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视力及其测量
Christoph Kniestedt, MD, Robert L. Stamper, MD*
摘要：尽管它对我们的日常生活至关重要，但最常见的视觉功能测量，视力，是一个相对粗糙和狭窄的测试，只有一小部分广泛的视觉功能。视力是测量在高对比度下，相对于背景区分空间中分离的两种刺激的能力。 临床上，这是通过要求被试区分已知视角的字母来衡量的。视力表示为在给定距离和高对比度下最小分辨角（最小字母分辨）的倒数。视力的其他测量也存在，包括游标视力。新的图表，如ETDRS图表，使用相同识别难度的字母，并使用最小分辨率角度的日志；这些图表比旧的Snellen型图表有很大的优势。本文回顾了儿童和低视力患者的视力测量，并回顾了影响视力的因素，如瞳孔大小、屈光不正、介质混浊和药物。
正文：
视觉即使不是最重要的感官之一，也是最重要的感官之一。据说，大约80%来自外部世界的信息是通过视觉路径整合的。失明对生活质量有深远的影响。然而，尽管视力对我们每个人都很重要，但最常见的临床测量方法却相对粗糙和狭隘。视觉过程包括许多功能，如中央分辨能力(视敏度)、最小光敏度、对比敏感度、运动检测、颜色感知、颜色对比、周边视觉(分为空间、时间、运动检测)，以及内视网膜和大脑皮层的解释过程。在正常的临床环境中，我们在高对比度(视敏度)下只测量这些功能中心分辨率中的一个。这个简单的测试就能很好地检测出大多数视觉功能障碍，这真是太神奇了。尽管视敏度对于所有的视觉感知就像大象的鼻子对于整个大象一样重要，但在现实世界中，视敏度是一种可以接受的筛选测试。
几千年前，我们的祖先就认识到人的视觉能力是不同的。古埃及人对视觉功能的评估是基于一个人感知北斗七星(位于北斗七星内部)的能力。1674年，英国人罗伯特·胡克报告了对人眼视觉能力的第一次系统记录的测量。他意识到，两颗恒星之间的距离必须超过30秒的弧，才能作为两种独立的光刺激被探测到。以更方便的方式检查视觉分辨率，不一样调查人员提出了由字母组成的图表。第一个有科学依据的是Donders E。Donders介绍了单位1分弧作为人类最小的分辨率角度，并在这个单位上设计了他的“E”字母。1862年，Snellen和Donders发表了他们在视力测试标准化方面的突破性成果，但是基于他们工作的图表直到1904年Lucerne第x届国际眼科大会才被接受。他们激励了几位眼科医生进一步改进视力测试程序。1909年在那不勒斯举行的第XIth国际眼科大会上，Landolt C形环被国际眼科学家引入并作为视力表的基础(图1)。有关Landolt C形环的进一步说明，请参阅表和刻度表以表示视力部分。
图1. Landolt C 和最小分辨角
视力的定义和术语
视觉最基本的感知形式是感知光。最简单的可见目标是一个光点，如星星。虽然恒星看起来有不同的大小和亮度等级，但它们的视角或多或少是相同的。因此，看到它们取决于强度而不是大小。事实上，当天空完全黑暗时，星星的可见度就是视觉的绝对阈值。当天空变亮时，星星就看不见了。因为它的大小没有改变，所以它的亮度在较亮的环绕层之上就看不见了。换句话说，对比(目标物和环绕物之间的差异)已经减弱。用望远镜看一颗暗淡的星星，不是靠放大倍数，而是靠仪器的聚光能力。
视觉敏锐度不仅仅是检测光线;它是一种能力的衡量，区分两个刺激分离在空间在高对比度与背景。将允许人类视觉系统识别两个不同刺激点的最小分辨率角定义为分辨率阈值;视敏度是分辨率阈值的倒数。在临床上，区分图表上的字母决定了这一点，但这一任务也需要识别字母的形状和形状，这一过程也涉及到更高的视觉感知中心。因此，视网膜水平的辨别能力可以由较不复杂的刺激来决定，如对比敏感度光栅。从理论上讲，人类视网膜的最大分辨能力可以从大约20秒的弧角估算出来，因为这代表了两个单独受刺激的视锥之间最小的单位距离。因此，眼睛的分辨能力可能比视力表所测量的要大得多，这一点在本节后面关于超敏度的章节中已经提到。视锥细胞有最高的辨别能力，而视杆细胞也有一定的分辨能力。距中央窝越远，视力水平下降得越快。大约是5°距中心凹的距离，视敏度仅为中心凹视敏度的四分之一。由于视杆和视锥的纵向尺寸没有足够的差异来解释视力的显著差异，而且由于眼睛的分辨能力大于基于细胞大小的理论极限，因此必须有其他机制来支撑视力。被测物体的亮度，眼睛的像差，以及观察者的适应程度都是的例子。这些考虑表明，一个简单的视力定义是不可能满足的。
