第３１卷第６期 Ｖｏ１．３ｌ Ｎｏ．６ 济宁学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ２０１０年１２月 Ｄｅｃ．２０１０ 文章编号：ｌ０Ｈ０４一ｌ８７７（２０ｌＯ）Ｏ６—Ｏ¨０１５—０３ 基于波前像差的人眼视网膜 像调制度和对比敏感度测定 王 伟 （济宁学院物理与信息工程系，山东曲阜２７３１５５） 摘要：提出了一种计算复色光下人眼视网膜空间像调制度ＡＩＭ的方法．利用Ｈａｒｔｍａｎｎ—Ｓｈａｃｋ波前传 感器测量的波前像差数据，求得眼睛光学系统的调制传递函数ＭＴＦ，利用ＣＳＶ一１０００测试仪和ＶＡＦ一１０００视 力仪分别测量同一只眼睛的对比敏感度函数ＣＳＦ以及视力ＶＡ，由ＭＴＦ，ＣＳＦ，以及ＶＡ之间的关联获得复色光 下人眼视网膜空间像调制度ＡＩＭ曲线．结果表明：视网膜ＡＩＭ曲线与眼光学系统的ＭＴＦ无关，并且正常人眼 （无视网膜疾病）的ＡＩＭ值相近，因此多眼ＡＩＭ曲线的统计平均值可以作为标准．文中演示了基于波前技术和 标准ＡＩＭ曲线的对比敏感度ＣＳＦ的测定，它具有快速和客观测量的特点． 关键词：调制传递函数；对比敏感度；视力；视网膜空间像调制度 中图分类号：Ｒ７７９．６３ 文献标识码：Ａ 制 传 递 函 数： ＭＴＦ （Ｘ， Ｙ） ＝ １ 引 言 Ｊ（ｘ ，Ｙ ）Ｐ （Ｘ ｘ，Ｙ 一Ｙ）ｄｘ ｄｙ ｆ．然后，利用ＣＳＶ一 １０００测试仪 测量对比敏感度函数．本测试装置包括四 目前在临床上评价视功能的主要指标是视力（ＶＡ）和 组正弦光栅条纹，对应的空间频率分别为３、６、１２和１８ 对比敏感度函数（ＣＳＦ）．与视力相比，对比敏感度能提供 周／度；每组光栅条纹均有８个不同的对比度．利用ＶＡＦ 视觉功能的更多信息，有助于某些眼病的早期发现 ．然 一１０００视力测量仪测量其视力ＶＡ，它所对应的空间频率 而这种对比敏感度函数（ＣＳＦ）的测定却仍是传统的主观 为：ｆｍ＝ＶＡ ３０（ｃ／ｄｅｇ）．由此即可获得复色光下该眼睛 测量技术，不仅测试速度慢，而且依赖于客体的主诉，更重 的视网膜空间像调制度． 要的是它不能满足新视觉工程的要求．研究已知，利用眼 我们对所选择的六只眼睛分别进行波像差及对比敏 波前数据与视网膜空间像调制度曲线（ＡＩＭ）的关联可获 感度的测量．其ＭＴＦ曲线如图１所示，横坐标为空间频 得对比敏感度函数．现代波前像差技术具有速度快、精度 率，纵坐标为ＭＴＦ值．曲线Ａ—Ｆ分别表示视力为０．８、】． 高和客观性的特点；因此，只要获得视网膜空间像调制度 ０、１．２、１．４、１．５和１．７的六只眼．由图中曲线可以看出， 曲线，就能根据眼波前像差数据求得对比敏感度函数． 随着视力的增加，ＭＴＦ曲线随之升高． 近年来，已有学者运用相干技术测得了单色（准单色） 光下的视网膜空间像调制度 ’ ，这种测量方法获得了视网 膜一大脑系统的视觉信息．但是人眼看到的通常都是复色 光世界，该技术并不能给出人眼对复色光世界的反映．本 文就是针对复色光下人眼的视网膜视觉信息展开的． ２波前技术的ＡＩＭ测量 首先，利用Ｈａｒｔｍａｎｎ—Ｓｈａｃｋ波前传感器４，５ｊ测量人 眼波像差；由波像差构造瞳函数：Ｐ（ｘ，Ｙ）＝Ｐ（ｘ，Ｙ）ｅｘｐ［ｉＷ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｃｒａｇ） （Ｘ，Ｙ）］；其中Ｐ（Ｘ，Ｙ）为光瞳大小．由此可进一步获得调 图１ 眼光学系统的调制传递函数ＭＴＦ曲线 收稿日期：２０１Ｏ—＿０９—３０ 作者简介：王伟（１９７８一），女，山东汶上人，济宁学院物理与信息工程系副教授，博士，主要从事视光学研究 基金项目：山东省自然科学基金项目（Ｑ２００８ＧＯ４）；济宁学院院级项目（２００８ＫＪＬＸ０５） 一１５— 对比敏感度函数ＣＳＦ曲线是以空间频率的对数形式 为横坐标，以ＣＳＦ的对数形式为纵坐标来表示的，如图２ 所示．曲线在高空间频率端与Ｙ＝０的直线交于一点，表 最高视力的眼睛Ｆ对应的视网膜ＡＩＭ曲线也并非最低； 视网膜ＡＩＭ曲线最高的是视力为１．２的眼睛Ｃ．这说明 ¨ ¨ 人眼视网膜ＡＩＭ曲线和视力之间并不存在直接的关联， 也即与ＭＴＦ无关联． 明只有在１００％对比度下，正弦波条纹才能被人眼分辨出 来，这一点对应于视力ＶＡ．