《眼科新进展》 2017年8期
793-796
出版日期:2017-08-05
ISSN:1003-5141
CN:41-1105/R
视觉质量评价方法的研究进展
人类视觉的形成是视觉生理系统和心理物理系统相互作用的复杂过程[1]。视觉成像质量评价主要分为主观评价法和客观评价法。主观评价受到被检者自身认知和心理等主观因素的影响,既反映屈光系统成像质量,又反映视觉系统功能,如视力、对比敏感度和视觉质量量表等;客观评价主要反映眼球屈光系统成像质量,如波前像差、散射光分析等。根据人类视觉生理系统的结构特点和定位,评价方法又可分为视觉光学系统评价法和视网膜-神经系统评价法,前者反映眼球屈光系统客观成像过程,后者反映大脑对视网膜图像的加工处理过程,如视网膜视力计。根据光线传播的性质和规律,又分为几何光学评价法和物理光学评价法,前者是对点或线的形状进行描述,如点扩散函数等;后者描述正弦条栅的对比度和位相的改变,如调制传递函数等。随着社会整体生活质量的提高,人们对视觉质量有了更高的要求,同时也推动视觉质量评价方法不断发展。本文对视觉系统成像质量评价方法的研究进展进行综述。
1 视力
1.1 视力表 视力是临床评价视功能的常用指标,结果取决于眼球光学系统对视觉图像的分辨程度和大脑视皮层对视觉图像的解析能力。视力表是视力测量最基本的工具。王勤美等[2]对国内视力表的设计核心和执行标准进行了探讨,规范了国内视力表设计的五大核心要素,即视角、视标形状、标准距离、视标增率和视力记录方式。王晨晓等[3-4]对中文阅读视力表及两对比度中文阅读视力表设计要素进行研究和分析,使阅读视力表能更好地反映阅读视力、评价阅读行为。SHAMIR等[5-6]用计算机模拟比较Snellen视力表和ETDRS视力表,ETDRS视力表表现出更好的精确性和可重复性,同时发现增加ETDRS视力表每行字母个数进行视力测量时需要均衡精确性和测试时长。BOKINNI等[7]运用一款计算机化的视力测量装置对50例年龄相关性黄斑变性患者进行视力检测,并与金标准ETDRS视力表比较,结果并未表现出其优势,但每行三个字母较每行五个字母的视力表测试速度更快,同时变异性也更大。最近几年出现了应用镜像技术发展的集Snellen视力表、Thumbling E视力表、Landolt C环视力表和阿拉伯数字视力表于一体的iPad平板电脑。RHIU等[8]发现基于iPad应用的视力表表现出与ETDRS视力表相似的可重复性,由于iPad使用起来方便快捷,它可能会成为一种新的视力测量方式。
1.2 视网膜视力计 针对轻到中度屈光间质混浊的患者,常规视力测量难以了解黄斑部的病变,使得预测术后视力十分困难,因此视网膜视力计[9]应运而生。该设备采用杨氏双缝干涉原理,干涉条纹的空间频率与屈光不正及屈光介质混浊程度无关,利用混浊晶状体不均一性将激光光波导入在视网膜产生相干条纹,患者所能识别的相干条纹的空间频率即为分辨力视力,根据分辨力视力和Snellen视力之间的转换关系即Snellen视力 =空间频率/30,求得患者的干涉条纹视力[10]。视网膜视力计是以视网膜为起始系统进行测量,直接反映视网膜-神经系统的功能,在预测屈光间质混浊疾病、眼底病等术后视功能方面具有一定的应用价值[11]。
2 对比敏感度
对比敏感度表达视觉系统对外部物体及其背景亮度差的辨别能力。自1978年ARDEN发明快速对比敏感度检查法以来,对比敏感度才真正成为具有临床价值的视功能检查方法[12]。Arden光栅测试仪是一款快速有效的对比敏感度功能检查仪,它能监控和检测低中空间频率对比度阈值的微妙变化并提供对比敏感度指数(index of contrast sensitivity,ICS)即每个频率的对比敏感度值加权平均差异的总和。HAUGHOM等[13]用Optec 6500/FACT对197名正常视力的乘务人员进行五个频率正弦波暗视和明视环境下对比敏感度检查,发现需要对暗视和明视环境下的对比敏感度参考值范围分别进行规范,而ICS值对五个频率对比敏感度曲线是有用的描述符。