对比敏感度的影响因素分析

对比敏感度的影响因素分析作者：张艳龙，李丽华，高祥璐    作者单位：天津医科大学眼科中心，天津 300070     【摘要】  目的 探讨亮度、眩光、空间频率、年龄和屈光不正度对对比敏感度的影响。方法 用OPTEC6500对比敏感度仪模拟四种状态（85 cd/m2无眩光、85 cd/m2有眩光、3 cd/m2无眩光和3 cd/m2有眩光），对402例患者进行对比敏感度检查，使用SPSS11.5统计软件对数据进行整理。结果 ①在85 cd/m2和3 cd/m2环境下，分辨低、中空间频率（1.5 c/d，3.0 c/d， 6.0 c/d）物体时，有无眩光其对比敏感度的差异有统计学意义（P<0.05）。②在分辨中、高空间频率（6.0 c/d，12.0 c/d，18.0 c/d）的物体时，不同亮度（85 cd/m2和3 cd/m2）对比敏感度的差异有统计学意义（P<0.05）。③对于低度、中度及高度的近视患者来说，在85 cd/m2无眩光、85 cd/m2有眩光、3 cd/m2无眩光、3 cd/m2有眩光四种环境下，各种空间频率造成的对比敏感度的差异均有统计学意义（P<0.05）。④对于各种屈光不正度的近视患者来说，在以下情况时屈光不正度造成的对比敏感度的差异有统计学意义：在85 cd/m2无眩光状态下，空间频率为12.0 c/d的视标；在3 cd/m2无眩光状态下，空间频率为6.0 c/d的视标；在3 cd/m2有眩光状态下，空间频率为12.0 c/d和18.0 c/d的视标。⑤在85 cd/m2无眩光状态下，不同年龄（11~20岁，21~30岁，31~40岁，41~50岁）的患者，分辨不同空间频率的视标时，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论 年龄、亮度、眩光、空间频率和屈光不正度五个因素均会在某些情况下对对比敏感度有不同程度的影响。     【关键词】  对比敏感度；年龄；亮度；眩光；空间频率；屈光不正     Analysis of factors that influence contrast sensitivity ZHANG Yanlong， LI Lihua， GAO Xianglu. Tianjin Medical University Eye Centre， Tianjin China，300070   ［Abstract］  Objective  To discuss the impact of age， luminance， glare， spatial frequency and refractive error on contrast sensitivity. Methods  Four hundred and two patients were examined with an OPTEC6500 visual function instrument under four simulated conditions （85 cd/m2 without glare， 85 cd/m2 with glare， 3 cd/m2 without glare， 3 cd/m2 with glare）. Data was analyzed by the Wilcoxon rank sum test using SPSS 11.5. Results  ①Glare： Statistically significant differences （P<0.05） were found between bright (85 cd/m2) and dim (3 cd/m2) surround conditions when patients detected low and middle spatial frequencies （1.5 c/d， 3.0 c/d， 6.0 c/d). ②Luminance： there were statistically significant contrast sensitivity differences （P<0.05） between 85 cd/m2 and 3 cd/m2 with middle and high spatial frequencies （6.0 c/d， 12.0 c/d， 18.0 c/d). ③Spatial frequency (for all patients with different degrees of myopia)： Statistically significant differences