第二章　視野學基礎知識

第一節　視野檢查的光學基礎

一、光及其計量單位

視野檢查的目的是評估受檢者視網膜各個部位對光刺激的辨別能力，也就是視網膜的光敏感度。計算機自動視野計能夠定量描述視網膜不同部位的光敏感度變化，準確地反映不同部位視網膜對光的敏感性高低。因此，視野計從檢測目的、設計原理到具體的檢測方法、策略都與光有著密切的聯系。

光在本質上是一種電磁波，一般將人眼可以感知的部分稱為光或可見光，可見光譜沒有精確的范圍，人的眼睛可以感知的電磁波波長一般為400～700nm，但還有一些人能夠感知到波長為380～780nm的電磁波。波長不同，人眼所感受的顏色不同，通常所見的白色可見光是由不同波長的單色光混合而成的。不同波長的光線有著不同的顏色特征和不同的折射率，因此他們的成像焦點也會存在差異。光學系統的光學焦點位置是以中間波段的黃色光線的成像焦點為標準。波長大于黃色的光線的焦點位置要大于標準成像位置，即波長越長焦距也就越長。而波長小于黃色的光線的焦點位置要小于標準成像位置，即波長越短焦距也就越短。紅色光線和綠色光線由于波長不同它們之間的折射率存在差異。由于紅色光線波長長，折射率低，焦點長。因此，經過光學系統后的成像焦點于視網膜后方。而綠色光線的波長短，折射率高，焦點短，因此，經過光學系統后成像焦點于視網膜的前方。在使用單色光進行眼部檢查時必須要考慮折射率不同引起的成像差異。

由于研究角度不同，對光的定量測量方法也不同。物理學上通常采用電磁波的輻射能量作為光亮度單位，即一個燈泡所輻射的能量，用瓦特（Watts）為單位表示，而對于投射到物體表面的能量則以瓦特/平方米表示。照明工程和視野學則注重測量光的可見程度。人眼對不同波長光感受的敏感性不同，即使輻射量相同，其可見性也不同。正常明適應眼對波長為555nm的綠光最敏感，而當波長增至770nm以上（紅外線），或減至390nm以下（紫外線）時，人眼對其敏感性變為零。因此，要測量人眼視網膜對光的感受性，除了光本身的物理特性以外，人眼的視覺生理特性也起著重要作用，人眼對光的感受實際上是光能的物理量和視覺生理量相互作用的結果。某一波長光線的瓦特值（物理量）乘以人眼對該波長的相關效率系數（生理量）即等于光通量（luminous flux）。視野檢查是要測量人眼視網膜對光刺激的感受性，屬于一種典型的心理物理學檢測方法，是對人眼接受物理刺激（光刺激）和它引起的感覺（視網膜對光的感受性）進行數量化研究的心理物理學領域。

為了能達到準確地定量檢測視網膜光敏感度，視野檢查中光的物理量必須得到精確的度量和標準化。在視野學中使用最多的光度學是亮度。光亮度是表示單位面積上的發光強度，指發光表面在指定方向的發光強度與垂直且指定方向的發光面的面積之比。光源的光通量多少是決定性因素，光源的光通量多，亮度就高。視野檢查中包括刺激視標的亮度、背景光亮度等都涉及這一概念。國際單位制中亮度單位是坎德拉/平方米（cd/m2），但不少國家和地區仍在沿用自己的光亮度單位，美國文獻有時仍用毫朗伯（millilambert），歐洲文獻用阿熙提（apostilb，asb）作為亮度單位。

二、計算機自動視野計中的亮度單位及換算

1.絕對亮度單位和相對亮度單位

在現代計算機自動視野計中，各種光源都需要進行光度學的定量，最常用的亮度單位是阿熙提（asb），包括背景光、光刺激（視標）等都是用asb作為亮度單位。asb是歐洲照明單位，asb相當于1流明/每平方米（lumen/m2）投射面積。近年為了達到國際標準化，國際視野學會推薦以國際標準單位cd/m2為照度單位，asb和國際標準單位cd/m2可以通過公式進行相互轉換：1asb=1/πcd/m2（表2-1-1，表2-1-2）。

asb是絕對照明單位，即一種視野計31.5asb的背景照明與另一種視野計31.5asb背景照明的背景亮度完全相等；不同視野計的100asb的視標亮度也是完全相等的。除了絕對亮度單位以外，視野計中還常使用相對單位，包括對數單位（log unit）和分貝（dB，decibel）等，相對單位不是亮度的實際值，而是反映光亮度的衰減程度，它們代表在某一特定視野計，從最大刺激強度衰減光線的量（率）。例如，Goldnnann視野計最大光標亮度為1000asb，通過選擇光通道上不同灰度的濾光片衰減光強度即可得到所需要的光標亮度。光衰減程度以對數單位或分貝為計量單位，0.1個對數單位相當于1dB。1.0對數單位（10dB）的濾光片可將光衰減至原光強度的1/10（允許10%的光線通過），將光標亮度從1000asb減弱至100asb，10dB變化（光強度衰減）將光標亮度減弱了900asb。而Hurmphrey視野計最大光標亮度為10 000asb，10dB光強度衰減則將光標亮度從10 000asb減弱至1000asb，將光標亮度減弱了9000asb。因此，10dB在不同視野計僅僅代表同一衰減率（1/10），而不代表同一光刺激強度。