KOEFOED等[14]对180名正常视力的新兵进行Optec 6500/FACT和CSV-1000 E两种方式对比敏感度检查,发现明视环境下对比敏感度和ICS参考值可以互换,暗视和明视环境下对比敏感度参考值一致性较低,暗视环境下的对比敏感度能区分不同的受检者,可能对医学筛查有用。EPPIG等[15]用Optec 6500/FACT测量395眼植入无像差和像差矫正型非球面人工晶状体的暗视和明视ICS值,并与球面人工晶状体眼进行比较,结果显示ICS值对评估全程对比敏感度是一个非常有用的指数,像差矫正型ICS值优于无像差矫正型和球面型,而后两者区别不大。
对比敏感度检查比视力检查能更早地反映疾病引起的视觉功能改变。研究不同眼病的ICS值,可对疾病的早期诊断、视觉矫正治疗及手术疗效判断提供参考。
3 量表
20世纪80年代,患者视功能相关生存质量评估迅速发展,出现了一系列评估量表。目前,用于评估眼科患者生存质量的量表主要有SF-36、NEI-VFQ、VF-14、ADVS等[16],其中NEI VFQ-51应用较广泛。基于NEI VFQ-51,经过翻译、回译、文化调适等,国内外眼科专家根据本国国情设计了各种视觉相关生活质量调查表,如中文版VFQ-25和VF-14、日文版VFQ-J11等[17]。VFQ-25是VFQ-51的简缩版,量表从整体健康状况、总体视力、眼痛、近距离活动、远距离活动、驾车、周边视力、色觉、社会角色限制、依赖程度、社会功能、精神健康状况等12个方面详细评估患者生存质量[18]。该量表省时易懂,信度和效度可以与VFQ-51媲美,在临床实践中使用更普及。VFQ-39也是VFQ-51的精简版,由VFQ-25和14个附加题组成,以提高每个项目的可比性[19]。
SMRETSCHNIG等[20]用VFQ-25分析100例孔源性视网膜脱离患者术后6个月的生存质量情况,显示VFQ-25综合评分结果与术眼术后最佳矫正视力显著相关,年龄较大以及女性患者的综合评分更低。MUHAMMAD等[21]对尼日利亚650名40岁以上老视人群用VF-14进行视觉相关生活质量调查,发现阅读、写作、使用手机及做针线活最影响视功能评分,老视程度越高视功能评分越低,生活质量也越差。在日本,HIROOKA等[22]对134例青光眼患者和30名正常人用VFQ-J11进行调查,显示青光眼患者相对差眼的视野指数提供更多信息。MOLLAZADEGAN等[23]对调查问卷表做了跨文化验证,先用VFQ-39对435例准备行白内障手术的患者进行调查,然后用三个步骤完成VFQ量表的Rasch分析,发现VFQ-39和VFQ-25都有很好的测量精度,而用Rasch分析的VFQ量表与目前正在使用的中国版量表有很好的一致性。
视觉相关生存质量问卷能用于多种眼科疾病的治疗评价,可作为视力检查的补充证据。医师应该转变医疗观念,将心理学和社会学引入现代临床实践,重视患者的主观感受,制定更合理的治疗方案,以获得满意的治疗效果。
4 光学函数
4.1 调制传递函数 调制传递函数(modulation transfer function,MTF)是描述不同空间频率下视网膜像与实际物的对比度的比值,反映光学系统对不同空间频率的传递能力[24],评价光线通过光学系统后成像的对比度和锐度的损失,消除了低阶像差的影响,定量人眼在最佳矫正视力下的视觉质量[25]。MTF值越大成像越清晰。SONG等[26]比较单色光和复色光下不同屈光度球面人工晶状体眼3 mm瞳孔直径下的MTF,显示单色光MTF值高于复色光,人工晶状体度数越高MTF值越大。
