數(shù)字化色覺定量檢查研究

李太東　陳丹婷　施偉

[摘要] 目的 研究不同設(shè)計方案對計算機(jī)數(shù)字化色覺定量測試的準(zhǔn)確度，尋找可行性解決方案。 方法 采用基于瑞利匹配法則設(shè)計的A、B、C三種不同方案，對165例色覺異常和20例色覺正常學(xué)生進(jìn)行R、G值測量。 結(jié)果 方案A基本能檢出色覺正常者與異常者，B、C方案檢出色覺異常的比例最大，且能初步確定色覺異常程度（P<0.01）。 結(jié)論 數(shù)字化色覺定量檢查具有可行性，C方案能初步檢測色覺異常輕重程度;較低亮度范圍內(nèi)的樣本黃色可以使色覺異常檢出比率提高且穩(wěn)定。

[關(guān)鍵詞] 色覺異常;定量;色覺檢查;瑞利匹配法則;計算機(jī)輔助

[中圖分類號] R77? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）14-0070-04

[Abstract] Objective To study the accuracy of different design schemes for computer-aided digital quantitative test of color vision， and to find feasible solutions. Methods Three different schemes A， B and C were adopted based on the Rayleigh matching rule. R and G values were measured in 165 cases of abnormal color vision and 20 students with normal vision. Results Plan A could be used to basically detect those with normal and abnormal vision， and plans B and C could be used to detect the highest proportion of abnormal vision， which could initially determine the degree of color vision abnormality（P<0.01）. Conclusion Digital quantitative test of color vision is feasible， and plan C can initially detect the degree of abnormality in color vision; the yellow color of the sample in the lower brightness range can make the detection rate of abnormality in color vision high and stable.

[Key words] Abnormal color vision; Quantitative; Color vision test; Rayleigh matching rule; Computer-aided

色覺辨別是一種重要的功能，很多職業(yè)需要正確的辨別顏色，如化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)、紡織印染行業(yè)、冶金行業(yè)、美術(shù)彩印、醫(yī)療行業(yè)、地質(zhì)資源勘查行業(yè)以及航空、交通等均需要良好的色覺識別才能完成工作，避免發(fā)生嚴(yán)重危害[1]。青光眼早期可以出現(xiàn)色覺異常[2，3]，視神經(jīng)病變也可以出現(xiàn)色覺異常，部分藥物如乙胺丁醇也會出現(xiàn)色覺異常的副作用等，色覺定量檢查可以作為此類疾病的輔助檢查和藥物副作用的監(jiān)測[4-6]，但初略的區(qū)分色覺輕重對這類疾病監(jiān)測誤差較大，需要更為精準(zhǔn)的定量檢查有利于判斷病情，如何準(zhǔn)確的對色盲色弱的輕重進(jìn)行分級診斷也是色覺檢查的主要任務(wù)。目前色覺檢查方法有D-15、D-100色調(diào)檢測法，基于瑞利法則的顏色混合測定法、Nagel色盲鏡法、彩色線團(tuán)法，基于假同色原理的各種色盲檢查圖，其中色盲檢查圖最為常用。色盲檢查圖存在著色彩容易老化、檢查隨機(jī)性強(qiáng)、有的結(jié)果存在互相矛盾、色弱與色盲界定存在重合、不能定量等問題，D-15精準(zhǔn)度不夠，D-100較為繁瑣，需要配備較多檢查色子、色相子老化等問題[6，7]?；诖耍瑪?shù)字化色覺定量檢查以其方便保存、快速、能定性、定量等優(yōu)點(diǎn)逐漸得到色覺研究者的重視[8-11]，部分研究者認(rèn)為基于瑞利匹配法則的定量色覺檢查方法是較為可行的方法[11-13]。物理學(xué)家Rayleigh發(fā)現(xiàn)黃光可以由紅光與綠光混合而成，即瑞利顏色匹配理論[13]，瑞利匹配法則基本方法是用綠光（550 nm）和紅光（670 nm）在一個半圓形視場混合，同時單色黃光（589 nm）投射到另一半視場中，通過調(diào)整混合光中紅綠光比例及黃光的亮度即可達(dá)到兩側(cè)顏色的匹配。本研究采用瑞利法則進(jìn)行數(shù)字化色覺檢查定量嘗試，利用計算機(jī)設(shè)計不同方案進(jìn)行色覺測試，初步研究顯示不同的設(shè)計方案對色覺測試效果存在差異，部分設(shè)計方案具有一定的定量效果，現(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取本校2018年9月2018級大一新生中檢出的色覺異常學(xué)生165例和色覺正常學(xué)生20例，其中男生183例，女生2例，平均年齡18.61歲。

1.2 方法

所有被試學(xué)生均先由體檢人員采用俞自萍色盲檢查圖第5版進(jìn)行初步檢查診斷[1]，色覺正常和異常者由2名眼科醫(yī)師復(fù)核，并依據(jù)檢查圖結(jié)果異常輕重進(jìn)行色盲、色弱分級，分為色盲Ⅰ級、色盲Ⅱ級、色弱Ⅲ級、色弱Ⅳ級、色覺正常。每種方案均先由20名檢測為色覺正常者進(jìn)行測試。

