现代光环境与视觉健康问题及研究现状

杨斌，陈义，宗易昕

（1.科技部高技术研究发展中心；2.中国计量大学光学与电子科技学院；3.中国科学院半导体研究所）

现代光环境造成的视觉健康问题已成为光电产业面临的重要问题。加强现代光环境与视觉健康研究，构建健康、安全、舒适的光环境，是保障未来健康生活和良好民生状态的重要内容。本文对现代光环境与视觉健康问题及其国内外研究现状进行了梳理分析，并提出了我国进一步加强研究的对策建议。

一、现代光环境对视觉健康的影响及需要研究的问题

人类对外部信息的获取85%以上通过视觉系统，随着人工光源、显示终端的大量应用，人类的视觉负荷显著加重。WHO及《中国近视防治蓝皮书》等报告均指出，目前中国的整体近视率已超过50%，而大中型城市初中以上青少年近视比例已超过80%，6～15岁的平均近视率达到46.64%，近视的低龄化现象日益严重。

现代光环境造成的视觉健康问题已成为光电产业面临的核心问题。研究表明，2岁前夜晚开灯睡觉的孩子近视率明显高于熄灯睡觉的孩子。与纸质文本阅读相比，使用屏幕阅读更容易出现人眼不正常调节、收敛和变小、近视等症状，随着屏幕阅读时间增加，中度近视和重度近视的比例也逐渐提高。长期处于低品质光照、光电显示产品过度使用和城市夜晚光污染等导致的恶劣视觉环境中，是青少年近视、弱视高发的重要因素。

目前，人们对光照及光显示的健康问题缺乏系统深入的认识，对光品质缺乏有效定义与评估标准，国外光电产品进入中国市场没有相应方面的测评准入门槛。在健康照明、健康显示标准领域，已发布的国际标准，全部以欧美人群的视觉功能基础构建。而医学和基因研究表明东亚人种在视觉生理上与欧美人种存在极大的差异，导致东亚人种对于色温、照度、色度等要求与欧美人种不一样，不能照搬国外研究成果。在我国，缺少相关国家标准已成为阻碍产业快速发展的重要问题。

二、国内外研究现状

2004年在维也纳召开了第一届光辐射与人类健康的国际会议。2014年在渥太华召开了主题为“照明与健康”的第二届国际会议。2016年欧洲照明组织发布2025年战略发展路线图，明确“以人为本的照明”作为发展的核心。加强现代光环境与视觉健康研究，构建健康、安全、舒适的光环境，成为保障未来健康生活和良好民生状态的重要内容。

（一）国际研究现状

早在1992年，Mukae H等就提出光对生理功能存在着视觉及非视觉效应2种不同影响。对视觉效应来说，强光可直接形成视力损伤；较长时间的、低能量的光照也会引起视网膜的光化学反应，形成老年性黄斑变性等疾病。2002年，Berson教授发现了哺乳动物的视网膜特化感光神经节细胞(ipRGC)。这类细胞含有视黑素，通过产生光生物学效应，调节生命体征、激素形成与分泌等，进而控制生理节律。从此，非视觉效应对应的视觉任务绩效和视觉舒适度影响的研究，逐步成为热点。Yasukouchi的研究表明照明色温对光生物效应有明显作用；Cajochen的研究表明短波长光照比长波长光照能引起的体温、心率变化的作用更为显著；Van Bommel采用光源光谱基于白炽灯光谱的相对值来定量评价光源的光生物效应。

这些研究衡量任务表现与心理感觉的指标分为四大类：主观量表、生理信号、生理化学指标和任务表现，主要还是从主观认知变化及反馈的角度来进行。

（二）国内研究现状

近年来，我国的科研团队围绕着现代光环境与视觉健康问题也开展了多方面的研究。

2012年开始，中科院医工所研制了第一代眼科光学综合测量仪器，可定量测量人眼的屈光、视觉光学传递函数(MTF)、高阶波像差等客观指标；交由中国标准化研究院视觉健康实验室后，以主观评价和客观指标测试为依托，利用人工神经网络构建人眼健康舒适度量化分级体系，建立了我国首例可客观量化评价的可视化产品健康舒适度评价体系，从而成为CSA 0.35.1-2016标准的核心。

在光损伤研究方面，温州医科大学基于自主研发的细胞研究装置，从形态、分子机制、基因组学等多角度，开展了LED光源对视网膜色素上皮细胞（RPE）的影响的研究，解析了急性光刺激引起RPE凋亡的分子机制，初步找到细胞凋亡的抑制剂；并进行致病基因筛查，首次鉴定了中国人视网膜色素变性的致病基因SLC7A14，研究结果发表在Nature Communication上。

复旦大学自2004年起，通过调整光谱、照度、时间等参数，研究视觉绩效、情绪与生理指标等的变化，并就学校、机舱、船舱等场所，开展进一步的机理研究和应用研究，初步建立光影响视觉和生物效应的量效规律，并在一些产品研制中得到了实际应用。

同济大学则采用循证设计研究方法，通过3次在南极长城站进行光环境非视觉生物效应研究，实现了长城站和中山站的光环境改造。

2016年，CSA联盟整合了我国在健康照明领域的优势力量，推出了CSA 0.35.1-2016（LED照明产品视觉健康舒适度测试第1部分：概述）团体标准，并正式向ISO/TC274光与照明技术委员会提交国际标准提案，该方案得到了广泛认可。

三、加强现代光环境与视觉健康问题研究的对策建议

随着健康中国战略的不断推进，针对“健康”光电产品市场目前所存在的问题，建议在国家重点研发计划“战略性先进电子材料”专项支持下，进一步做好以下几方面的工作。

（一）加强光生物机理的基础研究

从青少年视觉发育健康出发，加强光生物机理研究，建立以视觉生理和心理指标为主体的、定量化的健康评价体系，解决“光致视觉系统生理影响机制”问题，形成涵盖光致视觉系统短、中、长期生理及心理影响的评价模型，以及光心理生理指标与产品物理指标的映射模型，指导“健康”光电产品的开发与应用。

（二）健全“健康”光电产品检测认证体系

针对当今复杂的光分布特点和光污染情况，完善并建立以光谱能量分布、亮度、照度、垂直均匀性等指标为主体的物理检测方法。同时，从对人体健康的影响出发，形成以显性视觉心理生理指标为主体的人因评测方法，同时建立科学的光污染评价认证体系。

（三）建立“健康”光电产品标准体系

加快建立以“健康、安全、舒适、高效”为目标的，以人为本的“健康”光电产品评价标准体系，制定以东亚人种为主体对象的“健康”光电产品标准，争取更多国际标准主导权和话语权。加速推动国内相对滞后的标准研发进程，将部分测评标准转变为认证认可标准或强制标准，建立我国自己的技术贸易壁垒，对进入中国市场的光电产品实施健康准入许可。