基礎專業知識-視光學
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第一章基礎光學
第一節光
我們所能看到外界物體就是因為光的作用。人眼直接看到的光都是可見光。光在真空中的速度為3×10^8米/秒。根據光波波長的不同，光可分為：
微波 紅外線 可見光 紫外線 宇宙射線
波長（納米）
10000 760 380 200
1納米=10^-11米
光是電磁波的一種，電磁波根據不同的波長分為：無線電波、紅外線、可見光
紫外線、微波、X光等。光線在真空中進行的速度為300000km/S。
波長在380nm—760nm為可見光（1nm毫微米=一百萬分之一毫米），自然界中克見光市白色的，經三稜鏡分光後為赤、橙、黃、綠、蘭、青、紫七種顏色。
波長在780nm—1000nm為紅外線。紅外線雖然不能被人所看見，但能夠釋放大量熱能。因此，過量的紅外線照射可燒傷角膜、晶狀體、視網膜等眼組織。
波長在200nm—380nm為紫外線。紫外線長時間照射人的皮膚能使皮膚變黑或發生日光性皮炎。同時也能燒傷眼角膜、結膜、晶狀體等眼組織。
波長越短，其折射越大。紅色波長最長，紫色波長最短。
第二節屈光
當光從一種介質進入另一種介質時，光的行進方向會發生改變，這種現象稱之為「折射」，在視光學中把「折射」稱之為「屈光」。為了表示方向改變程度的大小，我們用折射率（n』）來表示，又稱為屈光指數。光在空氣中折射率為1，而在別的物質中折射率都比1大，譬如人眼角膜屈光指數為1.377。
我們剛才談到可見光，也就是常說的白光，是由赤、橙、黃、綠、青、藍、紫組成的。那麼我們是怎麼知道的呢？科學家做了以下這個實驗：
由此可見，三稜鏡的折射規律是：光線總是折向三角形的基底方向。
第三節透鏡
如果我們用兩個三稜鏡的基底連在一起，根據三稜鏡的折射特性，光線都向基底方向折射，並聚於一點，這點稱為焦點，根據它的形狀特徵我們稱為凸透鏡，焦點到透鏡光學中心的距離稱為焦距（f）。
如果將兩個三稜鏡的頂尖連在一起，根據三稜鏡的折射特性，光線都向基底方向折射，所以光線會發散，但其反向沿長線會聚於一點，這點就稱為（虛）焦點，根據它的形狀特徵我們稱為凹透鏡，焦點到透鏡光學中心的距離稱為焦距（f）。
可以想像，透鏡由於凸凹程度的不同，它們對光線的屈光（折射）能力就不一樣，為表示透鏡屈光能力的不同，我們引入概念–––屈光度，用D表示，D=1/ f，由此，若焦距為1米的透鏡，那麼它的屈光度就是1.00D，若此透鏡是凸透鏡，它有著「會聚」光的特徵，就記為+1.00D；若此透鏡是凹透鏡，它有著「發散」光的特徵，就記為-1.00D。
第二章眼球構造
第一節眼的結構
眼為視覺器官，由眼球、視路、眼附屬器組成，並共同完成人的視覺功能。
視覺器官的組成如下表：
外層（纖維膜）：角膜、鞏膜、角鞏膜緣
眼球壁中層（葡萄膜）：虹膜、睫狀體、脈絡膜
眼球內層（視網膜）：視網膜
眼球內容物：房水、晶狀體、玻璃體
眼的構造
眼的附屬器：眼眶、睫毛、眼瞼、結膜、淚器、眼外肌
視路：視網膜視神經視交叉視束外側膝狀體
視放射大腦枕葉視中樞
眼球：略呈圓形位於眼眶內，其直徑約為24mm，由眼球壁和眼球內容物構成。
第二節簡化眼
