9.2　视觉检测技术及仪器

视觉检测技术及仪器，主要是指应用于测定视觉光学系统的屈光特性与视力状况的仪器及其相关技术。其种类非常丰富，如各种检眼镜、视网膜镜、裂隙灯显微镜、角膜计、视力表投影仪、视力测定仪、综合验光仪、电脑验光仪、激光散斑验光仪、试镜架与镜片盒、角膜计、角膜地形分析仪、角膜测厚仪等等。

9.2.1　视力检查与测定方法

在入学、征兵、招工等的体检和眼科临床医学中，视力的检查与测定是一项十分重要的内容，应用也最为普遍。视力的普查主要依靠视力表来进行，目前广泛采用的是国际标准视力表，以对数视力5.0记为正常视力，对应于原来的小数视力1.0。根据检查对象的不同，视力表的字形视标各异，有E字形，C字形，手形，香蕉形，苹果形等等，采用最多的是E字形。但不论哪一种视标，其缺口设计的基准都是1分视角。

视力表的检查距离是5m。相对于室内环境而言，这是一个较大的距离，一般在室内很难提供这样的检查条件，而在走廊上又容易被人员走动所干扰。此外，视力表的光照条件也应符合标准。为了解决这些问题，此前各单位普遍采用的是投影式视力表。由幻灯机等将E字形视标投影到受试者背后的白墙壁上，受试者观察前方墙壁上的一面镜子中的视标像作视力检查。这样既可由投影机预先设定亮度，解决视力表的照明问题，又可将空间要求减小一半而保持有效距离不变。

随着计算机技术的发展，越来越多的机构开始利用电脑进行视力检查。其方法是通过编程在计算机屏幕上显示不同视角大小的视标，每一时刻显示一个视标，而且缺口的方向随机显示。受试者在一定距离观察视标，判断视标的方向，并利用键盘或鼠标给出回答。如果回答的方向与视标缺口显示方向有2～3次均相同，则显示视角小一档的视标，依此类推，直到不能判别视标的方向，比此刻视角大一档的视力即为测定的视力。反之，如果一开始显示的视标受试者即看不清，则逐渐增大显示视标的视角，直到回答的方向与视标缺口显示方向有2～3次相同，这一视角对应的视力，即为测定的视力。图9‐1给出了电脑检查视力方法的一个软件测试界面。

图9‐1　电脑视力检查法测试界面

这种方法的优点是，检查距离可任意设定，电脑会自动计算和保证视角的大小；视标的形式可方便地调换，以适应不同层次的受试者；视标的方向随机显示，可避免受试者对传统视力表进行背诵记忆的弊端，检查结果更加可信；测试过程自主进行，不需要医生或专门人士逐个对受试者进行检查，大大节省了工作量；此外，由于采用计算机系统，检查的结果可立即打印出来，也有利于对一批受试者的视力作统计。鉴于目前电脑的应用在各单位已十分普及，因此无须另置电脑，只需安装测试软件，即可实现视力的普查。

应该指出，这一方法的检查距离一般在0.3～2.0m之间，因此主要是一种近视力，或者是介于近视力与远视力之间的视力。要测定远视力，还是要将电脑屏幕与受试者的距离布置为5m。当然，从光学角度而言，这里指的5m是光程，实际并不需要将电脑屏幕置于5m之外，也可以通过平面镜反射一次乃至两次的方式来达到5m光程。读者不妨自行思考利用电脑测定远视力的系统方案。

9.2.2　主观验光法和客观验光法

人眼屈光不正主要有近视、远视和散光三种，统称为非正视眼。视力的检查，是判别视觉光学系统功能好坏的重要依据。但视力检查的结果，只是定性或半定量地反映人眼的屈光状态，并不能直接应用于配镜和视力的矫正，后者需要采用验光方法来实现。

验光即是指测定人眼屈光不正的过程。验光的方法基本上可分为两大类:主观验光法和客观验光法。主观验光法是根据病人的主诉来确定屈光不正值；客观验光法是利用眼球聚焦原理或人眼视觉特性来测定屈光不正值。

