有达到十分理想的状态, 以至于没有刺激出较强的大细胞通道信号。

显示器的种类对PVEP的记录结果有明显的影响, 针对特定类型的显示器必须要建立相应的参考值, 对视觉电生理结果分析时应注意显示器之间的区别。相比于LCD, OLED更容易诱发出较强的视觉电生理信号, 对于探测信号通道较为单一的icVEP来说, OLED更易诱发出较强的大细胞通道信号; 对于PVEP来说, OLED的响应时间更短, 诱发出的PVEP的P100波振幅相对较高, 记录到的P100以及N75、N135的峰时均有所缩短。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 赵冠华：参与选题、科研设计、收集数据及资料的分析和解释, 撰写论文, 并对编辑部意见进行修改。陈涛：参与选题、科研设计及资料的分析和解释。丁一峰、孙凯：收集数据及资料的分析和解释。严伟明、吴飞：参与科研设计及收集数据。张作明：参与选题、科研设计及资料的分析和解释, 指导论文写作, 并对编辑部意见进行指导修改

The authors have declared that no competing interests exist.

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