為更好的說明，我們引入「簡化眼」的概念。我們對外界物體產生視覺的經過就是這樣：在正常情況下，眼球左右對稱，同向運動，注視同一物體，物體發出的光線通過角膜房水晶狀體和玻璃體等屈光介質，光經過角膜折射，第一次聚焦，穿過瞳孔，經過晶狀體第二次聚焦，再穿過玻璃體在視網膜上成像，刺激視網膜的視覺細胞，發生光電轉換，視覺信號以神經傳導的形式通過視路傳入視中樞，從而實現視覺感受。這個過程就象照相機的拍照過程：角膜是鏡頭，晶狀體是調焦，虹膜是快門，視網膜是底片。
讓我們分別來討論組成「簡化眼」的各個重要器官：
1角膜
[解剖]
角膜占眼球前1/6，為近似圓形的透明膜。橫徑約11mm－11.5mm，中央厚度0.5mm－0.7mm周邊部位約1mm，角膜本身無血管，感覺極為敏感。
1.1角膜從外向內共分五層：
1.1.1上皮細胞層：為5－6層扁平上皮細胞所組成，代謝周期為8－12小時，故細胞損傷後易於再生。
1.1.2前彈力層：位於上皮細胞層下，為較堅實的彈性纖維構成，對外來侵害由一定抵抗力，受損傷後不能再生，愈後為不透明雲翳，白斑。
1.1.3基質層：位於前彈力層的後面，占角膜厚度的90％，由平行排列的100－200層極為規則並由絕對相同屈光指數的纖維薄板組成，當角膜發生潰瘍延及此層時，會導致患者視力嚴重下降，但經有效治療後，可望基質層在很大程度上獲得較理想的矯正視力。
1.1.4後彈力層：位於基質層下，它具有抗微生物、炎症、化學損傷等作用，對外來侵害有較強的抵抗力，損傷後能夠再生。
1.1.5內皮層：位於角膜最內層，內皮細胞具有對水及電解質主動運載的功能，是維持角膜水平衡的主要部分。
[生理]
角膜是眼屈光系統的重要組成部分，也是我們人體極為珍貴的器官。角膜起到了主要的屈光作用，約為眼屈光度的3/4（為48.2D，眼的總屈光力約為60D）。
角膜需要氧氣來維持生理平衡，角膜在缺氧時，會出現水腫現象，嚴重時會影響其透明度，使視力下降。角膜的上皮層有快速的復原能力，但創傷到達前彈力層或基質層時，再生的組織將變成不透明的疤痕，可嚴重影響視力。
2鞏膜
鞏膜為質地堅硬、乳白色不透明組織，位於眼球的後5/6部分。是由相當硬且有彈性的緻密的纖維所構成，這種結構使眼球能保持一定的形狀。
3虹膜：
[解剖]
虹膜為一橫隔膜，位於角膜與晶狀體之間，將房水腔分隔為前房和後房。虹膜呈圓盤形，直徑約12mm。中央有一個2.5-4毫米圓孔，即瞳孔。
[生理]
虹膜是一個可調節的隔膜，可調節瞳孔大小，虹膜內括約肌收縮時瞳孔縮小，開大肌收縮時瞳孔放大，兩者相互作用和制約，控制進入眼內的光線量。儘管虹膜本身對光線無感覺，它的主要作用是對視網膜上光強度的改變作出反應。虹膜還對一些其他的刺激作出反應，如死亡時會出現瞳孔開大的現象。
4睫狀體：
[解剖]
虹膜後部逐漸變厚，形成一較厚的肌層，這就是睫狀體，主要作用是分泌房水，維持眼內壓力。其中睫狀肌收縮對調節晶狀體凸度起著重要作用。
[生理]
睫狀肌的環形纖維的舒縮對晶狀體的凸度起著調節作用，晶狀體籍睫狀小帶懸在睫狀肌上，當肌纖維收縮時，睫狀小帶放鬆，則晶狀體凸度加大，使眼睛看清近目標，稱為調節。超過40歲，因睫狀肌的退化，導致調節能力下降，形成老視。初戴隱形眼鏡時，因不能調動足夠的調節常發生視近困難。
