陆勤人员不同对比度视力和反应时间的研究

史胜 原源 肖其瑞 姚佩君

目前征兵入伍体检时，视力检测选用的是传统的国际标准视力表，只检测高对比度下人眼最小分辨率，却不能检测低对比度下人眼的辨识能力。按照中国人民解放军军事训练和考核大纲要求，部队除了日常正常操课外，还需要具备不同环境条件下的战斗力。在夜间、刮风、下雨、雾天等低对比度条件下，军事人员能否完成训练科目，达到实战要求，在视功能方面应具备必要的身体条件。国内外对于对比敏感度的研究一般采用保持空间频率不变而改变对比度方法，测定主观判断刚能看到某个空间频率图形的对比度(域值)［1］。本研究则选择另一种方法，即保持对比度不变，测定刚能辨识图形空间频率的阈值［2］，应用多功能电子视力测量仪测试现役陆勤人员在亮、暗背景下不同对比度的视力和反应时间，分析各自的变化规律，评估在某些特殊兵种选拔或征兵体检时引入低对比度视力测量的重要性。

1 资料与方法

1.1 检查对象 现役男性陆勤人员54例(108眼)，年龄18～24岁，平均(20.7±1.9)岁，单眼裸眼视力(uncorrected visual acuity，UCVA)≥5.0(五分记录)入选，色觉正常，无眼部疾病及外伤史、手术史、全身系统性疾病。所有被检测者按白色背景不同亮度(亮、暗)顺序下进行不同对比度的视力测量，结果分成亮背景组、暗背景组，每组又按对比度分成100%、25%、10%、5%水平。

1.2 检查设备 中国深圳亮晴公司和美国波士顿新英格兰视光学院合作生产的多功能电子视力测量仪(MFVA-100)，选定几个固定的对比度(5%、10%、25%、100%)，通过应用程序的控制，在监视器荧光屏上改变空间频率产生不同的E型单个视标，以找到视力及反应时间的阈值，测试距离5.5 m。屏幕背景亮度的定义是:背景亮表示屏幕亮度在260 cd/m2左右，背景暗表示屏幕亮度在26 cd/m2左右。

1.3 检查方法 由同一名检查人员在暗室(室内光线照度在0 lx左右)实施检查，选择黑色视标，视屏背景为白色，初始视力值设定为logMAR=0.1(五分记录视力4.9)，视标显示时间为5 s。被检者暗适应5 min后开始，视屏设定亮背景，依次测出100%、25%、10%、5%对比度的视力值和反应时间，完成后休息3～5 min，之后再在视屏暗背景下依次测出100%、25%、10%、5%对比度的视力值和反应时间。测量时，鼓励受试者尽快读出视标方向，由检查者通过键盘输入受试者的答案，MFVA-100自动计算出视力值和反应时间。视力值采用logMAR记录法。

1.4 统计学处理 应用SPSS 11.5统计软件进行单因素方差分析、配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

背景亮度相同时，随着对比度的下降各组的视力呈显著下降趋势，低对比度组视力明显低于高对比度组(亮背景:F=313.298，暗背景 F=603.483，P ＜0.001);相同对比度时，暗背景组视力明显低于亮背景组(100%:t=4.584;25%:t=4.793;10%:t=8.389;5%:t=14.463;P ＜0.001)(表 1)。

表1 亮、暗背景下不同对比度时视力及反应时间

随着对比度的下降，视力波动幅度增加，以暗背景5%对比度组最大，对比度100%、25%、10%、5%的视力波动差值(对数单位):亮背景为 0.45、0.67、0.68、0.81;暗背景为 0.50、0.57、0.61、1.06(图 1)。

背景亮度相同时，随着对比度的下降各组的反应时间逐渐延长，亮背景下对比度10%组与5%组差异无统计学意义(P＞0.05)，其余各组间差异均有统计学意义(F=29.541，P ＜0.05);暗背景下各组比较差异有统计学意义(F=40.151，P ＜0.05);对比度相同时，暗背景组反应时间延长，在5%对比度水平差异有统计学意义(t=-2.584，P ＜0.05)，其余配对组间差异均无统计学意义(100%:t=-0.803;25%:t=-0.432;10%:t=-1.388;P 均 ＞0.05)(表1)。

随着对比度的降低，各组反应时间的波动幅度增加，暗背景对比度5%时差异最大。对比度100%、25%、10%、5%的反应时间波动差值(s):亮背景为2.38、2.53、2.47、2.95;暗背景为 2.06、2.53、2.91、3.09(图2)。

图1.亮、暗背景下不同对比度的视力高低图

图2.亮、暗背景下不同对比度的反应时间高低图

3 讨论

人类的视觉辨别力可分为三大类:光辨别力(光和色发觉力)、空间辨别力(辨别形状和空间关系的能力)及时间辨别力(与刺激的时间变化有关)。目前对人眼视觉功能最常用的测量手段是视力测量，但现行常规的视力测量通常只做了标准照明条件的测试，而人眼视力随视觉环境、视觉目标、眼功能状况的变化而变化。

