## 字母与光栅对比敏感度测量的差异

《Ophthalmic and Physiological Optics》：Differences in Contrast Sensitivity Measurement With Letters and Gratings

　　

**摘要**

**目的** 比较使用同一基于液晶显示器（LCD）的设备，分别采用Gabor光栅与Sloan字母进行对比敏感度函数（CSF）测量所得的結果，评估基于字母的CSF测试的可靠性，并在年轻健康人群中建立规范性数值。

**方法** 采用一种新型计算机化视标（Vision Chart, CSO）用于临床环境中的心理物理学测量。研究包含三项相关调查。研究1（n=44）采用随机交叉设计，在优势眼和非优势眼中分别使用光栅和字母，于四个空间频率（1.5、3.0、6.0和12.0周/度）下测量单眼CSF。研究2（n=31）在优势眼中于连续三次试验中测量基于字母的CSF，并在第二次测试中重新评估，以评价组内和组间可靠性。研究1采用双因素重复测量方差分析评估刺激类型和空间频率效应。研究2的可靠性通过可重复性和一致性统计量进行评估。研究3中，通过合并研究1和研究2的数据得出规范性数据（优势眼n=75；非优势眼n=44）。

**结果** 在研究1中，光栅的CSF测量值在所有测试空间频率下、双眼均显著高于字母（Holm校正后p<0.001）。刺激类型和空间频率的主效应以及二者的交互作用均显著（所有p<0.001）。光栅测量值集中在可测量上限附近，表明存在天花板效应。在研究2中，基于字母的CSF显示良好的组内可靠性（组内相关系数（ICC）0.69–0.88）和中等到良好的重测信度（ICC 0.56–0.75）。Bland–Altman分析显示良好的可重复性。建立了基于字母的CSF规范性百分位数。

**结论** 在同一受测LCD系统上测量时，CSF结果取决于刺激类型。光栅刺激易受天花板效应影响，而字母则表现出良好的可靠性并提供具有临床价值的规范性数据，支持其在常规功能性视力评估中的应用。

## 字母与光栅对比敏感度测量差异的研究解读

### 一、研究背景与目的

对比敏感度（contrast sensitivity, CS）是视觉系统检测亮度对比的能力，定义为最小可感知对比度的倒数（1/对比阈值），反映目标与其背景之间亮度差异的检测能力。尽管高对比度视力检查（如Snellen或ETDRS视力表）是视光和眼科临床评估的金标准，但其对细微功能变化的敏感性有限。CS检查则能在多个空间频率和对比度水平上评估视觉表现，提供更具生态效度的视觉功能指标。CS下降可能在视力保留的情况下发生，并能更好地反映日常视觉主诉（如夜间驾驶困难）。因此，CS检测在高对比度视力测量之外可提高诊断准确性。

然而，CS检测在临床实践中的主要限制在于不同仪器和方案之间缺乏标准化，且检测通常更耗时，未能像高对比度视力测量那样系统地纳入临床工作流程。近年来，计算机化CS评估系统逐渐普及，有望通过简化刺激呈现和心理物理学程序促进其临床更广泛应用。但此类系统的对比度生成准确性仍存疑虑。

以往研究已表明不同刺激类型可影响多种心理物理学结果。例如，字母的周边视力较正弦光栅更差，离焦模糊对字母CS的削弱程度大于光栅CS。近期研究也报告了使用字母和正弦光栅的计算机化CSF测量在可靠性上的差异。由于字母和光栅不被认为能提供等效的CSF信息，因此需要针对不同刺激类型的测试提供可比性数据和健康人群的规范性数据。本研究所用的新型计算机化视标（Vision Chart, CSO）允许临床医生同时使用光栅和传统Sloan字母测量CSF。光栅测试已有规范性数据和可靠性信息，但字母测试尚缺乏此类数据。因此，本研究旨在：(i) 比较光栅与字母获得的CSF测量值；(ii) 评估字母目标CS测量的可靠性；(iii) 为年轻健康人群提供基于字母的CSF规范性数据。

### 二、研究设计与主要结论

研究人员在意大利米兰比可卡大学和罗马第三大学诊所招募健康学生志愿者，共开展三项关联研究。研究1（n=44）采用前瞻性随机交叉设计，在同一LCD设备上（Vision Chart, CSO）于优势眼和非优势眼分别测量Gabor光栅和Sloan字母在四个空间频率（1.5、3.0、6.0和12.0 cpd）的单眼CSF。研究2（n=31）仅测量字母CSF，在单次测试中对优势眼进行三次连续测量，并在约一周后（7±2天）的第二次测试中重复三次测量，以评估组内和组间可靠性。研究3合并研究1和研究2数据建立规范性数据（优势眼n=75；非优势眼n=44）。