采用VB編程設(shè)計基于瑞利匹配法則的電腦軟件，利用計算機(jī)RGB顏色合成原理，用不同的R、G值組合成顏色作為樣本色塊，被試人員通過調(diào)整R、G值數(shù)字合成匹配色塊，使其與樣本色塊顏色一致達(dá)到測試終點(diǎn)，計算樣本色塊R、G值與匹配終點(diǎn)時匹配色塊的R、G值之差，作為被試人員的定量色覺測試值（離散數(shù)度）。其中設(shè)計采用3種方案，見封三圖4。

1.2.1 A方案? 樣本色塊R、G值相等為上下三角形與匹配色塊左右三角形交叉構(gòu)成正方形的四個色塊，上下三角顏色一致可檢測人員手動調(diào)試，左右三角形顏色一致由被測人員通過兩個滑塊分別改變R、G值匹配成與上下三角主觀一致，匹配值減去樣本值（下同）。

1.2.2 B方案? 色塊設(shè)計思路與方案A一致，但樣本色塊由隨機(jī)產(chǎn)生不同的R、G值，起始匹配R、G值分別位于兩端，一種起始為綠色，一種起始為紅色。

1.2.3 C方案? 色塊設(shè)計思路與方案A一致，但樣本色塊為固定的R、G值，起始匹配R、G值分別位于兩端，一種起始為綠色，一種起始為紅色。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS16.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，對色盲與色弱組采用兩樣本成組進(jìn)行秩和檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

采用俞自萍第5版色盲檢查圖[1]檢查診斷為色覺正常者20例學(xué)生對每種方案進(jìn)行試驗(yàn)測試，結(jié)果顯示A、B、C三種方案數(shù)字離散結(jié)果均在0～1。對色覺異常者檢查結(jié)果如下。

2.1 25例色覺異常者A方案檢查結(jié)果

A方案25例，采取以紅色為起始顏色，通過按鍵移動調(diào)整R、G值，被試人員認(rèn)為四個色塊一致時的R、G值為測試值并記錄，見表1。色覺異常者采用俞自萍第5版色覺圖譜檢查診斷，下同。色覺異常大部分能被檢出，部分色盲數(shù)字離散不明顯，25例中5例（20%）色盲數(shù)字離散度≤2，與色覺正常者不能區(qū)分，且色盲與色弱的數(shù)字離散也存在交叉，不能區(qū)分色覺異常程度。

2.2 B方案

2.2.1 50例色覺異常者B方案檢查結(jié)果? B方案50例，單排數(shù)字的是采取以紅色為起始顏色，通過按鍵移動調(diào)整R、G值，被試人員認(rèn)為四個色塊一致時的R、G值為測試值并記錄（雙排數(shù)字的上排數(shù)字代表以純紅色為起始顏色，下排純綠色為起始顏色的測試結(jié)果值），見表2。

2.2.2 50例色覺異常者B方案色弱與色盲兩樣本成組比較? 色覺異常均能被檢測出，且數(shù)字離散越大，色覺異常程度越重;部分色盲數(shù)字離散小，用不同紅綠顏色作為起始色則離散明顯增大。以色覺檢查數(shù)字離散度大的顏色數(shù)字進(jìn)行均數(shù)統(tǒng)計，如兩次檢查結(jié)果不一致以最大一次計算，對色弱與色盲兩樣本成組比較進(jìn)行秩和檢驗(yàn)（色弱Ⅲ級、色弱Ⅳ級均計算為色弱值，色盲Ⅰ級、色盲Ⅱ級均計算為色盲值），B方案對色弱色盲檢測的數(shù)字離散度有顯著差異，能區(qū)分色盲色弱。見表3。

2.3 C方案

2.3.1 90例色覺異常者C方案檢查結(jié)果? 固定閾值測試共計90例：單排數(shù)字的是采取以紅色為起始顏色，通過按鍵移動調(diào)整R、G值，被試人員認(rèn)為四個色塊一致時的R、G值為測試值并記錄（雙排數(shù)字的上排數(shù)字代表以純紅色為起始顏色，下排純綠色為起始顏色的測試結(jié)果值），見表4。

2.3.2 90例色覺異常者C方案色弱與色盲兩樣本均數(shù)比較? 色覺異常能被檢測出，且數(shù)字離散越大，色覺異常程度越重;6例（6.67%）色盲數(shù)字離散不明顯，用不同紅綠顏色作為起始色則離散明顯增大。以色覺檢查數(shù)字離散度大的顏色數(shù)字進(jìn)行均數(shù)統(tǒng)計，如兩次檢查結(jié)果不一致以最大一次計算，對色弱與色盲兩樣本成組比較進(jìn)行秩和檢驗(yàn)（色弱Ⅲ級、色弱Ⅳ級均計算為色弱值，色盲Ⅰ級、色盲Ⅱ級均計算為色盲值），C方案對色弱色盲檢測的數(shù)字離散度有顯著差異，可以區(qū)分色盲色弱。見表5。

