视野计的原理及发展
摘要：视野检查在眼科疾病的诊断和治疗中起着举足轻重的作用。本文回顾了视野计发展的历史，着重阐述了不同类型视野计的原理及其应用范围，并介绍了几个新型视野计。
视野检查是指测量视网膜斑注视点以外的视力即周边视力而言。视野检查可以分为单眼视野检查和双眼视野检查，我们常用的视野检查为单眼视野检查。一般认为如果受检者的视野范围和该范围的视觉能力与正常健康人相同即为正常视野[1]。视野检查为眼科工作者诊断和跟踪随访主要的致盲眼病提供了重要信息。勿庸置疑，视野检查是诊断和监测青光眼以及其它一些视觉、视神经疾病的基本方法。先进的视野检查为早期诊断和密切监测这些疾病的发展提供了可能，同时成功的治疗创造了条件。
视野的概述要追溯到公元前5世纪，视野即是当眼球向正前固视不动时近见到的周边空间区域。17世纪 mariotte发现了视神经乳头与生理盲点的关系，因此成为第一个描述特殊暗点的人。1801年 thomas Yang第一次真正地测量了视野[2]。19世纪中叶， forster设计了第一台弧形视野计[3]，此种视野计将视野检查扩大到450，并且测定出视野的外界。 bjerrum(1889)发明了 tangent视野屏幕和动态多等视线视野计。
20世纪， ferree和 rand[4]发展了 forster早期的工作，扩大了弧形视野计的检查范围。弧形视野计一直延用至今。从1950年开始， goldmann设计的投射式半球形视野计持续流行了30年[5]。 goldmann视野计将背景照明、刺激光标大小及其亮度进行标准化，可供进行动态及静脉视野检查，同时它为发展更精确的现代视野计奠定了基础。此后， louise sloan[6]第一认识到静态阈值型视野计的重要性。 harms和 aulhorn[7]为动态视野计提供了补充的表态视野检查。他们设计了 tubinger手动视野计，可以同时完成动态及静态视野检查。 armaly提出超阈值筛查的概念，他还提出了青光眼病中容易受损害的视野部位[8]。20世纪60年代，Dubois-Poulsen和Magis[9]首先试图发明自动动态视野计，但是由于技术问题，受到阻碍。Lynn和Tate[10]1969年利用一台计算机和电视机，首次展示了第一台自动静态视野计。此后，自动静态视野计不断发展，并被不断改进。
一、动态视野计的原理及基本类型
不同强度的光标自周边向中心移动，移动中病人从看不见光标到看见，看见时病人作出反应。将看不见与看见这一界限的全部反应点连接起来，即形成了视野的范围。视野范围的大随着刺激光标的大小、亮度的不同而有所不同。医生对动态视野检查结果一目了然。
周边弧形视野计一般常用的是一个半圆弧或1/4圆弧的金属板，其半径为33cm。检查方法如前动态视野检查的基本方法。目前多用电气投射弧形视野计。视野计上附有一照明管，由该管向弧板的内面照射出一个椭圆形光点，以代替刺激光标。在弧板的中心有“X”形光点为固视目标，刺激光标的亮度，大小和颜色均可随意调换。
平面视野计检查的是视野的中心部分，最常用的是Bjerrum氏屏幕。此视野计为1米见方的黑色屏，在它上面以不明显的条纹按照视角的正切。每5o画一同心圆。检查时患者坐在视野计前一米处，受检眼注视视野计中央的固视目标，另一眼遮以眼罩。用2mm刺激光标由视野计的中央向周边或由周边向中央移动，在各子午线上检查，同时询问患者何处看见或看不见光标，随时记录暗点的界限，最后把所有的结果转录在视野图上。
goldmann投射式半球形视野计在众多半球形视野计中最具有代表性，它集多种特性于一体，可进行动态及静态视野检测，从而可以了解视野的全貌。50年代至70年代，Goldmann视野计在西方被公认为标准视野检查仪。Goldmann的刺激光标的大小分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，相应于1/16mm2、1/4mm2、1mm2、4mm2、16mm2、64mm2，并且刺激光标的大小容易转换。刺激光标的亮度变化范围自弱至强分为1、2、3、4级，相对应于3.15、10、31.5、100毫郎伯，亦即31.5、100、315、1000asb（阿熙提，亮度单位）。Goldmann视野计作为动态视野检查时一般采用标准刺激光标，它们是0-1、Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅱ-4、Ⅲ-4、Ⅳ-4及Ⅴ-4共9个。刺激光标的基本亮度为背景照明亮度的33倍，随着刺激光亮度变化，其背景光的亮度亦改变，二者之间的比率为33。Golemann视野计还可以通过改变颜色滤光片，产生红、绿、蓝刺激光标[13]。