5晶狀體
[解剖]
晶狀體位於虹膜的瞳孔之後玻璃體之前，直徑約為10mm，厚約4mm。
[生理]
晶狀體在眼的屈光系統中起調節作用，由於晶體凸度的不斷改變，其焦距不斷變化，使人眼能夠看清遠近不同距離的影像。當年老時，晶狀體核發生硬化，使其不能依照睫狀肌的調節增加厚度，則發生老視。
當因年老、外傷等原因導致晶狀體混濁，形成白內障。
6視網膜
[解剖]
為眼球壁的最內層，外附脈絡膜，內鄰玻璃體。
視網膜的中央，相當於眼球後極部為黃斑區，距黃斑區鼻側3～4mm為視盤，視盤中心部有視網膜中心血管穿出。
[生理]
視網膜具有感受光線刺激並傳導神經衝動的作用。視網膜含有豐富的視細胞，視錐細胞司明視覺和色覺，視桿細胞司暗視覺。桿細胞分布於視網膜周邊部，錐細胞分布在黃斑區。
7眼球內容物
包括：房水、晶狀體、玻璃體等透明組織，連同角膜共同構成眼的屈光系統。
7.1房水
無色、透明、液態、充滿於前後房內，房水調解眼內壓。
7.2玻璃體
為透明膠狀體，主要功能使導光和固定視網膜與鞏膜色素上皮層之間的關係。
第三節眼附屬器
眼球的構造非常精緻、脆弱，需要周密的保護裝置以防受傷。眼附屬器包括：睫毛、眼瞼、結膜、淚器、眼外肌、眼眶。
1睫毛
位於上、下眼瞼的邊緣，當外界灰塵異物碰到睫毛時，睫毛會異常敏感立即發生瞬目反應，將異物擋在眼外。
2眼瞼
通過瞬目動作，使淚液散開，均勻地濕潤角膜，填補角膜表面的不平之處。眼見閉合可以免遭外傷，有保護眼球的功能。還可以遮住光線。臉板的高度發育的皮脂腺，分泌淚液。淚液中含有油脂、蛋白質礦物質，這些物質加上環境的污染物都會在配戴隱形眼鏡時沉澱在鏡片上。所以，隱形眼鏡的護理及清潔是非常重要的。眼瞼關閉不全的人，由於淚液分布不均，不適宜配戴隱形眼鏡。
3結膜
結膜為一薄形透明粘膜組織。閉眼時則形成結膜囊。
3.1瞼結膜：為眼瞼的最內層，富有血管，不能移動。
3.2球結膜：為覆蓋眼球前1/3鞏膜面的部分，薄而半透明。除角膜緣外，可自由移動，發炎是可引起充血。
3.3穹隆結膜：是聯接結膜的部分，較厚而鬆弛富有血管。結膜發炎時此處充血水腫明顯。
3.4結膜分泌腺：分泌粘液，維持角膜的親水性。其功能在於濕潤角膜表面使其維持透明性。
3.5
4淚器
由分泌部及排泄部組成
4.1淚液
淚液由外層脂質層，中層水質電解質層和內層粘液層三層組成。
脂質層的功能：1、防止水份從水層蒸發，保持淚液的數量。
2、潤滑眼瞼的活動。
3、防止眼瞼粘合。
水電解質層的功能：1、保護沖洗，濕潤角膜，結膜。
2、在角膜表面形成均勻的淚液膜，提高光滑度及屈光性能。
3、淚液含有溶菌酶具有輕度殺菌作用。
4、淚液為角膜組織提供部分葡萄糖及其他養份供其代謝之用。
粘液層的功能：增加角膜的親水性使淚水更能平均的分布。
4.2淚道
包括淚小點，淚小管，淚囊及鼻淚管，鼻淚管開口於下鼻道。
5眼外肌
眼外肌共六條，即內外，上下直肌及上下斜肌，眼球能靈活轉動，是依靠六條眼外肌協調作用的結果。
6眼眶
眼眶由：上頜骨、頜骨、齶骨、蝶骨、顴骨、篩骨、淚骨所組成。眼眶為眼球提供了骨保護和軟組織的緩衝作用，尤其是眶筋膜對眼球起到支撐定位的作用。
第四節視路
