對(duì)比敏感度臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

楊磊 燕振國(guó)

良好的視功能不僅指中心視力達(dá)到或接近1.0，還包括視覺(jué)系統(tǒng)在不同空間頻率時(shí)的對(duì)比敏感度(contrast sensitivity，CS)達(dá)到正常水平。CS檢查應(yīng)用臨床多年，但仍未被足夠重視。尤其是特殊崗位更需要全面評(píng)價(jià)受檢者的視功能，如機(jī)動(dòng)車駕駛員、飛行員、航天員等。在這類人群的體檢項(xiàng)目中，加入CS檢查，可輔助普通視力表檢查法，克服其不全面、不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。對(duì)于影響CS客觀方面的因素——環(huán)境，現(xiàn)在很難改變。為此，我們綜述了影響人類CS主觀方面的因素。

1 CS函數(shù)的概念

精細(xì)視功能對(duì)注視對(duì)象細(xì)節(jié)部分的分辨能力決定于該細(xì)節(jié)的光強(qiáng)相對(duì)其背景光強(qiáng)高出或低下的程度。實(shí)際上人們要看見(jiàn)和分辨物體的細(xì)節(jié)部分，主要依靠像的調(diào)制度(即對(duì)比度)的大小。

調(diào)制度或?qū)Ρ榷鹊亩x為:M=C=(Imax-Imin)物面/(Imax-Imin)像面［1］。其中M為調(diào)制度，C為對(duì)比度，Imax和Imin分別表示物面和像面的最大光強(qiáng)度和最小光強(qiáng)度。根據(jù)Fourer光學(xué)理論，物面就是由許多不同頻率的光強(qiáng)度按正弦分布的空間光柵組成的［1］，它所成的像仍以同頻率分布，只是像的對(duì)比度有所下降［2］。

特定光學(xué)系統(tǒng)所成圖像對(duì)比度的變化是空間頻率的函數(shù)，稱為調(diào)制傳遞函數(shù)，反映光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同空間頻率的響應(yīng)能力。也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，要評(píng)價(jià)其成像清晰度，要看它所成像與物的對(duì)比度比例。就人眼而言，調(diào)制傳遞函數(shù)就是對(duì)比敏感度函數(shù)(contrast sensitivity function，CSF)。對(duì)比度閾值的倒數(shù)即CS。對(duì)比度閾值越低，CS越高，表明其視覺(jué)系統(tǒng)越敏感;反之亦然?？臻g頻率，是指1度視角所含的陰暗光柵的數(shù)目，單位以周/度(cpd)表示。以空間頻率為橫軸，CS為縱軸，其值通常以對(duì)數(shù)為單位，可繪制出對(duì)比敏感度曲線(contrast sensitivity curve，CSC)。正常人眼的CSC呈倒置的“U”字形。在低、高頻區(qū)呈下降趨勢(shì)，中頻區(qū)則最高，為CSF曲線的峰值。這說(shuō)明物體的空間頻率過(guò)大或過(guò)小會(huì)不同程度的影響人眼的CS。這種特性被稱為對(duì)比敏感度的帶通性。CSF低頻區(qū)主要反映視覺(jué)對(duì)比度情況;高頻區(qū)主要反映視敏度;中頻區(qū)則集中反映了視覺(jué)對(duì)比度和視敏度的綜合情況。在高頻區(qū)端曲線延長(zhǎng)后交于橫軸一點(diǎn)，表明只有在100%的對(duì)比度時(shí)，正弦波條紋才能被人眼分辨出來(lái)，這一點(diǎn)就是高頻截止頻率(cut-off frequency，COF)。視力為1.0者，COF約為42 cpd。由此可見(jiàn)視力僅為CSC中的一點(diǎn)［2］。

