PupilMetrics Neuro 学院

概述与设置

这台仪器是什么

PupilMetrics Neuro 记录瞳孔对光反射（PLR），并将其转化为对脑干和自主神经功能的定量、可重复的测量。它还具备双眼瞳孔的完整静态分析，以及 Drug Effect Monitor，后者用同一段记录来衡量一种作用于中枢神经系统的药物正在产生什么作用。所有结果都保存在设备上，因此下次就诊可以与这次比较。

它是一台研究仪器。它未申请 FDA 510(k) 许可或 CE 标志，它报告的任何内容都不是诊断。所有输出都必须由合格的临床医生结合完整的临床情况来解读。

它为谁而设，又不为谁而设

应用手册用一句话概括：一台为衡量康复而造的临床监测仪器，而不是用来指控他人的。本课程中每个关于药物作用的模块都会回到这句话。

所需硬件

Neuro 围绕 Dino-Lite 数字虹膜镜打造。这是一种 USB 眼部成像设备，其 LED 环既是照明，也是光刺激。在 Windows 上，请先安装 DNVideoX 驱动程序，并在启动应用前连接虹膜镜。

Windows 上有线虹膜镜的记录界面有一项 LED 象限测试：点按每个象限，检查哪些灯亮起。不亮的象限不会在曲线上显示出来，未经检查的刺激就是无法信任的测量。

其他选择包括带 WF-20 适配器的无线 Dino-Lite，以及在 Android 上由手机自身发出闪光的后置或前置摄像头。每种方式都会报告实际达到的帧率。

平台

许可

在许可证界面点击开始免费试用，或输入发给您的密钥并点击激活许可证。失败的拍摄不计入 20 次试用分析。

扫描流程

相机模式选择界面先列出 PLR 来源和 Drug Effect Monitor，其下是静态拍摄来源。开始界面上的 PLR Sessions 可直接打开已记录的反射。患者表单要求填写姓名、年龄和性别。主诉和机构名称为可选项，机构名称会在各次会话之间被记住。请仔细填写年龄：它决定 PLR 的参考范围，以及静态瞳孔所比较的年龄段。

桌面快捷键

拍出可用的图像

本模块讨论静态分析所用的静止图像。记录反射在模块 4。几乎每一个可疑的静态结果都可以追溯到图像。模糊的拍摄不会产生缺失的数字，而会产生一个看似可信的错误数字，这更糟。

拍摄顺序

应用先拍右眼（OD），再拍左眼（OS）。分析需要两只眼睛。

相机来源

质量关口

每一帧同时按五项标准检查。未通过的图像不会进入分析。

红色 至少有一项标准未通过，实时提示会指出是哪一项。琥珀色 处于临界：稍作调整即可。绿色 全部标准通过，自动拍照。拍摄后，在包括手动在内的所有模式下，都会另行运行一次“不是眼睛”检查。

照明、构图、稳定

• 照明。柔和均匀。虹膜镜自带的 LED 环最理想。额外的灯会在角膜上增加反光。
• 构图。让虹膜至少占画面宽度的一半，并居中。靠近画面边缘的瞳孔会直接降低偏心的准确度。
• 距离。使用 Dino-Lite 时距眼睛约 2–3 cm。调整到瞳孔缘清晰为止，因为分区所见和 P/I 比都是从这条边缘测量的。
• 稳定。托稳手或设备，并请患者注视远处一点。关口会自动拒绝眨眼的画面。

瞳孔附近的反光

当反光与瞳孔缘的距离小于瞳孔半径的 20% 时，应用会在结果卡片、PDF 和保存的扫描中显示警告。分析照常进行，也不会隐瞒任何内容，但该眼的边缘所见可能是光造成的，而不是虹膜本身。警告标出的是有风险的图像，并不能捕捉到每一张受影响的图像。

手机与导入的照片

将手机竖直握持，让眼睛充满画面。所有拍摄途径，包括导入，最后都经过一个 4:3 裁剪步骤。对于导入的照片，这比看上去更重要：检测器在画面宽度的固定比例处搜索虹膜边缘，因此一张在一臂距离外拍摄、中间只有一个小虹膜的照片，会让边缘落在搜索范围之外。围绕眼睛裁剪可以让它回到范围内。放大图像则不行，因为比例不变。

