应用数字化色觉量表评估色觉感知力与辩识力

欧莉　李晶　贾亮　刘嘉琛

关键词：色觉；感知力；辨识力；定量检测；百分制

色知觉简称色觉，是视觉功能的重要组成部分，属于心理物理学范畴。色觉正常者能用红、绿、蓝3种颜色匹配出光谱中的所有颜色[1]。色觉异常是指辨别颜色的能力出现障碍，分为先天性和后天性，根据辨色能力欠缺的轻重不同一般分为色弱和色盲[2]。据估算，全球色觉异常患者约有2亿人[3]。色觉检查是升学、入职等体检中的必查内容，特别是在飞行员招飞和以颜色波长作为严格技术标准的行业准入。色觉检查的方法多样，主要是主观测试方法，包括色盲镜、假同色图、色相子排列等。国内经常用于检测色觉异常的方法为《俞自萍色盲检查图》，广泛用于征兵入伍、公务员招录以及特种行业人员招录等，但这种检查方法也存在一些不足，如无法明确鉴别色盲与色弱[4]，而且存在被检查者背诵图谱通过测试的缺点。Farnsworth Munsell-100色彩检测法（FM-100）根据呈色原理设计，可以对色觉进行定量评估，将辨色力分为优秀、一般和差三个等级[5]。但该检测方法耗时长，需要专业人士协助才能完成，不便于在临床广泛应用；且不同的照明条件下被检者的颜色辨别力有差异[6]。Nagel色觉镜可以对辨色能力强弱进行检查，是公认的色觉异常检查的金标准[7]，但同样存在检查过程费事费力的情况。

随着科学技术进步，数字化研究应用到色觉研究中，并有望克服这些缺点[8]。本研究采用基于光学三原色（红、绿、蓝）原理设计的数字化色觉定量检测表（感知力量表和辨识力量表），这是一种主观测定方法，通过电子显示屏显示检测量表可以对色觉正常者及先天性色觉异常者的颜色感知能力和辨识能力进行定量评估。本研究主要探究色觉正常成年人的色觉感知力和色觉辩识力的差异及规律，该检测方法可为色觉定量检查方法的完善提供参考和依据。

1  研究对象与方法

1.1 研究对象

选取某医学高等专科学校学生122例，其中男性46例，女性76例，年龄范围：18～24岁，平均年龄20.39±0.96岁。入组条件：身体健康，双眼矫正视力均≥1.0，排除先天性白内障、青光眼等眼科疾患；用《俞自萍色盲检查图》（人民卫生出版社，第6版）检查并排除色觉异常，特别是蓝黄色盲患者，色觉检测的结果由两名眼科医师复核。

1.2 数字化色觉量表设计

数字化色觉定量评分量表的设计原理：RGB模式又称光学三原色，RGB分别代表红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三个通道的颜色，人眼能感知的所有颜色都可通过三个颜色通道混合叠加而成。R、G、B三种颜色的取值范围是0～255，0表示没有刺激量，255表示刺激量达最大值。利用RGB色彩模式及原理，设计两种数字化百分制色觉定量检测量表——色觉感知力量表和色觉辨识力量表，用于检测色觉正常者及先天性色觉异常者的色觉感知力和辨识力差异。

设计R、G、B三种颜色的感知力量表（见图1），选用RGB值为（155、155、155）的灰色为固定背景颜色，定义为100分，随着某种颜色色彩数字逐渐增加，随机填充阿拉伯数字，直至增加到255，此时定义为0分。三种感知力评分均由高到低为100至1分，感知颜色能力越强，分值越高，反之越低。检查时从低分到高分读背景中的随机数字，以不能正确读出背景中随机数字时终止，以能正确读出的最后数字对应的分值作为记录结果，如检查红色感知力时，最高辨认到分值95对应的数字，则记录分值为95分。辨识力量表检查方法类同。

图1  数字化色觉感知力百分制评分量表

设计绿红（G in R值）、蓝绿（B in G值）、蓝红（B in R值）三种辨识力量表（见图2），同样，选用RGB值为（155、155、155）的灰色为基础背景颜色，定义为100分，再使用一种颜色作为背景，另一种颜色色彩数字逐渐增加，填充随机阿拉伯数字，同时，作为背景颜色的色彩数值也在同等增加，直到两种颜色数值均增加到最大值255，定义为0分。三种辨识力评分均由高到低为100至1分，辨识颜色能力越强分值越高，反之越低。