were found for myopic subjects for different spactial frequencies under all conditions (85 cd/m2 without glare， 85 cd/m2 with glare， 3 cd/m2 without glare， 3 cd/m2 with glare). ④Refractive error： different refractive errors can cause statistically significant differences （P<0.05） under the following conditions： 12.0 c/d grating at 85 cd/m2 without glare， 6.0 c/d grating at 3 cd/m2 without glare and the difference between 12.0 c/d and 18.0 c/d gratings at 3 cd/m2 with glare. ⑤Statistically significant differences （P<0.05） were found between patients of different ages（11~20 years old， 21~30 years old， 31~40 years old， 41~50 years old). Conclusion  Age， luminance， glare， spatial frequency and refractive error can all influence contrast sensitivity under various conditions.   ［Key words］  contrast sensitivity； age； luminance； glare； spatial frequency； refractive error    目前，用视力、视野、双眼视功能等指标来评价双眼视功能已经相当普遍。在各项检查中，视力表视力是最常见的评价人眼视功能好坏的指标。实际上，视力表视力并不能全面、准确地反映人眼在现实生活中的分辨能力。视力表的视标是对比度为100%的视标，在日常生活中，几乎不存在这样高对比度的物体，即视力表仅仅表示人眼对对比度为100%目标的分辨能力，并不能反映人眼对不同对比度物体的分辨能力。对比敏感度（contrast sensitivity，CS）检查的优点就在于它既能评价患者对不同大小物体的分辨能力，又能反映人眼对不同对比度图形分辨能力的高低。1  材料和方法    1.1  研究对象  随机选择2007年至2008年在天津市眼科医院和天津医科大学眼科中心前来就诊的患者、两家医院的工作人员和志愿者，共402例，其中男性212例，女性190例。年龄为12~45岁，按年龄分为四组，分别为：11~20岁患者231例，21~30岁患者121例，31~40岁患者24例和41~50岁患者26例。所有被检眼均为近视眼，均无影响视功能的眼部疾病，最佳矫正视力均在1.0以上。根据等效球镜度分组：低度近视患者屈光度为≤-3.00 D，共213例，中度近视患者屈光度为-3.00 D<屈光不正度≤-6.00 D，共115例，高度近视度数为>-6.00 D，共74例。    1.2  检查方法  仪器为美国Stereo Optical公司研制的Optec6500视功能测试仪。采用此仪器的远距离（6 m）测试状态，正弦光栅式（F.A.C.T.）CS检查。每位被检者在矫正到最佳视力后，通过模拟昼（85 cd/m2）、夜（3 cd/m2）两种环境，并加上周边的眩光，共可模拟四种环境，分别为：85 cd/m2无眩光（85 cd/m2 without glare，85 wog）、85 cd/m2有眩光（85 cd/m2 with glare，85 wg）、3 cd/m2无眩光（3 cd/m2  without glare，3 wog）和3 cd/m2有眩光（3 cd/m2  with glare，3 wg），最后由软件对结果进行评分。    1.3  统计学方法  应用SPSS11.5软件处理数据，采用秩和检验对数据进行分析。2  结果      2.1  眩光对CS的影响  见表1。样本经过秩和检验后得出：①在分辨空间频率为1.5 c/d的视标时，眩光的有无在两种亮度环境下（85 cd/m2和3 cd/m2）造成的CS的差异均有统计学意义。