读懂静态测量

两条流程，出于刻意

每张图像都要经过两项独立分析。经典计算机视觉流程在全分辨率像素上找出瞳孔和虹膜的边界。ML 模型看的是以虹膜为中心的 224×224 裁切图，只预测 P/I 比，并经过校准的线性拟合（R² = 0.856）。结果卡片会注明你正在看的 P/I 来自两者中的哪一个。两者不一致时，置信度随之下降，而这种不一致本身就是有用的信息。

P/I 比（瞳孔 ÷ 虹膜 × 100）

毫米数值是换算结果

应用测量的是一个比值。图像中没有尺度参照，因此应用无法直接测量毫米。每一个静态毫米数值都是比值乘以一个假定的虹膜直径：成人和青少年为 12.0 mm，幼儿更小。真实的成人虹膜约为 10.2 至 13.0 mm。请把毫米列视为让各范围可以比较的约定，把比值视为测量值。

瞳孔会随年龄变小，所以结果还会与年龄段比较：

分区所见：扁平化与外凸

瞳孔缘会逐区与其自身的中位半径比较。扁平化表示该分区的边缘被向内拉。外凸表示边缘向外隆起。每只眼每种最多报告四处。

每项发现都注明其区域、钟点范围和偏差。手册把瞳孔边缘解读为在每个钟点位置上，括约肌向内的牵拉（副交感）与开大肌向外的牵拉（交感）之间的平衡。这种解读以及它与各区域关联的范围，是一个源自研究的理论框架，而非经过验证的诊断标准。偏差是测量出来的，它的含义是一种假设。

形状、位置与对称性

瞳孔不等大按换算后的毫米差分级：以百分点计的 P/I 差 × 12.0 mm ÷ 100。它只比较同类数据。如果一只眼的 P/I 来自 ML 模型、另一只来自经典流程，比较时两眼都使用经典值，因为混合的一对测到的是两种方法之间的差距，而不是两个瞳孔之间的差距。

混合置信度与等级

一个分数综合了拍摄质量（20%）、经典置信度（35%）、ML 合理性（20%）以及两个 P/I 值的一致程度（25%）。等级由它决定：A 从 85% 起，B 从 70% 起，C 从 55% 起，低于此为 D。三个上限防止良好的平均值掩盖薄弱环节：经典检测较弱时分数上限为 40%，拍摄质量差时为 50%，两个 P/I 值严重不一致时为 35%。

瞳孔对光反射

静止图像显示的是瞳孔在某一时刻的样子。反射显示的是通路如何响应：瞳孔多快开始收缩、收缩得多深多快、如何恢复。这是 Neuro 的核心。PLR 结果有自己的界面和自己的历史记录，不会并入静态分析，因为它们是不同的测量。

通路，以及它在头部损伤后为何重要

收缩通路经过中脑。让瞳孔重新扩大的交感通路从下丘脑下行至上段脊髓，再回到眼睛。文献以三种方式把这一反射与脑损伤联系起来：

• 脑干直接损伤。顶盖前核和艾丁格–韦斯特法尔核位于中脑，暴露于脑震荡的旋转力之下。轻度弥漫性轴索损伤与可测量的潜伏期延长相关，有时出现在临床体征之前。
• 颅内压升高。钩回疝出时会压迫 CN III。所描述的早期征象是迟缓、不对称的反射，瞳孔测量可以在瞳孔肉眼看来异常之前就捕捉到它。
• 皮层调节的丧失。额叶会在重复刺激下减弱反射。失去这种输入与过度习惯化或反常敏化相关（模块 5）。

这些是文献中的关联，不是应用给出的判定。应用测量的是反射。把它与损伤联系起来，是您的临床判断。

来源

标准录制序列

所有 PLR 来源都使用相同的序列，因此相隔两周的两次记录可以比较。每一帧都会定位瞳孔，眨眼会被插值跨过，在计算任何指标之前曲线都会经过低通滤波。12 秒的长度留出了空间，可以在闪光结束 6 秒后测量光照后反应（模块 5）。

