对比敏感度检查及其临床意义

对比敏感度检查及其临床意义

人类对视功能的评估多用视力、视野、双眼视功能、光觉、色觉等检查来完成。多年来，多将视力表检查的视力及视野结果作为视功能好坏的定量标准，但人眼的视觉功能不仅包括分辨高对比度的小目标的能力，还包括对各种点线与空白间明暗程度差别（即对比度或反差）的分辨能力，后者即对比敏感度（Contrast sensitivity , CS ）。CS能更全面地评估视觉系统的形觉功能特点，是一种新的形觉功能定量检查方法。在视觉系统的心理物理学和电生理学研究中占有重要地位，而且其检查有助于认识到某些疾病的视觉异常，从而有利于其诊断。

一、发展简史

1935年LeGrand提议利用干涉条纹作为视力测定的视标，限于当时的科技水平，未能如愿。

1956年Schade首先提出对比敏感度，将空间光栅用于分析视觉系统的信息传递特性。

1968年Campbell用示波器产生亮度按正弦分布的光栅，测量了人视觉系统感受不同空间频率的对比敏感度，结果表明人的视觉系统在辨认外界物体时所需的对比敏感度随实际物体的空间频率不同而改变。

1978年Aarden经过大量研究，首先设计了一组光栅卡片，将CS检查用于临床，来认识某些疾病视觉的异常。

以后在此基础上开始已研究人眼的P-VEP的幅值与对比度的关系及用P-VEP测量对比敏感度，使对比敏感度由主观的心理物理学检查发展到客观的视觉电生理检查，从而更有利于疾病的早期诊断。

二、基本原理

1、空间频率特性概要

在电学中，某种频率的正弦电波，经滤波器后，其幅度和相位有所变化，但仍然是同一频率的电波。光学系统（如底片、视网膜）与电滤波器的性质相似，只不过电滤波器是对时间频率的波起作用，而光滤波器是对空间频率的波起作用，也就是说，实质上，光学系统是空间频率滤波器。

在光学上，所谓调制度（即对比度）的定义为：

M=（Imax—Imin）/（Imax+Imin）

其中Imax和Imin分别为物面或象面的最大光强和最小光强。

任何一种图象都可以分解为许多不同空间频率的正弦波（光强按正弦波分布）光栅，即任何一种图象都是由许多不同空间频率光栅叠加而成的。

对于一幅图象而言，如果组成物的某空间频率的调制度为M0（N），通过系统调制度变为M（N），则调制传递函数为

MTF= M（N）/ M0（N）

MTF表示了各种空间频率N的对比度下降程度。

2、视觉系统MTF的基本特性

整个视觉系统可分为两部分：1、使外界物体在视网膜上成象的眼球光学系统（或称屈光系统）；2、对视网膜上的象进行处理和传递，致使大脑产生感觉的视网膜——大脑系统（或称感觉系统）。

整个视觉系统MTF为眼球光学系统MTF和视网膜——大脑系统MTF的乘积，正常人

眼的对比敏感度函数呈倒置的u形或称带通形（band-pass type），在中空间频率时有最高，在低或高空间频率的对比敏感度下降。这表明视觉系统观看粗、细条纹轮廓较困难，而看中等条纹有关。这种特性与视网膜的感受野的侧抑制有关，是视觉图象信息处理的重要特性之一。

3、激光干涉条纹视力（Interference Fringe Visual Acuity , IVA）

以激光干涉条纹作为视标，在视标的对比度为最大值时（M=1），不改变对比度，仅改变空间频率，可测定出人眼视力分离阈值（能识别的视标最小到何种程度），为了区别通常所说的视力，称之为干涉条纹视力，简称为IV A。

空间频率同现行视力表视标的关系如下：视力表以识别1分视角视标时的视力规定为1.0，如果能分辨的空间频率是30周/度，此时条纹每划（半周）所对应的视角正好为1分。所以能分辨的最高空间频率的1/30，就可看成同视力表所对应的视力。

4、多通道理论

依据CSF特性，联系视觉系统的解剖结构及生理功能，Campbell等提出了与视觉信息处理机构有关的多通道理论（multiple channels），即在视觉系统中，可能存在着多个相互独立的空间信息传递“通道”，这些通道选择性地对较窄范围带的空间频率（一定视角内明暗相间的条纹数目）敏感，它们在视网膜上有不同的感受野。对脊椎动物的视网膜研究表明：至少存在三种不同的神经节细胞：（1）X细胞（持续细胞）其轴突细，持续放电约为1min，传导速度为20m/s，对小光斑及慢刺激反应好；（2）Y细胞（瞬时细胞）轴突粗，持续放电约为1sec，传导速度为40m/s，对大光斑及快刺激反应好；（3）W细胞轴突较X、Y细胞要细，主要投射至中脑上丘，与控制运动、朝向选择、对比变化检测等感受野有关。在视路中，神经节细胞各亚群的活性在不同空间频率上也不相同。其中黄斑中心凹处视觉最敏锐，该处加工处理的信息不仅包括高空间频率，还几乎包括其它空间频率，而视网膜周边部则只处理低空间频率的信息。

每一空间频率均有对比度阈值，即人眼所能分辨的最低对比度，当对比度低于此阈值时，条纹间隙即成为一片均匀的灰色，人眼就不能分辨出条纹来。此阈值对比度的倒数即称对比敏感度。阈值越低，则CS 越高。在此理论基础上将不同空间频率作为横坐标，将条纹与空白之间亮度的对比度作为纵坐标，即将视角与对比度结合起来，测定人眼对各种不同空间频率的图形所能分辨的对比度，从而得出对比敏感度函数（Contrast sensitivity functional ，CSF）。

三、检查方法及其影响因素

（一）对比敏感度的检查方法有以下几种：

1、正弦波条纹显示器最早使用的正弦波条纹是用电子示波器显示的，后来用计算机控制的显示仪来显示，但价格较高，近年来改用电视屏显示正弦波条纹的方法则较经济。

2、Aarder光栅图片1978年Aarder首先研制并用于临床，每套7张图片，1张为示范，1——7张的空间频率依次增加，分别为0.2、0.4、0.8、1.6、3.2和6.4周/度。此方法价格低，且图片易携带，科研、临床均可用。整个图由A、B、C、D、E5个空间频率组成，每个空间频率上的图片再按对比度的不同依次分为9个等级。检查的时候先调整好光的亮度，依次检查每个空间频率。

3、投射式光栅简易装置Aarder光栅图片具有高精确度的特点，但不能测试更高的空间频率，投射式光栅简易装置弥补了Aarder光栅图片法的不足。我国温州产的MTF即在此基础上研制。

（二）影响检查的因素

1、光栅的方向

2、光栅的宽度和长度