2 CS檢測(cè)的意義

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)視力表檢查所得中心視力，檢查背景為高對(duì)比度和亮背景，無(wú)法評(píng)測(cè)低CS物像的分辨能力。裸眼或最佳矯正視力≥1.0者未必視覺(jué)質(zhì)量良好，其視功能或許存在著不同程度的缺陷。中心視力只反映了黃斑中心凹對(duì)高對(duì)比度細(xì)小目標(biāo)的空間分辨力。Campbell等［3］在通過(guò)對(duì)比觀察視覺(jué)系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)與生理功能后提出了與視覺(jué)信息處理機(jī)構(gòu)有關(guān)的多通道理論，認(rèn)為視覺(jué)系統(tǒng)是由一系列獨(dú)立的神經(jīng)通道組成，主要有司物像精細(xì)分辨的X通道(持續(xù)性通道)，司物像粗略分辨的Y通道(瞬時(shí)通道)和司運(yùn)動(dòng)控制、朝向選擇及對(duì)比變化監(jiān)測(cè)等感受野相關(guān)的W通道。普通視力檢查只是檢查了其中的一個(gè)通道;而CS作為形覺(jué)功能的重要指標(biāo)之一，則是代表不同空間頻率人眼感覺(jué)的閾值對(duì)比度的倒數(shù)［2］。它不僅與物體的大小(空間頻率)有關(guān)，而且還與物體的明暗對(duì)比有關(guān)。所以，CS檢查可以全面、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)受檢者在不同環(huán)境下對(duì)周圍物體的響應(yīng)能力，能夠?yàn)榕R床視功能檢查提供重要的參考標(biāo)準(zhǔn)。

3 CS檢測(cè)的方法

3.1 正弦波條紋檢查法 正弦波條紋，用圖像表示即為明暗相間的條紋。當(dāng)對(duì)比度下降時(shí)，亮條紋相對(duì)變暗，暗條紋相對(duì)變亮，明暗條紋的反差變小，條紋的邊界變模糊?？臻g頻率即每度視角的周數(shù)，表示條紋的粗細(xì)。每一個(gè)空間頻率均有對(duì)比度閾值。當(dāng)對(duì)比度低于閾值時(shí)，條紋就變成一片均勻的灰色，此時(shí)人眼無(wú)法辨識(shí)?，F(xiàn)在用顯示器顯示正弦條紋圖像，通過(guò)鍵盤(pán)控制條紋的對(duì)比度。

3.2 計(jì)算機(jī)CS檢查 微機(jī)通過(guò)應(yīng)用程序控制在監(jiān)視器上產(chǎn)生亮度按正弦規(guī)律變化的、不同空間頻率的光柵條紋。受檢者坐在熒光屏前5 m處注視熒光屏上的光柵條紋，條紋的對(duì)比度從0開(kāi)始由弱漸強(qiáng)。當(dāng)患者被測(cè)眼能分辨出條紋及方向時(shí)就按動(dòng)人機(jī)對(duì)話按鈕，微機(jī)便記錄下這一光柵頻率的對(duì)比度閾值。

4 影響CS的因素

4.1 年齡 出生4周時(shí)，CSF僅出現(xiàn)在中頻區(qū)，無(wú)明顯倒“U”字形曲線。4～9周時(shí)，CSF各空間頻率增長(zhǎng)了4～5倍［4］。視覺(jué)系統(tǒng)在青春期后，CS隨著年齡的增長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為高頻區(qū)曲線下降［5］。隨著年齡的增長(zhǎng)，角膜的透明度逐漸下降，而高階像差逐漸增加，晶狀體調(diào)節(jié)能力及透光度下降，玻璃體內(nèi)的混濁物對(duì)光線的散射作用增強(qiáng)，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞逐漸凋亡、功能減退。以上原因聯(lián)合造成人眼CS隨年齡增長(zhǎng)而減退。CSC呈現(xiàn):兒童CS值比成年人低，青年人的CS值較高，20～30歲最高，40歲以后隨年齡的增長(zhǎng)出現(xiàn)高頻區(qū)CS值下降，但低頻區(qū)的改變不明顯［6］。

