色盲矫正眼镜的原理及应用

色盲分先天性色盲及后天性色盲，后天性色盲因病 而得，病愈自然会好；先天性色盲是遗传的，无法治疗， 其中又可分完全色盲和不完全色盲两类。完全色盲患者视 网膜中的感色功能全部丧失，只能区分黑、白、灰三色， 这类色盲无法用色盲眼镜矫正;不完全色盲又称色弱，但 社会上习惯统称色盲，患者对有些颜色识别正常，对另一 些颜色分不清楚，这类色盲可以通过戴色盲眼镜加以矫 正。世界上有二亿多色盲患者，而且每年仍有四百万色盲 婴儿诞生。色盲给患者自身的生活带来了诸多的不便，社 会上招生、就业及车辆、船舶驾驶等对色盲都有严格的限 制，解决色盲问题意义重大。配戴色盲眼镜是解决色盲问 题的最佳解决，现今国际上许多国家对色盲眼镜均开 展了研究，但效果较理想的产品很少，本文介绍最新的色 盲眼镜矫正原理及其矫正眼镜的应用。 1 色盲的类型 1.1色盲的由来及三基色理论 人类的视觉是通过视网膜上的两种感光细胞，即视 锥细胞和视杆细胞感受的，其中视杆细胞在暗光下作用， 对色觉不起作用;视锥细胞负责对彩色的识别，其中又可 分为分别感应红、蓝、绿的三种视锥细胞。根据陈晓光教 授的最新理论，如果这三种感色细胞中的一种或几种的功 能低下或者吸收光谱发生偏移，或者在神经传递过程中发 生变异，使大脑皮层17区接收到的三基色比例失调，而 大脑仍按固有的彩色立体坐标系定义彩色，产生色觉，必 然造成色觉异常，即色盲。 自然界的任何彩色都可由红绿蓝三基色合成，人眼 的彩色色觉也由红绿蓝三基色合成。如果上述视锥细胞发 生异常，就会出现红色盲、绿色盲及蓝色盲等色盲症状。 1.2 A种色盲和B种色盲 根据陈晓光教授的研究，如果视网膜上有两种视锥 细胞的功能低下，使三基色中的二种基色信号低下（俗称 二色弱），而另一种基色增大，患者色觉异常，定义为 A 种色盲。A种色盲虽然有二种细胞吸收峰值比正常人较 低，但三基色的波长并没有发生偏移。如果视网膜上一种 视锥细胞功能低下（俗称一色弱），而另二种增大，使患 者的三基色失调，称为 B种色盲。事实上B种色盲不但 一种基色低下，而且眼睛视网膜上锥体细胞吸收三基色的 吸收光波波长也发生了偏移。判断三基色的吸收波长是否 发生偏移及一种基色还是二种基色功能低下，这是A 型 色盲与B型色盲的最大区别。在以往的研究报告均未提出 过这一理论， 色盲矫正眼镜的原理及应用 在A 种色盲中，又根据眼睛对红绿蓝三色的识别行 为不同，分别有下列三类色盲： Ar 类色盲: 患者对蓝、绿信号比正常人低下，而 对红色信号增大； Ag类色盲：患者对红、蓝信号比正常人低下，而对 绿色信号增大； Ab类色盲：患者对红、绿信号比正常人低下，而对 蓝色信号增大。 在B种色盲中，也可分为三类色盲，分述如下： Br类色盲：患者对红色信号低下，而对蓝、绿信号 增大； Bg类色盲：患者对绿色信号低下，而对红、蓝信号 增大； Bb类色盲：患者对蓝色信号低下，而对红、绿信号 增大。 综上所述，我们可以把色盲分为六大类。通过调查发 现，在人类的色盲中Ag 及Br 两类色盲占到了色盲总数 的95%以上，其它类型的色盲所占比例很少，这大约就好 比在一般医学检查中发现的所谓红绿色盲占大多数的情况 是一样的。 下面是正常人三基色光谱曲线图（图1）以及最常见 的Ag色盲和Br色盲患者三基色光谱曲线示意图（图2， 图3）。 