第二章　视野学基础知识

第一节　视野检查的光学基础

一、光及其计量单位

视野检查的目的是评估受检者视网膜各个部位对光刺激的辨别能力，也就是视网膜的光敏感度。计算机自动视野计能够定量描述视网膜不同部位的光敏感度变化，准确地反映不同部位视网膜对光的敏感性高低。因此，视野计从检测目的、设计原理到具体的检测方法、策略都与光有着密切的联系。

光在本质上是一种电磁波，一般将人眼可以感知的部分称为光或可见光，可见光谱没有精确的范围，人的眼睛可以感知的电磁波波长一般为400～700nm，但还有一些人能够感知到波长为380～780nm的电磁波。波长不同，人眼所感受的颜色不同，通常所见的白色可见光是由不同波长的单色光混合而成的。不同波长的光线有着不同的颜色特征和不同的折射率，因此他们的成像焦点也会存在差异。光学系统的光学焦点位置是以中间波段的黄色光线的成像焦点为标准。波长大于黄色的光线的焦点位置要大于标准成像位置，即波长越长焦距也就越长。而波长小于黄色的光线的焦点位置要小于标准成像位置，即波长越短焦距也就越短。红色光线和绿色光线由于波长不同它们之间的折射率存在差异。由于红色光线波长长，折射率低，焦点长。因此，经过光学系统后的成像焦点于视网膜后方。而绿色光线的波长短，折射率高，焦点短，因此，经过光学系统后成像焦点于视网膜的前方。在使用单色光进行眼部检查时必须要考虑折射率不同引起的成像差异。

由于研究角度不同，对光的定量测量方法也不同。物理学上通常采用电磁波的辐射能量作为光亮度单位，即一个灯泡所辐射的能量，用瓦特（Watts）为单位表示，而对于投射到物体表面的能量则以瓦特/平方米表示。照明工程和视野学则注重测量光的可见程度。人眼对不同波长光感受的敏感性不同，即使辐射量相同，其可见性也不同。正常明适应眼对波长为555nm的绿光最敏感，而当波长增至770nm以上（红外线），或减至390nm以下（紫外线）时，人眼对其敏感性变为零。因此，要测量人眼视网膜对光的感受性，除了光本身的物理特性以外，人眼的视觉生理特性也起着重要作用，人眼对光的感受实际上是光能的物理量和视觉生理量相互作用的结果。某一波长光线的瓦特值（物理量）乘以人眼对该波长的相关效率系数（生理量）即等于光通量（luminous flux）。视野检查是要测量人眼视网膜对光刺激的感受性，属于一种典型的心理物理学检测方法，是对人眼接受物理刺激（光刺激）和它引起的感觉（视网膜对光的感受性）进行数量化研究的心理物理学领域。

为了能达到准确地定量检测视网膜光敏感度，视野检查中光的物理量必须得到精确的度量和标准化。在视野学中使用最多的光度学是亮度。光亮度是表示单位面积上的发光强度，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比。光源的光通量多少是决定性因素，光源的光通量多，亮度就高。视野检查中包括刺激视标的亮度、背景光亮度等都涉及这一概念。国际单位制中亮度单位是坎德拉/平方米（cd/m2），但不少国家和地区仍在沿用自己的光亮度单位，美国文献有时仍用毫朗伯（millilambert），欧洲文献用阿熙提（apostilb，asb）作为亮度单位。

二、计算机自动视野计中的亮度单位及换算

1.绝对亮度单位和相对亮度单位

在现代计算机自动视野计中，各种光源都需要进行光度学的定量，最常用的亮度单位是阿熙提（asb），包括背景光、光刺激（视标）等都是用asb作为亮度单位。asb是欧洲照明单位，asb相当于1流明/每平方米（lumen/m2）投射面积。近年为了达到国际标准化，国际视野学会推荐以国际标准单位cd/m2为照度单位，asb和国际标准单位cd/m2可以通过公式进行相互转换：1asb=1/πcd/m2（表2-1-1，表2-1-2）。

asb是绝对照明单位，即一种视野计31.5asb的背景照明与另一种视野计31.5asb背景照明的背景亮度完全相等；不同视野计的100asb的视标亮度也是完全相等的。除了绝对亮度单位以外，视野计中还常使用相对单位，包括对数单位（log unit）和分贝（dB，decibel）等，相对单位不是亮度的实际值，而是反映光亮度的衰减程度，它们代表在某一特定视野计，从最大刺激强度衰减光线的量（率）。例如，Goldnnann视野计最大光标亮度为1000asb，通过选择光通道上不同灰度的滤光片衰减光强度即可得到所需要的光标亮度。光衰减程度以对数单位或分贝为计量单位，0.1个对数单位相当于1dB。1.0对数单位（10dB）的滤光片可将光衰减至原光强度的1/10（允许10%的光线通过），将光标亮度从1000asb减弱至100asb，10dB变化（光强度衰减）将光标亮度减弱了900asb。而Hurmphrey视野计最大光标亮度为10 000asb，10dB光强度衰减则将光标亮度从10 000asb减弱至1000asb，将光标亮度减弱了9000asb。因此，10dB在不同视野计仅仅代表同一衰减率（1/10），而不代表同一光刺激强度。

