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，需要跨学科的融合。北京理工大学程德文教授在光学领域做了极多的贡献，也有很多技术产品落地，在近视防控领域发挥了重要作用。
本次特别邀请程教授为我们带来了《光成像理论解析——离焦/对比度近视管理光路系统设计方法》，欢迎大家学习，共同探索近视防控新知～
人眼结构特性
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。
🔵 成像超前/滞后 & 离焦：
当我们在看近时，调节反应比调节刺激少，调节是滞后的，焦点落在视网膜后。阅读距离越近，调节越滞后，远视性离焦越多，而过多的远视性离焦，就会促进近视进展。
🔵 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。程教授认为现在的屏幕绝大多数对比度偏高，适当降低对比反而对近视防控有帮助。
🔵 光学度量与视觉感知：
点扩散函数（Point Spread Function，PSF），对光学系统来讲，一物面点光源通过光学系统所成的像的三维光强分布，称为点扩散函数。是光学系统对点光源的响应，描述了点光源经过光学系统后在成像平面上的光强分布。
对于常见的光学系统，物面上的轴上点源在像平面上对应的理想PSF常称为艾里斑（Airy disk），表现为围绕中心亮斑的同心圆环的衍射图样。艾里斑的半径定义为：γ=1.22 λ/ D。理论上，不同瞳孔直径对应的PSF均为完美的艾里斑形状；瞳孔增大，PSF减小。但实际上，小瞳孔的PSF近似艾里斑，随着瞳孔增大，由于像差的存在，PSF呈现不规则形状。
MTF：衡量光学系统对不同空间频率的对比度传递能力的函数，MTF是PSF的傅里叶变换。
OTF：提供了一个完整的频域描述，包含幅度（MTF）和相位（PTF）的信息，OTF是MTF 的复数形式。
光路解析：离焦+对比度+看远
程德文教授重点介绍了轴性近视四大防控理论体系，即近视离焦、低对比度、光学望远及眼肌训练。接下来逐一介绍：
🔵 离焦理论
动物正视化研究表明眼轴向着光学焦点（离焦）的方向生长。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。
2024年7月6日，温州医科大学姜珺副教授团队在Ophthalmology上发表题为“Novel Lenslet-ARray-Integrated Spectacle Lenses for Myopia Control: A 1-Year Randomized, Double-Masked, Controlled Trial”的论文，首次创新性发现周边附加正屈光度和负屈光度微透镜阵列的框架眼镜均具有显著的近视控制效果。正、负屈光度微透镜的近视防控作用相当，更新了传统的周边近视性离焦理论，为进一步探索光学干预方法的近视控制机制提供了新的科学依据。
🔵 对比度理论
非自然对比度信号会过度刺激视网膜，从而驱动更加强烈的双极细胞活动，引发眼周轴向伸长率增加，最终导致近视的发生和发展。因此通过控制对比度可以减少使眼轴伸长的信号，降低视网膜刺激，从而延缓近视的进展。
🔵 远像技术
望远时，调节放松，焦点聚焦到视网膜上。看近时，焦点后移产生离焦，动用调节，睫状肌收缩、晶体变厚，实现对焦。
当调节力不足，焦点无法完全拉到视网膜上，产生调节滞后量，中心远视离焦往往是涨轴信号。望远时调节需求少，能够减少调节滞后。
视光产品
🔵 OK镜和DIMS
OK镜和多焦点近视离焦眼镜（Defocus Incorporated Multiple Segments，DIMS）均基于离焦理论。
OK镜通过轻微改变角膜的曲率，使角膜中央区域的弧度变平，使通过该区域的光线聚焦在视网膜上，因此能看清远处物体。在离中心一定距离的环带形成离焦环，形成近视离焦，使光线聚焦在视网膜前方。
DIMS：通过在镜片上分布多个微透镜，提供持续性的近视离焦，以减缓近视度数的加深。
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 ，大幅简化光学设计和仿真分析。
🔵 DOT眼镜
基于视网膜对比度理论，美国SightGlass Vision 公司开发研制DOT点扩散技术，通过广角散射微透镜降低图像对比度，用于模拟自然外界环境的对比度。
镜片分中心全透明区及功能区，中心全透明区为镜片正中央与瞳孔轴对应的直径5mm的清晰光学区，功能区为透明区边缘到镜片边缘，透明的不规则的广角散射微透镜按一定规律排布，可降低大范围空间频率的对比度，同时最小化对视力的影响。
🔵 Kubota眼镜
该产品采用多焦点隐形眼镜技术，通过隐形眼镜的非中心光焦度近视散焦的光线被动刺激整个周边视网膜。通过将使用 Micro LEDS 生成的近视散焦虚拟图像投射到周边视野以主动刺激视网膜，从而减少与近视相关的眼轴长度增加。
有研究纳入11名受试者每天佩戴1.5小时，每周五天，持续六个月。结果表明治疗眼预计一年散瞳后等效球镜度增加为0.15D（95% CI: -0.07至0.37D），眼轴长度增加为0.02mm（95% CI: -0.06至0.10mm）；虚拟对照组为-0.31D（95% CI: -0.18至-0.44D），眼轴长度增加为0.22mm（95% CI: 0.17至0.27mm）。
🔵AR对比度眼镜
AR对比度眼镜，使用自由曲面超薄AR动态可开关、可调控离焦眼镜，通过AR数字离焦和对比度优化，从而实现近视防控和治疗。
🔵远像显示技术
远像显示技术是行为干预连同光学干预的综合方案，把近且小的图像投远并放大。远像仪、拉远镜、远像雾视屏、离焦读写台均属于远像显示技术。
我们引入DH（Diopter Hour）值来量化近距离用眼刺激的参数，DH= 用眼距离的倒数×时间。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%。使用远像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。创造成像超前1h，可以中和近距离2h 的扣分。
一项关于远像显示技术对近视儿童调节和脉络膜的有效性的研究显示：使用远像光学装置阅读和直接在33cm处阅读调节反应及瞳孔直径有显著性差异。
总结与展望：
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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