虽然，动态视野计是首先被应用于临床的，但是它们的几个缺点限制了其应用。我们利用Traquair“盲海中的视岛”的类比原理，清楚地解释动态视野检查的缺点。Traquair将视野比喻成茫茫大海中的一个孤岛，岛的高度代表视网膜的敏感性。岛上的最高点即黄斑中心凹，此处视网膜的敏感性最高，在此点极弱的刺激光也能被查觉。相反，岛的边缘水平线上即周边部视网膜的敏感性最差，只有最强的刺激光才能被检测出来。这个孤岛被烟雾笼罩，视野检查即是作出它的地形图也即视野图[14]。
动态视野计中，已知强度的光标自周边向中心移植，仿佛一架飞机以一定的飞行高度自岛的周边向中心飞行，飞机撞到山上即失事附毁。数架飞机以同一飞行高度飞行，坠毁数次，即得出一等高线。画出数条等高线后，我们即得到视岛的地形图。视野是根据同一原理画出等视线，得出视野结果[14]。
动态视野检查的第一个缺点是，如果岛中存在山谷，飞机自外向内飞行时会错过它。当然我们可以在山谷中飞行，进行探查，但是以何处作为起点是一个难题。所以这种飞行方法非常容易错过山谷，即错过视野中的暗点。
第二个缺点：动态视野检查不能准确地测量视岛中比较平坦的区域。飞机以某一高度从外向内飞行坠毁地点与以另一近似高度的飞行坠毁地点相差甚远。部分病人整个视岛相对平坦，因此此种视岛的微小起伏不能被正确地反映出来，视野结果与真实差跷甚远。
第三个缺点：动态光标比表态光标容易察觉，在视野缺损的区域表现更突出。这一特性造成检查中容易漏掉视野缺损。这种现象可以发生在任何位置的视路病变，其中以枕叶病变最为突出。由于动态光标的移动性，检查某一位置的光感受器时，它还受与之相邻的光感受器传导的影响。所以，光标移动得越快，影响相邻光感受器的范围越大。另一方面，则光标向内移植得越快，视野范围越小。
第四个缺点：动态视野计很难设计为自动视野计。例如Coherent perimetron（相干视野计）在寻找暗点时遇到很大困难，计算机在暗点内迷失了方向，尤其是与周边相连的暗点。因此市场上没有出现有竞争力的自动动态视野计[14]。
由Armaly发明，Drance改良的一种进行性青光眼视野筛查的视野计是一种动静态结合的视野计，它在施行中央视野检查时采用相对静止的刺激光标，选择72个测试点，周边则选择动态刺激激光标。然而这种视野计的临床应用价值没有得到肯定[12]。
二、自动表态视野计的原理和类型
自动视野计是医生考虑视野方法的一个革新。虽然技术上可以支持自动动态视野计，但是自动动态视野计没有自动表态视野计更为实用。所以我们通常所说的自动视野计是指自动表态视野计。自动视野计采用静止光标检查视野，其结果提供灰阶图和数字图（定量图），取代了动态视野计的等视线图。目前常用的自动视野计是被公认为标准的Humphrey field Analyzer(Humphrey视野分析仪)。
让我们回到用作比喻的视岛来解释静态视野计的工作原理。我们释放带有高度计的降落伞来记录视岛的不同高度。由于降落伞落在岛上不同的位置，因此可以了解整个岛的高度即视网膜的敏感性。这种方法被称为静态阈值视野检查，因为它是在看见与看不见之间选择阈值。静态阈值视野计克服了动态视野计的缺点。选择足够量的降落伞就不会错过山谷，即不会漏掉暗点。平坦区域可以被准确测量，起伏不平的地域可以被揭开面纱。光标不是移动的，因此计算机容易控制。不足的是，选择阈值需要长时间。为了解时间长的问题，发明了超阈值静态视野计。即起用直升飞机在岛的的上空盘旋，无论它在空中或在岛上均记录它的高度。短时间内空中大量点的，可以在岛的内部测量山谷即暗点。另外，还有一种静态与阈值相关的直超阈值型视野计[13]。
总之，阈值型静态视野计是在视野的特定位置，通过判断看见与看不见之间的刺激光标的强度，确定阈值强度。超阈值表态视野计是用事先选择的光标强度，测定其在某些特殊位置是否被看见，从而了解视网膜的敏感度。此种视野计存在的问题是，若光标强度远离阈值，检查则容易浪费时间。与阈值相关的超阈值型静态视野计，其原理是已知一些点的阈值，选择略高于阈值的光标强度，并在特定位置进行测试。