視路包括：視網膜、視神經、視交叉、視束、外側膝狀體、視放射、大腦枕葉視中樞，其中任何一個部位有病變或受鄰近部位的影響都會導致視野的範圍受影響。
第三章屈光不正
第一節屈光不正的分類
3.1.1正視眼
人之所以有視覺有賴於眼的屈光介質的透明，外界的影像落在視網膜黃斑區中心凹，以及視覺分析器功能的正常。
眼的屈光介質包括角膜、房水、晶狀體和玻璃體。角膜後房水的折射率為1.336，其介質空氣的折射率為1，故角膜的屈光力約佔眼總屈光力的70％～75％。晶狀體的屈光力僅占眼總屈光力的25％～30％。眼的屈光力總和為56.00～65.00D。
正視眼的定義：是指眼在調節靜止情況下，5米以外的平行光線經眼的屈光系統後成像在視網膜上。否則，則為屈光不正。
影響眼的屈光的因素：
1）年齡：7～8歲之前，遠視度增加，8～30歲遠視度減少，30～60歲遠視度又復增加。
2）眼軸約為21～26mm；角膜屈光度約為38.00~48.00D，晶狀體屈光度約為17.00~26.00D，前房深度約為3.39~3.97mm，屈光不正是由於上述眼的各屈光成分匹配不當造成的。
3.1.2屈光不正的分類
平行光線進入靜止的眼內不能在黃斑區中心凹聚焦，稱為「屈光不正」。
屈光不正主要有以下三種情況：
其焦點落在視網膜之前，對於這種情況，我們稱之為「近視」。
其焦點落在視網膜之後，對於這種情況，我們稱之為「遠視」。
無法形成焦點的，這種情況我們稱之為「散光」。
3.1.3視力
視力就是我們人眼視物的敏銳程度，它是指視網膜黃斑區中心凹的視功能。通常5m外的視力稱為「遠視力」；閱讀時的視力稱為「近視力」。周邊視力也稱為視野，它是指眼球向正前方固視不動時所見的周邊範圍。視角就是指外界物體兩端與人眼連線間的夾角。
一定條件下，人眼所能分辨最小物體的視角是一定的，我們常用它的倒數來表示視力。
一般，人眼的最小視角為1分，則視力=1/視角=1/1分=1.0
視力表就是根據這個原理設計的。
我們常用的遠視力表有：國際標準視力表、對數視力表、環形視力表、兒童視力表。
常用的近視力表有：標準近視力表、對數近視力表、環形近視力表、耶格近視力表。
第二節近視
3.2.1成因
近視指眼睛在調節靜止情況下，5M以外的平行光線，經過眼的屈光系統，成像在視網膜之前（即焦點在視網膜之前），視網膜接收到的只是一片模糊的光斑。那麼究竟近視是怎樣形成的呢？這裡主要有兩點。
遺傳因素：包括睫狀肌發育過強和鞏膜發育薄而軟所致。
環境因素：主要為持續性的近距離用眼。
3.2.2分類
近視眼根據其成因不同可以分為軸性近視和屈光性近視。
軸性近視：眼球的前後徑即稱為眼球。正常眼球的前後徑為24mm，超過24mm為眼軸過長。由於眼軸過長，而視網膜就跟著向後移。但眼球的屈光系統的屈光力卻沒有改變（也就是角膜、房水、晶狀體和玻璃體的屈光力沒有改變）平行光線經過屈光系統後仍事成像於角膜頂點約23mm處，所以使得像位於視膜前，形成近視。
屈光性近視：眼軸雖然在正常範圍，但眼的屈光系統的屈光力較強，以致於平行光線的焦點落在視網膜前面。
另外有一種假性近視，多出現在青少年身上，主要是由於過度看近（長期近距離工作閱讀）而引起睫狀肌痙攣，出現暫性的近視。當經過休息或使用睫狀肌麻痹肌之後視力恢復正常值.
