基于空间频率通道的弱视眼与正常眼对比敏感度差异研究.doc

浙江工业大学硕士学位论文基于空间频率通道的弱视眼与正常眼对比敏感度差异研究姓名：张江瑾申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：王丽萍201205 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼本 文通过对 酆 例儿 童 弱 视眼 的对 比敏 感 度数 据 进行 分析 ，正 常 眼 与 弱 视眼 对 比敏 感 度 存在 差异，此 差异进一步通过“ 对 比敏 感 度 空间频 率通道 ”模 型，得 到 正 常 眼 和 弱 视眼 的空间频 率通道 数 目 相 同 ，并 计 算通道 带 宽 。 为 了 确 保 推导出的空间频 率通道 及其带 宽 的有 效性 ，另 取 独立的 例儿 童 弱 视眼 的对 比敏 感 度数 据 进行 交叉 验证。 从 空间频 率通道 探 讨 弱 视眼 和 正 常 眼 的对 比敏 感度存在差异的原 因 。 基 于 空问频 率通道 的弱 视眼 与 证常 跟对 比敏 感 度 差异研究 痙 时 ，弱 视眼 和 正 甌 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究人 眼 识别 空间复 杂 物 体 的能 力 。 对 比敏 感 度 可 用 于 预测与 视敏 度 相 关性 不 强的视功 能 和 行为 ， 甌 ， 珼 琍 。 如 ： 弱 视、青光 眼、白 内 障、视网 膜 病 变 等许 多 疾病 会 导 致 视功 能 缺损 ， 视敏 度 的检 查 无 法 体 现 这些缺损 ，而 对 比敏 感 度可 以 反映这些 缺损 状况 。 在临床 上 ，对 比敏 感 度检 测可 用 于诊断视功 能 障碍 。 琑 换 撇 。 幕于 空问频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 。 空间 频 率通 道与 对 比敏 感 度有 瓸 ， 琈 的研究发现了 隹 瘴 势德释 溃 辏 琒 对 正 常 成 眼 的对 比敏 感 度 的研究发现 隹 占 淦 德释 溃 籝 珺 吴 居 正 等 对 不 同 类型 弱 视儿 童 的视功 能， 包 括 视力、光 栅 视力、游 标视力、 是观 察 者对 不同 空间 频 率上 亮度 变 化的正范围 的空间 频 率有关 ， 有特 定的敏感 性 范围 珽 基 于 空间 频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究在 心 理 物 理 学 的研究中 ， 的研究发现相 邻的、非 谐 波 的空间 频 率的适 应光 栅 采 用 适 应性 的空间 频 率进 行 研究， 发现表 明 空间 频 率通 道之间 存 在 相 互抑制 。在 生理 学 的研究中 ， 研究了 纹 状 皮质细 胞 ， 探 讨 人类视觉 系统 有多 少 和 激 法测 量了 个 鲈麓 蟮 挠 诳占 淦 德饰 痙 上 的对 比敏 感 度 基 于 空间 频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 划 比敏 感 度 差异研究 和 个年龄为 岁 的正 常 成 人在 空间 频 率为 珺 蚆 琇 瑉 龋 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究提 出了本 文 研究内 容， 说明了本 文 的理论意 义 和实 际意 义 。 基 于 空问频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 对 比敏 感 度在 数 学 上 ，对 比敏 感 度表 示为 对 比度 阈 值的倒 数 ，即 ： 痈癕 咒骸 狶 其 中 ， ！ 硎 咀 畲 罅 炼 龋 琇 。； 。表 示最 小 炼 取 笔 泳醮 碳 钦 夜 庹 保琇 。、 琒 是每 度 视角的剧数 ，表 示视觉 刺激的大 小 。视觉 刺激越 粗大 ，频 率越 低 ，反之则 频 率越 高 。 痙 ，在 最 佳 检测条 件下 ， 痙 。随着 亮度水平 的下 降，峰值逐 渐向较 低 的空间频 率 基 于 空问频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 也 科 妊 穹 珽 。 