應(yīng)用數(shù)字化色覺量表評估色覺感知力與辯識力

歐莉　李晶　賈亮　劉嘉琛

關(guān)鍵詞：色覺；感知力；辨識力；定量檢測；百分制

色知覺簡稱色覺，是視覺功能的重要組成部分，屬于心理物理學(xué)范疇。色覺正常者能用紅、綠、藍(lán)3種顏色匹配出光譜中的所有顏色[1]。色覺異常是指辨別顏色的能力出現(xiàn)障礙，分為先天性和后天性，根據(jù)辨色能力欠缺的輕重不同一般分為色弱和色盲[2]。據(jù)估算，全球色覺異常患者約有2億人[3]。色覺檢查是升學(xué)、入職等體檢中的必查內(nèi)容，特別是在飛行員招飛和以顏色波長作為嚴(yán)格技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)準(zhǔn)入。色覺檢查的方法多樣，主要是主觀測試方法，包括色盲鏡、假同色圖、色相子排列等。國內(nèi)經(jīng)常用于檢測色覺異常的方法為《俞自萍色盲檢查圖》，廣泛用于征兵入伍、公務(wù)員招錄以及特種行業(yè)人員招錄等，但這種檢查方法也存在一些不足，如無法明確鑒別色盲與色弱[4]，而且存在被檢查者背誦圖譜通過測試的缺點。Farnsworth Munsell-100色彩檢測法（FM-100）根據(jù)呈色原理設(shè)計，可以對色覺進行定量評估，將辨色力分為優(yōu)秀、一般和差三個等級[5]。但該檢測方法耗時長，需要專業(yè)人士協(xié)助才能完成，不便于在臨床廣泛應(yīng)用；且不同的照明條件下被檢者的顏色辨別力有差異[6]。Nagel色覺鏡可以對辨色能力強弱進行檢查，是公認(rèn)的色覺異常檢查的金標(biāo)準(zhǔn)[7]，但同樣存在檢查過程費事費力的情況。

隨著科學(xué)技術(shù)進步，數(shù)字化研究應(yīng)用到色覺研究中，并有望克服這些缺點[8]。本研究采用基于光學(xué)三原色（紅、綠、藍(lán)）原理設(shè)計的數(shù)字化色覺定量檢測表（感知力量表和辨識力量表），這是一種主觀測定方法，通過電子顯示屏顯示檢測量表可以對色覺正常者及先天性色覺異常者的顏色感知能力和辨識能力進行定量評估。本研究主要探究色覺正常成年人的色覺感知力和色覺辯識力的差異及規(guī)律，該檢測方法可為色覺定量檢查方法的完善提供參考和依據(jù)。

1? 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取某醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校學(xué)生122例，其中男性46例，女性76例，年齡范圍：18～24歲，平均年齡20.39±0.96歲。入組條件：身體健康，雙眼矯正視力均≥1.0，排除先天性白內(nèi)障、青光眼等眼科疾患；用《俞自萍色盲檢查圖》（人民衛(wèi)生出版社，第6版）檢查并排除色覺異常，特別是藍(lán)黃色盲患者，色覺檢測的結(jié)果由兩名眼科醫(yī)師復(fù)核。

1.2 數(shù)字化色覺量表設(shè)計

數(shù)字化色覺定量評分量表的設(shè)計原理：RGB模式又稱光學(xué)三原色，RGB分別代表紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue）三個通道的顏色，人眼能感知的所有顏色都可通過三個顏色通道混合疊加而成。R、G、B三種顏色的取值范圍是0～255，0表示沒有刺激量，255表示刺激量達最大值。利用RGB色彩模式及原理，設(shè)計兩種數(shù)字化百分制色覺定量檢測量表——色覺感知力量表和色覺辨識力量表，用于檢測色覺正常者及先天性色覺異常者的色覺感知力和辨識力差異。

設(shè)計R、G、B三種顏色的感知力量表（見圖1），選用RGB值為（155、155、155）的灰色為固定背景顏色，定義為100分，隨著某種顏色色彩數(shù)字逐漸增加，隨機填充阿拉伯?dāng)?shù)字，直至增加到255，此時定義為0分。三種感知力評分均由高到低為100至1分，感知顏色能力越強，分值越高，反之越低。檢查時從低分到高分讀背景中的隨機數(shù)字，以不能正確讀出背景中隨機數(shù)字時終止，以能正確讀出的最后數(shù)字對應(yīng)的分值作為記錄結(jié)果，如檢查紅色感知力時，最高辨認(rèn)到分值95對應(yīng)的數(shù)字，則記錄分值為95分。辨識力量表檢查方法類同。

圖1? 數(shù)字化色覺感知力百分制評分量表

設(shè)計綠紅（G in R值）、藍(lán)綠（B in G值）、藍(lán)紅（B in R值）三種辨識力量表（見圖2），同樣，選用RGB值為（155、155、155）的灰色為基礎(chǔ)背景顏色，定義為100分，再使用一種顏色作為背景，另一種顏色色彩數(shù)字逐漸增加，填充隨機阿拉伯?dāng)?shù)字，同時，作為背景顏色的色彩數(shù)值也在同等增加，直到兩種顏色數(shù)值均增加到最大值255，定義為0分。三種辨識力評分均由高到低為100至1分，辨識顏色能力越強分值越高，反之越低。