2.分贝的概念及临床意义

在现代计算机自动视野计中，光标刺激强度的设计原理及视网膜光敏感度阈值检测策略等均涉及了分贝的概念，视网膜光敏感度高低和视野损害程度的轻重也直接采用了分贝作为衡量单位。因此，要正确地分析和理解视野结果必须要掌握视野检测中的这一重要基本概念，弄清分贝的概念和临床意义有助于准确、深入理解和评估视野及其检查结果。

分贝的概念本来并没有直接与眼科学或视野相关的含义。百度百科中定义为分贝表示一种单位，一般指两种电或声功率之比或两种电压或电流值或类似声量之比。

分贝还是一种测量声音相对响度的单位。从前面提到的相对单位定义中可知，分贝在视野学中实际上也是类似地表示一种测量光相对亮度的单位，它代表的是从视野计最大光亮度到实际光亮度的衰减率。视野计中规定，当光标刺激强度变化以设置给定的最大光标亮度与实际选用的光标亮度之比值的常用对数的10倍乘积表示时，单位定为分贝（dB，decibel）。

上述公式中Lm为最大光标亮度，ΔL为实际选用光标亮度。由公式可知，dB作为对数函数单位，是一个相对值，其值的大小取决于视野计设置的最大光标亮度和实际选用光标亮度的比值。每个视野计的最大光标亮度是固定可知的，因此，dB值的不同就反映了实际选用光标亮度的不同。临床视野检测结果中，检测位点的dB值越高，表示设定最大光标亮度/实际选用光标亮度的比值越大，即实际选用光标亮度值越小，代表着这一位点的光感觉阈越低，视网膜的光敏感性越高。当实际选用光标亮度为视野计最大光标亮度时，Lm/ΔL=1，分贝值=10×lg（Lm/ΔL）=10×lg 1=0dB，但0dB并不是选用光标的亮度为零，而是指实际选用光标的亮度没有经过任何衰减，与最大光标亮度相等，0dB代表该位点的光感觉阈极大，视网膜的光敏感性极低。

在Humphrey视野计中，dB值和Lm、衰减幅度、ΔL的对应关系如表2-1-3：

眼的生理学研究已经证实，眼接受光刺激强度的改变或差异所采取的方式在性质上符合对数的规律。例如，在视觉感受上，从100～1000个单位的亮度变化几乎等于从1000～10 000个单位的亮度变化，二者亮度变化的比值相同（10∶1），lg（1000/100）= lg（10 000/1000）=lg10=1，也就是1对数单位。视野检查中，亮度变化（即衰减幅度）是用dB来衡量的，变化的比值相同也就是衰减幅度相同，那对应的dB值就相同。也就是说，利用dB值，可以将不同数量的亮度变化通过符合人眼生理的对数规律转换变为等量的变化。1dB的变化，可以是1000asb衰减到100asb，也可以是10 000asb衰减到1000asb。如上所述，在视觉感受上二者的亮度变化是相等的，用绝对亮度单位asb衡量的时候900asb和9000asb的衰减相差10倍，不能反映真实的视觉感受变化，而用相对亮度单位dB，则都是1dB的变化，与视觉感受变化是一致的，能够更好地代表视网膜对光刺激变化的敏感性。

从某种意义上讲，dB不是一个物理单位，而是一个数学单位，用于描述数量增加或衰减的幅度。在视野计中，dB仅是一个具有相对含义的术语，无绝对值，表示光标亮度从最大开始逐渐降低的衰减程度。如果将两相邻光标刺激强度变化定为1dB，即10×lg（上一级光标亮度/下一级光标亮度）=1，则lg（上一级光标亮度/下一级光标亮度）=0.1，上一级光标亮度/下一级光标亮度=100.1。对于光标刺激强度变化1级，1dB所对应的数学量级为100.1（1dB=100.1），即每1dB的变化对应的是光标亮度变化是设定最大光标亮度的100.1倍，这样就能把视野相邻两光标间刺激强度变化从不连续的asb值（从10 000asb衰减至0.1asb）转化成为以dB为单位连续变化的变量（0～50dB），衰减的梯度为dB的整倍数，为视野计的设计应用和结果分析提供了很大的便利。

