文 齊 備

上海齊備視光學(xué)研究所

1 近用視力略論

1.1 近視力的定義

雞鳴破曉，日出東方，一覺夢回，雙眼微啟，每一個人都看見了人間萬物，因為陽光照耀在眼前每一件物體上，發(fā)光體或者反光體都能在人眼的視網(wǎng)膜上成像，被人們所看見并感受。晨起的第一件事也許是戴上眼鏡，也許是看時鐘，然后是穿衣穿鞋、洗臉?biāo)⒀馈︾R梳妝、剃須修面，享用早餐，然而有誰想到你無時無刻不在使用近用視力呢？人自出生以來，就能時時刻刻看見遠(yuǎn)遠(yuǎn)近近、林林總總、大大小小的想看的或不想看的各種事物和現(xiàn)象，然而有誰想過你看到的目標(biāo)有遠(yuǎn)有近、有前有后，你的視覺功能可分為遠(yuǎn)視力和近視力呢？

黃昏日暮，夕陽西下，年近半百，燈下秉讀，人們開始體會了什么是近視力。戴一副老花鏡，眼前的電腦屏幕、手機(jī)或電子書頓時變得明亮清晰，宛若水洗。近讀之余，舉目四顧，一時朦朧飄渺，摘下老花鏡，遠(yuǎn)處的景物原形立現(xiàn)，細(xì)節(jié)分明，于是人們進(jìn)一步感受了什么是遠(yuǎn)視力。其實目標(biāo)無分遠(yuǎn)近，視力同樣并無遠(yuǎn)近，因為無限遠(yuǎn)的目標(biāo)你是看不見的，你能看到的目標(biāo)只有相對你的距離遠(yuǎn)近不同，何謂之遠(yuǎn)？又孰稱為近？只是在長期的視光學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)：人眼在注視5m以外的目標(biāo)物，看近時所發(fā)生的生理反應(yīng)很小，甚至可以忽略，因此將注視5m以外目標(biāo)物的視力定義為遠(yuǎn)視力，注視5m以內(nèi)目標(biāo)物的視力就定義為近視力。

1.2 近視力的生理概述

遠(yuǎn)視力和近視力有何不同呢？在注視近目標(biāo)時，雙眼會產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，至少包括調(diào)節(jié)、集合、瞳孔縮小等，近目標(biāo)影像則發(fā)生尺寸大小、顏色和清晰度、視差和像差等變化。

(1）光與視覺 人的眼睛之所以能解讀宇宙，是因為視細(xì)胞具有感光功能，視細(xì)胞上的光敏化學(xué)物質(zhì)將光的能量轉(zhuǎn)換成生物電能，經(jīng)由視路傳導(dǎo)至中樞的視覺分析器，使人感受到光的存在。發(fā)光體（luminary）分為光源和反光介質(zhì)兩大類，自身可發(fā)光的物質(zhì)稱為光源 (illuminant），能不同程度地將光源所發(fā)出的光反射的物質(zhì)稱為反光介質(zhì)（reflect medium）。自然界能夠自身發(fā)光的物質(zhì)很少，主要是太陽和電燈等，人眼所看到的目標(biāo)物絕大多數(shù)是反光介質(zhì)。

將反光介質(zhì)適當(dāng)放大，發(fā)現(xiàn)所有的反光介質(zhì)目標(biāo)物都是由無數(shù)個反光點點陣而組成的。若將每一個反光點看作一個點狀光源，點狀光源發(fā)出的光即形成以光源為中心的同心球面，稱為波陣面（wavefront），光線（light）實質(zhì)上是垂直切割波陣面的直線，距離點光源近的波陣面很彎，距離點光源遠(yuǎn)的波振面則接近于平面（圖1-1）。