圖2? 數(shù)字化色覺辨識力百分制評分量表

1.3 觀察指標(biāo)

所有人員距離40～50cm平視觀察并讀取感知力和辨識力量表，能夠清晰、正確辨認(rèn)的最大分值記錄為個人感色或辯色評分。每個人記錄6組數(shù)值，分別對應(yīng)紅色、綠色、藍(lán)色感知力以及紅綠、藍(lán)紅、藍(lán)綠辨識力。

1.4 統(tǒng)計方法

使用SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和對比。對不符合正態(tài)分布的非配對數(shù)據(jù)使用Wilconxon秩和檢驗（Mann-Whitney U檢驗）進行分析，對配對數(shù)據(jù)進行t檢驗，P＜0.05代表具有統(tǒng)計學(xué)意義差異。

2? 結(jié)果

2.1 年齡對比統(tǒng)計

將122名研究對象的年齡進行正態(tài)檢驗，發(fā)現(xiàn)男女兩組均不符合正態(tài)分布，故描述性別統(tǒng)計采用中位數(shù)±四分位數(shù)。男性 21±1（歲），女性 20±1（歲），因為是性別描述的統(tǒng)計，則使用Wilconxon秩和檢驗（Mann-Whitney U檢驗），檢驗結(jié)果為P=0.286，沒有統(tǒng)計學(xué)差異。

2.2 感知力評分統(tǒng)計

統(tǒng)計結(jié)果顯示，男性和女性分別對R、G、B三種顏色感知力上存在顯著性差異（表1），色覺感知力評分排序均表現(xiàn)為綠色>紅色>藍(lán)色；對比男性和女性分別在R、G、B三種色覺上的感知力發(fā)現(xiàn)，男性的紅色感色能力顯著高于女性，存在差異（見表2），有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。而在G、B上的感知力，男性和女性之間無顯著差異。

表1 男性和女性分別對R 、G、 B感知力的統(tǒng)計學(xué)分析

表2 男性和女性的感知力評分統(tǒng)計學(xué)分析

2.3 辨識力評分統(tǒng)計

通過對同一性別的辨色力兩兩進行對比發(fā)現(xiàn)，男性對藍(lán)綠刺激和綠紅刺激的辨色能力均顯著高于藍(lán)紅刺激，但對藍(lán)綠和綠紅的辨識力之間不存在顯著差異。而對女性在三種辨識力上的表現(xiàn)進行兩兩對比發(fā)現(xiàn)均存在差異，有統(tǒng)計學(xué)意義（見表3）。統(tǒng)計顯示男性和女性三種辨色力評分排序均表現(xiàn)為藍(lán)綠>綠紅>藍(lán)紅，而對每一種辨色比較，均不存在性別之間的差異（見表4）。

表3 男性和女性分別對顏色辨識力的統(tǒng)計學(xué)分析

表4 男性和女性的辨識力評分統(tǒng)計學(xué)分析

2.4 感知力和辨識力評分的總體95%置信區(qū)間

不同檢測指標(biāo)的95%置信區(qū)間的下限值可以認(rèn)為是正常青年人群中該檢測指標(biāo)的最低評分標(biāo)準(zhǔn)，低于此評分，需要進一步檢測以明確是否存在檢測誤差或色覺異常（見表5）。

表5 感知力和辨識力評分的總體95%置信區(qū)間

3 討論

人類擁有色知覺，能辨別不同頻率的可見光波，并識別為不同的顏色，這種能力亦稱為色覺。人眼可視光的波長范圍大約在380～780nm之間，可辨別一百多種單色光色調(diào)[9]。以往的色覺研究，主要針對先天性/后天性色覺障礙[10]。而關(guān)于色覺正常者的色覺定量檢查及評估研究較少，色覺正常者之間對三原色的區(qū)分是否有差異，性別等因素是否會影響色覺正常者的顏色辨別等問題少有學(xué)者研究?；诠鈱W(xué)三原色原理，本研究自主設(shè)計了兩種定量評分量表——色覺感知力和色覺辨識力量表，主要應(yīng)用于對紅、綠、藍(lán)的定量分析，并且將顏色兩兩混合，判斷色覺辨識能力并進行評分?？梢栽u估色覺正常者和色覺異常者的色覺能力。兩個量表的分值均為0～100，分值越高，說明感色能力或辨色能力越好，反之越差。