2 色盲眼镜片的设计原理 2.1 色盲矫正眼镜的种类 上已述及，人类色盲根据其对三基色的二色弱或一 色弱分为A 种色盲和B种色盲，同时又按照对三色的不 眼科医学 □伟星／文 2006.3.中国眼镜科技杂志111 图3 B类色盲三基色光谱曲线 图1 正常人三基色光谱曲线 图2 A类色盲三基色光谱曲线 同表现进一步分为六类色盲，即A种红色盲，绿色盲，蓝 色盲和B种红色盲，绿色盲，蓝色盲。而事实上，即使同 一类色盲的不同个体之间还有色盲轻重程度的差别。根据 人眼对光波的波长和颜色的识别灵敏度实验发现，如果把 同一类色盲按照严重程度不同进一步分为六个等级梯度， 就能比较好地解决色盲的分级问题，如Ag 和Br 两类色 盲按此方法可以进一步区分为Ag1～Ag6；Br1～Br6各 六个等级，如此，则上述六大类色盲总共可以分为 6× 6 = 36 种。 色盲矫正眼镜正是以此为基础，根据36种人眼色盲 对三基色的不同光谱曲线特征进行设计的。设计的基本方 法为先对36种色盲眼对三基色的感光光谱进行测量，绘 制三基色光谱曲线，然后按照补色原理，设计出一条与色 盲三基色曲线相反的矫正光谱曲线，最后以这条矫正曲线 为，把有关参数输入真空镀膜机中，制作出符合矫正 曲线特征的色盲矫正眼镜。 为了对色盲者的三基色识别曲线进行准确的绘制， 专门发明了电脑色觉检测仪。经大量的检测及矫正实验证 明，通过电脑色觉检测仪检测，并以检测仪打印的曲线为 依据，再制作出的色盲矫正眼镜效果非常理想，患者戴上 眼镜以后，原来导致色盲的过多进入眼睛的光线被过滤 了，而原来三基色中不足部分的光线又被补充完全了，因 此，眼睛观察彩色变得正常，可以识别原来不能识别的色 觉检查图。图4为Ag色盲者的三基色曲线及设计的矫正 曲线示意图;图5为Br色盲者的三基色曲线及设计的矫正 曲线示意图;图6为Ag色盲6个严重程度不同的一组矫正 曲线，分别适用于同一类色盲中严重程度不同的一组患 者;图7为Br色盲6个不同严重程度的一组矫正曲线，分 别适用于同一类色盲而严重程度不同的一组患者。 2.2 色盲程度分级的意义 以上已述及，同一类色盲根据严重程度不同，可以进 一步分为6个梯度等级，细分后不仅可以很好地解决同一 类色盲者不同个体之间的差别问题，也解答了为什么以往 市场上好多色盲镜片对有些人有效而对另一些人无效的问 题。通过色盲矫正的实验表明，同一类色盲患者如果等级 不同，需要佩戴不同等级的矫正眼镜，否则效果就不好。 Ophthalmological Medicine 例如一患者如果经检测属于Br类色盲，等级为2，那么你 给他戴Br4的眼镜效果就不好，戴Br5、Br6则根本看不 见，因为那样存在着矫枉过正的问题。 2.3 单眼矫正方法 从光谱学上说，色盲矫正眼镜就是把射入眼睛过多 的那种光通过眼镜反射掉，而把进入眼睛太弱的光加大， 使进入人眼的三基色比例趋向正常，从而达到正确辨色的 目的。用这种方法矫正的色盲眼镜可以解决色盲人的辨色 问题，但是对于色盲严重的人而言，可能由于眼镜的透光 率太低，戴上眼镜以后视野太暗，感觉不舒服。为了解决 这个问题，人们通过研究发现，用一只眼睛戴色盲矫正眼 镜片，另一只眼睛戴透光度明显加大的镜片，取得了明显 的效果。