4.2 瞳孔直徑 瞳孔在眼球光學(xué)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，主要控制進(jìn)入眼球的曝光量和減少球面像差。在自然光照明充分的環(huán)境下，國(guó)人瞳孔直徑正常值為2.0～4.0 mm，且在兒童和老年期略小，青年期稍大。自然條件下大瞳孔青年人，其中高空間頻率CS較正常差，且在夜晚及夜眩光狀態(tài)下尤為明顯。自然條件下大瞳孔青年人各空間頻率CS分別受到不同球面像差的影響，而高頻CS較多受到高階像差的影響［7］。

4.3 屈光不正 由于屈光不正導(dǎo)致裸眼視力損害，在未矯或過(guò)矯時(shí)，其CSC均有不同程度的下降。即使高度近視患者的矯正視力達(dá)到1.0，但其CSC在高頻區(qū)仍然下降顯著，認(rèn)為高度近視黃斑病變的CS較之非黃斑病變者損害更明顯，受損的規(guī)律是由高頻向中頻、低頻擴(kuò)展。傅智伏等［8］在探討近視眼視網(wǎng)膜色素上皮層和神經(jīng)纖維層厚度及其形態(tài)與CS值的關(guān)系時(shí)得出:發(fā)生眼底病理性改變的近視眼，其CS降低的視網(wǎng)膜解剖基礎(chǔ)是黃斑區(qū)視網(wǎng)膜色素上皮層發(fā)生病變。離焦、散光等低階像差可在屈光不正得到最佳視力矯正時(shí)被完全矯正，影響人眼CS的主要因素為慧差和球差等高階像差，其中慧差在很大程度上影響人眼的CS值［9］。明、暗環(huán)境下，高度近視眼CS均低于正視眼，低中度近視介于兩者之間。分析高階像差、近視眼底退行性改變以及戴鏡使物像縮小等可能是高度近視眼CS下降的原因［10］。但國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，球面和第四階像差顯著影響近視眼的CSF。然而，近視對(duì)CSF的影響不能只歸咎于高階像差，其他因素也應(yīng)予以考慮，如在視覺(jué)通路中的神經(jīng)元素［11］。Lohmann等［12］認(rèn)為檢查患者的CS視力，可用來(lái)評(píng)價(jià)矯正屈光不正方法的優(yōu)劣，并可以評(píng)價(jià)屈光手術(shù)效果。隨著準(zhǔn)分子激光角膜屈光手術(shù)的廣泛開(kāi)展，框架眼鏡矯正高度近視使物像縮小的問(wèn)題迎刃而解。近視LASIK術(shù)后早期的視覺(jué)質(zhì)量低中度近視組優(yōu)于高度近視組;術(shù)后視覺(jué)質(zhì)量的恢復(fù)高度近視組慢于低中度近視組［13］。不同屈光度組在術(shù)后半個(gè)月時(shí)4種條件下的CS均降低，尤其是高度近視組夜及夜+周邊眩光條件下、低中頻區(qū)在術(shù)后1～3個(gè)月、高頻區(qū)在3～6個(gè)月都顯著性低于術(shù)前水平(P＜0.05);低、中度近視組CS曲線在6～12個(gè)月有所提高，高度近視組CS在術(shù)后12個(gè)月時(shí)才基本恢復(fù)至術(shù)前水平，但仍存在夜間眩光損害［14］。Verdon等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在準(zhǔn)分子激光角膜切削術(shù)術(shù)后可有CS下降及眩光損害，主要表現(xiàn)為CSC高頻區(qū)在術(shù)后6個(gè)月明顯下降，術(shù)后1年可能恢復(fù)。但明顯受到損害的低頻區(qū)CS及失能眩光損害在術(shù)后1年仍然不能恢復(fù)。