由图中曲线可以看出，当视力 较高时，对应的对比敏感度函数曲线也较高，比如眼睛Ｅ、 Ｆ；但也存在例外，比如眼睛Ｂ，其视力虽然低于眼睛Ｄ，但 对应的ＣＳＦ曲线却略高于眼睛Ｄ． Ｉｎ［Ｆ（ｄｄｅｇ）］ 图２ 实验所测对比敏感度函数ＣＳＦ曲线 Ｏ ｛０ ２０ ３Ｏ ４Ｏ ５０ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｃ／ｄｅｇ） （ ） Ｓｐａｔｉａｌ ＦｒｅＱｕｅｎｃｙ（ｃ／ｄｅｇ） （ｂ） 图３ 每只眼对应的视网膜空间像调制度ＡＩＭ曲线 根据各空间频率下相应的ＭＴＦ数值以及对比敏感度 函数值，通过相除运算，即可获得复色光下相应空问频率 处的视网膜ＡＩＭ数据，如图３（ａ）所示．图中的横坐标和 纵坐标分别表示空间频率和相应的视网膜空间像调制度 ＡＩＭ数值．可以看出，虽然这６只眼的ＭＴＦ曲线（图１）和 ＣＳＦ曲线（图２）都有一定差异，但其视网膜ＡＩＭ曲线却十 分接近；并且，同一只眼ＡＩＭ数值总是随着审问频率的增 大而增大，并且空间频率越大，ＡＩＭ数值增加越快．我们 再来看低频下的ＡＩＭ特性（图３（ｂ）），可以看出，眼睛Ａ 的视力最低，但所对应的视网膜ＡＩＭ却并非最高；而具有 一】６一 Ｉｎ［Ｆ（ｃ／ｄｅｇ）］ 图４计算所得对比敏感度函数ＣＳＦ曲线 ３波前技术的ＣＳＦ测定 基于波前技术的对比敏感度函数的测定，首先要确定 出视网膜ＡＩＭ的标准曲线（无视网膜和视神经疾病的正 常眼ＡＩＭ的统计平均）．本文的标准ＡＩＭ数据取自于 １９９０年Ｓｍｉｔｈ处 ．根据标准ＡＩＭ数据和图１的ＭＴＦ曲 线，我们获得了每只眼睛的对比敏感度函数曲线，如图４ 所示．可以看出，图中各对比敏感度函数曲线的变化趋势 与图２实测结果相似．由于仅利用波前像差的数据，因此 这种测量对比敏感度的技术具有快速和客观的特点． ４结 论 本文利用同一只眼睛的ＭＴＦ曲线和ＣＳＦ曲线的关 联，获得相应空间频率下的视网膜ＡＩＭ数值，根据视力获 取它所对应的空间频率处的ＡＩＭ数值，由此得到不同个 体眼的视网膜ＡＩＭ曲线．结果证明，视网膜空间像调制 度ＡＩＭ曲线与眼光学系统的ＭＴＦ（或视力ＶＡ）无关，无视 网膜病变的正常人眼视网膜ＡＩＭ是相近的，因此可以通 过计算多只正常眼的ＡＩＭ曲线，取其统计平均值作为正 常人眼ＡＩＭ的标准曲线，用来评判人眼视网膜及视神经 疾病．根据ＡＩＭ标准曲线，仅测定波前像差数据，即可获 得相应的对比敏感度函数，这种测量对比敏感度的技术具 有快速和客观的特点． 参考文献： ［１］李凤鸣主编．眼科全书［Ｍ］．北京：人民卫生出版社，１９９６： ７６１． ［２］王玲，金成鹏．视网膜到大脑系统视力检测技术及其临床应用 ［Ｊ］．生物医学工程与临床．２００５，９（１）：４９—５２． ［３］周传清，金成鹏，刘晓玲等．微机控制激光视网膜ＭＴＦ测定技 术的研究［Ｊ］．眼视光学杂志．２０００，２（３）：１５９—１６１． ［４］Ｌｉａｎｇ Ｊ，Ｇｒｉｍｍ Ｂ，Ｇｏｅｌｚ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｔｅｎｔ，３５１／２３９，Ｎｏ ４３６５８７３，１９８２． ｗａｖｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ ｗｉｃｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ａ Ｈａｒｔｍａｎｎ— ［７］Ｍｏｕｏｒｏｕｌｉｓ Ｐ．Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｎｇｉ Ｓｈａｃｋ ｓｅｎｓｏｒ．Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，１９９４，１１：１９４９—１９５７． ｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ—Ｈｉｌ１ １９９９，２７８— ２８０． ［５］Ｌｉａｎｇ Ｊ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｄ．Ｒ．Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｔｉｎａｌ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ．Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，１９９７，１４：２８７３— ２８８３． （责任编辑程杰） ［６］Ｇｉｎｓｂｕｒｇ．Ｓｐａｔｉａｌ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｅｓｔ ｃｈａｒｔ．