这样做的好处是一只眼睛矫正效果与两只眼晴同 时矫正的效果相同，并且因为另一只眼睛增大了透光度， 使人的整个视野明显变得明亮了。单眼矫正色盲，从理论 上也可以得到有力的，这是色盲矫正的一大进步。 3 色盲眼镜的应用 由于色盲是遗传病，至今无法得到医学上的治疗，戴 色盲娇正眼镜是唯一有效的矫正方法。色盲矫正的实践表 明，此类眼镜的应用主要有以下几种方法。 3.1 从儿童开始使用色盲眼镜 辨色能力是从小开始培养的，色盲儿童若能从小开 始佩戴色盲眼镜，从小开始有机会正确辨认颜色，这对长 大以后培养辨色能力是有益的，另外从小开始接触颜色， 久而久之，通过记忆，长大以后辨色能力也会大大增强。 3.2 视力不好的色盲患者戴色盲镜 色盲与视力好坏没有必然的联系，但有些色盲患者 如果本身视力不好，既有色盲又有近视或远视，那么矫正 色盲有多种选择:（1）可以佩戴有视力矫正度数的色盲眼 镜，这样可以同时解决视力矫正及色盲矫正问题;（2）先 戴一副正常的视力矫正眼镜，然后再在该眼镜的外面套上 一副平光的色盲镜片，因为色盲镜片不一定全天都用，使 用者可以在不同的场合有选择地使用色盲镜，例如，在开 车或要看颜色时用一下，平时或晚上可以不用。所以，配 一副平光的色盲镜片可以更灵活地使用;（3）先配一副带 视力矫正度数的隐形眼镜，外面再戴一副平光的色盲眼 镜。当然，上述方法中以结合视力矫正和色盲矫正的双镜 合一色盲镜最为简单。 3.3 一镜多用 色盲眼镜除了矫正色盲以外，还具有防紫外线和电 磁波的功能，外观看很像浅色的太阳镜，因此,色盲眼镜 可以在不同的场合使用，发挥一镜多用的功能，既矫正色 盲又防紫外线和电脑辐射。 3.4 需要注意的问题 由于色盲眼镜是根据检测仪给出色盲曲线，然后设 计矫正曲线，再由真空镀膜机制作镜片，在制作过程中不 可能完全符合矫正曲线要求;同时检测过程中也会产生测 量误差，因此，配制的矫正眼镜也可能存在一定的误差， 所以需要试用和校正误差的过程。 上面已经提及，色盲眼镜在设计过程中有意识地过 112中国眼镜科技杂志.3.2006 图4 A类色盲异常曲线与矫正曲线 图5 B类色盲异常曲线与矫正曲线 图6 A类色盲矫正曲线组 图7 B类色盲矫正曲线组 青少年学生近视发生率逐年增高，而近视眼的 发病原因和机制至今仍不明确。为了解眼屈光对学生 近视的影响，我们对近视学生做了眼屈光要素的测 定，现分析如下： 1 对象和方法 1.1 对象：选择自1999～2002年以来我验光室 的青少年近视眼共327例（654眼），其中男性168例， 女性159例，年龄7～19岁，平均12.5岁。 1.2 方法：⑴ 先做视力检查，12岁以下的用15% 阿托品膏散瞳，每晚1次，连续使用5天；12岁以上 的用托品酰胺散瞳。所有病例均进行检影验光得出屈 光结果；⑵使用日本产TOPCON角膜曲率计测出角 膜水平和垂直径的角膜曲率；⑶用A超做眼球生物 测量，测得每只眼的眼轴长度，并做。 1.3 统计学处理:用单因素方差分析，进行检验。 2 结果 2.1 屈光度:-0.25～-3.00DS有337只眼，占 总数的52%；-3.25～6.00DS有198只眼，占总数的 30%；-6.25以上有119只眼，占总数的18%。 2.2 角膜曲率：平均水平曲率（H）为43.00± 0.35D;垂直曲率（V）为43.75±0.43D。 