一般-3.00D以下稱為輕度近視；-3.00D~-6.00D稱為中度近視；-6.00D以上稱為高度近視。
3.2.3癥狀
遠視力下降。如學生感覺看不清黑板上的字，座位要前移，看書時距離很近。
視物易疲勞。
易形成外斜視。當調節力增加到一定程度時,輻輳力因超過其限度而放棄其輻輳，眼偏離注視點形成外斜,偏離眼常是度數深,視力差的一眼，高度近視眼易導致玻璃體混濁，也就是我們常說的「飛蚊症」（眼前有黑影飄動）。
3.2.4矯正與治療
在前面我們講透鏡的知識時，認為凹透鏡對光有發散作用，凸透鏡對光有匯聚的作用，而近視眼是由於成像落在視網膜之前。如果我們能夠使光線剛好落在視網膜上就必須用凹透鏡把其屈光力減弱使焦點移到視網膜上。近視眼的矯正原則是用最低的矯正度數獲得最好的視力。
治療方法有激光手術治療（RK手術、PRK手術和LISK手術）；OK鏡治療。
第三節遠視
3.3.1成因
眼睛在調節靜止情況下，5米以外的平行光線經過眼的屈光系統，成像在視網膜之後，視網膜只能接受到一個模糊的光斑，這時只有動用調節力量，才能把像移到視網膜上。因此，遠視眼視物時，在任何情況下都要產生調節，而視近物時，要比正常人付出更多的調節力。只是視遠物時，所需調節力較少，看得較清楚，因而稱之為「遠視眼」。
3.3.2分類
根據成因不同，可分為軸性遠視和屈光性遠視。
軸性遠視：眼球的軸變短，即眼球的焦距比眼球的長度要長，眼軸沒有發育到正常大小就停止增長，短於24mm。
屈光性遠視：眼軸雖然在正常範圍內，但眼的屈光力不足，使得聚焦於視網膜之後。
一般小於+2.00D為輕度遠視；在+2.00D~+5.00D之間稱為中度遠視；大於+500D稱為高度遠視。
3.3.3癥狀
視力障礙。患有高度遠視的小學生，怕讀書、寫字。
視疲勞。由於遠視者每時都要付出調節力，視近物時調節更多，故極易產生疲勞。主要表現在頭痛、頭昏和眼球脹痛等。嚴重甚至產生失眠、記憶力減退，常被誤診為神經衰弱。
內斜視。與近視眼相反，遠視眼需過度調節，導致過度輻輳，長期的過度輻輳使內直肌肥厚，內外直肌失去平衡，內斜視被固定。但近視同外斜視的關係遠不如遠視和內斜視的關係那麼重要。
3.3.4矯正
對於有遠視眼的患者，為解除視疲勞和改善視力，必須配戴眼鏡。在講近視時，矯正的方法是加凹透鏡，使本來落在視網膜後的焦點經過凹透鏡聚焦後落在視網膜上，從而實現對近視患者的矯正，而對遠視患者的矯正卻恰恰相反。我們必須在其眼前加凸透鏡，這樣做的原理是使平行光線先會聚，而後進入眼內，正好落在視網膜上，遠視眼的矯正原則是用最高度數獲得最高視力。
第四節散光
3.4.1成因
散光,簡單來說，就是指光線經過眼的屈光系統不能集成一個焦點，它也是一種屈光不正，那麼它是怎麼造成的呢？散光絕大多數來自角膜，少數來自晶體。理想的角膜是一個規則球面，任何兩條相互垂直的子午線的彎曲程度都是一樣的，也就是各子午線的屈光度一致，所以造成會聚於一點。
但實際由於種種原因，我們的眼睛不是一個球面，比如由於經常眨眼睛，造成對角膜上下方的擠壓，就會使角膜變形，這就造成在角膜或眼球的兩條垂直子午線方向上的曲率不同，它們在眼內各自的焦線不能重疊，這就造成了散光。因此我們說，散光是因角膜或眼球在不同垂直方向上的屈光度不同造成的。
3.4.2分類
a規則散光：占散光的大多數。角膜或眼球各子午線方向屈光度不同，但總有屈光度最弱和最強的兩個子午線方向，它們在眼內的焦線在最前和最後。規則散光指最強屈光度與最弱屈光度的軸剛好成90度。