常用的主观验光法是试镜法。让屈光不正者通过试镜架上的试镜片观看5m远处的视标，测试操作者根据被测患者的主诉和观察患者的面部表情，判断患者的屈光力，选择和调整试镜架上的镜片，直到被试认为满意为止。试镜过程中，镜架上的试镜片通常从小到大，直到患者认为最佳。如果更换镜片仍不能达到清晰要求，应怀疑有散光，并在试镜架上加柱镜片，不断调整柱镜片和柱镜片的方向，以找到最佳的柱镜片值和轴向。如患者没有其他眼病，矫正视力可达1.0以上，此时试镜架上的镜片数据，即是验光的处方。处方需写明球镜值，柱镜值和柱镜轴向。

试镜法验光设备简单，仅用一套试镜片和一副试镜架及一张视力表，只要验光师经验丰富，工作负责，患者配合好，就可以测得比较理想的数据。但试镜法验光手续繁，时间长，效率低，验光结果受患者的主观因素影响，对儿童和主诉困难的病人更加费时，而且操作者的验光经验也会使测试数据受到影响。

虽然如此，在自动验光或电脑验光飞速发展的今天，试镜法这种传统主观验光法仍然在广泛使用，甚至在自动验光后必须用试镜法来加以验证，确保测试的准确性。除此之外，试镜法验光也反映了患者的主观响应，这在实际上反映眼球光学系统的成像特性到视觉生理特性的整个机制，排除了自动验光只反映了眼球光学系统的成像特性的缺陷。

客观验光法不依赖于患者的主诉和测试者的操作经验，只根据仪器测定的屈光结果来确定屈光不正的物理量。客观验光法近年来发展很快，最常用的有检影法或称视网膜检查法。对有经验的检查操作者，此检查法准确性可达±0.25D，且散光轴向误差也小，使用器械简单，诊断快。检影法的测定原理是根据视网膜黄斑部和该眼远点为一对共轭点的性质，通过确定眼的远点，即可确定该眼的屈光不正类型及其度数。检查方法是采用一个中心有窥孔的反光镜将光源的光线反射到患者眼内，光线尽可能接近视轴，同时患眼注视远方以放松调节。检查者通过窥孔看到眼瞳孔中的反射红光，称为映光，在转动反射镜时，根据映光的运动方向和运动速度来判断屈光不正值。例如，对于近视眼，检查者所见的映光移动方向与反射镜的转动方向相反，对于远视眼则此两者移动方向相同，而从正常眼所见的映光不动。

除上述普通检影法之外，客观验光法还有光学验光、电子验光和电脑验光等方法。

9.2.3　电脑验光仪

电脑验光仪是根据眼球本身的屈光原理和人眼的视觉特性来进行屈光不正的测定的，自动化程度很高，而且，这一方法不需要受试者主诉，并且采用红外光，因而是一种他觉验光法或客观验光法。

仪器的光学测量原理如图9‐2所示。眼底视网膜上的A点经眼球光学系统本身后成像在远点A′，A′点又经过验光仪器的物镜O后成像在A″点。由光学成像理论可知:

x′＝－f′²/x＝f′²/（L＋h′）　　　　（9‐1）

受试眼屈光不正值D′可由D′＝1/L给定。其中h′为眼球角膜顶点到验光仪物镜方焦点F的距离，f′代表验光仪物镜像方焦距，L是被测眼远点距，x′和x分别为焦像距和焦物距。注意，这些参量有正负号。

图9‐2　验光仪光学原理图

以所需佩戴的眼镜的顶点镜度Fv代替人眼的屈光不正值，即1/Fv＝h＋1/D′。其中h为眼镜片到角膜定点的距离，取h＝h′，D′为受试眼屈光不正值。得到:

x′＝Fvf′²　　　　　　（9‐2）

焦距f′是在设计验光仪时事先选定的，因此只需测定x′的值，即可推算出所需要的受试眼的屈光不正值或配镜度数。(www.daowen.com)