主要结论为：在同一LCD系统上测量时，CSF结果取决于刺激类型；光栅刺激易受天花板效应影响，而字母测试表现出良好可靠性并提供具有临床价值的规范性数据，支持其纳入常规视功能评估。

### 三、关键技术与方法

本研究使用基于21.5英寸高清LCD显示屏的Vision Chart计算机化视标系统（CSO公司），在4.5米检测距离下呈现刺激。Gabor光栅为高斯窗化漂移正弦亮度图案，具有三种朝向，背景亮度90±3 cd/m2，采用Michelson对比度公式；Sloan字母为本研究在设备制造商支持下开发的测试模块，采用黑色字母呈现在白色背景上，背景亮度135±5 cd/m2，采用Weber对比度公式。四个Sloan字母尺寸（1.30、1.00、0.70和0.40 logMAR）对应名义空间频率约1.5、3.0、6.0和12.0 cpd。两种刺激的CS阈值均采用设备内置的自适应心理物理学方法——序列测试快速估计法（QUEST）确定，每次试验16次，字母测试采用10备择强制选择（10-AFC）程序，光栅测试采用3备择强制选择（3-AFC）程序。样本来自意大利两所大学的健康学生志愿者，排除标准包括眼部疾病史、等效球镜超出-6.00至+4.00 D、散光大于2.00 D等。

### 四、研究结果

**研究1：光栅与字母CS评估的比较**

双因素重复测量方差分析显示，优势眼和非优势眼中刺激类型和空间频率的主效应均显著（所有p<0.001），且二者交互作用显著，表明字母与光栅CS差异的幅度随空间频率变化。事后配对比较显示，在所有空间频率下、双眼均表现为光栅CS显著高于Sloan字母（Holm校正后所有p<0.001），效应量较大（Cohen's dz范围为1.7至4.0）。光栅测量值在低中空间频率（1.5、3.0和6.0 cpd）集中在可测量上限附近，表明天花板效应明显，而字母CS的分布更宽且基本无天花板效应。

**研究2：字母CSF测量的可靠性**

组内可靠性方面，基于首次测试中三次连续测量计算的组内相关系数（ICC）范围为0.69–0.88，表明各空间频率下测量精度总体良好。组间重测信度方面，ICC值在0.56–0.75之间，表明中等到良好的测试-重测可靠性。虽然1.5、3.0和6.0 cpd处测试与重测之间存在统计学显著差异，但差异幅度仅为0.04至-0.06 logCS，95%一致性界限约为0.07，不太可能具有临床意义。Bland–Altman图分析显示偏差接近零且无比例偏差，支持字母CS测量具有良好的时间稳定性。

**研究3：字母CSF的规范性数据**

合并两个研究数据后，优势眼样本75人（平均年龄23±2岁），非优势眼样本44人（平均年龄23±2岁）。Shapiro–Wilk检验显示优势眼所有空间频率和非优势眼1.5及12.0 cpd的CS值呈正态分布，而非优势眼3.0和6.0 cpd处不呈正态分布。在任一空间频率下，仅约1%–2%的参与者达到最大CS值，证实无天花板效应。研究建立了各空间频率下优势眼和非优势眼的描述统计量及第1、第5、第95百分位数作为临床解释参考值。

### 五、讨论总结与研究结论

讨论部分指出，字母与光栅CSF差异的可能机制包括：第一，任务要求不同——光栅测试为3-AFC而字母测试为10-AFC，猜测率降低可能提高阈值估计效率，但既往研究结果不一；第二，背景亮度差异——光栅为90±3 cd/m2而字母为135±5 cd/m2，虽然均在明视觉范围内，但不能完全排除其贡献；第三，刺激几何特征——光栅为周期性刺激而字母为非周期宽频刺激，对比能量不同，且Gabor斑块中的周期数随空间频率变化而字母不变化；第四，神经处理机制——Gabor光栅接近早期视觉空间频率选择性机制的初级表征，而字母识别需访问抽象的字母恒常表征，涉及超出早期特征检测的处理阶段。本研究字母CSF值与文献中Pelli-Robson视力表在相近年龄组的规范性数据高度吻合（3.0 cpd处优势眼和非优势眼分别为1.83±0.13和1.77±0.19 logCS），支持本系统测量结果的效度。研究局限包括参与者年龄范围较窄和测试空间频率数量有限。

**研究结论**：总体而言，本研究结果支持将基于字母的CSF测试作为评估视觉功能的可靠且实用的工具。其临床实施的便利性尤具价值，因为字母评估对患者直观易懂，且与依赖物体和文字识别的现实视觉任务高度吻合。与同一设备上的光栅测试相比，字母CSF测量减少了天花板效应，更适合高CS个体。本研究聚焦年轻健康人群以建立测量可靠性和规范性数据，未来研究应将此方法扩展至老年人群和临床群体，进一步评价其诊断效用。