因 此 通 常 情 况下 ， 对 比敏 感 的的测量 采 用 正 弦 波条 纹 视标 。 和 的研究中 通 过不同的调制波 形 产 生 光 栅 视标 。 用 一 个 阴极射 线 管以 一 定速度的帧频 在 屏幕 上产 生 光 栅 。 射 束 强度通 过波 形 发 生 器 进行信 号调制， 通 过一个 同步波 形 发 生 器 在 屏幕 上显 示出固 定 空间 频 率的光 栅 。 光 栅 的对 比度 通 过调整调制电压进行改变 。 此 后， 研究者 设 计了计算 机 控 制的正 弦 波 条 纹 显 示仪 和应用电视屏幕 显 示正 弦 波条 纹 的方 法。 这种 仪 器 价 格 比较 昂贵 ， 且 不便 于 携带 。 光 栅 图 片 。 年 ， 兄 瞥 隽 薃 光 栅 图 片 ， 并 应用到 临床上。 该 图 片 一 套 牛 张用 于 示范 ， 第 张的空间 频 率依次递增，分 别为 ： 、 、 、 、 痙 。 图 片 的大 小为 受 环 境 亮度 等的影 响 ， 有 较 好 的稳定 性 和可重 复性 。当 受 试 者 刚 好 能觉察 到 光 栅 时 ， 对 比度 停 止 增加 ， 此 时 得到 的对 比度 就 是 该 受 试 科 妊 穹 基 于 空闻频 率通 道的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 空间 频 率通 道理论鼍 硎 臼 颖 撼 于 空问频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 和 的研究中革 命性地提出 了视觉三叠害图 空间 频 率通 道 与 对 比敏 感 度 函 数 的关 系 示 意图 基 于 空间 频 率通 道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究总 范围 中的一小部分进 行 调谐 ； 痙 上的信 息 。这 些细 胞 单 元 具 有特 定限制 的空间 感 受 野 ，与 其它不同 空间 频 率上 的类 似 单 元 存 在 某种 联 系 。大 多 数 研究使 用大 量的冗余的刺激 ， 例如 ，视觉刺激 使用覆 盖 大 片 视野 的光栅 ，但 只考 虑 视觉系 统 对 这 些刺激 的整 体 上的反 应。因此 ， 研究者们 猜 测 视觉系 统 是 否采 用整 体 频 率分析的方式 。然 而 ， 细胞 的感 受 野 是 有 限的，那 么， 它们 在 进行 空间 滤波 的时 候 必 定是 以多 个 局部为 基 痙 的光栅 作 出 响 应， 但 这 些单 元刻 和特 定空间 频 率上 的刺激 的信 息 传递具 有贡献 作 用的细 胞 构 成。 現 ， 艇 十 空 剧频 率通通的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 和 示。图 空间域 模型 示意 图 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究， 刀 贡 献 率是指，主 成 分 提 取 的信息 占 总信息 的份 额。 贡 献 率的计算如 公式 土 以至 于 损失原始 变 量 中 太 多 的信息 。畇 检 验 綤 检 验 用 于 检 验 一 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究畐 检 验 ，也 称 多 个 样 本 比较 的秩一 赫铮 盒型 基 于 空问 频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究配划 样 本 煅 椤 疚 闹 饕 2捎 玫 綯检 验 唬 总体方差盯 晃 粗 #辏 仃 ； 时 ，检 验 统计量 为 ：阂 煅 榈 耐 贫 嫌 隟 检 验 类似 ，可参考 甋 检 验 的推 断方法。 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究能相互 有 关 联 的基 本 因素， 就 可以 在 确 立了可能存在 的若干 因素的情况下， 消 去正 交 假设 ， 对 因素做 斜 交 旋转。 