圖1-1 近波陣面遠(yuǎn)波陣面的對照

相鄰的若干光線的組合稱為光束，相鄰光線走向分散的光束稱為散開光束（divergence light beam），任何發(fā)光體所發(fā)出的光都應(yīng)該是散開光束，由于距離發(fā)光體近的波陣面很彎，垂直切割波陣面的直線呈分散狀態(tài)，故視光學(xué)稱距離發(fā)光體5m以內(nèi)的光束為散開光束。而無限遠(yuǎn)的光源發(fā)出的光線，例如太陽光線的散開屬性幾乎可以忽略，因此將太陽光近似地看成平行光線。距離發(fā)光體5m以外相鄰光線的分散性質(zhì)漸弱，因此同樣可以忽略其分散性質(zhì)，稱之為平行光束（圖1-2）。相鄰光線永不相交的光束稱為平行光束（parallel light beam）。

相鄰光線向空間目標(biāo)會聚的光束稱為集合光束（convergence light beam）。自然界不存在天然的集合光束，只有通過凹面鏡和凸透鏡才可能獲得集合光束。

圖1-2 散開光束與平行光束的對照

(2）眼的屈光系統(tǒng)維持良好視覺的基本條件包括眼屈光系統(tǒng)的透明，可容許目標(biāo)物發(fā)出的光線通過；目標(biāo)物光線經(jīng)眼屈光系統(tǒng)會聚后所成的影像恰好與視網(wǎng)膜相重合；視網(wǎng)膜、視路和視中樞等視覺分析器具備正常功能，能夠?qū)⒂跋袼鶄鬟_(dá)的生物光電信息準(zhǔn)確地還原為視覺感受。影響近視力的主要因素為眼屈光系統(tǒng)對于近目標(biāo)光線的會聚量能否使近目標(biāo)影像與視網(wǎng)膜銜接。

眼的屈光系統(tǒng)由角膜、房水、晶狀體和玻璃體等屈光介質(zhì)組成，其中起到屈光作用的主要為角膜（cornea）、房水（aqueous humor）和晶狀體（lens）。

角膜的厚度很薄，約為0.5mm左右，前后表面近似平行弧面，光線通過角膜幾乎不折射，僅發(fā)生移位，角膜的主要屈光作用有賴于藉自身的彎曲包容房水，形成平凸透鏡，產(chǎn)生約40.00D～45.00D屈光焦力，約占眼的總屈光焦力的70%～75%（圖1-3）。

圖1-3 角膜的屈光

角膜的屈光焦力可計算如下：

式中D為角膜焦力，r為角膜的前曲率半徑，n為角膜和房水的綜合折射率。

例1：設(shè)角膜前曲率半徑為8mm，角膜和房水的綜合折射率為1.3375，求角膜的屈光焦力。

晶狀體核心密度高，折射率較大，平均折射率約為1.406，前方和后方的房水、玻璃體的折射率約為1.336。后表面比前表面彎，曲率半徑約為6mm，前表面在看遠(yuǎn)時曲率半徑約為10mm，在看近時發(fā)生調(diào)節(jié)，前曲率半徑適度變彎，藉以增加焦力。晶狀體依靠自身的彎曲度和與前后屈光介質(zhì)的折射率差異產(chǎn)生約16.00D～20.00D屈光焦力，約占眼的總屈光焦力的25%～30%（圖1-4）。

圖1-4 晶狀體的屈光和眼的屈光系統(tǒng)

例2：設(shè)晶狀體前曲率半徑為10mm，晶狀體后曲率半徑為6mm，折射率為1.406，房水、玻璃體的折射率約為1.336，求晶狀體的焦力。

眼屈光系統(tǒng)的焦力包括角膜約為40.00D～45.00D、晶狀體約為16.00D～20.00D，全部焦力約為56.00D～65.00D，平均約為58.00D，眼的屈光系統(tǒng)可看成由角膜和晶狀體組成的準(zhǔn)共軸系統(tǒng)，在注視近目標(biāo)時，根據(jù)近目標(biāo)的距離注視眼會產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)，屈光系統(tǒng)的焦力會適量增加。