视觉阈值大致可分为三组:光辨别(最小可见、最小可感知)、空间辨别(最小可分离、最小可识别)和时间辨别，时间辨别是指对闪烁刺激等瞬态视觉现象的感知。因此，许多临床测试的视觉功能评估同时有几个功能:看天空，我们看到星星的可见性，月亮的对比，云的形状和质地，我们分辨飞机并识别它的运动，我们辨别日出的多种色调。每个视觉任务都使用不同的视觉和神经过程。
最小可见度是一个光辨别函数。它包括亮度灵敏度和亮度辨别。最小可见敏度是检测两个光源亮度的微小差异的能力(图2)。它决定了背景中目标的存在或不存在。生理性术语为局部亮度差阈值(Dl)(表1)。举一个更实际的例子，我们参考了一个实验，在这个实验中，一个人测量一根电话线的最小宽度，在均匀的彩色天空中可以看到它。阈值约为1秒弧;这只是视网膜感光器直径的一小部分。
因此，可见的最小值不是由物体所对应的视角决定的，而是由其相对于背景照明的亮度决定的。一些作者用最小可察觉度来区分亮度，用最小可察觉度来区分亮度仅对亮度灵敏度可见。光辨别的其他例子是亮度对比和颜色辨别。
图2.最低可见
表1.根据标准对视力进行分类
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标准 |
最低可见 |
最低可溶解的a |
最低可分别的b |
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任务 |
确定存在或没有目标 |
确定是否存在或区分多个可见目标中的特征 |
确定两个或多个可见特征相对于彼此的相对位置 |
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典型的强迫选择心理物理问题 |
这个领域有底线吗?如果有一条直线是水平的还是垂直?(图2) |
有一两行吗？ 在C中的间隙是向上、向下、右还是左？ (图3) |
上面的线是在右边吗还是下面这条线的左边?(图4) |
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生理基础 |
当地的亮度不同阈值 |
检测几个相邻小区域之间的亮度差异。 |
将相对局部标志分配给两个或多个阈上视觉特征 |
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测量方法 |
不同对象的大小 |
对象大小或对象组件之间的间距 |
不同相对位置的特性 |
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图像退化的最佳阈值效应 |
约1秒弧中 |
约30秒电弧严重 |
大约1-3秒的弧度轻微（立体声除外） |
a 最小可分辨度=最小可分度=普通视敏度
b 最小可分辨度=游标视敏度=超敏度
临床上测量的视敏度也称为最小可分辨度或最小可分度。它是一个空间识别函数，表示两个分离的对象可以被识别的最小视角(图3)。从生理学的观点来看，它是对相邻小区域之间亮度差异的检测，因此，它依赖于物体的对比度和中央凹内光感受器的堆积密度。在一个健康的观察者在最佳聚焦，分辨率限制或，因为它通常是称，最小分辨角(MAR)在30秒弧和1分钟弧之间。临床上，我们使用这样的系统来评估视力，最小可分辨的例子包括Landolt C和Snellen E。
最小可分辨度(超敏度、游标敏度)是空间辨别的另一个例子。它决定了两个或多个可见特征相对于对方的相对位置。令人惊讶的是，眼睛能够在空间定位中进行细微的辨别，如果两个线段之间仅
相隔3到5秒的弧，就可以检测到它们在前平面上的不对齐，这比一个单中心凹的直径要小得多。其机制仍在探索中(图4)。