在分辨空间频率为3.0 c/d，6.0 c/d的视标时，所得的结论与分辨空间频率为1.5 c/d的视标相同。②在分辨空间频率为12.0 c/d的视标时，3 cd/m2无眩光和3 cd/m2有眩光的CS值差异有统计学意义。在分辨空间频率为18.0 c/d的视标时，所得到的结果与分辨12.0 c/d的视标时相同。    2.2  亮度对CS的影响  见表2。样本经过秩和检验后得出：在分辨空间频率为6.0 c/d，12.0 c/d，18.0 c/d的视标时，85 cd/m2无眩光和3 cd/m2无眩光的CS值差异均有统计学意义。    2.3  空间频率对CS的影响  见表3。样本经过秩和检验后得出：对于低度近视的患者来说，在85 cd/m2无眩光、85 cd/m2有眩光、3 cd/m2无眩光、3 cd/m2有眩光四种环境下，各种空间频率下的CS差异均有统计学意义。对于中度及高度近视的患者来说，空间频率频率造成的CS差异同样有统计学意义。    2.4  屈光不正度对CS的影响  见表4~表7。样本经过秩和检验后得出：在85 cd/m2无眩光状态下，各种屈光不正度的患者，仅在分辨空间频率为12.0 c/d的视标时的CS值的差异有统计学意义。    样本经过秩和检验后得出：在85 cd/m2有眩光状态下，各种屈光不正度的患者，在分辨所有空间频率的视标时，CS值的差异均没有统计学意义。    样本经过秩和检验后得出：在3 cd/m2无眩光状态下，各种屈光不正度的患者，在分辨空间频率为6.0 c/d的视标时，CS值的差异有统计学意义，其他均没有统计学意义。    样本经过秩和检验后得出：在3 cd/m2有眩光状态下，各种屈光不正度的患者，在分辨空间频率为12.0 c/d和18.0 c/d的视标时，CS值的差异有统计学意义，其他均没有统计学意义。    2.5  年龄对CS的影响  见表8。经过秩和检验后得出：在各个年龄的患者中，分辨不同空间频率视标时，差异均有统计学意义。3  讨论    3.1  CS与眩光的关系  眩光是指当眼睛面对耀眼的光线时，视网膜的敏感性全部或部分降低，从而影响眼睛对目标分辨能力的一种现象，由杂射光在眼内散射所引起。眩光可以分为不适眩光或失能眩光。前者不影响分辨力，但可出现视疲劳等不适，后者则使成像的对比度降低，影响分辨力[1]。目前认为，引起眩光的生理性原因主要有下面几点：?譹?訛瞳孔缩小，亮度过高。?譺?訛角膜、晶状体对光线的散射在眼内形成了光幕。?譻?訛视网膜受到高亮度的刺激适应状态遭到破坏。暗适应状态下，即使光线不强也可能产生眩光[2]。    很多眼科疾病都会造成眩光失能现象，如干眼症、白内障、准分子激光原位角膜磨镶术等。干眼症患者的泪膜破坏后，会造成角膜表面的不规则，引起眩光失能现象。但是，在干眼症的早期，往往由于泪膜变化很小，以至于在用角膜地形图或CS检查时，不能发现患者有干眼症[3]。    研究发现，在亮环境（85 cd/m2）中，眩光会对人眼在分辨低、中空间频率物体时的CS值产生影响，且有眩光状态下的CS值大于无眩光时。分析其原因为：在亮环境下，人眼的瞳孔相对于暗环境下较小，分辨低、中空间频率物体时，眩光可造成瞳孔的进一步缩小。瞳孔的缩小一方面使眩光的进入量降低，减少了视网膜对比度下降对人眼分辨能力的干扰；另一方面，瞳孔的缩小可以减少人眼内的球差等高阶像差，使人眼分辨能力提高。所以，在亮环境下，眩光的加入可使人眼的对比敏感度值升高。    此外，在亮环境下分辨高空间频率物体时，相对于分辨低、中空间频率物体，对比敏感度值最低，说明人眼对高空间频率物体的分辨能力较差，眩光的出现虽然使对比敏感度值略有升高，但差异没有统计学意义，眩光的作用不明显。    在暗环境（3 cd/m2）下，眩光会影响人眼分辨所有空间频率目标的CS值，且无眩光状态下的CS值大于有眩光时。此结果说明，在暗环境下，眩光的产生会对人眼的分辨能力产生不利影响。分析其原因为：相对于亮环境，加入眩光时，进入人眼的眩光较多，从而使视网膜的对比度降低较严重，最终造成人眼的分辨能力下降。    3.2  CS与亮度的关系  Sloane等[4]的研究结果显示：老年人的CS不随空间频率的增加而下降，但会随亮度的降低而下降。此外还发现，在实验设定的亮度下，瞳孔的缩小不会造成患者空间视觉的降低，反而会轻微地增加患者的CS。    我们发现在分辨中、高空间频率的物体时，亮度的大小造成的CS的差异有统计学意义，在低空间频率时，差异无统计学意义。这说明，人眼在85 cd/m2和3 cd/m2这两种不同亮度下，对低空间频率物体的分辨能力基本没有变化，亮度对CS的影响只有在分辨中、高空间频率的物体时才能体现出来，且亮度越大，CS值越高，即人眼的分辨能力越强。    