通过眼镜片分析真实世界眼水平光照暴露

《npj Biological Timing and Sleep》：Analysis of real-world eye level light exposure through spectacle lens

　　

本研究提出了一种基于模拟的方法，用于评估不同真实世界环境条件下镜片调节的光照暴露。研究人员使用校准的光谱辐射度计在12个国家共采集了987种室外光照条件，记录了无镜片时的光谱辐照度（280–780 nm，1 nm分辨率）和照度。光照条件因地理区域、天气、头部倾斜角度和太阳方位而异。研究人员应用镜片透射模型，根据环境照度和温度分配透射率值，以模拟通过透明镜片、太阳镜片和光自适应镜片到达眼睛的照度。研究人员还计算了黑视素等效日光照度（EDI），以评估生物相关的光照暴露。平均环境照度为42,561 ± 45,480 lux（范围：266–288,178），在光自适应镜片模拟后为5934 ± 6738 lux（243–6738 lux），不同环境条件之间存在显著差异。高照度暴露（>10,000 lux）从68%（透明镜片）降至6%（光自适应镜片），而1000至10,000 lux之间的暴露从30%增至90%，低照度（<1000 lux）保持较低水平（1.7% vs 3.1%）。黑视素分析显示，黑视素EDI基本得以保留，仅有6%的条件低于250黑视素EDI。光自适应镜片在降低高强度光的同时，维持了适度的日光水平和黑视素EDI。该方法提供了比传统实验室测试更生态有效的镜片性能评估。

光作为环境因子，对人类的视觉和非视觉过程均具有重要调节作用。除成像功能外，光暴露还影响情绪、睡眠-觉醒周期、警觉性、学业表现、代谢健康及眼轴生长等。户外高环境光暴露与近视发生和进展减少相关，其机制可能涉及视网膜多巴胺释放及非视觉通路如视蛋白OPN5和内在光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs）的激活。光是昼夜节律同步的主要授时因子，通过黑视素介导的ipRGC信号作用于视交叉上核，影响褪黑素抑制、睡眠时相和昼夜节律对齐。光的生物效应不仅取决于强度，还取决于光谱组成和时间特征。短波长光对昼夜节律效应和褪黑素抑制至关重要，黑视素等效日光照度（EDI）提供了比明视觉lux更生理相关的度量。因此，准确量化到达眼睛的光的持续时间、强度和光谱组成具有重要意义。

然而，传统的光暴露量化方法存在不足。自我报告问卷和活动日志易受回忆偏倚，缺乏时间与光谱粒度。佩戴于手腕或衣领的可穿戴光记录仪因解剖错位或身体遮挡，无法准确反映眼水平实际暴露。即使采用镜框安装传感器，也未考虑眼镜片对光透射和光谱特征的改变。光自适应（光致变色）和着色镜片可显著改变到达眼睛的光的强度和光谱。现有建模和实验方法多在实验室受控条件下进行，不能充分反映光自适应镜片的动态行为或日常环境的变异性。因此，本研究旨在建立一种基于真实世界光谱数据和动态镜片透射模型的模拟方法，以评估不同镜片设计在真实环境中的眼水平光暴露。

研究人员在12个国家使用校准光谱辐射度计采集了987种室外光照条件，记录无镜片时的光谱辐照度和照度，并应用镜片透射模型模拟透明镜片、太阳镜片和光自适应镜片到达眼睛的照度，同时计算黑视素EDI。研究发现，光自适应镜片显著降低了高强度光暴露，同时维持了中等日光水平和黑视素EDI。该方法比传统实验室测试更具生态效度，为镜片性能评估提供了更真实的工具。该论文发表在《npj Biological Timing and Sleep》。

在技术方法上，研究人员使用了自制测量系统（LUMOS和Life 360），配备校准光谱辐射度计（Jaz和Gooch & Housego），安装于假人眼水平。通过受控D65照明下不同照度范围和温度的实验