图4.最低可辨别的(A,B)该函数检测到的失调类型。(C)较传统地使用两个物体之间的最小可解距离
图3.最低可解决
最小可读或识别阈值通常用于临床，并包括在使用光学类型或形状的视力测量。这意味着病人能够逐渐识别更小的光类型。最小的可识别字母在视网膜上的角度也是一种对视力的测量。因此，临床测量视力的斯涅林型图表包括最小可解决的和最小可读的功能。
表示视觉敏锐度的图表和比例尺
Landolt C(图1)以外径相对于观测者眼睛5分钟圆弧的圆环和内径相对于3分钟圆弧的圆环为参考目标。一个1分弧宽的间隙被做成一个环，环的开口在两个水平和两个垂直的可能位置之一。实验对象必须指出C中的缺口指向哪个方向。被试能正确识别的最小C是视敏度。在观察者距离为20英尺(6米)时，字母的整体大小为8。73毫米，差距是1。75毫米。如果这是受试者的阈值，也就是说，如果最小的分辨率角是1分钟的弧，则视敏度分别定义为20/20(英尺)和6/6(米)。
最常见的考试图表是斯涅伦图。它是用来测量视觉敏锐度的角度。因此，Snellen视敏度通常等同于视敏度。在最佳聚焦的健康观察者中，分辨率限制在30秒之间1分弧。斯涅伦图由不同角度的字母组成。这些字母(及其部分)按比例在每行上以稍微不规则的增量进行放大，直到20/200或20/400的大小。一般来说，字母的整体大小是四肢宽度的五倍(图5)。要求受试者把图表从容易看到的地方读到越来越小的字母。图表中被试所能读到的最小的线通常表示视力。每行通常允许有一两个错误。
与兰多特环一样，视敏度被记录为一个分数。图表所处的英尺数(按照惯例为20英尺[6米])成为分子。分母是包含最小字母的那一行，其中除两个字母外所有字母都能正确读取。有时，尤其是在欧洲和世界其他地方，视力被记录为小数。十进制敏度表示法表示视角的倒数(以分钟为单位)或分数Snellen表示法的数值。例如，1的视敏度。0等于20/20(6/6)和0的1。5是20/40 (6/12)
如果分辨率比20/20线更清晰，这个符号仍然保持标准特性。假设它的最小分辨角是0.75分钟的弧线——也就是说，在20英尺的高度，他可以分辨出一个字母的轮廓。3毫米，整体尺寸为6毫米。5毫米。这样的字母在15英尺(4英尺)处有1分弧的间隙。在这样的距离下，用1分钟的弧分辨率就可以解决。然后受试者的视力被称为20/15或6/4.5。
图5.20/20 snellen 字母“E”
早期治疗糖尿病视网膜病变研究图表
当需要精确的数据时，视敏度的标准化是困难的。标准斯涅伦视力表(图6)包含以几何或对数意义上的线性大小级数彼此不相关的字母行。以前的图表的主要缺点是不一致的增加从一行到另一行的字母大小。例如，从20/20行到20/25行与从20/25行到20/30行是不同的。此外，字母表中的所有字母都不是同样易读的。某些字母(C, D, O, G, E)天生就比其他字母(A, J, L)更难识别。最后，每行提供不同数量的字母。因此，每行允许一个错误，在不同的视觉敏锐度上有不同的含义。此外，背景和环境照明的可变性和对比度的变化，因为图表的年龄，使它很难真正评估视力随时间的推移和病人之间。因此，研究人员需要一个更加标准化的标准测量视力的方法。这一点在临床试验中表现得尤为明显，在临床试验中，视敏度是在一段时间内测量的，变化代表了研究的结果，或者在临床试验中，在不同位置的几个审查员进行测量。
在20世纪80年代早期的糖尿病视网膜病变研究(ETDRS)中，更多的标准化图表是基于Bailey和Lovi设计的。还审议了国家科学院国家研究委员会(NAS-NRC)远景委员会的建议。ETDRS光箱图如图7所示。ETDRS图表解决了snellen型图表的大部分缺点。每行有五个字母。字母与行之间的间距已经标准化，因此字母之间的间距为一个字母宽，行与行之间的间距与下一行的字母高度相等。信件大小从58个到58个不等。18毫米到2毫米。9
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