4.4 視網(wǎng)膜色素密度 國(guó)內(nèi)一項(xiàng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜色素變性眼的 CSC 在全頻(1.5、3、6、12 和 18 c/d)降低;高中頻段(18、12和6 c/d)的降低高于低頻段(1.5和3 c/d);且峰值左移［16］。Luo等［17］研究顯示，40例健康對(duì)照組的血液黏滯度和凝集時(shí)間等主要指數(shù)均高于44例原發(fā)性視網(wǎng)膜色素變性組。據(jù)此推斷，上述變化可能是全身及局部微循環(huán)障礙，導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺血、缺氧及其他一系列病理變化，并加劇了視網(wǎng)膜功能損害。楊必等［18］選取116例正常青年的右眼進(jìn)行黃斑色素密度的檢測(cè)研究，試驗(yàn)中盡管高、低密度兩組間的CS值差異無(wú)顯著性差異，但高密度組在各個(gè)頻率段的對(duì)比度以及條柵視力和閃光融合頻率都高于低密度組。由此可見(jiàn)，視網(wǎng)膜色素密度(包括黃斑色素密度)在人眼視網(wǎng)膜CS方面起著至關(guān)重要的作用。

4.5 弱視矯治后視力正常眼 屈光不正及斜視性弱視干預(yù)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍然沿襲著標(biāo)準(zhǔn)視力表檢查法。王小娟等［19］對(duì)34例(34眼)經(jīng)過(guò)治療后弱視眼視力≥1.0者和40例(40眼)年齡相匹配的正常眼進(jìn)行不同空間頻率(1.8、3、6、12、18和24 c/d)CS的測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)弱視組的CS在各個(gè)空間頻率均較正常組差，尤其在中、高空間頻率下降更明顯。所以，有理由認(rèn)為視力矯治后的弱視眼CS仍存在異常。Neri等［20］通過(guò)BOLD-fMRI技術(shù)發(fā)現(xiàn)在高空間頻率模式刺激下，弱視眼比正常眼在初級(jí)視皮質(zhì)層的激活信號(hào)減少，這也許是弱視矯正后視力雖正常，但CS仍低于正常的原因。

4.6 白內(nèi)障摘除術(shù)后人工晶狀體植入眼 現(xiàn)代白內(nèi)障囊外摘除后，人工晶狀體植入手術(shù)后，裸眼視力或矯正視力較術(shù)前提高顯著。但與自然晶狀體眼相比，老年性白內(nèi)障摘除術(shù)后人工晶狀體眼的CS視覺(jué)仍有缺陷;術(shù)后患眼的散光度數(shù)過(guò)大、人工晶狀體眼像差增大可能是影響患眼CS視覺(jué)恢復(fù)的原因。相對(duì)于傳統(tǒng)球面晶狀體，非球面人工晶狀體可有效降低白內(nèi)障術(shù)后球面像差，提高CS值，改善視覺(jué)質(zhì)量［21］。最近美國(guó)國(guó)立標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(American National Standards lnstitute，ANSl)提出了 CS檢測(cè)的統(tǒng)一規(guī)范檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。李軍等［22］在這一新測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下通過(guò)對(duì)比研究后，認(rèn)為超聲乳化聯(lián)合人工晶狀體植入可恢復(fù)患者的CSF，但尚未達(dá)到同齡人正常水平。由于人眼的自然晶狀體是負(fù)像差，可以抵消角膜帶來(lái)的正像差;而植入的人工晶狀體卻在這些方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及自然晶狀體，且整個(gè)手術(shù)過(guò)程及術(shù)后可能會(huì)并發(fā)各種并發(fā)癥。所以，光線經(jīng)植入人工晶狀體的屈光系統(tǒng)折射后投射到視網(wǎng)膜時(shí)的失真度就相對(duì)大很多。

5 展望

100%對(duì)比度的空間環(huán)境極少存在，普通視力表檢查很難全面反映受檢者的視功能。臨床各種眼部疾病的預(yù)后及特殊職業(yè)的體檢評(píng)價(jià)往往只依靠單一視力檢查，而人類所要面對(duì)的各種視覺(jué)環(huán)境是突發(fā)的。例如，大雪、大霧及揚(yáng)沙等能見(jiàn)度很差的時(shí)候，若沒(méi)有很好的動(dòng)態(tài)視功能，則會(huì)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)、財(cái)產(chǎn)損失。隨著CS檢查研究的進(jìn)一步深入，希望能夠?yàn)樘岣吲R床患者視覺(jué)質(zhì)量及特殊職業(yè)視功能檢查提供重要的參考依據(jù)。

［1］徐廣第.眼科屈光學(xué)［M］.北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2005:47-48.