(3）散開光束與眼的調(diào)節(jié)如圖1-4所示，眼的屈光系統(tǒng)大致為角膜向前凸起，晶狀體向后凸起的雙凸透鏡（biconvex lens）。由于遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)光點的波陣面較平坦，垂直于波陣面的光線近似于平行光束，平行光束入射凸透鏡發(fā)生折射后與主光軸的交點稱為主焦點（principal focus）。注視眼在看遠(yuǎn)時眼的屈光系統(tǒng)的靜態(tài)焦距必須與眼的后前軸長度相匹配，若注視眼存在近視、遠(yuǎn)視或散光等屈光不正，則眼屈光系統(tǒng)的總焦力就不能將入眼平行光束所形成的主焦點送達(dá)視網(wǎng)膜，矯正的方法是配戴矯正眼鏡，即采用光學(xué)透鏡的聚散度補(bǔ)償眼屈光系統(tǒng)的異常量值，使鏡-眼聯(lián)合屈光系統(tǒng)的焦距與眼的后前軸長度相契合。矯正眼鏡的焦度計算如下：

式中Dl為矯正眼鏡焦力，n玻璃體的折射率，d眼的后主焦距，De為眼屈光系統(tǒng)的總焦力。

例3：設(shè)眼的屈光系統(tǒng)總焦力為58.00D，眼的后主焦距為24.3mm，玻璃體的折射率為1.336，求補(bǔ)償眼鏡的量值。

討論近視力的基礎(chǔ)是遠(yuǎn)視力基本正常，即遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)出的平行光束可以在視網(wǎng)膜上結(jié)像。此時將目標(biāo)移到近距離，注視眼所產(chǎn)生的生理反應(yīng)完全是由于近目標(biāo)誘發(fā)的，即注視眼在看近時不受眼的屈光不正的干擾。

設(shè)：遠(yuǎn)平行光束自左側(cè)入射3.00D凸透鏡，若不受其他因素的干擾，應(yīng)該在凸透鏡右側(cè)主光軸0.33m處結(jié)為主焦點，透鏡的主焦點只有一個。一發(fā)光點位于3.00D凸透鏡左側(cè)主光軸1m處，則在凸透鏡右側(cè)主光軸0.5m處結(jié)為焦點，若光點位于凸透鏡左側(cè)主光軸0.5m處，則在凸透鏡右側(cè)主光軸1m處結(jié)為焦點，由于近發(fā)光點的位置不定，焦點的位置不定，故近發(fā)光點的焦點有無數(shù)個，稱為尋常焦點（圖1-5）。

圖1-5 遠(yuǎn)平行光束與近發(fā)光點入射凸透鏡的對照

將眼屈光系統(tǒng)大致看成凸透鏡，遠(yuǎn)平行光束入射注視眼，若不受屈光不正的干擾，應(yīng)該在注視眼的視網(wǎng)膜上結(jié)像。將注視目標(biāo)移至近距離，由于近目標(biāo)的發(fā)光點波陣面較彎曲，垂直于波陣面的光線近形成散開光束，如圖6所示，散開光束入射注視眼則在視網(wǎng)膜后方形成焦點，發(fā)光點距離注視眼越近，對于注視眼發(fā)出的散開度越大，焦點像向視網(wǎng)膜后方移位的距離越遠(yuǎn)，發(fā)生近離焦（near deviate focus）現(xiàn)象。此時就需要注視眼根據(jù)近目標(biāo)的距離產(chǎn)生恰到好處的調(diào)節(jié)，增加晶狀體的會聚度，消解近目標(biāo)的散開度。因此調(diào)節(jié)需求的量值等于近目標(biāo)光線的散開度，可計算如下。

式中Da為調(diào)節(jié)需求，d為注視距離。

例4：設(shè)近目標(biāo)位于眼前25cm，求為看清該目標(biāo)眼的調(diào)節(jié)需求。

圖1-6 注視近目標(biāo)時眼的調(diào)節(jié)反應(yīng)