若x′为零，即A″与F′重合，Fv也为零，此时代表正视眼；如x′为负，即A″在焦点F′之内，受试眼为近视眼；反之为远视眼。这样，测定A″点的位置，是测定人眼屈光不正的类型和数值的关键。

采用检影法原理可以确定A″点的位置。在电脑验光系统中设计了一个移动光斑系统，由红外光源、聚光镜、立方棱镜和调制鼓组成。调制鼓的柱面上有一系列长方形的透光狭缝，可绕光轴以一定速度旋转。鼓上的狭缝被投射到眼底，由此在眼底形成移动光斑。根据检影法原理，透过检影镜的光阑观察，如果眼睛为正视眼，则光斑看起来不动；而从近视眼和远视眼检影观察到的光斑移动方向相反。

电脑验光仪的测量系统由测量物镜、光阑、成像透镜组和光电检测元件组成。测量光组使眼底上的扫描条纹在A″上成像。光阑为一狭缝，取向与光斑（条纹）方向一致。光阑与A″的相对位置，决定了条纹的移动方向。为此，在电脑验光仪中设置有四个光电元件a，b，c，d。a和b的安置沿着移动光斑（条纹）的扫描方向（图9‐3）。当条纹从左扫向右时，a的电信号位相比b超前，反之则位相相反。当光阑与A″重合时，条纹不移动，a和b位相差为零。根据光阑的位置，即可测定x′的值，进而计算出屈光度Fv。

在这一系统中，只有当投射到被检眼上的条纹方向与散光轴一致时，检测面上的条纹方向才与a和b的连线垂直，否则条纹将发生倾斜，参见图9‐3（c）。当存在倾斜时，光电元件c和d将产生位相差，据此控制电机转动，使条纹的移动方向与a和b一致，直到c和d的位相差为零时，电机停止转动，转动的角度即为散光轴的角度。

图9‐3　验光仪条纹的移动方向

全自动电脑验光仪的种类很多，如TR－4000型电脑验光仪，Canon的RK－F₁型电脑验光仪，TOPCON的RM－A5000型自动验光仪，N IDEK的AR－2020型验光仪等，但其测量方法均基于上述的检影法原理，只是在光路设计、机械结构设计、测试过程及显示和打印方式稍有不同。

9.2.4　激光散斑验光仪

当一束可见的激光射向一个粗糙的表面时，将产生散射现象，这些散射彼此间互相干涉形成干涉图样，称为激光散斑，呈明暗交织的颗粒状斑纹。不同种类的屈光不正均可看清这些散斑，只是散斑的尺寸和颗粒度显得不同。而且，当正视眼观察散斑时，即使其头部作任意方向的运动，散斑图案看起来不动；而在屈光不正者看来，散斑会随着头部的转动而运动，其中远视眼看来散斑运动方向与头部运动方向一致，近视眼看来散斑运动方向与头部运动方向相反。对于散光眼，由于眼球各经线的曲率半径不同，受试者头部向某一方向运动时，情况可能与近视眼相同；向其他方向运动时，看到的情形可能与远视眼相同。利用这些规律，在受试者的眼球前镜架上插入不同度数的眼镜片，直到观察到激光散斑不同，此时眼镜片的度数即为眼睛的屈光不正值。

采用插片方法虽然直观，但存在诸多问题。首先，完成一次测试一般需要试插几种不同的镜片，操作起来较为复杂，效率低下；其次，插片的度数一般以0.25D或0.50D分档，测试精度受到限制；此外，让每个受试者不断移动头部，显得滑稽可笑，方法上不够科学。为此，我们设计了线性调焦望远系统来替代插片机构，可实现对眼睛屈光度的无级补偿矫正；同时，测试时眼球保持不动，而将散斑图案设计成按一定方向移动，由此构成的激光散斑验光仪原理如图9‐4所示。

