Bagolini滤光条的生理光学特性表征：抑制密度检测的光谱与光度学分析

《Medical Devices: Evidence and Research》：A Physiological Optics Characterization of the Bagolini bar for Testing Density of Suppression

　　

摘要专业翻译 目的：表征商用Bagolini滤光条16个滤光片的光谱及光度学特性，并确定相邻滤光片编号是否对应光谱衰减、照度及眼间对比度的均匀递进。 方法：对商用Bagolini滤光条的16个滤光片进行仪器化分光光度法表征。光谱测量在320–810 nm仪器范围内采集，其中380–780 nm可见光范围用于主要光谱分析。 结果：分光光度分析表明，相邻Bagolini滤光片的光学特性呈非线性、阶梯式变化。随着滤光片编号增加，透射光谱峰值由约610 nm移至约770 nm。透射光强度及Weber对比度亦呈现非均匀、阶梯式变化。 结论：16个滤光片并未提供均匀分级的光学衰减递进。所测得的光谱及光度学跃迁为非均匀感知反应的可检验假设提供了光学基础，但其临床后果仍需心理物理学及临床验证。 通俗语言摘要：Bagolini滤光条是一种临床工具，利用一系列红色滤光片帮助评估双眼间的抑制。在本实验室研究中，研究人员测量了16个滤光片中每一个的透光量，以及透射光颜色和对比度在相邻滤光片间的变化。滤光片并未形成平滑、均匀分级的序列：部分相邻滤光片产生的光学变化大于其他滤光片。这些发现描述了该设备的光学行为，并可能有助于指导未来研究检验这些差异是否影响抑制检测中的患者反应。 关键词：弱视；颜色滤光片；眼抑制测量；分光光度法；视觉过程

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一、研究背景与问题提出

双眼视觉需要整合双眼信号以实现同时感知、融合与立体视觉。弱视是一种较为常见的发育性视觉障碍，系统综述与荟萃分析估计其全球汇总患病率约为1.75%，欧洲地区报告值更高（3.67%）。弱视中的慢性眼间抑制可能导致视力下降和立体视觉受损。临床上，抑制可通过Worth四点灯或同视机等测试评估，但Bagolini滤光条（又称Sbisa滤光条）因其简便性和相对快速而日益普及。该滤光条由16个标称衰减递增的红色滤光片组成，从浅粉色到深红色，每个滤光片均有编号，较高编号通常对应较强衰减。测试时，滤光片置于优势眼前，患者双眼观察一个小光靶，抑制密度定义为出现复视或注视转移至偏斜眼时的最低滤光片编号。

既往关于Bagolini滤光条可靠性的研究主要集中于百分比透射率测量和重测一致性。England和Davis（2019）证明Bagolini和Sbisa滤光片的百分比透光率并未随滤光片编号单调递减，且当使用实测透射率而非标称值时仅报告了中等重测一致性。既往临床研究亦报告了抑制密度测量中显著的重测变异性，而O'Connor和Tidbury（2019）指出缺乏将滤光片精确光学表征与弱视及斜视患者心理物理反应直接关联的文献。基于上述背景，研究人员假设：滤光片编号增加将导致透射光谱向长波长方向渐进移动，同时伴随光学衰减和Weber对比度增加，但这些变化不一定在相邻滤光片间均匀递进。理解这些光学非线性特征可能有助于改进Bagolini滤光条的解释，并为未来替代滤光片设计研究提供基础。

二、研究内容与主要结论

研究人员在暗室中利用固定光学平台测量了光源发射光谱及16个连续Bagolini滤光片的透射光谱。实验装置包括配备可调准直器的光源、面积为23 mm2的矩形光阑、由16个不同透光率红色滤光片组成的Bagolini滤光条（每个面积23 mm2）以及SM1-Hm光谱仪。光源距光阑50 cm，滤光条直接安装于光阑后方，光谱传感器位于滤光条后方10 cm处。光源在固定工作条件下使用，实测相关色温（CCT）为3185 K，显色指数（CRI）为83.8，照度（E_v）为27,892.1勒克斯。SM1-Hm手持光谱仪采用CMOS线性图像传感器，典型波长范围为320–810 nm，光学光谱分辨率为8 nm，以1 nm增量报告波长数据，照度精度±5%，CCT精度3%，CRI精度2%。实验前通过重复测量未滤波光源验证了固定光学装置的稳定性，观测变化保持在仪器标称精度范围内。实验数据集包含17个光谱测量：1个未滤波光源参考测量及16个连续滤光片的透射测量。对于每个滤光片，光谱透射率相对于未滤波光源计算，波长相关光密度（OD(λ)）随之确定，Weber对比度根据波长积分照度值相对于未滤波参考光源计算。

研究得出以下主要结论：16个滤光片并未提供均匀分级的光学衰减递进，波长相关光密度、透射光谱峰值位置、照度及Weber对比度均呈现非均匀、阶梯式变化，标称滤光片编号不应被解释为简单的光学衰减线性标度。所观测到的光学跃迁为抑制密度检测中感知反应可能也非均匀变化的可检验假设提供了基础，但临床后果仍需专门实验验证。