运用正 交 旋转方 法， 得到 正 交 的因素负 荷 矩阵鼻 鼻 将 戳 械 换 镁 卣 驫 ； 将 话 葱械 换 镁 卣 骉 ； 诖 嫖 的计 算机 上 ，由 年 改机 版本 鲜 兰 甏 瞥 鑫 图 扑慊鶧 版本 疨 ，本 章 首先介 绍 了 本 文 研 究 相关的 理论基 础，包括对 比 敏 感 度、 测量方法、 空间频率 、 空 问 频率 通道 、 通道 带 宽、 空 间频率 通道 模 型； 其次 介绍 了 本 文 采 用的数据 分析 方法和 工 具 ，数据 分析 方法包括主成分分析 、 甋检 验 ， 煅 椤 检 验 和 旋 转 ，分析 工 具 主要 有 ， 。 这 些重 要 的 理论和 方法知识为本 文 的研 究 提供 了 充分的 理论基 础和方法依 据 。 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 对 扛 匕 敏感 度一空间频 率通道 模 型 、 掩 蔽 ， 甊 ， 珼 珿学 方法试 图研究空间频 率通道 的特 性， 基 本 原 理是： 个 体 间对 比敏 感 度存在 差异其中 是个 体 亩 员 让舾 卸龋 珻 ， 堑 冢 隹占 淦德 释赖 牡 餍 城 撸 冢琲 在 研究正 常 成人的对 比敏 感 度时 首次 提出， 月 在 浙江所 使 用的仪器 支 持测量 视力在 以 上 的受试 者， 因 此受试 者中 不据 。表 部 分受试 者的信 息表 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 视功 能 测 试 仪 ，如 图 所 示 。 是一 种 基 于 功 能 性 视 的对 比敏感 度检 测 方法 是 年由 的热点。该 仪器 的光 照 条件可以 不 受外 界 环境的影 响，确 保测 试 的准 确 度和 重 复性 。经 研究机 构及临床 应 用，验 证该 仪器 安 全 、 非 接触、 无 创，不 会 对 受试 者造成 不 良 影 响。 十 空问频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究图 视觉 刺激 示 意图从 图 可见 ，视觉 刺激中 的正 弦 光 栅 颜 色 是视觉 刺激中 明暗对 比度最 大 值 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究豳 图 立 体 视检查 图对 比敏 感 度 由 作 者进 行 检测 。 视力、 斜视、 立 体 视由 医 师 进 行 检查 。 饬 壳 埃 冉 醒 菔 荆 员 闶苁 哉呃斫馐笛 槿挝 瘢 2街 ；别 视标 类型 ， 即如图 所 示的视觉 刺 激。 对 某一空间频 率上 的视标， 如果受 试者连 续两 次作 出错误 判 断 ， 则 继 续判 断 与 该视标 邻 近 的对 比度 高 的视标， 直 至 受试 者做出正 确 判 断 ， 再 继 续判 断 邻 近 的对 比度 低的视标； 持续该步骤， 直 至 受 试者不 能 正 确 判 断 对 比度 更低的视标 ， 此 时就 得到 了 该受 试 者在该空间频 率上 的对比度阈 值。 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 本 实验 采用的 实验 环境是 ： 处 理器为 诖 嫖 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究图 不 同 数 据 预 处 理方式的实 验 结果通过图 可以 发 现，数 据 预处 理采 用单位 方差时 的数 据 分 析 结果 是 产 生低 实 验 数 据 分 析 錾 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 篺 岁 ， 年龄 差异不 具 有 统计 学意 义 ， 。采 集 得到 的部分 正 常 眼 的对 比敏 感 度 数 据 如表 所 示。姗姗姗矾主 成分 分 析采 用累计 贡 献 率衡量主 成分 对 样 本 方 差的解释 程 度。 在正 常 组中， 隹 占 淦 德 释 赖睦 奂乒 毕茁 蚀 锏 虼耍 蝗 个 主 成分 进 行 旋转 后 得到 的调谐 曲线作为 正 常 眼的空间频 率通道 调谐 曲线。 在此 基 础上 ， 采 用半 高 宽法 计 算 正 常 眼 的空间频 率通道 带宽。 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究采 集 得到 的部分 弱 视眼 的对 比敏 感 度 数 据如表 所 示。 