2.分貝的概念及臨床意義

在現代計算機自動視野計中，光標刺激強度的設計原理及視網膜光敏感度閾值檢測策略等均涉及了分貝的概念，視網膜光敏感度高低和視野損害程度的輕重也直接采用了分貝作為衡量單位。因此，要正確地分析和理解視野結果必須要掌握視野檢測中的這一重要基本概念，弄清分貝的概念和臨床意義有助于準確、深入理解和評估視野及其檢查結果。

分貝的概念本來并沒有直接與眼科學或視野相關的含義。百度百科中定義為分貝表示一種單位，一般指兩種電或聲功率之比或兩種電壓或電流值或類似聲量之比。

分貝還是一種測量聲音相對響度的單位。從前面提到的相對單位定義中可知，分貝在視野學中實際上也是類似地表示一種測量光相對亮度的單位，它代表的是從視野計最大光亮度到實際光亮度的衰減率。視野計中規定，當光標刺激強度變化以設置給定的最大光標亮度與實際選用的光標亮度之比值的常用對數的10倍乘積表示時，單位定為分貝（dB，decibel）。

上述公式中Lm為最大光標亮度，ΔL為實際選用光標亮度。由公式可知，dB作為對數函數單位，是一個相對值，其值的大小取決于視野計設置的最大光標亮度和實際選用光標亮度的比值。每個視野計的最大光標亮度是固定可知的，因此，dB值的不同就反映了實際選用光標亮度的不同。臨床視野檢測結果中，檢測位點的dB值越高，表示設定最大光標亮度/實際選用光標亮度的比值越大，即實際選用光標亮度值越小，代表著這一位點的光感覺閾越低，視網膜的光敏感性越高。當實際選用光標亮度為視野計最大光標亮度時，Lm/ΔL=1，分貝值=10×lg（Lm/ΔL）=10×lg 1=0dB，但0dB并不是選用光標的亮度為零，而是指實際選用光標的亮度沒有經過任何衰減，與最大光標亮度相等，0dB代表該位點的光感覺閾極大，視網膜的光敏感性極低。

在Humphrey視野計中，dB值和Lm、衰減幅度、ΔL的對應關系如表2-1-3：

眼的生理學研究已經證實，眼接受光刺激強度的改變或差異所采取的方式在性質上符合對數的規律。例如，在視覺感受上，從100～1000個單位的亮度變化幾乎等于從1000～10 000個單位的亮度變化，二者亮度變化的比值相同（10∶1），lg（1000/100）= lg（10 000/1000）=lg10=1，也就是1對數單位。視野檢查中，亮度變化（即衰減幅度）是用dB來衡量的，變化的比值相同也就是衰減幅度相同，那對應的dB值就相同。也就是說，利用dB值，可以將不同數量的亮度變化通過符合人眼生理的對數規律轉換變為等量的變化。1dB的變化，可以是1000asb衰減到100asb，也可以是10 000asb衰減到1000asb。如上所述，在視覺感受上二者的亮度變化是相等的，用絕對亮度單位asb衡量的時候900asb和9000asb的衰減相差10倍，不能反映真實的視覺感受變化，而用相對亮度單位dB，則都是1dB的變化，與視覺感受變化是一致的，能夠更好地代表視網膜對光刺激變化的敏感性。

從某種意義上講，dB不是一個物理單位，而是一個數學單位，用于描述數量增加或衰減的幅度。在視野計中，dB僅是一個具有相對含義的術語，無絕對值，表示光標亮度從最大開始逐漸降低的衰減程度。如果將兩相鄰光標刺激強度變化定為1dB，即10×lg（上一級光標亮度/下一級光標亮度）=1，則lg（上一級光標亮度/下一級光標亮度）=0.1，上一級光標亮度/下一級光標亮度=100.1。對于光標刺激強度變化1級，1dB所對應的數學量級為100.1（1dB=100.1），即每1dB的變化對應的是光標亮度變化是設定最大光標亮度的100.1倍，這樣就能把視野相鄰兩光標間刺激強度變化從不連續的asb值（從10 000asb衰減至0.1asb）轉化成為以dB為單位連續變化的變量（0～50dB），衰減的梯度為dB的整倍數，為視野計的設計應用和結果分析提供了很大的便利。

