讲者：程德文教授
单位：北京理工大学
近视防控，靠眼科医生的努力远远不够。目前正有一大批跨学科的人才着眼于近视管理，从光学技术等多个纬度探索近视管理的新技术，北京理工大学程德文教授堪称其中典范。本次特别邀请程教授为我们带来了《以光之名，护航眼健康——光成像理论解析》，欢迎大家学习，共同探索近视防控新知～
眼球光学结构与视网膜特性
眼睛是一个整体的相机系统，可以通过改变晶状体的形状来调节焦距。看近时，物体反射的光线呈放射状，此时，睫状肌可以让晶状体变厚，折射光线，并拉长眼轴，使光线聚焦在视网膜上，形成清晰的物像。
看远时，光线接近平行，此时，睫状肌会让晶状体变薄，缩短眼轴，使光线依然能聚焦在视网膜上。
近视眼：无矫正情况下，像聚焦在视网膜前方，分为两类：轴性近视和曲率性近视。远视眼：无矫正情况下，像聚焦在视网膜后方。
人眼对比度敏感函数（contrast sensitivity function，CSF）：人眼视网膜从中心到边缘以及对不同的空间频率、看物体的细节以及光照环境的大小不同的情况下，人眼对比度的敏感曲线是不一样的，最终体现出来是如图所示的曲线。
光成像理论解析：离焦+对比度+看远
目前，主流的近视防控理论体系包括近视离焦、低对比度、光学望远及眼肌训练。接下来逐一介绍：
➡ 离焦
1、近视离焦和对比度理论
医学研究证实，眼球延长依赖视网膜离焦信号的类型，按照屈光学概念，①焦点落在视网膜前面时成像超前，称为近视性离焦；②落在视网膜后面为成像滞后，称为远视性离焦。
近视眼的视网膜中央呈近视性离焦，而视网膜周边呈远视离焦，周边远视离焦是促进近视眼度数不断增加的主要原因之一。基于光学离焦信号的治疗方法，除了改变光线在视网膜的聚焦，还减少了视网膜对比度信号，疗效可能部分来自对比度信号减少和近视离焦的共同作用而减缓近视发展。
2、光学离焦与散射离焦
光学离焦、漫散射离焦、图像低通滤波离焦都影响未成年人的眼球生长。S. Read等人通过实验证明：人眼能够检测离焦方向，并将视网膜移向焦平面，这与动物实验中观察到的现象一致。
3、单一光学离焦与散射离焦
曾有研究证实：光学离焦可快速改变小鸡屈光状态，戴负透镜可促进眼轴增长，减薄脉络膜；戴正透镜可抑制眼轴增长，增厚脉络膜厚度。漫散射离焦促使眼轴增长，减薄脉络膜厚度。
另一项研究纳入28名年轻成人受试者 （近视眼和正视眼各14名），在单眼 （右眼） 离焦30、60分钟前后测量眼睛生物特征。试验条件：四种不同的单眼散焦条件试验：①对照组 （无离焦）、②近视组 (+3D离焦）、③远视组 (-3D 离焦）和④漫散射离焦 (0.2密度Bangerter滤光片）；对照眼已进行最佳矫正。
结果同样表明：人眼视觉系统能够检测到光学离焦的存在和方向，并改变眼轴长度以将视网膜移向清晰的图像平面。
4、光学竞争性离焦
动物试验证实：竞争性离焦与面积有关，面积大者占主导地位；同等面积时，近视离焦影响更大。
近期温州医科大学附属眼视光医院的姜珺教授发表的研究，采用了随机对照试验，针对6至12岁240名近视儿童，随机分为PLARI组（附加 +3.00D透镜）、NLARI组（附加-3D透镜）和单视（SV）组。主要干预措施为佩戴特定设计的LARI镜片，观察指标包括球镜当量屈光度的变化和眼轴延长情况。结果发现两种特殊设计的正负透镜阵列集成镜片对眼轴和等效球镜度的控制效果非常接近。
5、低通图像滤波离焦
既往研究证实低通滤波和低对比度的视网膜图像会触发眼球过度生长，从而导致多种动物模型出现剥夺性近视。散射器、负透镜及正透镜均会在视网膜图像上充当低通滤镜。那么，当视网膜图像质量较差时，我们的视网膜是如何提取离焦信号来调节眼轴生长的呢？
一项研究共纳入了10名正视眼（平均屈光度为0.0±0.3D）和10名近视眼受试者（平均屈光度为-2.7±0.9 D），受试者分别观看未经过滤、施加了+2.5 D光学离焦量或者计算的离焦（相当于约2.5 D的离焦量）的电影，每次观看电影前后测量眼轴变化。