图9‐4　激光散斑验光仪原理

平行光束经过物镜L₂后聚焦在像方焦点F₂′处，再经过目镜L₁成像在R处。前后移动物镜，使R点的像正好落在视网膜上，则R即为人眼的远点。此时可看到清晰的目标像，具体到激光散斑，看起来散斑静止不动。说明人眼屈光不正得到了补偿与矫正，补偿量φ＝1/x′即为人眼的屈光度。根据光学成像原理，有:

x・x′＝－f₁′²　　　　　　（9‐3）

由此推算出眼睛的屈光度:

φ＝1/x′＝－x/f₁′²　　　（9‐4）

可见，该望远系统提供的补偿矫正屈光度（即被测人眼的屈光度）与物镜L₂的移动量x成线性关系。事实上，x即为物镜像方焦点与目镜物方焦点之间距离，对正视眼而言，x值为零，即焦点重合。对于远视眼或近视眼来说，只要沿轴向前后移动物镜，直到人眼看到的激光散斑图案静止（图9‐5），记录此时的移动量x，即可精确计算出屈光度。

图9‐5　激光散斑的视在运动方向

对于散光眼而言，激光散斑需按不同方向运动，然后根据相同方法测定各轴向的屈光度，最终确定散光轴及度数。在此不作详述。需要指出，这种验光方法需要受试者主诉所见的激光散斑运动方向，因此是一种主观验光方法。

9.2.5　角膜曲率测试仪

正常眼的角膜曲率半径为:前表面为7.6mm，后表面6.8mm，其屈光度为眼球总屈光度数的3/4左右，约45D。因此，角膜曲率异常成为屈光不正的重要因素，对角膜的曲率和地形进行测定及分析具有重要意义。

测定角膜曲率的主要仪器有角膜计和角膜裂隙灯显微镜。角膜计是检测角膜曲率半径的仪器，主要是检测角膜前表面的曲率和屈光度。近年来，随着角膜手术的需要，推出了角膜地形测试仪，用来检测和分析角膜曲率的三维形貌，使配制角膜镜或实施角膜手术更加可靠。

角膜地形图仪由四部分组成:Placido氏盘投射系统:将28～34个黑白相间的同心圆环均匀地投射到从中心到周边的角膜表面上，使整个角膜均处于投射分析范围之内。实时图像监测系统:投射在角膜表面的环形图像可以通过实时图像监测系统进行实时图像观察、监测和调整等，使角膜图像处于最佳状态下进行摄影，然后将其储存以备分析。计算机图像处理系统:计算机先将储存的图像数字化，应用已设定的计算公式和程序进行分析，再将分析的结果用不同的彩色图像显示在荧光屏上，同时，数字化的统计结果也一起显示出来。

角膜地形图是对整个角膜表面进行分析，其中每一投射环上均有256个点计入处理系统，因此，整个角膜就有约7000个数据点进入分析系统。由此可见，角膜地形图具有系统性、准确性和精确性。

角膜地形图在临床应用于诊断角膜散光，定量分析角膜形状，诊断角膜屈光度异常。将角膜屈度以数据或不同的颜色显示出来，其两轴屈度之差为角膜散光。角膜地形图的问世，使亚临床期圆锥角膜和圆锥角膜的早期诊断成为可能，其圆锥角膜诊断率高达96%。另外，可用于角膜接触镜诱发的角膜扭曲症的诊断。

角膜地形图还可用于角膜屈光手术的术前检查和术后疗效评价，术前根据角膜地形图充分了解角膜形状和性能，尤其是散光的情况和排除圆锥角膜和接触镜诱发的角膜扭曲；术后则根据角膜地形图评价疗效。现代白内障手术的目标，不仅要减少手术诱发的散光，而且要通过手术消除术前散光，因此可根据手术前检查的角膜地形图来指导手术。用角膜地形图对角膜移植术后的角膜散光作出准确的诊断，可指导矫正角膜移植术后的散光。此外，依据角膜地形图可计算出屈光不正患者配镜所需的度数，指导配戴角膜接触镜，以提高其准确性。