asb是一個物理學的絕對亮度單位，在視野計中表示的是光標的實際亮度；分貝是數學單位，間接體現光標亮度，分貝值的大小取決于不同視野計設定的最大光標亮度。作為物理單位的asb與作為數學單位的dB是兩套原本互無關聯的單位體系，但在特定的情況下，二者卻存在特定的數學關系。同一視野計的最大光標亮度是固定不變的，因此在Lm為已知數時，dB值和asb值有著明確的對應關系。當視野計設定的光標最大亮度為Lm時，dB和asb的數學關系是：

dB=10×lg（Lm/asb）

asb=10（lgLm-0.1dB）

對于Humphrey視野計：因Lm = 10 000asb，則有

dB=10×（4 - lg asb）

asb=10（4-0.1dB）

對于Octopus視野計：因Lm=1000asb，則有

dB = 10×（3 - lg asb）

asb = 10（3-0.1dB）

我們用Humphrey視野計的不同光標亮度和分貝值對應的計算為例來看一下二者的特定關系。在Humphrey視野計中，5dB可通過計算得到asb=10（4-0.1dB）=10（4-0.1×5）=10（4-0.5）=103.5=3162，也就是說5dB對應光標的物理亮度是3162asb（表2-1-4）。

dB具有雙重作用，既可在上述特定情況下間接地表示某一光標的具體亮度，也可直接地表示任意兩光標亮度間的衰減幅度。對于Humphrey視野計，5dB既可指光標亮度為3162asb，也可指亮度衰減了5dB，1dB對應的是光標亮度變化是100.1倍，5dB就對應著衰減了100.5倍，從1000asb（10dB）衰減到316asb（15dB）或者從316asb（15dB）衰減到100asb（20dB）都是衰減了100.5倍。

在實際應用中，不同的視野計所采用的背景光和最大視標刺激亮度都是不同的，例如Humphrey視野計中背景光亮度是31.5asb，光標最大亮度是10 000asb，而Octopus視野計的背景光亮度是4asb（也可以為31.4asb），光標最大亮度是1000asb。由于兩種視野計光標亮度的最大設定值不同，因此，與dB 對應的實際asb值也不同。Humphrey 視野計光標顯示時間為200msec，Octopus視野計光標顯示時間為100msec，在其他檢測參數相同時，Humphrery視野計檢測的敏感度要高出2～3dB，加之兩種視野計的背景光亮度和對比度不同，他們之間的檢測結果不能直接用dB進行比較。

在視野計的設計和應用中，dB是作為光標的相對亮度單位和衰減幅度的數學單位，在最大光標亮度給定的情況下，可對應確定的絕對亮度單位，并能表示任意兩光標亮度間的衰減幅度。作為亮度單位時，dB值越大，光標的亮度就越小。在臨床視野檢查和評估中，dB又是作為視野檢查結果的最基本指標，其數值大小代表著視網膜光敏感度的高低，dB值越大，視網膜光敏感度越高，視功能越好；dB值越小，視網膜光敏感度越低，視功能損害越嚴重。

3.生理單位

雖然在視野檢查中我們測定背景光和光標的亮度，然而從生理學家的觀點更注重視網膜上影像的亮度。早在1922年，Troland就通過瞳孔面積來推算光標的“視網膜亮度”，1Troland單位為在1mm2瞳孔面積時亮度為1新燭光/m2。Troland 單位用于視野檢查似乎更符合生理學觀點，然而兩個實際問題限制了Troland 單位的臨床應用，即Stiles-Crawford效應（光束通過瞳孔中心或偏心產生不同的效應）和屈光間質混濁效應，雖然前者通過數學處理在一定程度上可得以校正，但屈光間質混濁的不規則性和不可定量性難以克服，而且其影響視野檢查的效應甚至大于瞳孔面積本身。目前多數視野學家已在臨床眼病視野檢查中放棄了視網膜亮度的計算。盡管如此實際視網膜亮度在視野學仍然是一個重要參數，因此，在檢查視野、解釋和比較結果時，必須記錄和考慮瞳孔面積或瞳孔直徑。

4.光的顏色

彩色視野檢查，有色光線參數十分復雜。不同波長的光線，人眼感受為不同顏色。波長為430nm的光線，產生紫色感覺；波長460nm對應為藍色；而波長增加至650nm，則感受為紅色。彩色光線具有三個主要參數：顏色（波長）、飽和度（純度）、亮度（輻射強度），其物理刺激強度較難控制。而且，任何一種顏色也可以通過混合其他兩種或多種顏色得到，兩個看起來顏色、飽和度均相同的光標可以在光譜成分上完全不同，兩者對人眼的刺激值也不相同。因此，在研制或應用彩色視野計時必須考慮這些參數。近年有人采用干涉濾光片或激光產生單色光源，可望使彩色視野檢查標準化。