一般认为，高阶像差随着瞳孔直径的增加而增大。分析其原因为：随着亮度的增加，瞳孔逐渐缩小，进入人眼周边部的光线大部分被虹膜遮挡，减少人眼内的非近轴光线，可以减少球差等高阶像差，使人眼分辨能力提高。在暗环境下，人眼的瞳孔较大，周边像差和光散射现象相互作用，会严重影响视网膜分辨物体的能力。    3.3  CS与空间频率的关系  一般认为，CS视标不仅有空间频率的变化，还有对比度的变化。如正弦波条纹视标即明暗相间的条纹，当对比度下降时，亮条纹相对变暗，暗条纹相对变亮，明暗条纹的反差变小，条纹的边界变模糊；反之，则条纹的边界变清楚。一对明暗条纹称为一周。空间频率即每度视角的周数（周／度），表示条纹的粗细。条纹越粗，频率越低，反之则频率越高。每一个空间频率都有对比度阈值，即人所能分辨的最低对比度，当对比度低于此阈值时，条纹就变成一片均匀的灰色，人眼分辨不出条纹。对比度阈值的倒数即CS。对比度阈值越低，CS越高，表明其视觉系统越敏感。当对比度为l00％时，即最高对比度，条纹边界最清晰[5]。    正常人的对比敏感度函数图形呈倒U形，在中间空间频率时最高。低频区主要是反映视觉对比度情况，高频区主要反映视敏度情况，而中频区是较为集中地反映了视觉对比度和中心视力的综合情况。正常人的中频区CS高是由于人的视觉系统活动主要依赖于CSF中频区所决定的[6]。    我们发现，被检者在85 cd/m2的环境中分辨6.0 c/d的视标时CS值最高，即人眼分辨中空间频率视标的能力最强，此结果与宋伟琼等[7]的研究结果一致。在3 cd/m2的环境中，CS的最高值出现在3.0 c/d处，这说明随着亮度的降低，人眼的分辨能力下降，对比敏感度的峰值向低频方向移动，人眼分辨低空间频率物体的能力较强。    3.4  CS与屈光不正度的关系  郑广瑛等[8]发现，随着散光度数的增加，主要受影响的频率由高频向中、低频方向转移。徐仁凤等[9]研究了高度近视眼的CS改变，发现高度近视眼的CS在各空间频率区相对于正视眼均有不同程度的降低。一般认为，在矫正到最佳视力的情况下，离焦、散光等低阶像差已经被矫正，影响人眼CS的主要是彗差、球差等高阶像差，其中彗差能在很大程度上影响人眼CS的大小[10]。    随着近视度数的增加，CS的异常程度会逐渐加重。一般情况下，高度近视眼CS曲线有下列主要改变[11]：①高频段明显降低。②中、高频段显著降低，曲线的高峰频率“左移”。③全频段显著降低，曲线高频端的截止频率“左移”。而在-10.00 D以上高度近视患者中，均伴有不同程度的眼底改变，那么在这类患者中眼底损害越严重，CS的异常越明显。    我们发现，在85 cd/m2无眩光状态下，高度近视患者在分辨12.0 c/d的视标时，对比敏感度有较明显的下降。说明人眼在亮环境下，对高空间频率物体的分辨能力较低。分析其原因为：在高度近视患者中，高阶像差会影响患者的成像质量，而在低度和中度近视患者中，低阶和高阶像差均较小，所以患者的成像质量较好。综合以上原因，导致了高度近视患者的对比敏感度值较低。    在85 cd/m2有眩光状态下，分辨各空间频率视标时，屈光不正度造成的对比敏感度差异，均无统计学意义。其说明在亮环境下，加眩光后，各屈光不正度的患者对各空间频率物体的分辨能力都有所提高，对各种不同视标的分辨能力差异不大。分析其原因为：眩光的加入，使人眼的瞳孔缩小，造成眼内的像差减少，使屈光不正组的CS差别减少。    在3 cd/m2无眩光状态下分辨6.0 c/d的视标时，在3 cd/m2有眩光状态下分辨12.0 c/d和18.0 c/d的视标时，屈光不正度造成的CS的差异有统计学意义。在暗环境中的这三种情况下，低度近视的对比敏感度值最高，说明在暗环境下，低度近视的分辨能力最强。分析其原因为：相对于低度近视，中度及高度近视患者眼部的病理变化会更加明显，如视网膜和脉络膜的萎缩和变薄，会造成视网膜分辨物体的能力下降，造成对比敏感度值的降低。此外，低度近视患者的高阶像差较小。所以，总的来说，低度近视患者在暗环境下，眼睛的分辨能力较强，对比敏感度值较高。    3.5  CS与年龄的关系  视觉系统发育完全后，CS及视功能随着年龄的增长而有下降的趋势[12]，主要表现为高频段下降。随着年龄的增长，眼屈光介质的透明度逐渐降低和感光细胞功能的衰退，使眼光学系统的高频截止作用逐渐明显[13]。一般认为：儿童CSF值比成年人低，青年人的CSF值较高，20~30岁最高，40岁以后随年龄增加高频区的CS明显下降，但低频区的改变不明显[14]。    Nomura等[15]检查了日本成年人的CS后发现，在所有的空间频率的CS检查中，CS都随年龄的增加而降低，即使在视力矫正到1.0或以上时，情况也是如此。