为什么是三秒黑暗

闪光之前，所有光源都关闭整整三秒。这不是凑时长。正是它让振幅变得可以测量：

• 视杆细胞开始适应黑暗，视网膜敏感度升高。
• 开大肌在交感驱动下达到最大。
• 瞳孔达到真正的暗适应直径。
• 因此每次都从同一个起点测量振幅。

真实时间戳与实测帧率

USB 相机达不到标称帧率。应用不去假定帧率，而是在每一帧上记录拍摄时的真实时间并读取这些时间戳，因此即使帧率波动，基线和反应也能被正确划分。报告会写明实际达到的帧率和时间分辨率，即帧间隔的第 95 百分位数。在 30 fps 下一帧约为 33 ms，丢帧时曾观察到 27–131 ms 的间隔。小于一两帧的潜伏期差异没有意义。对潜伏期敏感的工作需要 60–120 fps。

每个参数都有自己的判定

潜伏期、收缩、最大收缩速度、T75 恢复和 PIPR 振幅分别与患者所在年龄组（18–40、41–60、61 岁及以上）的参考范围比较，并被标为正常、临界或异常：

• 正常：在参考限值内（均值 ± 2 SD）。
• 临界：超出限值，但在均值 3 SD 以内。
• 异常：超过 3 SD。

速度和 PIPR 只在过小时被标记，T75 只在恢复时间过长时被标记。未填写年龄时，范围会退回到 18–40 岁成人组，结果会注明这一点，而不是悄悄使用默认值。对于 18–40 岁的成人，界限如下：

每个范围在报告上都带有证据标签：已发表（取自同行评审研究 Bitsios 等 1996 年）、插值（41–60 岁组，介于两个已发表的组之间）或估计（所有速度和 PIPR 范围）。估计范围上的临界或异常标记应视为假设，而不是发现。

所有 PLR 毫米数值都来自同一个比例尺：假定的水平虹膜直径 11.5 mm 除以以像素计的虹膜直径中位数。基线直径和最小直径、最大速度和 PIPR 振幅都随这一假设成比例变化，使用默认值时结果会注明。潜伏期、收缩百分比和 T75 是时间或比值，因此不受这一假设影响。

等级

每次记录都会得到一个 A 到 D 的等级，由收缩振幅、潜伏期、恢复和检测置信度得出。如果未检测到反射，或信号过弱，等级为 D。如果 30% 或更多的帧因质量被剔除，等级降一档。D 级首先指向拍摄问题，而不是发现：调暗房间、等待暗基线、让眼睛居中，休息后重新记录。

PMi 指数属于实验性

PMi 把 PLR 各项浓缩为一个 0 到 5 的分数，设计成读起来像人们熟悉的神经指数量表：5 为完全正常，低于 4 为临界，低于 3 为异常。它在设计上可审计：公式、权重和常模值都公开在应用源码中，每次记录都会返回逐项分解的分数。

PMi = 5 · exp(−0.35 · z̄)

每个参数都会得到一个相对于年龄校正常模的方向性 z 分数，只有朝病理方向的偏差才会扣分。z 分数以加权平均合并：收缩振幅和最大速度权重最大，其次是潜伏期和 T75，PIPR 振幅最小。缺失或未达质量要求的项会被剔除，剩余权重重新归一化。至少需要三个可用项。少于三个时，卡片显示“不可用”而不是一个误导性的数字；拍摄质量差时，卡片完全不显示。

Drug Effect Monitor

Drug Effect Monitor 把同一段反射记录用作无创的药效学终点：为负责某一剂量的医生提供客观证据，说明这一作用于中枢神经系统的剂量正在产生什么作用。它内置于 Neuro，也作为独立的 Android 应用提供。它不是给想查明某人服用了什么的人用的。

它为回答这些问题而存在

• 这位患者的阿片类剂量是否产生了预期程度的中枢作用？
• 手术后麻醉是否在按预期消退？
• ICU 的镇静水平是否合适，还是这位患者用药过量？
• 这名运动员的止痛药是否已充分代谢，足以进行有效的神经系统检查？
• 这种精神科用药是否产生了可测量的自主神经作用？