图2  数字化色觉辨识力百分制评分量表

1.3 观察指标

所有人员距离40～50cm平视观察并读取感知力和辨识力量表，能够清晰、正确辨认的最大分值记录为个人感色或辩色评分。每个人记录6组数值，分别对应红色、绿色、蓝色感知力以及红绿、蓝红、蓝绿辨识力。

1.4 统计方法

使用SPSS19.0软件进行数据分析和对比。对不符合正态分布的非配对数据使用Wilconxon秩和检验（Mann-Whitney U检验）进行分析，对配对数据进行t检验，P＜0.05代表具有统计学意义差异。

2  结果

2.1 年龄对比统计

将122名研究对象的年龄进行正态检验，发现男女两组均不符合正态分布，故描述性别统计采用中位数±四分位数。男性 21±1（岁），女性 20±1（岁），因为是性别描述的统计，则使用Wilconxon秩和检验（Mann-Whitney U检验），检验结果为P=0.286，没有统计学差异。

2.2 感知力评分统计

统计结果显示，男性和女性分别对R、G、B三种颜色感知力上存在显著性差异（表1），色觉感知力评分排序均表现为绿色>红色>蓝色；对比男性和女性分别在R、G、B三种色觉上的感知力发现，男性的红色感色能力显著高于女性，存在差异（见表2），有统计学意义（P＜0.05）。而在G、B上的感知力，男性和女性之间无显著差异。

表1 男性和女性分别对R 、G、 B感知力的统计学分析

表2 男性和女性的感知力评分统计学分析

2.3 辨识力评分统计

通过对同一性别的辨色力两两进行对比发现，男性对蓝绿刺激和绿红刺激的辨色能力均显著高于蓝红刺激，但对蓝绿和绿红的辨识力之间不存在显著差异。而对女性在三种辨识力上的表现进行两两对比发现均存在差异，有统计学意义（见表3）。统计显示男性和女性三种辨色力评分排序均表现为蓝绿>绿红>蓝红，而对每一种辨色比较，均不存在性别之间的差异（见表4）。

表3 男性和女性分别对颜色辨识力的统计学分析

表4 男性和女性的辨识力评分统计学分析

2.4 感知力和辨识力评分的总体95%置信区间

不同检测指标的95%置信区间的下限值可以认为是正常青年人群中该检测指标的最低评分标准，低于此评分，需要进一步检测以明确是否存在检测误差或色觉异常（见表5）。

表5 感知力和辨识力评分的总体95%置信区间

3 讨论

人类拥有色知觉，能辨别不同频率的可见光波，并识别为不同的颜色，这种能力亦称为色觉。人眼可视光的波长范围大约在380～780nm之间，可辨别一百多种单色光色调[9]。以往的色觉研究，主要针对先天性/后天性色觉障碍[10]。而关于色觉正常者的色觉定量检查及评估研究较少，色觉正常者之间对三原色的区分是否有差异，性别等因素是否会影响色觉正常者的颜色辨别等问题少有学者研究。基于光学三原色原理，本研究自主设计了两种定量评分量表——色觉感知力和色觉辨识力量表，主要应用于对红、绿、蓝的定量分析，并且将颜色两两混合，判断色觉辨识能力并进行评分。可以评估色觉正常者和色觉异常者的色觉能力。两个量表的分值均为0～100，分值越高，说明感色能力或辨色能力越好，反之越差。