根據視網膜與前後兩條焦線的關係，規則散光又可分為：
單純性散光：眼的一條焦線在視網膜上，另一條在視網膜前或視網膜後。
復性散光：眼的兩條焦線都在視網膜前或都在視網膜後。
混合散光：眼的一條焦線在視網膜前，另一條在視網膜後。
b不規則散光：眼在多條子午線方向上的屈光度不同，而且同一子午線方向上的各部分屈光度也不同，可以說無規則可循，不能用柱鏡矯正。
3.4.3癥狀
視力模糊。無論哪類散光，無論視遠視近都是模糊的，這是因為兩條焦線不能重合。
視疲勞。眼酸痛、頭痛也是常見癥狀。這是因為散光眼在感到事物模糊時，總是企圖通過調節得到較好的視力，特別是遠視散光調節更厲害，但實際上是徒勞的，反而更加加度調節，加重眼的疲勞癥狀。
3.4.4矯正
散光眼的矯正一般我們是用柱鏡來矯正的。
柱鏡我們可以看作是圓柱體的一部分，我們可知在柱鏡母體圓柱軸線方向，也就是柱鏡的軸線方向屈光度為，而與柱鏡軸線垂直的方向屈光度最大。
第五節老視
3.5.1成因
一般人隨著年齡的增大，晶體的調節力隨之減弱，近點距離越來越遠，閱讀時出現問題，最後完全喪失調節能力，這就是老視。中國人開始老視的年齡一般在40歲左右，並且以後調節力的下降，大體為每五年下降約0.50D。
3.5.2癥狀
老視眼視近物模糊，需把閱讀物放得遠一點，開始階段還有一定的調節力，尚可閱讀，但日子長之後，就會變得模糊。隨著年齡的增長，不戴老視眼鏡閱讀就感到十分困難。但是對於一位年輕時是近視的患者，老視的年齡會比長人遲些，但是看近時必須取下近視眼鏡。
3.5.3矯正
在老視中有一個閱讀加光度的概念，那麼什麼叫做閱讀加光度呢？其實很簡單，閱讀加光度實際上就是老視的度數。對於一名正視眼者，他的閱讀加光度就是老視的度數。對於一名屈光不正的患者，如果他的近視度數是—2.00D，老視度數+1.00D，則他的配鏡度數就為-1.00D；而對於一位本來是遠視的患者，原來是+2.00D，老視是+1.00D,那麼他的配鏡度數就為+3.00D。通過上面的例子，我們可以得出一個結論，視近度數=視遠度數+閱讀加光度。
老花眼與遠視眼比較：
相同點：矯正方法相同，都是用凸透鏡矯正。
不同點：成因不同：老視屬於一種生理現象。遠視屬於屈光不正。
癥狀不同：老視看近模糊，看遠清晰。遠視看近看遠都不清楚，看近更模糊。
發生年齡不同：老視發生於40歲左右。遠視從小就有，只是程度不同。
第六節其它名詞解釋
3.6.1屈光參差：
兩眼屈度不同稱為屈光參差。由於屈光參差，外界物體在兩眼視網膜上的影像大小和形狀不等，便不能融合，當兩眼差別為0.25D時，視網膜上像的大小相差0.5%。一般人可以忍受的極限為5%，也就是2.5D。既然出現屈光參差了，我們用什麼辦法解決呢？必須充分矯正屈光度較低的一眼，然後對另一眼予以能夠接受的矯正，或者配戴角膜接觸鏡，從而減輕影像不等的程度。
3.6.2弱視：
在眼部沒有器質性病變，以功能性因素為主所引起的遠視力低於4.9(0.8)，且不能用鏡片矯正者，均為弱視。
如果經常用同一眼注視，另一眼長期偏斜，則偏斜眼的視力則常顯著減退。且不能用鏡片矯正，這種情況稱為弱視。矯正方法主要有遮蓋法，就是用物體遮住一隻視力較好的眼睛，當弱視恢復到一定程度時，即可用立體鏡或同視機訓練雙眼的融合力，以達到功能的完全恢復。
3.6.3斜視：
雙眼注視同一目標，其中一眼的視軸表現不同程度的偏斜
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