（一）自动视野计的程度设计
根据视野计的不同工作原理，设计了不同的工作程序。选择视野检查的工作程序。操作者需要选择检查方法和准备检查的点的分布形状。有些程度二者是相对独立的，需要分别进行选择，有些程序二者是相关的，操作者只需选择所需程序。常见的程序有超阈值程序，与阈值相关的超阈值程序和恒定阈值程序。
（二）自动视野计中的几个概念
1.阈值
阈值并不是一个绝对值。对某一点反复测量其阈值强度，得到的不是一个值而是一个范围。有理由认为阈值是位于这个范围内的中央值，阈值是一个相对值。这个现象在病人精力不集中，疲劳或确实存在的视野缺损时表现更为明显。有证据表明，青光眼视野缺损的早期表现是阈值的不确定性的扩大，视野检查中表现为多次阈值测定中的波动性。
2.光标强度和背景光强度
背景光是在视野检查中提供的一个稳定的光适应状态。如果没有背景光，每个刺激光标产生不同的局部光适应，这们接受每个不同刺激光标后需要数分钟才能回到基线上，阻止了在某一部位的重复试验。刺激光与背景光之间的差别足够大，即可以诱发病人作出反应。Goldmann视野计采用31.5asb做为背景光。这一水平被国际眼科协会认作统一标准。目前多数自动视野计采用此水平的背景光。阿熙提（asb）是光亮度的单位，是以对数等级为基础的。数字越小，刺激光越暗。分贝（dB）反映视网膜的敏感性。dB值越大，视网膜的敏感性越高。
（三）自动视野计的类型
按照光标光源的不同，视野计主要分为以光发射装置为光源和二极管为光源的视野计。前者包括Octopus和Humphrey visual Fiedl Analyzer(HFA)。后者包括Dicon和Digilab视野计。另外还有以光导纤维光源的视野计。
Octopus是市场上出现的第一台自动静态视野计。它试图使用单一大小的视标，但光的强度只能达到1000asb。它是通过降低背景亮度到4asb，提高刺激光标与背景之间的对比度，来完成其检查的。但是使用光标Ⅰ，不能区别相对和绝对暗点，这样不能追踪视野缺损的进展情况。为解决这个问题，选择标准光标0.431o，相当于Goldmann的光标Ⅲ。Octopus210或2000通过使用光标Ⅴ，能够区分更加致密的相对暗点[11]。
继Octopus出现几年之后出现的Humphrey visual Field Analyzer(HFA)在美国非常流行。HFA是一个全自动的独立完整的系统，完全计算机化，它提供不同种类的静态检查，包括阈值视野检查和筛查。检查结果可以被打印出来或被软盘储存起来。它使用的是标准大小的Goldmann的光标，大小从Ⅰ-Ⅴ，背景光强度为31.5asb。它还提供彩色视野检查。HFA光标的强度从0.08～10000asb。每一个检查过程中，光标的强度是可变的，而光标的大小是恒定的。光标的大小从Ⅰ-Ⅴ是可调的，这样对检查严重视野缺损的病人提供了有利条件。HFA光标持续时间为0.2秒，光标的位置无任何规律，是随机出现的，这一点提高了病人的注意力。HFA采用的注视监视系统是Heijl-Krakau的生理盲点监视技术。使用此监视系统，可以去掉假阳性，从而提高检查的准确性[15]。
Humphrey Field AnalyzerⅡ（HFAⅡ）对HFA进行了革新。在与原来HFA完全可比的基础上，HFAⅡ提高了病人的舒适度，也提高了准确性。HFAⅡ准确地注视监视系统，不但检查中可以监视，而且打印结果还可以反映出检查的可信度。HFAⅡ半球形设计，在检查距离保持与Goldmann相同的30cm的基础上，使机器的体积缩小，HFAⅡ可以检查90o全视野。HFAⅡ提供包括常规程序STATPACTM在内的多种程序。
StatPacTM常规程序提供不同年龄的正常人的视野结果作为对照。另外还可以比较同一病人的二次视野结果。最新视野结果中强调不正常的视野变化。程序还提供统计学分析。
FastPasTM24-2快速程序，可以缩短检查时间40%。光标亮度变化阶梯是3dB，而不是常规程序中梯度的先前进4dB,再后退2dB从而找到阈值。这是一次找到阈值。平均缺损（MD）与常规程序略有区别，短期波动（SF）比常规程序高。明智的做法是对同一病人选择相同的程序跟踪随访，不要经常转换。