2.4 三種方案檢查結(jié)果比較

A方案色弱與色盲的R、G值檢測值重合較多，不能有效區(qū)分色弱與色盲，B、C兩方案能區(qū)分色弱與色盲，且C方案的R、G檢測值大小與色覺障礙輕重呈正相關(guān)。

3 討論

色覺檢查目前主要以假同色檢查圖為主，以俞自萍編著的色盲檢查圖最為常用。但該檢查圖有的圖片過于抽象，有時難于辨認(rèn)，也存在著檢查結(jié)果有時互相矛盾的地方，色弱與色盲存在重合不易區(qū)分、不能定量。為克服這些不足，一些研究者開始對色覺檢查進(jìn)行數(shù)字化研究[8-11，14-16]，采用紅綠色所占比例來定量計算色覺異常。而本研究也是基于瑞利匹配法則，但是采用計算機(jī)輔助，直接計算紅、綠顏色的差值作為色覺異常程度，進(jìn)行數(shù)字化初步探討，計算機(jī)軟件設(shè)計三種不同的方案來進(jìn)行比較。因電腦顯示屏為液晶屏，存在著角度不同同樣顏色也會呈現(xiàn)不同色，基于此，設(shè)計方案把不同上下左右色塊交叉呈現(xiàn)于視覺中心，設(shè)計方案A、B、C。三種方案的正常色覺者結(jié)果均在0～1，故未統(tǒng)計。方案A結(jié)果顯示：色覺異常者大部分?jǐn)?shù)字離散度均>3，但色盲Ⅱ者也有為0的，其原因可能系檢查人員在改變樣本色塊數(shù)字時難易程度導(dǎo)致。檢查中發(fā)現(xiàn)，樣本色塊黃色亮度較低時，色覺異常被檢出比率高，顏色越淺，亮度越明亮，色覺異常檢出比率越低;但顏色過深、過暗時檢查比率也會變低，提示在一定范圍內(nèi)的暗黃色可以使色覺異常檢出比率提高且穩(wěn)定。方案B結(jié)果提示，色覺異常者均能檢出數(shù)字離散≥3，且提示數(shù)字離散越大，色覺異常程度越重;但少數(shù)顯示色盲者數(shù)字離散比較小，采用不同紅綠起始則會離散增大，考慮是紅色異常或綠色異常存在著輕重差別導(dǎo)致，紅色覺異常主要表現(xiàn)在紅色與深綠色混淆，藍(lán)與紫不分，綠色覺主要是淡綠與深紅混淆，絳色與青色混淆。如紅色起始端測試小、綠色起始端測試大，說明是綠色異常為主;反之紅色異常為主。但由于色盲也存在著數(shù)字離散小的問題，故不能排除樣本色塊隨機(jī)產(chǎn)生而導(dǎo)致測試難度不同所致，采用兩樣本成組比較進(jìn)行秩和檢驗(yàn)（P<0.01）， B方案數(shù)字離散度能區(qū)分色盲與色弱。方案C根據(jù)上述檢測出現(xiàn)的問題進(jìn)行進(jìn)一步完善改進(jìn)，將樣本色塊固定，結(jié)果提示，數(shù)字離散度越大，色覺異常程度越重，數(shù)字離散越小，色覺異常程度越輕，其中1例色覺圖譜檢查為色弱者，用C方案檢查為色覺正常，采用幾本不同色覺檢查圖譜復(fù)查顯示為色覺正常，避免了錯誤結(jié)論。僅有極少數(shù)存在異常，考慮與起始色端有關(guān)，是紅綠色覺異常嚴(yán)重程度不同導(dǎo)致，復(fù)查顯示可重復(fù)性較高，對C方案進(jìn)行樣本均數(shù)t檢驗(yàn)（P<0.01），C方案檢測的數(shù)字離散度可以區(qū)分色盲與色弱。但也存在極少數(shù)色弱數(shù)字離散較大、色盲數(shù)字離散小的問題，但比例不大，具體原因考慮：一是色覺檢查圖譜誤差（如被試人員背誦、記憶）;二是被檢測人員如果色覺障礙和起始色塊不一致（如紅色盲，起始色塊是綠色），另一個色塊移動就容易接近正常值，通過加測反向色塊起始顏色可以改進(jìn)完善。另一方面，B、C兩方案對色弱輕重、色盲輕重還不能明確進(jìn)行分級，還需進(jìn)一步研究完善。

總之，基于瑞利法則采用計算機(jī)輔助進(jìn)行色覺測試，不同的設(shè)計方案對色覺測試的效果不同，固定的R、G值且起始端在紅或綠端設(shè)計（即本研究的方案C）對絕大多數(shù)色覺異常者均能檢出，大部分色覺異常越重，其數(shù)字離散度越大，數(shù)字離散越小，色覺異常越輕;僅有少數(shù)結(jié)果與此相反，采用兩種起始端顏色測試可以提高測試的準(zhǔn)確度;較低亮度范圍內(nèi)的樣本黃色可以使色覺異常檢出比率提高且穩(wěn)定。本研究還需進(jìn)一步與其他檢測方法進(jìn)行更大樣本比對和改進(jìn)。

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（收稿日期：2019-11-06）