结果显示：1）在对照组中，观看未经滤过的电影不会导致眼轴发生改变；2）在正视眼中，观看计算离焦的电影会导致眼轴伸长（+9.8±7.6 µm），而观看近视离焦的电影则会导致眼球变短（-8.8±9.2 µm），两者之间的差异具有显著的统计学意义；3）在近视眼中，观看计算离焦的电影会导致眼轴更长（+8.4±9.0 µm）。此外，眼前施加正离焦时，近视眼眼轴也变长（+9.1±11.2 µm）。这种现象在低度近视受试者中尤为显著；4）正视眼和近视眼在观看计算离焦电影都导致眼轴增长，观看近视离焦电影时存在显著的差异。
➡ 对比度理论
低对比度对视觉系统的刺激很弱，可以让眼轴正常生长，光线聚集在视网膜上形成清晰图像。高对比度对视觉系统的刺激非常强烈，容易引起眼轴过度增长，从而导致光线无法聚焦在视网膜上。视网膜中对比度信号的升高会导致近视的出现，如使用电子屏幕阅读，高对比度信号会促使更强烈的双极细胞活动，无论是由于遗传因素还是视觉环境，都有可能促进近视的发展，引起近视增长。
离焦的同时，图像对比度也会降低。对比度略有降低的图像看起来比原始图像更加柔和，而模糊的图像（如近视未矫正时所看到的图像） 的边缘很难分辨、不清晰。
➡ 望远为王
增加看远会减少成像滞后、形成成像超前，有助于视力保护和近视防控。
轴性近视屈光度的增长主要原因是眼轴变长，每增长1mm约增加300度 (-3D)。在不考虑睫状肌和晶体调节的情况下：333mm距离物体汇聚到正视眼视网膜后1mm，与-3D视度对应；285mm距离物体汇聚到正视眼视网膜后1mm，与-3.5D视度对应，成像滞后。
眼轴增长与屈光度的关系：轴性近视屈光度的增长主要原因是眼轴变长，每增长1mm约增加300度 (-3D)。
在不考虑睫状肌和晶体调节的情况下：
▶ 333mm距离物体汇聚到正视眼视网膜后1mm，与-3D视度对应；
▶ 285mm距离物体汇聚到正视眼视网膜后1mm，与-3.5D视度对应——成像滞后。
近距离工作与近视的关系如何量化？
1、DH：量化近距离用眼刺激的参数。
DH= 用眼距离的倒数×时间
每天近眼工作的DH计算公式 ：
DH (每天) = (3×阅读/画画/写字/写作业时长) + (2×电脑/电子游戏/玩具/乐器/手工工艺品时长) +(1×看电视时长)。
通过下表的数据可以看出，使用视远像1小时所需的调节需求（DH) 是近距离书写所需调节需求的1/30。
2、LH（Leads & Lags）：衡量调节超前 / 调节滞后的近距离用眼刺激的参数，越小越好。
LH = 成像超前(Leads) / 成像滞后(Lags) × 时间(Hours)
一项评估近距离工作与近视的量化关系的Meta分析显示：每周近距离工作时间每增加 1 DH，近视发生的可能性增加 2%。工作日每天增加 4 DH，近视发生概率增加 120%。此外，创造成像超前1h，可以中和近距离2h的扣分。
视光产品
程教授团队，从第一性原理出发，开发了一种具有极高灵活性的面型数学描述方法，结合先进的序列光线追迹技术，可快速而精准地实现对DIMS眼镜及角膜塑形镜等眼镜设计和光学特性分析，也可拓展到DOT镜片，实现离焦和对比度的解耦合，进而筛选出绝佳设计方案，并可实现对加工的建议指导。
程教授用深厚的理论知识对OK镜、DIMS、DOT、远像等视光产品光成像理论进行了详细解析，通过以下视频可进行完整学习：
总结：
1. 近视防护关键：舒适用眼、控制眼轴长度、降低对比度、增厚脉络膜；
2. 近视防护手段：OK镜、多点离焦微透镜、DOT镜、AR眼镜、远像；
3. 近视离焦核心因素：
眼睛屈光状态、瞳孔大小
离焦区域大小、方向、阈值、排布方式
视网膜离焦区域位置
4. 低通滤波图像、毛玻璃散射离焦眼睛无法判别 。
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THE END
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