2.3 眼球轴长：随年龄的增加而增加，平均为 23.07±0.19mm。少数先天性近视超过-6.00DS以 上的眼轴可超过25mm，其中大部分学生近视眼轴 都不长，男生平均为23.26±0.25mm，女生平均为 22.31±0.16mm。 3 讨 论 人眼屈光中起重要作用的眼轴、晶体角膜、前房 深度以及屈光间质的屈光指数为5种，大多数的屈光 不正是屈光成分的比例失调所致。Sorby认为，人在 成年以前，眼轴随着年龄增长和眼球的不断发育增大 而逐渐延长，整个生长期间，眼球的发育有较大变 化，可经历两个快慢不同的生长时期，婴儿期的快相 （从出生到3岁；眼轴可增加5mm）及发育期的慢相 （从3岁～15岁眼轴长度仅增加1mm），通常是在12～ 青少年近视与眼屈光要素的关系 □ 李琴新 黄伟莎 田秀慧/文 15岁时即达到成人水平。 角膜曲率的变化对眼屈光影响很大。Tscheming 曾估计，角膜曲率的功能可相当于眼轴1/3的作用， 新生儿角膜屈光力约为50.5D，整个儿童期的角膜屈 光力仅增加4.0D，3～13岁之间的角膜屈光力的改 变不大，故能够代偿眼轴变化的作用很少。 晶状体在人的整个生长期间不断变化，晶状体 通过屈光性能的改变来平衡与协调整个眼屈光状态。 晶状体的存在及其所起的作用不仅在维持眼的正常屈 光度或诱发病理性屈光中起着重要作用，而且在保证 眼球整体发育中亦有重要作用。 人类眼球随着年龄的增长，其屈光要素的变化 ——屈光状态由远视逐渐移向正视，再发展为近视， 至老年时其屈光状态亦随着年龄的增长，逐渐减弱而 又向远视发展，也就是说，人眼球在生长发育过程 中，屈光要素决定着不同年龄阶段的屈光状态，当眼 屈光系统的屈光力和眼轴长度均在正常范围之内且互 相配合恰当时，产生正视。所以，眼轴长度或屈光力 的大小并非绝对不变的数值，而是经常变化的。许多 学者的研究发现，即使眼轴稍长或增加仍可呈正视的 屈光状态，与此相反，即使眼屈光系统的屈光力和眼 轴均在正常范围之内，由于各屈光要素结合不当，不 能匹配，不协调或平衡失调，也可产生非正视。因此， 青少年的近视可能是在视觉正视化反馈过程中某个环 节的失败引起，而这种反馈失败是由于交感与副交感 的平衡状态与正视者有异而导致的。 从本组所测得的近视学生屈光要素的结果来看， 除少数先天性近视、屈光度超过-6.0D以上、眼轴 长度超过24mm外，大部分近视学生的眼轴长度平均 为22.76mm，故中低度近视并不是眼轴延长所致，很 可能是由于屈光要素之间匹配不协调失去平衡所致。 根据眼屈光要素以及屈光状态的发育和发展过 程，我们认为，学生近视的预防，应该在学龄前测定 其屈光要素和屈光状态，对有可能发展为近视者做重 点防范。 （作者单位：潍坊医学院附属医院眼科） 眼科医学 2006.3.中国眼镜科技杂志113 滤掉了部分波长的光线，因此，总体亮度降低，患者开始 试戴时可能会感到一定的不适，这正像任何人初戴眼镜时 都可能会出现的问题一样，可能需要一定的适应期。 人群中色盲的种类很多，目前商品化生产的色盲镜 种类有限，有部分人的色盲比较特殊，用现有的色盲矫正 眼镜可能无法达到理想的矫正效果，需要特别设计才有 效。 最后需要强调的是，色盲患者通过矫正以后所获得 的色觉与完全正常的人相比，可能仍有一定程度的差别， 这是正常的现象。