浙汀 恕 樱 ：学 何论文表 不 同类 型 弱 视眼 的对 比敏 感 度 均值及 甒 检验结 果 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究续表 不 同 类型 弱 视眼 的对 比敏 感 度 均 值 及 畐检 验结 果 痙 时 ，屈 光 参 差性 弱 视与 屈 光 痙 时 ，屈 光不 正 性 弱 视敏感 度存在 差异，且 差异具 有 统计学 意 义。 本 章 小 结 本 章首先说 明 正 常 眼 和 弱视 眼 对 比 敏 感度数 据 分 析 的 结果，其 次钏 对 正 常 眼 结果图 基 于 空 间频率 通道 的 弱视 眼 与 正 常 眼 对 比 敏 感度差异 研究 痙 时，通道 的调 谐曲 线对 弱视 组 的对 比 敏 感度数 据 进 行了 有 效的重构 。 图 弱视 组 的 空 间频率 通道 调 谐曲 线 辉 谥 锌 占 淦 德 噬希 种 类 型 弱道 带 宽 为 。 不同 类 型 弱视 的 空 间频率 通道 调 谐曲 线如 图 所示 。 胃 籮飞 愚曼 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 讨论 欢 例 弱 视眼 痙 上 ， 弱 视眼存 在 痙 时 ， 空间频 率通道 带 基 于 空问频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究图 的研究则 表 明 视觉亮 度 信 息 由最 低的空 籅 ， 琑 。 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 列 比敏 感 度 差异研究 ， 甂 ， 一空间频 率取 得极 大 值后 快 速 减小 ， 减小 的空间频 率段 位 于 在 高空间频 率上 。 高空间频 率的对 比敏 感 度 主要 反 映了视敏 度 的信 息 。 弱 视眼 在 高空间频 率的对 比敏感 度 存 在 严重 缺损 。 如 表 所 示 ， 弱 视组 在 低、 中、 高空间频 率上 的对 比敏 感度值存 在 显著 差异， 对 于 高空间频 率视标 的分 辨能力显著 低于 低空间频 率视标 的分 辨能力。 ； ， 瓼 ， ； ， 甅 琑 籅 ，道 带宽随 着 空间频 率的增大 而 减小 ， 说明 随 着 空间频 率的增大 ， 空间频 率通道 的感 受精度越来 越高， 但作 用范围越来 越窄 。 这与 基 于 空间频 率通道 的弱 视 誮 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 ， 】 。 这些 实 验证 据 表明 ， 在 视通路 琇 ， 珻 ， 琈 ， 琄 ， 的研究表 明 在 低、 中、 高空问频 率上 存 在 和 的研究表 明 空间频 率通道 的通道 带宽为 和 的研究发 现 弱 视眼 的通道 敏 感 性 痙 上 存 在 鐾 溃籗 和 采 用主成分 分 析法和 斜 交 旋 转 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究计 算 出 的空间频 率通道 带 宽为 的对 比敏感 度数据 ， 运用 对 比敏感 度 空间频 率通道 模型 进行研究， 得 到通道 带宽为 槐 疚 牡 氖 莘 治鼋 峁砻髡 榈耐 来 砦 比敏 感 度 的发育 从 婴 儿时 期 开始 ， 随着年 龄 增 长 渐 趋平稳 ， 在 青少 年 时 期 达 到 成有空间频 率通道 对 视野 图 像 的亮度信息 进 行调 制 ： 在 高 空间频 率， 弱 视眼 的通道带 宽小 于 正 常 眼 ， 说明两 者 对 比敏 感 度 的差异不是 由 于 空间频 率通道 数目的缺失， 而是 由 于 通道 带 宽的减小引 起 。由 于 高 空间频 率通道 带 宽的减小， 通道 对 视野图 像 的高 空间频 率亮度 信息的调 制 能力减弱 ， 导致 弱 视眼对 视觉 信号的处理能力 减弱 ， 表 现 为 高 空间频 率的对 比敏 感 度 存在 缺 损 。眼的通道 带 宽 别 为 常 趾 槁唬 谛 忝簦 琍经 节主要由 赴 蚉细 胞 组 成 ， 赴 谑 油 兴 急 壤 仙 伲 ! ， 基 于 空间频 率通道 的弱 视眼 与 正 常 眼 对 比敏 感 度 差异研究 撼 于 空间频 率通道 的剿 视艮 与 正 常眼 对比