三、关键技术方法

本研究采用的主要技术方法包括：固定光学平台光谱测量系统（由光源、可调准直器、矩形光阑、Bagolini滤光条及SM1-Hm手持光谱仪组成，所有组件安装于光学平台上）；分光光度法光谱采集（320–810 nm仪器范围，380–780 nm可见光区间用于主分析）；光谱透射率计算（相对于未滤波光源的逐波长比值）；波长相关光密度（OD(λ)）计算；Weber对比度计算（基于波长积分照度值）。实验使用单一实验室光源，在固定条件下完成全部测量，未进行滤光片特异性重复测量，也未纳入患者或志愿者。

四、研究结果

光谱透射特征：Figure 2展示了未滤波光源及16个滤光片透射后的相对光谱强度。透射光谱随滤光片编号增加呈现渐进性增强衰减，同时伴随光谱形状变化及透射光谱分布向长波长方向移动。这些变化在相邻滤光片编号间并非均匀递进，表明标称滤光片序列并非简单的线性衰减标度。

波长相关光密度：Figure 3呈现了各滤光片相对于未滤波光源的OD(λ)曲线。OD(λ)曲线表明衰减同时随波长和滤光片编号变化，证实相邻滤光片并非简单均匀宽带衰减的递增。

透射光谱峰值位置：Figure 4展示了透射光谱峰值位置（λ_peak）与滤光片编号的关系。峰值从约610 nm向长波长方向阶梯式移动，最终达到约770 nm。λ_peak的阶梯式移动表明滤光片序列中波长选择性透射的渐进变化；λ_peak在整体衰减变化中保持相对稳定的区间，与宽带衰减贡献较强一致。

照度变化：Figure 5展示了各连续滤光片透射后的照度（E_v）。总体而言，照度随滤光片编号增加而显著下降，但递进并非严格单调。滤光片2和3之间（12,036.0 vs 12,047.4 lux）、滤光片7和8之间（4,995.1 vs 5,274.6 lux）以及滤光片10和11之间（2,132.1 vs 2,265.5 lux）观察到小幅反转。这些局部反转证明标称滤光片编号增加并不总是对应更低的透射照度。

Weber对比度：Figure 6展示了各连续滤光片透射光相对于未滤波参考光源的Weber对比度。Weber对比度总体随滤光片编号增加而升高，但呈现非均匀、阶梯式递进。Table 1汇总了全部16个滤光片的主要测量及衍生光学参数，包括相对未滤波光源的光度透射率、380–780 nm范围的平均归一化光密度、透射光谱峰值位置、照度及相对未滤波光源的Weber对比度，进一步证实相邻滤光片编号并不对应均匀分级的光学参数递进。

五、讨论总结与研究结论

讨论部分指出，Bagolini滤光片系列的衰减特征不能描述为简单均匀的宽带衰减递增。OD(λ)曲线和λ_peak的阶梯式变化与波长选择性和宽带衰减的不同贡献一致。既往临床研究报告了非单调光透射和抑制密度测量的显著重测变异性，本研究仪器测量为这些观察提供了光学背景，证明相邻滤光片编号并不对应光谱衰减、照度和眼间对比度的均匀分级递进。波长选择性衰减随滤光片编号增加逐渐改变透射刺激的强度和光谱组成，使其光谱特征向长波长方向移动。由于L、M和S视锥细胞具有重叠但不同的光谱敏感性，且其在中央视网膜的分布不均匀，所测得的光谱移动可能改变视锥细胞介导信号对视网膜反应的相对贡献。随着透射刺激越来越偏向长波长，M和S视锥细胞信号的相对贡献可能较L视锥细胞信号减少。研究还讨论了中性密度滤光系统可能提供更均匀和可预测的光衰减梯度，但Bagolini原始滤光设计的波长选择性滤光在注视眼前引入双眼刺激间的色度差异，提供额外的分离线索，可能促进复视的感知和报告。消除色度成分可能减少光学非均匀性，但同时可能降低临床测试的敏感性。替代滤光片设计（包括中性密度或光谱受控滤光片）可作为获得更均匀光学衰减递进的手段进行研究，但其对测试敏感性、重测一致性和临床效用的影响需心理物理学和临床评估。

研究结论为：本仪器表征证明Bagolini滤光条的16个滤光片并未提供均匀分级的光学衰减递进。波长相关光密度、透射光谱峰值位置、照度和Weber对比度在滤光片系列中呈现非均匀和阶梯式变化。这些发现表明标称滤光片编号不应被解释为光学衰减的简单线性标度。所观测到的光学跃迁为抑制密度检测中感知反应可能也在相邻滤光片位置间非均匀变化的可检验假设提供了基础。然而，本研究仅表征了单一Bagolini滤光条，未包含心理物理学或患者测试，因此这些光学差异的临床后果需要专门实验验证。