色觉感知力量表评分结果显示，成年男性和女性在红色感知力上存在明显差异，男性的红色感知力高于女性。根据以往的研究可知，先天性的色盲遗传大部分是隐性遗传，按照遗传规律，男性患病的概率高于女性。但并没有研究表明正常人群中男性的色觉能力低于女性，还需要进一步研究探索。同时，研究发现男性及女性感知力评分：绿色>红色>蓝色，且均差异显著（P < 0.01）。三原色学说认为视网膜有三种不同类型的视锥细胞。最大吸收波长为 570nm的含感红色素视锥细胞、535nm的含感绿色素视锥细胞、455nm的含感蓝色素视锥细胞[11]。通过视锥细胞的敏感度曲线可得知，感知绿色的视锥细胞和感知红色的视锥细胞的敏感度曲线有部分重合，两种视锥细胞都能感知到绿色，而感知蓝色的仅有一种视锥细胞，而且从视锥细胞的数量上看，感知绿色的视锥细胞最多，感知蓝色的视锥细胞最少，这就解释了为何成年人对绿色的感知能力最好，对蓝色的感知能力最差。

研究发现成年男性和女性在红绿、绿蓝、蓝红辨识力上并无明显差异，且分值均在96分以上。而王琪等[12]研究者利用FM100色相检查方法发现女性的颜色辨别力好于男性。本研究主要侧重蓝绿、绿红、蓝红三种辨识力的区别，没有涉及到所有颜色的辨别力，这可能导致与以往的研究结果有出入；以往的辨色力研究主要关注色觉异常的群体，对色觉正常者的辨色情况关注较少，本研究通过色觉辨识力量表分析正常群体在性别上有无辨色力的差异。赵瑞华等[13]通过使用FM100色相检查法，研究发现女飞行员和普通女性在任意月经周期时相中的色觉总错误分值均小于男飞行员，且差异有统计学意义。本研究主要关注的是普通人群，且没有筛查女性是否处于月经期，没有发现男性和女性在辨色力上的差异；本研究中男性和女性的色觉辨识力都没有达到最高值（100分），有提高的可能性。杨新宇等[14]研究通过训练可以明显改善色觉正常者的辨色力，其使用FM100色相检查法对学生的色觉能力进行评估，比较学生训练前后的辨色力TES和辨色力分级及不同色调的辨色能力发现，测试者训练前TES（35.44±34.99）分与训练后TES（17.31±21.92）分比较，差异有统计学意义（P＜0.01）， 训练后色觉能力优秀者显著增多（P＜0.01）。这也说明色觉作为一种感觉，是心理活动的结果，心理学研究已经表明其具有记忆功能，可用心理物理量进行描述，有可塑性，借助色相配列训练等方法可以提高心理物理量，即提高人的色知觉能力。对同一性别辨色力进行分析，发现男性和女性辨色力评分排序均为蓝绿>绿红>蓝红，即绿色为基础背景颜色的辨识力系统得分最高，而以红色为基础背景颜色的辨识力稍差，这与感知力的统计结果有高度相关性：人眼对绿色的感知力最好，因此以绿色为背景进行颜色辨别也相对容易。以红色为背景分别辨别绿色和蓝色，仍是绿色的辨别程度较高。在同一性别的辨色力进行比较中，女性在三种辨色力上均存在差异，而男性只在两种辨识力上有差异，这可能与女性对颜色的辨别能力整体好于男性有关[15]。

综上所述，对基于光学三原色原理设计的数字化色觉定量检测表可以很好地定量衡量正常成年人的色觉感知力和辨识力。本研究表明，男性和女性的色觉感知力评分排序均表现为绿色>红色>蓝色，在红色的感知力上男性优于女性；男性在两种辨色力、女性在三种辨色力上存在差异，其他的色觉感知力和辨识力上男性与女性没有差异。本研究设计的色觉量表也可用于评估先天性色觉异常者的色觉感知力和辨识力，但无法对色盲、色弱进行明确分级，需要进一步研究完善。同时，因该量表是根据RGB色彩模式及原理设计而成，黄蓝色盲患者可辨别红色和绿色，在探究色觉正常者的感知力和辨识力时，需先用《俞自萍色盲检查图》进行排除。本研究还需进一步与其他检测方法进行更大样本比对和改进。

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基金项目：

安徽省卫生健康委科研基金项目：基于数字信息技术的色觉定性定量检查图表和定量色弱辅助眼镜的研究（ AHWJ2021b130）

作者单位：1.安徽医学高等专科学校

2.安徽省第二人民医院眼科

3. 中国人民解放军总医院第三医学中心眼科医学部