它不报告什么

它不识别药物。一个小而反应迟缓的瞳孔同样符合以下每一种情况：

• 术后疼痛用吗啡 15 mg，每 4 小时一次
• 阿片类物质使用障碍用美沙酮每日 80 mg
• 作为药物辅助治疗的丁丙诺啡 8 mg
• 因失眠自行服用的非处方药苯海拉明 50 mg
• 治疗青光眼的毛果芸香碱滴眼液
• 只睡了三小时、极度疲劳的患者

每个阳性模式都会与会产生无法区分之结果的药物清单一起显示。不存在不附混杂因素的显示。

方案

不要缩短休息时间。如果瞳孔没有恢复，振幅会一次比一次低，看起来像习惯化，但其实不是。

三次试验与习惯化指数

在健康、未用药的大脑中，重复相同的闪光时收缩振幅会略有下降。中枢神经系统药物会扰乱这种调节，而单次试验无法显示这一点。三条曲线画在同一条时间轴上，您可以直接比较它们的形状、起始、深度和恢复。

HI = (试验 1 − 试验 3) ÷ 试验 1 × 100%

该指数至少需要两次试验。少于两次时显示 N/A。

模式分类

先对各次试验取平均，再按以下顺序应用一组固定规则。静息 P/I 是暗基线时的瞳孔–虹膜比，收缩是反应的振幅。

两种基于速度的模式要求每次闪光后 2.5 秒内至少有六个有效帧。帧率更低时不会给出这两种模式，结果会注明这一点。它们的速度阈值被标为暂定：来自一台设备在清醒状态下的基线记录（共 21 次），尚未用经证实受药物影响的记录加以验证。

不确定是一个真实且常见的结果，而不是失败。总是返回某个类别的规则只是在猜测。

文献将各类别与什么相关联

• 中枢神经系统抑制剂。阿片类、苯二氮䓬类、巴比妥类、酒精和胆碱能药物会抑制脑干的自主神经回路。阿片类通过艾丁格–韦斯特法尔核产生双侧、剂量依赖的针尖样瞳孔。苯二氮䓬类主要减慢动态过程，潜伏期延长、速度降低，在治疗剂量下不会引起明显的瞳孔缩小。
• 中枢神经系统兴奋剂。苯丙胺和可卡因通过作用于开大肌的交感效应使静息瞳孔变大，而反射本身依然迅速。
• 抗胆碱能药物。散瞳滴眼液、东莨菪碱、三环类抗抑郁药和部分抗组胺药会阻断括约肌：瞳孔大而反射受抑制，这正是它们与兴奋剂的区别。
• 大麻。THC 会减慢收缩但不完全抑制它：最大速度下降，而振幅变化不大。酒精和镇静剂则使两者都降低。

PIPR：药物作用还是结构性损伤？

明亮的闪光结束后，含黑视蛋白的视网膜神经节细胞（ipRGC）会持续放电 5–10 秒，使瞳孔保持缩小。这种光照后瞳孔反应（PIPR）在标准 PLR 记录中于闪光结束后 1 秒和 6 秒测量。手册将它与反射结合起来解读：

这是来自文献的解释框架，其 PIPR 范围为估计值。应用测量 PIPR 并加以标记。Drug Effect Monitor 自身的试验不计算 PIPR，因此请从标准记录中获取，解读由您负责。

已落实的伦理框架

• 强制性药物标志。每个阳性的中枢神经系统模式都附有药物干扰标志：会产生相同结果的处方药物。解读时需要患者的用药史。
• 无法关闭的免责声明。每个结果界面都声明该工具未经验证用于药物筛查、执法或就业目的。
• 是模式，而不是识别。应用呈现的是药效学模式，解读属于医生。
• 分开存放。监测器会话（包括模式标签）保存在自己的历史记录中，从不存入扫描数据库。姓名是可选的：测量反射不需要身份。