(4）近三聯(lián)反射注視近目標(biāo)時，調(diào)節(jié)需求的動員是顯而易見的。其實雙眼集合同樣重要，因為人有雙眼，若在看近時雙眼的視線不能準(zhǔn)確地指向注視目標(biāo)，則雙眼所看到的目標(biāo)像就不能精確地整合為同一影像，從而發(fā)生雙眼復(fù)視，故而在動員調(diào)節(jié)解決近離焦的同時，必須動員集合解決近融像的問題。在調(diào)節(jié)和集合反應(yīng)的同時還發(fā)生瞳孔縮小反應(yīng)，注視近目標(biāo)時瞳孔縮小，可以使近目標(biāo)影像具有較大的景深，在注視近目標(biāo)時可利用近景深減少一定量的調(diào)節(jié)和集合的需求量，緩解看近時的注視疲勞，被稱為生理性的調(diào)節(jié)滯后和生理性的外斜視。在注視近目標(biāo)時，通常調(diào)節(jié)、集合和瞳孔縮小是同時發(fā)生的，興奮度量值相對應(yīng)，受副交感神經(jīng)控制，稱為近三聯(lián)反射。

1.3 近視力問題的分類

說到近視力人們常聯(lián)想到老花眼，其實近視力所誘發(fā)的問題遍及整個人群，只是不如老視導(dǎo)致的生活不便那么明顯。通常將近視力問題分為老視和非老視近視力異常兩類。

(1）老視 40歲以后，人們在看近時發(fā)生頭痛眼脹，稱為調(diào)節(jié)疲勞。在初看近時，短時間不能看清，稱為調(diào)節(jié)遲鈍；后來發(fā)展為近讀以后，短時間看遠(yuǎn)一片模糊，稱為調(diào)節(jié)痙攣。一般認(rèn)為老視發(fā)生于40歲以后，實則調(diào)節(jié)衰退幾乎貫穿于人的一生，當(dāng)調(diào)節(jié)中樞發(fā)育完成后，人的調(diào)節(jié)力即開始逐年衰退，圖1-7所示為年齡與調(diào)節(jié)功能的相關(guān)曲線，可以看出10歲的兒童平均調(diào)節(jié)力為15.75D，調(diào)節(jié)近點距離為6.5cm，而20歲的青年平均調(diào)節(jié)力為13.00D，調(diào)節(jié)近點距離為7.7cm，這一近用清晰點的移遠(yuǎn)很難引起人們的關(guān)注。

圖1-7 年齡與調(diào)節(jié)功能的相關(guān)曲線

人們的習(xí)慣注視距離為25～40cm，調(diào)節(jié)需求約為2.50D～4.00D。研究證實，在看近時必須保留1/2至1/3的調(diào)節(jié)力作為調(diào)節(jié)儲備，才能避免近讀帶來的調(diào)節(jié)疲勞。人在40歲時，調(diào)節(jié)力的平均低值為5.00D，其中2.50D為儲備調(diào)節(jié)，可用調(diào)節(jié)只有2.50D，在習(xí)慣注視距離為25～40cm近讀，調(diào)節(jié)需求均≥2.50D。注視眼只有2.50D可用調(diào)節(jié)是不夠的，為避免調(diào)解疲勞，只好將閱讀物放置于40cm以外。年齡超過40歲，調(diào)節(jié)功能進(jìn)一步衰退，可用調(diào)節(jié)不足2.50D時只有尋求老視眼鏡補(bǔ)充可用調(diào)節(jié)。