在所有被检者中，9.4%的眼睛的高空间频率的CS值很低，但却有很好的视力。在70~79岁的被检者中，这个比例增加到了21.1%。Benedek等[16]研究发现儿童的CS值在11~12岁接近成年人。暗环境的CS比亮环境较迟接近成年人水平，这可能是大细胞性的视觉通路的较晚成熟造成的。    我们发现，在各个年龄段的患者中，分辨不同空间频率的视标时，差异有统计学意义，且发现11~20岁的被检者在分辨各空间频率（除1.5 c/d外）视标时的CS值都是最高的，CS值随年龄的增加有降低的趋势。这说明，在亮环境下，11~20岁的人眼分辨能力是最好的。分析其原因为：随着年龄的增加，人眼的彗差和球差等高阶像差会随年龄的增长而增加，从而影响人眼的对比敏感度值。此外，眼屈光系统各部分的功能也会随年龄的增加而下降，如晶状体的调节能力、视网膜的功能等，从而使人眼的功能下降，对比敏感度下降。【参考文献】  [1] 董喆，王宁利，李树宁，等． 眩光发生因素对有晶状体眼人工晶状体选择的影响[J]． 眼科，2008，17（5）：316-321．  [2] 唐萍. 眩光对视功能的影响[J]. 中国眼镜科技杂志，2004，6（1）：7-9.  [3] Huang FC， Tseng SH， Shih MH， et al. Effect of artificial tears on corneal surface regularity，contrast sensitivity，and glare disability in dry eyes[J]． Ophthalmology，2002，109(10)：1934-1940．  [4] Sloane ME， Owsley C， Lalvarez S． Aging，senile miosis and spatial contrast sensitivity at low luminance[J]． Vision Res，1988，28(11)：1235-1246．  [5] 胡丹． 视觉对比敏感度—评价形觉功能的另一个指标[J]． 中国眼镜科技杂志，2007，(5)：42-43．  [6] 朱超． 视觉对比敏感度的临床应用[J]． 眼科新进展，2006，26（6）：466-469．  [7] 宋伟琼，谭浅，夏朝华． 正常人对比敏感度的特征[J]． 国际眼科杂志，2007，7（4）：1060-1062．  [8] 郑广瑛，杜君，张金嵩． 散光与对比敏感度及高阶像差的关系[J]．眼外伤职业眼病杂志，2007，29（8）：659-660．  [9] 徐仁凤，杨丽萍，黄振平． 高度近视眼的对比敏感度研究[J]． 医学研究生学报，2007，20（6）：588-589．  [10] Oshika T， Okamoto C， Samejima T， et al． Contrast sensitivity function and ocular higher-order wavefront aberrations in normal human eyes[J]． Ophthalmology，2006，113（10）：1807-1812．  [11] 彭耀崧，余杨桂，黄小瑛． 高度近视眼的对比敏感度[J]． 广州中医学院学报，1994，11（4）：209-211．  [12] 祁媛媛，张丰菊，于芳蕾，等． 人眼对比敏感度的相关影响因素及评价分析[J]． 眼视光学杂志，2007，9（5）：328-331．  [13] 刘晓玲． 视觉神经生理学[M]． 北京：人民卫生出版社，2004：27．  [14] 毛崇溶，吕帆，王勤美． 中低度近视眼PRK治疗后的对比敏感度变化及眩光现象[J]． 眼科新进展，2002，22（3）：191-194．  [15] Nomura H， Ando F， Niino N， et al． Age-related change in contrast sensitivity among Japanese adults[J]． Japanese J Ophthalmol，2003，47(3)：299-303．  [16] Benedek G， Benedek K， Kéri S， et al． The scotopic low-frequency spatial contrast sensitivity develops in children between the ages of 5 and 14 years[J]． Neurosci Letters，2003，345(3)：161-164.