眼睛如何被照亮

每次会话都会记录其照明方式：虹膜镜的 LED 环、手机屏幕的红色基线区域、仅屏幕闪光，或后置手电筒。红色区域让相机能在基线期看见瞳孔而不使其明显收缩，因为红光引起的收缩远少于短波长光。在不同照明下记录的会话不可比较，历史记录会注明这一点，而不是用一条线把它们连起来。未记录照明方式的旧会话显示为“未记录”，而不是猜测。

历史记录、连续监测与导出

三种记录类型，分开存放

每一次完成的分析都会自动保存到设备上，不存在会被忘记的保存步骤。扫描历史可在桌面端用 Ctrl + H 打开，也可从开始界面打开。它有三个标签页：静态、PLR 和药物监测器。它们分开存放，因为它们不是同一种测量。

开始界面上的 PLR Sessions 可直接打开已记录的反射。顶部显示检出率，即检测到反射的记录所占的比例。较低的检出率是关于拍摄环境的事实，应当放在看得见的地方。

康复是一条轨迹，不是一次读数

脑损伤的恢复会在数天、数周和数月中展开。一个含糊的读数意义不大，整份档案中的走向则意义重大。PLR连续趋势绘出患者各次会话中的每个参数，每个点都标明其背后的会话和数值。Drug Effect Monitor 有自己的序列趋势监测。一个正在恢复的系列应当呈现：

• 瞳孔直径趋于正常：自主神经张力正在恢复。
• 振幅改善：副交感通路正在恢复。
• 瞳孔不等消退：双眼对称性恢复。
• 习惯化趋于正常：皮层–中脑回路正在恢复。

在相同条件下比较

系列的质量取决于您的一致性。每次就诊都用相同的来源、相同的室内照明、同一只眼睛记录。静态扫描请使用相同的设备、距离和构图：连续扫描时间线绘出每只眼睛的 P/I、椭圆度和混合置信度，其缩略图条让每个点与生成它的图像只有一次点击的距离。一个在置信度下降的同时发生变化的系列，说明的是拍摄的问题，而不是患者的情况。

导出

自动保存PDF默认关闭。在设置中打开后，每次分析结束都会写出一份报告。所有内容都在本地写入，不做任何同步，所以要把患者记录转到另一台电脑，就得自己移动文件。

局限、习惯与故障排除

每次记录的操作流程

1. 除了姓名，也要填写年龄。它决定 PLR 参考范围和静态年龄段。
2. 启动前连接虹膜镜。在 Windows 上执行 LED 象限测试。
3. 调暗房间，让患者注视远处的一个点。
4. 让暗基线完整进行。保持眼睛居中且不动。
5. 先看等级，再看数字。等级为 D 时，让患者休息后重新记录。
6. 使用 Drug Effect Monitor 时，先了解用药史，再解读模式。
7. 导出 PDF，并把 JSON 一起保存。历史记录已自动保存。

哪些已被测量，哪些尚未

• 不是医疗器械。没有 510(k) 许可，也没有 CE 标志。所有输出仅用于研究和记录。
• 未与参考瞳孔计进行对比验证。目前尚无采用 Bland–Altman 一致性界限的方法比较研究，没有重测重复性（组内相关），没有这些标记相对于标准参照的敏感度和特异度，也没有以物理单位表示的刺激规格。要从研究用途转为临床用途，这四项都必不可少。
• 毫米是换算的，不是测量的。比值才是测量。
• 刺激很重要。收缩、速度和 PIPR 在很大程度上取决于光的强度、波长、持续时间以及适应状态。如果您的刺激与测量已发表范围时所用的刺激不同，比较仅供参考。任何准备发表的数据集都请一并记录刺激规格。
• 估计范围是假设。所有速度和 PIPR 范围均为估计值。PMi 是实验性的。
• 模式不是识别。它们描述的是与大类药物相符的生理状态，不识别物质，也不具有诊断意义。

故障排除

需要临床判断

未经医生在完整临床背景下的解读，不应根据任何输出采取行动。PLR 指标只是众多信息之一。这台仪器宁愿被测量，也不愿被盲信：如果结果与您看到的不一致，在相信任何一方之前，先查看曲线和拍摄图像。