从图1我们可以看到，当背景亮度由亮至暗，对比度由高到低，各组视力呈下降趋势，该结果符合视觉生理的刺激空间总合(spatial summation)机制［3］:当刺激时间不变，在视网膜一定刺激面积的范围内，刺激的强弱变化可以由刺激面积的大小得到弥补，即当刺激(亮度和对比度)由强变弱，则刺激面积(视角)由小变大，视力降低。

视觉生理 Bloch定律［3］指出刺激具有时间总合(temporal summation):当保持刺激面积不变，在一定的刺激时间范围内，如果刺激强度很弱，时间效果较差，为达到一定的视感觉，可以用延长刺激时间的方法来加以弥补。刺激时间×刺激强度=常数。视锥细胞和视杆细胞的总合时间不同，视杆细胞的总合时间较长。表1和图2的结果显示，随着背景亮度和对比度的下降，各组的平均反应时间相应延长，亮背景100%对比度平均反应时间最短，为(2.05±0.47)s，暗背景 5%对比度平均反应时间最长，为(2.96±0.67)s，相同对比度比较，暗背景组时间长于亮背景组，但仅5%对比度时差异有统计学意义(P＜0.001)，其余则差异无统计学意义(P＞0.05)。结果符合Bloch定律，由此推断在暗背景条件下，视锥细胞对刺激的作用减弱，视杆细胞对刺激的作用加强，在低对比度时，可能主要以视杆细胞的作用为主。

国内外对对比敏感度在军事领域的研究对象，多见于对视觉功能要求更高的海陆空军战斗机和直升机飞行员以及海军的潜水员等［4-6］，而陆勤人员方面的研究相对较少，按照《陆军军事训练和考核大纲》和《应急作战训练纲目》要求，陆军部队中某些特殊的兵种及战术分队对于视功能也有较高要求，如特种作战人员、坦克及汽车驾驶员、防空兵、便携式导弹分队射手以及步兵射手等，现代战争往往面临复杂的地形地貌，在夜间、刮风、下雨、雾天等低对比度条件下进行，尤其现阶段面临“反恐”等应急作战准备，强调目标识别与指示、海上应用射击、特种作战等，在战场上准确、快速地辨识目标，是保存自己消灭敌人的基础之一，这就需要从两方面着手:①士兵具备必要的身体素质，视觉功能是重要组成部分，如视力、低对比度视力、识别目标的反应时间等;②改善单兵装备，如配备夜视镜［7］、大角度眼镜等。而夜视镜只能在夜间起作用，同时结合中国国情，单兵装备尚无法配置到各基层部队，因此现阶段士兵的身体素质显然更为重要。本研究结果表明，标准视力正常并不代表其低对比度视力和反应时间一定正常(达到平均值)，尤其在暗背景5%对比度时，视力下降幅度最大，反应时间显著延长，并且个体差异最明显，最低视力距该组平均值差值达0.75(对数单位)，而最长反应时间较平均值延长了2.04 s。亮背景100%对比度视力近似于标准视力表视力，而暗背景5%对比度的视力和反应时间则更能反映低对比度条件下的视觉系统功能。因此在上述特殊兵种和分队的人员选拔时应用MFVA-100测试亮背景100%对比度和暗背景5%对比度视力和反应时间，可基本评估出正常条件和低对比度条件下的视觉功能。在军事领域，围绕降低对比度和提高对比敏感度这一对矛盾的研究，在一定程度上推动了军事科学的发展。因此就个体而言，军队的职业性质决定了服役人员的视觉功能除了在标准视力方面有基本要求外，在视觉对比敏感度方面也应具备一定的条件。本项研究通过MFVA-100对正常视力的陆勤人员进行不同背景不同对比度的视力和反应时间的检测，结果具有一定的现实意义，低对比度视力检测作为某些特殊兵种选拔和征兵体检时的一项视功能评估方法十分必要。本研究设计是在白色背景黑色视标亮、暗背景条件下进行对比度视力和反应时间检测，随着对比度的降低，视力呈下降趋势，而高对比度视力正常的个体低对比度视力差异增加，是否意味在低对比度条件下人眼的视觉系统状态(如屈光状态、像差)发生了改变，不同个体的变化如何，尚不明了;同时不同波长、不同环境对于低对比度视力的影响以及相关的评估标准也有待于进一步的研究。

［1］邬文兰.视觉对比敏感度［J］.国外医学·眼科分册，1991，15(1):39-42.

［2］王光霁.不同对比度视力表及其临床应用［J］.眼视光学杂志，1999，1(1):10-12.

［3］李凤鸣.眼科全书［M］.北京:人民卫生出版社，1996:369，2527.

［4］Bachman WG，Egenmaier W.Assessment of cycloplegic effects on the vistech contrast sensitivity test in army aviator candidates［J］.Optom Vis Sci，1991，68(6):452-455.

［5］Van de Pol C，Greig JL，Bower KS.Helicopter night flight operations following refractive surgery［J］.Invest Ophthalmol Vis Sci，2004，45:2823.

［6］Macarez R，Dordain Y，Hugon M.Long-term effects of iterative diving on visual field，color vision and contrast sensitivity in professional divers［J］.J Fr Ophtalmol，2005，28(8):825-831.

［7］Subramanian PS，O'Kane B，Stefanik R，et al.Visual performance with night vision goggles after photorefractive keratectomy for myopia［J］.Ophthalmology，2003，110(3):525-530.