(2）非老視近視力異常 非老視近視力異常的范圍很廣，種類繁雜。由于不能集中形成某個多發(fā)病種，常被忽視。有史以來，人類生存方式以看遠(yuǎn)人群為主，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品迅猛介入人類生活，且在繼續(xù)發(fā)展。從電腦辦公到上網(wǎng)，從電子郵件到微博，從手機(jī)到電子書，從平板電腦到電子相機(jī)，無一不在使用、消耗和考驗著近用視力。近用視力的使用比例，從15年前的50%～65%銳增至80%～95%，近視力問題變得異常尖銳。過去眼科醫(yī)生和驗光師常常忽略的問題現(xiàn)在均暴露出來，例如以往很多年兒童弱視的診斷都是以遠(yuǎn)視力為標(biāo)準(zhǔn)，而弱視訓(xùn)練則主要是強(qiáng)化鍛煉近視力，并未引起驗光人員的深思。一個人戴著遠(yuǎn)用眼鏡長時間地近讀，看近時瞳距和散光軸位的改變不適應(yīng)遠(yuǎn)用眼鏡，繼而導(dǎo)致視近困難同樣未引起驗光師的重視。

非老視近視力異常大致可以分為調(diào)節(jié)功能異常，包括調(diào)節(jié)不足、調(diào)節(jié)維持不良、調(diào)節(jié)靈活度不良、假性集合不足和調(diào)節(jié)超前等；集合功能異常，包括集合不足、集合過度、融像性集合功能低下等。

4.近視力的衍生史 通常認(rèn)為功能是進(jìn)化的選擇，也就是說動物眼睛的視覺功能是在進(jìn)化的過程中根據(jù)生存的需要逐步改進(jìn)的。例如最原始的眼睛僅僅能夠感受光線，后來的眼睛能夠分辨光線的明暗度，當(dāng)有了瞳孔以后，開始能定位光線的方向，并且能依靠小孔成像的原理感受外界的目標(biāo)影像。當(dāng)最早的魚類和鳥類的眼睛出現(xiàn)了晶狀體以后（圖1-8），外界目標(biāo)影像的清晰度和亮度都獲得了大大的提高，因此只有當(dāng)眼睛內(nèi)出現(xiàn)了晶狀體，才能算是真正意義上的眼睛。

圖1-8 魚類和鳥類的晶狀體

當(dāng)動物有了視覺質(zhì)量較好的眼睛以后，開始試圖用眼睛來注視遠(yuǎn)近不同距離的目標(biāo)，但是動物注視近距離目標(biāo)的方式與人類大不相同。最早是蛇類在看近時，采用眶周組織擠壓眼球，使玻璃體內(nèi)壓力升高使眼睛變得細(xì)長，眼底向后移動來接受近目標(biāo)在視網(wǎng)膜后方的形成的影像，從而看清近目標(biāo)。以后是鳥類和家禽類在看近時，適量使眼睛的前表面向外凸出，依靠增加角膜對于光線的會聚力來看清近目標(biāo)。再后來是魚類在看近時，將晶狀體向前移位，使晶狀體對于眼底顯示更大的會聚力來看清近目標(biāo)。魚的看近方法對于人類的看近功能有所啟發(fā)，人類在看近時除了晶狀體向前移動，同時晶狀體表面變得凸起，這樣看近時的視覺質(zhì)量和效率都大大地提高了（圖1-9）。

圖1-9 蛇類、鳥類、魚類和人類看近時的差異

哺乳類動物的睫狀肌發(fā)育較為健全，開始有了真正意義上的調(diào)節(jié)，食草類動物眼睛的調(diào)節(jié)功能較為發(fā)達(dá)，馬眼的調(diào)節(jié)力可以達(dá)到15.00D。嚙齒類動物眼睛的調(diào)節(jié)功能則不夠強(qiáng)大，家貓眼睛的調(diào)節(jié)只有1.00D，因此貓的遠(yuǎn)視力較好，在看近時則是十足的老花眼，主要是靠高度縮小瞳孔增加景深來注視1m以內(nèi)的近目標(biāo)（圖1-10）。

圖1-10 馬和家貓看近的比較

（未完待續(xù)）