［2］李鳳鳴.中華眼科學(xué)［M］.2版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2005:316-317.

［3］Campbell FW，Robson JG.Application of fourier analysis to the visibility of gratings［J］.J Physiol，1968，197(3):551-566.

［4］Norcia AM，Tyler CW，Hamer RD.Development of contrast sensitivity in the human infant［J］.Vision Res，1990，30(10):1475-1486.

［5］祁媛媛，張豐菊，于芳蕾，等.人眼對(duì)比敏感度的相關(guān)影響因素及評(píng)價(jià)分析［J］.眼視光學(xué)雜志，2007，9(5):328-331.

［6］Wooten BR，Renzi LM，Moore R，et al.A practical method of measuring the human temporal contrast sensitivity function［J］.Biomed Opt Express，2010，1(1):47-58.

［7］李磊.自然條件下大瞳孔青年人視覺(jué)質(zhì)量的研究［D］.河南:鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007.

［8］傅智伏，張銘志，李曉芳，等.近視眼黃斑區(qū)視網(wǎng)膜色素上皮層厚度及形態(tài)與對(duì)比敏感度的聯(lián)系［J］.眼視光學(xué)雜志，2005，7(3):185-190.

［9］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.

［10］雷蕾，張建華，鄭磊，等.正視及低中度、高度近視人群明暗環(huán)境對(duì)比敏感度分析［J］.眼科新進(jìn)展，2008，28(8):604-609.

［11］Feizi S，Karimian F.Effect of higher order aberrations on contrast sensitivity function in myopic eyes［J］.Jpn J Ophthalmol，2009 ，53(4):414-419.

［12］Lohmann CP，F(xiàn)itzke F，0'Brart D，et al.Corneal light scattering and visual performance in myopic individuals with spectacles，contact lenses，or excimer laser photorefractive keratectomy［J］.Am J 0phthalmol，1993，115(4):444-453.

［13］蔣韻佳，李一壯，武志峰，等.低中度和高度近視LASIK術(shù)后視覺(jué)質(zhì)量的比較［J］.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，2009，37(4):254-257.

［14］朱超，趙梅生，劉姝，等.近視眼患者LASIK術(shù)后對(duì)比敏感度和立體視覺(jué)的臨床研究［J］.國(guó)際眼科雜志，2009，9(1):100-103.

［15］Verdon W，Bullimore M，Maloney RK.Visual performance after photorefractive keratectomy［J］.Arch Ophthalmol，1996 ，114(12):1465-1472.

［16］丁傳慶，孫葆忱.視網(wǎng)膜色素變性的對(duì)比敏感度改變及濾光鏡對(duì)其影響［J］.眼科研究，1996，14(3):189-192.

［17］Luo X，Kan Y.Haemodynamic changes and clinic significance in primary pigmentary degeneration of retina［J］.Yan Ke Xue Bao，1994，10(4):213-215.

［18］楊必，劉隴黔，葉健雄.人眼黃斑色素密度與對(duì)比敏感度功能的關(guān)系［J］.眼視光學(xué)雜志，2007，9(6):398-401.

［19］王小娟，金成鵬，崔建萍，等.弱視眼視力矯正正常后的對(duì)比敏感度分析［J］.眼視光學(xué)雜志，2009，11(3):227-228.

［20］Neri P，Levi DM.Spatial resolution for feature binding is impaired in peripheral and amblyopic vision［J］.J Neurophysiol，2006 ，96(1):142-153.

［21］Cui H，Hu R，Zhang Y，et al.Comparison of pseudophakic visual quality in spherical and aspherical intraocular lenses［J］.Can J Ophthalmol，2009 ，44(3):274-278.

［22］李軍，湯欣，邢曉杰.新標(biāo)準(zhǔn)下超聲乳化術(shù)后人工晶狀體眼視覺(jué)對(duì)比敏感度的研究［J］.眼外傷職業(yè)眼病雜志，2010，32(1):7-10.