asb是一个物理学的绝对亮度单位，在视野计中表示的是光标的实际亮度；分贝是数学单位，间接体现光标亮度，分贝值的大小取决于不同视野计设定的最大光标亮度。作为物理单位的asb与作为数学单位的dB是两套原本互无关联的单位体系，但在特定的情况下，二者却存在特定的数学关系。同一视野计的最大光标亮度是固定不变的，因此在Lm为已知数时，dB值和asb值有着明确的对应关系。当视野计设定的光标最大亮度为Lm时，dB和asb的数学关系是：

dB=10×lg（Lm/asb）

asb=10（lgLm-0.1dB）

对于Humphrey视野计：因Lm = 10 000asb，则有

dB=10×（4 - lg asb）

asb=10（4-0.1dB）

对于Octopus视野计：因Lm=1000asb，则有

dB = 10×（3 - lg asb）

asb = 10（3-0.1dB）

我们用Humphrey视野计的不同光标亮度和分贝值对应的计算为例来看一下二者的特定关系。在Humphrey视野计中，5dB可通过计算得到asb=10（4-0.1dB）=10（4-0.1×5）=10（4-0.5）=103.5=3162，也就是说5dB对应光标的物理亮度是3162asb（表2-1-4）。

dB具有双重作用，既可在上述特定情况下间接地表示某一光标的具体亮度，也可直接地表示任意两光标亮度间的衰减幅度。对于Humphrey视野计，5dB既可指光标亮度为3162asb，也可指亮度衰减了5dB，1dB对应的是光标亮度变化是100.1倍，5dB就对应着衰减了100.5倍，从1000asb（10dB）衰减到316asb（15dB）或者从316asb（15dB）衰减到100asb（20dB）都是衰减了100.5倍。

在实际应用中，不同的视野计所采用的背景光和最大视标刺激亮度都是不同的，例如Humphrey视野计中背景光亮度是31.5asb，光标最大亮度是10 000asb，而Octopus视野计的背景光亮度是4asb（也可以为31.4asb），光标最大亮度是1000asb。由于两种视野计光标亮度的最大设定值不同，因此，与dB 对应的实际asb值也不同。Humphrey 视野计光标显示时间为200msec，Octopus视野计光标显示时间为100msec，在其他检测参数相同时，Humphrery视野计检测的敏感度要高出2～3dB，加之两种视野计的背景光亮度和对比度不同，他们之间的检测结果不能直接用dB进行比较。

在视野计的设计和应用中，dB是作为光标的相对亮度单位和衰减幅度的数学单位，在最大光标亮度给定的情况下，可对应确定的绝对亮度单位，并能表示任意两光标亮度间的衰减幅度。作为亮度单位时，dB值越大，光标的亮度就越小。在临床视野检查和评估中，dB又是作为视野检查结果的最基本指标，其数值大小代表着视网膜光敏感度的高低，dB值越大，视网膜光敏感度越高，视功能越好；dB值越小，视网膜光敏感度越低，视功能损害越严重。

3.生理单位

虽然在视野检查中我们测定背景光和光标的亮度，然而从生理学家的观点更注重视网膜上影像的亮度。早在1922年，Troland就通过瞳孔面积来推算光标的“视网膜亮度”，1Troland单位为在1mm2瞳孔面积时亮度为1新烛光/m2。Troland 单位用于视野检查似乎更符合生理学观点，然而两个实际问题限制了Troland 单位的临床应用，即Stiles-Crawford效应（光束通过瞳孔中心或偏心产生不同的效应）和屈光间质混浊效应，虽然前者通过数学处理在一定程度上可得以校正，但屈光间质混浊的不规则性和不可定量性难以克服，而且其影响视野检查的效应甚至大于瞳孔面积本身。目前多数视野学家已在临床眼病视野检查中放弃了视网膜亮度的计算。尽管如此实际视网膜亮度在视野学仍然是一个重要参数，因此，在检查视野、解释和比较结果时，必须记录和考虑瞳孔面积或瞳孔直径。

4.光的颜色

彩色视野检查，有色光线参数十分复杂。不同波长的光线，人眼感受为不同颜色。波长为430nm的光线，产生紫色感觉；波长460nm对应为蓝色；而波长增加至650nm，则感受为红色。彩色光线具有三个主要参数：颜色（波长）、饱和度（纯度）、亮度（辐射强度），其物理刺激强度较难控制。而且，任何一种颜色也可以通过混合其他两种或多种颜色得到，两个看起来颜色、饱和度均相同的光标可以在光谱成分上完全不同，两者对人眼的刺激值也不相同。因此，在研制或应用彩色视野计时必须考虑这些参数。近年有人采用干涉滤光片或激光产生单色光源，可望使彩色视野检查标准化。