SITA是另一快速程度。它与FastPac及FastPac具有可比性。SITA提高检查速度的原因是，参考邻近点的反应选择刺激光标的强度，对估计的阈值不断更新。如果病人反应快，测试节奏就加快。假阳性、假阴性、短期波动（SF）是根据病人的反应计算出来的，而不是真正测量的。检查后的结果分析，是根据试验的全况，可能去掉某些已被选择的点，或重新选择已去掉的点。正常人群数据是瑞典正常人的视野结果[16]。
（四）几种新型视野检查
与杆细胞相连的神经节细胞和与锥细胞相连的神经节细胞分别终止于外侧膝状体的不同部位，在白色光标和白色背景的检查中，它们分别起到一部分的作用。最近Harweth等[12]进一步阐明了静态视野检查中视觉检测机制，他们指出根据不同的光敏感度可能有三种明适应的原理：（1）独立的短波机制，其反映短波（蓝）锥细胞的敏感性。（2）有色机制，其反映中波锥细胞和长波锥细胞的敏感性。（3）明亮机制，其反映中波和短波混合波的锥细胞的敏感性。他们发现正常猴眼，使用不同体积和不同波长的刺激光，其结果不同。标准情况下，即背景光为31.5asb，刺激光体积为Ⅲ，反映不同敏感性的全部亚通道是相同的，因此漏掉一些早期选择性的缺损。但是此检查条件对于检查深暗点很理想，因为全部亚通道均处于准备状态[11]。
基于上述原理，介绍下面几种新型视野检查，它们与传统的白色刺激光标和白色背景的视野检查类似，但是它们将视觉系统的其它功能特点分离开来并分别单独检测[11]。
1.短波长自动视野计（SWAP）：是黄蓝视野检查。其光标为蓝色，背景为黄色。它是通过激活短波视路的敏感性实现检查的。它比正常的白色光标，白色背景，能更早期地发现青光眼视野缺损，更快地确定青光眼的视野改变。Johnson等报告[17]，高眼压病人黄-蓝视野异常者5年后发展为青光眼者比黄-蓝视野正常者的发生率高得多。SWAP的原理是蓝色视锥细胞数量原本即相对较少，而且在青光眼发病过程中被早期地选择性地损害。黄色背景使视杆细胞，长波（红）、中波（绿）视锥细胞对光刺激敏感[18]。但蓝色光标要求采用光标Ⅴ的刺激光。SWAP同样提供正常人的数据作对照，打印结果与HFAⅡ的其它基本相似。其缺点是对病人而言有一定难度。
2.倍频对比敏感视野计（FDT）：它的光标为倍频正弦格栅图形，它分离出视网膜节细胞的M细胞。M细胞直径大，仅占节细胞的3%到5%。青光眼早期损害首先侵犯M细胞。FDT的超阈值筛查程序只需45秒，全阈值程序需4分钟。病人可以配带自己的眼镜。视野程序中同样提供正常人群正常值。结果提供平均缺损（MD）和标准偏离模式（PSD）。在检测异常视野中，表现出高敏感性和高特异性，尤以全阈值程序突出[19]。与常规自动视野计（AAP）相对照，FDT的敏感性为87%，特异性为84%。FDT简单，容易操作，省时，受到病人喜欢。超阈值普查程序对中晚期青光眼病人敏感[20]。FDT存在的问题是阈值筛查程序和全阈值程序的视野缺损的数量上、位置上和致密程序上均不完全相同。
3.高通分辨视野计（HRP）：它是Ophthimus ring Perimeter的程序，注视光标是不连续的环形，由一暗环包绕一亮核。如果一定体积的环不被受检者看见，视野计自动增大环的体积。环是通过对比敏感度测得视网膜的敏感度的。Frisen认为HRP是通过发现节细胞间的空间，得知节细胞丢失的数量[21]。Helmholtz认为区别两点的最小距离是一个锥细胞直径[22]。HRP的检查时间较常规自动视野计短，而其结果可能更直接反映有功能的节细胞的数量。Lindblom用HRP估计了年龄对节细胞间距的影响，并证明随着年龄的增长，节细胞间距也增长。从28.4岁到71.4岁，节细胞功能的降低为21.55，这一点支持与年龄相关的视觉敏感度的降低，是由于神经元减少造成的理论。
自动视野计发展至今，硬件部分已经比较发达。随着我们对青光眼的病理生理和视野缺损的进一步了解，视野计有可能出现一些更为特殊的或更为有效的试验策略和有意义的数据分析程序。最终，智能型视野计采用人工智能的运算规则，将一次选择检查的类型和相应的数据分析方法。除了视野计的进一步自动化，医生对视野结果的评价，在青光眼及其它疾病的诊断与治疗中也显得非常重要，另外，除了视野检查，其它视觉功能检查，例如色觉检查、对比敏感度、蓝色对比敏感度、图形ERG（P-ERG）、图形VEP（P-VEP）和闪光VEP（F-VEP）等检查也是视觉检查的补充。
下图是Octopus101自动视野计
| 