ＵＳ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＩＭ ａｎｄ ＣＳＦ ｏｆ Ｅｙｅｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｗａｖｅ——Ｆｒｏｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕｆｕ ２７３ １ ５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ｉ Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＩＭ）ｏｆ ｈｕｍａｎ ｒｅｔｉｎａ ｆｏｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｗａｖｅ—ｆｒｏｎｔ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗｉｔｈ ａ Ｈａｒｔｍａｎｎ—Ｓｈａｃｋ ｗａｖｅ—ｆｒｏｎｔ ｓｅｎｓｏｒ．ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｉＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＳＶ一 １０００ ａｎｄ ｔｈｅ ＶＡＦ一１０００，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＳＦ）ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ（ＶＡ）ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｅｙｅ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ＡＩＭ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｒｅｔｉｎａ ｆｏｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＭＴＦ ａｎｄ ＣＳＦ．ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ＭＴＦ ａｎｄ ＶＡ．Ｔｈｅ ＡＩＭ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｒｅｔｉｎａ ｉＳ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｆ ＭＴＦ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ＡＩＭ ｆｏｒ ｎｏｒｍａｌ ｅｙｅｓ（ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｔｉｎａ ｄｉｓｅａｓｅ）ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ，ＳＯ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｅｙｅｓ ｃａｎ ｂｅ ａ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ｒｅｔｉｎａ ＡＩＭ．Ｔｈｅ ＶＡ ａｎｄ ＣＳＦ ｖａｌｕｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＩＭ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗａｖｅ—ｆｒｏｎｔ ａｂｅｎ＇ａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｏｂｊｅｃｔｉｖｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）；ｃｏｎｔｒａｓｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ（ＣＳ）；ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ（ＶＡ），ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＩＭ）
