对比敏感度函数在视觉功能鉴定中的应用研究

摘要

执行飞行任务的特殊视觉环境决定了飞行员须拥有良好的视觉功能。随着三代机、四代机、无人机及夜视等技术的应用，传统飞行员的视觉作业环境发生了变化，对飞行人员视觉功能选拔及医学鉴定提出了新的要求，全面细致地评价和鉴定飞行员的视觉功能也更显重要。但目前的评价方法较为粗糙，视敏度仅能反映对比度100％条件下人眼能分辨的极限空间频率，暗适应曲线仅能体现暗适应时间和光反应阈值，都不能反映飞行员在大雾、沙尘等对比度较差环境下的视觉质量，也不能反映在黄昏、夜晚等光线较暗时的形觉功能。而对比敏感度函数（contrast sensitivity function，CSF）反映了人眼在不同空间频率上的对比敏感特征，能够很好的评估视觉质量，有望应用于飞行员的选拔与鉴定。CSF受光学因素和神经因素共同影响，光学因素可由调制传递函数（modulation transfer function，MTF）评估，神经因素可由神经对比敏感度函数（neural contrast sensitivity function，NCSF）评估，它们之间的关系为：NCSF=CSF/MTF[1]。本研究旨在探讨明、中间、暗视觉环境或存在眩光时NCSF和CSF的变化特性及瞳孔直径的影响，轻中度缺氧对CSF的影响，以及探索MTF和NCSF指标评价近视矫正术后远期视觉质量和佩戴微光夜视镜后的视觉神经系统功能，为飞行员、无人机操作员视觉功能选拔和医学鉴定提供实验依据。
　　对象与方法：
　　本研究分为4部分，研究对象均为从第四军医大学学员中招募的志愿者。
　　1.视觉环境及瞳孔直径对NCSF和CSF的影响。招募10名健康男性（10眼）作为受试，以右眼为测试眼，利用视觉监视系统（Monpack3型，法国 Metrovision公司）设置不同环境亮度并附加眩光，测量自然瞳孔及3.0mm和5.0mm人工瞳孔时的 CSF；利用视觉质量分析仪（OQASⅡ型，西班牙 Visiometrics公司)测量3.0mm和5.0mm瞳孔时 MTF，根据CSF与MTF的比值求得NCSF。
　　2.轻中度缺氧对CSF的影响。招募11名健康男性（11只眼）作为受试，利用低压氧舱分别设置初始高度（海拔约300m）、轻度缺氧高度（海拔3000m）及中度缺氧高度(海拔4500m），受试在相应高度上适应5～10min后开始检测反应能力和视觉对比敏感度，全程监测心率和血氧。
　　3.准分子激光角膜原位磨镶术（laser in situ keratomileusis，LASIK）后的远期（≥5年）视觉质量的观察。从志愿者中选择曾行LASIK手术者35人（70只眼）作为观察组，未行LASIK手术者70人（140只眼）作为对照组，采用OQASⅡ比较近期观察组(LASIK术后2～4年)和远期观察组（LASIK术后5～11年）的视觉质量，通过设立近期对照组（≤22岁）和远期对照组（≥23岁）探讨年龄、用眼习惯等混杂因素对视觉质量的影响，并分别与近远期观察组相比较。
　　4.暗适应及佩戴夜视镜后视觉质量的评估，招募8名健康男性（8只眼）作为受试，以右眼为测试眼。利用Monpack3测量环境亮度10-1～10-4cd/m2时，明适应、暗适应及佩戴微光夜视镜的CSF；利用OQASⅡ测量MTF。根据CSF与MTF的比值求得NCSF。
　　结果：
　　1. NCSF和CSF随环境亮度降低曲线整体下移，波峰向低频区移动，CSF更偏向低频区。瞳孔开大，MTF下降，在明视觉环境和中间视觉环境中，NCSF和CSF在中低频区上升；当存在眩光源时，NCSF和 CSF在高频区有下降的趋势；在暗视觉环境中，小范围的瞳孔波动对NCSF和CSF没有显著影响。
　　2.轻度缺氧（3000m）时，CSF在空间频率为1.5cpd时已经显著降低（P＜0.05)；中度缺氧（4500m）时，CSF在空间频率为1.5～3cpd时显著降低（P＜0.01)，错误率显著提高（P＜0.01)。
　　3. LASIK术后数年内，对照组的视觉质量相关指标显著好于观察组(P＜0.05)；随术后时间延长，观察组的视觉质量相关指标基本保持稳定，有一定降低的趋势，但没有统计学差异(P＞0.05)。
　　4.暗适应能显著提高暗视觉环境下的 NCSF及 CSF，主要提高区为0.6～3.4cpd，对中间视觉环境下的 NCSF及CSF影响较小；微光夜视镜能显著提高暗视觉和中间视觉环境下的NCSF及CSF，主要提高区为1.1～7.1cpd，效果好于暗适应(P＜0.05)。
　　结论：
　　1. CSF由 MTF和 NCSF共同决定。MTF受瞳孔直径影响，瞳孔直径开大， MTF下降。NCSF受瞳孔直径和环境亮度影响，环境亮度降低，NCSF下降。瞳孔开大，NCSF在中低频区上升，但若存在眩光，NCSF在高频区有下降的趋势。CSF、MTF和NCSF能够分别从整体、光学因素和神经因素方面来评价飞行员的视觉质量。
　　2.轻中度缺氧会导致错误率增加、对比敏感度下降，对 CSF的影响主要体现在低频区，空间频率越低对缺氧越敏感。在低亮度或低对比度条件下应更注意到缺氧对飞行员视觉功能的影响。
　　3. MTF反映屈光系统的光学质量，可用来评价近视矫正手术的远期视觉质量。LASIK会一定程度降低视觉质量，随术后时间延长，基本保持稳定，有一定恢复的趋势，但在数年内没有完全恢复。招飞体检时，对曾行近视矫正术者仍应该慎重。
　　4. NCSF反映视觉神经系统的功能，可用来评价暗适应及佩戴微光夜视镜后的视觉功能变化。相较于暗适应，夜视镜提升视觉质量的效果更好，更靠近高频区，且能够在中间视觉环境下发挥作用。但由于其对视野、立体视觉等的不良影响，相关训练及评价体系应更加完善。

目录

声明

缩略语表

前言

文献回顾

一、对比敏感度函数

二、视觉质量的测量及应用

三、对比敏感度函数在航空医学中的意义

第一部分 视觉环境及瞳孔直径对神经对比敏感度函数的影响

1 对象

2 方法

3 结果

4 讨论

第二部分 轻中度缺氧对视觉对比敏感度函数的影响

1 对象

2 方法

3 结果

4 讨论

第三部分 应用调制传递函数评价准分子激光角膜原位磨镶术后远期视觉质量

1 对象

2 方法

3 结果

4 讨论

第四部分 应用神经对比敏感度函数评价暗适应及佩戴微光夜视镜的视觉质量

1 对象

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

创新点：

研究结论：

参考文献

附录

个人简历和研究成果

致谢