色覺感知力量表評分結(jié)果顯示，成年男性和女性在紅色感知力上存在明顯差異，男性的紅色感知力高于女性。根據(jù)以往的研究可知，先天性的色盲遺傳大部分是隱性遺傳，按照遺傳規(guī)律，男性患病的概率高于女性。但并沒有研究表明正常人群中男性的色覺能力低于女性，還需要進一步研究探索。同時，研究發(fā)現(xiàn)男性及女性感知力評分：綠色>紅色>藍(lán)色，且均差異顯著（P < 0.01）。三原色學(xué)說認(rèn)為視網(wǎng)膜有三種不同類型的視錐細(xì)胞。最大吸收波長為 570nm的含感紅色素視錐細(xì)胞、535nm的含感綠色素視錐細(xì)胞、455nm的含感藍(lán)色素視錐細(xì)胞[11]。通過視錐細(xì)胞的敏感度曲線可得知，感知綠色的視錐細(xì)胞和感知紅色的視錐細(xì)胞的敏感度曲線有部分重合，兩種視錐細(xì)胞都能感知到綠色，而感知藍(lán)色的僅有一種視錐細(xì)胞，而且從視錐細(xì)胞的數(shù)量上看，感知綠色的視錐細(xì)胞最多，感知藍(lán)色的視錐細(xì)胞最少，這就解釋了為何成年人對綠色的感知能力最好，對藍(lán)色的感知能力最差。

研究發(fā)現(xiàn)成年男性和女性在紅綠、綠藍(lán)、藍(lán)紅辨識力上并無明顯差異，且分值均在96分以上。而王琪等[12]研究者利用FM100色相檢查方法發(fā)現(xiàn)女性的顏色辨別力好于男性。本研究主要側(cè)重藍(lán)綠、綠紅、藍(lán)紅三種辨識力的區(qū)別，沒有涉及到所有顏色的辨別力，這可能導(dǎo)致與以往的研究結(jié)果有出入；以往的辨色力研究主要關(guān)注色覺異常的群體，對色覺正常者的辨色情況關(guān)注較少，本研究通過色覺辨識力量表分析正常群體在性別上有無辨色力的差異。趙瑞華等[13]通過使用FM100色相檢查法，研究發(fā)現(xiàn)女飛行員和普通女性在任意月經(jīng)周期時相中的色覺總錯誤分值均小于男飛行員，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義。本研究主要關(guān)注的是普通人群，且沒有篩查女性是否處于月經(jīng)期，沒有發(fā)現(xiàn)男性和女性在辨色力上的差異；本研究中男性和女性的色覺辨識力都沒有達到最高值（100分），有提高的可能性。楊新宇等[14]研究通過訓(xùn)練可以明顯改善色覺正常者的辨色力，其使用FM100色相檢查法對學(xué)生的色覺能力進行評估，比較學(xué)生訓(xùn)練前后的辨色力TES和辨色力分級及不同色調(diào)的辨色能力發(fā)現(xiàn)，測試者訓(xùn)練前TES（35.44±34.99）分與訓(xùn)練后TES（17.31±21.92）分比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）， 訓(xùn)練后色覺能力優(yōu)秀者顯著增多（P＜0.01）。這也說明色覺作為一種感覺，是心理活動的結(jié)果，心理學(xué)研究已經(jīng)表明其具有記憶功能，可用心理物理量進行描述，有可塑性，借助色相配列訓(xùn)練等方法可以提高心理物理量，即提高人的色知覺能力。對同一性別辨色力進行分析，發(fā)現(xiàn)男性和女性辨色力評分排序均為藍(lán)綠>綠紅>藍(lán)紅，即綠色為基礎(chǔ)背景顏色的辨識力系統(tǒng)得分最高，而以紅色為基礎(chǔ)背景顏色的辨識力稍差，這與感知力的統(tǒng)計結(jié)果有高度相關(guān)性：人眼對綠色的感知力最好，因此以綠色為背景進行顏色辨別也相對容易。以紅色為背景分別辨別綠色和藍(lán)色，仍是綠色的辨別程度較高。在同一性別的辨色力進行比較中，女性在三種辨色力上均存在差異，而男性只在兩種辨識力上有差異，這可能與女性對顏色的辨別能力整體好于男性有關(guān)[15]。

綜上所述，對基于光學(xué)三原色原理設(shè)計的數(shù)字化色覺定量檢測表可以很好地定量衡量正常成年人的色覺感知力和辨識力。本研究表明，男性和女性的色覺感知力評分排序均表現(xiàn)為綠色>紅色>藍(lán)色，在紅色的感知力上男性優(yōu)于女性；男性在兩種辨色力、女性在三種辨色力上存在差異，其他的色覺感知力和辨識力上男性與女性沒有差異。本研究設(shè)計的色覺量表也可用于評估先天性色覺異常者的色覺感知力和辨識力，但無法對色盲、色弱進行明確分級，需要進一步研究完善。同時，因該量表是根據(jù)RGB色彩模式及原理設(shè)計而成，黃藍(lán)色盲患者可辨別紅色和綠色，在探究色覺正常者的感知力和辨識力時，需先用《俞自萍色盲檢查圖》進行排除。本研究還需進一步與其他檢測方法進行更大樣本比對和改進。

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基金項目：

安徽省衛(wèi)生健康委科研基金項目：基于數(shù)字信息技術(shù)的色覺定性定量檢查圖表和定量色弱輔助眼鏡的研究（ AHWJ2021b130）

作者單位：1.安徽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校

2.安徽省第二人民醫(yī)院眼科

3. 中國人民解放軍總醫(yī)院第三醫(yī)學(xué)中心眼科醫(yī)學(xué)部