4.2 点扩散函数 点扩散函数(point spread function,PSF)是反映一个物点经过光学系统后在像面上产生的光强分布函数,通过形成的光斑光强度和光斑面积对成像质量进行评估,综合了像差、衍射和散射的共同影响[27]。PSF可用斯特列尔比率来定量表达,即在同一瞳孔直径下,有像差光学系统PSF的中心峰值与衍射受限光学系统(无像差)PSF的中心峰值的比值。张静等[28]用PSF评价近视患者LASIK术后早期视觉质量,结果显示MTF值随屈光度及瞳孔直径的增加而下降,随术后时间的推移呈逐渐好转的趋势。PSF可对LASIK术后的视觉质量进行定性和定量分析,有助于准分子激光手术方案的改进。
5 波前像差
波前像差是指现实中的波阵面与理想无偏差的波阵面之间的光程差。临床上进行的白内障手术、屈光手术、常规视力矫正等在矫正低阶像差时可能引起高阶像差的增加[29-30]。目前眼科医师和眼视光师已将波前像差广泛应用到临床研究中。ALIO等[31]比较飞秒激光辅助的同轴和微小切口超声乳化白内障手术,结果显示微小切口技术比同轴技术更有效,飞秒激光切口稳定且不改变角膜高阶像差。ZHANG等[32]对行飞秒激光与机械板层刀制瓣的LASIK患者做Meta分析,早中期随访发现飞秒激光制瓣的LASIK在疗效、精确度和安全性测试方面并没有比机械板层刀制瓣的LASIK更有优势,但是飞秒激光制瓣的LASIK会导致更少的像差。在视光学领域,人们正研究像差与各种屈光不正矫正方式的关系,发现不同类型的屈光矫正方式,如不同设计类型的软性或硬性接触镜,框架眼镜镜片等,均能影响波前像差或产生不同的波前像差,从而影响视觉和视功能[33]。
波前像差检查是目前客观评价视觉质量最常用的方法,波前引导的手术术后视力不一定比常规手术好,但术后视觉质量如夜视力、光晕、对比敏感度、眩光等,都优于常规手术,主要原因是对高阶像差的矫正,波前引导有助于更好避免手术源性视觉质量下降。但是,波前像差测量忽略了散射和衍射的影响,结果会高估患者真实的成像质量[34]。
6 散射
人眼不是理想的光学系统,在低阶像差被矫正后,高阶像差、散射及衍射成为影响视觉质量的重要因素。衍射通常在瞳孔直径< 2.5 mm时才显现,随着瞳孔直径增大,散射对成像质量的影响明显增强。散射可引起视力下降、眩光、夜间驾驶困难及严重的复视等症状[35-36]。人眼中,前向散射是引起视功能下降的主要原因[37]。
ABUZ等[38]发现基于补偿原理的C-quant散射光测量仪提供的功能参数能使体内外结果直线比较,可直接用于临床实践和人眼散射光的研究。基于双通道技术的视觉质量分析系统(optical quality analysis system,OQAS)除收集像差外还可定量评估散射及衍射等对视网膜成像质量造成的影响,在视觉质量评估方面显示出独特的客观性和优越性。FILGUEIRA等[39-40]用OQAS系统测量核性白内障患者客观散射指数(objective scatter index,OSI)并进行ROC曲线分析,确定该类患者手术与非手术OSI标准为2.1。他们还测定早期核性白内障和后囊下型白内障的对数散射光值与OSI,发现这两个参数都能对晶状体混浊程度进行分级。KOBASHI等[41]发现泪膜破裂时间缩短眼的视觉质量和眼内散射随着时间延长逐渐恶化,这种变化在10 s以后表现更明显,眨眼后泪膜破裂时间缩短眼比正常眼视觉质量恶化更快,用OQAS系统评估泪膜破裂时间缩短眼和正常眼的视觉质量可以有效地区分二者。
眼内散射是影响人眼视觉质量的主要原因之一,可以降低患者的对比敏感度及增加眩光感受。目前虽存在多种测量手段,但对散射参数定义的标准化及散射测量过程的统一化仍较缺乏,需要进行更深入研究。
7 结语与展望
视觉质量是多个因素的综合反映,应根据临床和科研需求选择不同的评价指标和评价方法。近年来也出现了连续性功能性视力评价法,综合了眼内散射光、波前像差、PSF、MTF、对比敏感度、眩光敏感度及双眼视觉功能等,有助于动态地评估生活状态下的视功能情况。随着时代的进步与技术的发展,人们对视觉质量提出更高的要求,为我们带来了新挑战也提供了新机遇。视觉科学的发展和交叉学科的渗入,有望推进视觉质量评价技术,产生更为准确、全面、客观的评估方法和体系。