近视、远视和散光

 眼睛作为人类心灵的窗户，承载着人们认识世界，社交等绝大多数功能。但现代人由于对用眼需求的提高，特别在于长时间、近距离用眼的工作、学习活动的普及，而后天性地获得了一些屈光不正的视力病症，如近视等。那么这些疾病的成因是如何呢？我们又要如何预防呢？

在搞清楚病理之前，我们先要了解眼球的运作原理。如图为人类眼球的构成

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光线经过角膜，穿过由虹膜内肌肉调节的瞳孔经过晶状体偏折进入眼球，最终同一物体发出的多组光线汇聚到视网膜上，再经由视神经细胞处理，转化为电信号传给大脑，形成视觉。

为了让某一物体成像，同一物体发出的不同光线需要经过偏折汇聚，角膜和晶状体同时起到了关键的功能，这个过程被称为屈光。瞳孔起到的作用是调节光线入射量（猫咪眼睛大，因此在夜晚可以放大瞳孔来提高也是能力），而与之位于同一层的虹膜由于具有颜色特征，也可以用来识别身份。

而这个过程最重要的，也是最容易出差错的就是屈光后的成像位置。

 

如图所示，经过折射后的一束平行光（较远处的物体发出）在被偏折（偏折过强）后无法成像到视网膜上，即使控制晶状体屈光能力的睫状肌如何收缩和舒张，成像位置也依旧在视网膜以前。这样的成像使得远处的物体模糊不清，但近处的物体发出的光线恰好可以被偏折到视网膜上聚焦，因而这类现象被称为近视。与之相反的，下图中的偏折（偏折过弱）使得近处的物体的成像位置落在视网膜后方，但远处物体仍然可以成像在视网膜上，因此被称为远视。

但是同一现象背后可能有不同的机理。拿近视举例，晶状体的折光能力显然会影响近视的程度，单纯由于折光能力过强（晶状体过凸）而导致的近视被称为屈光性近视，这样的近视人群只占所有近视者的相当小的比例（约10%）；绝大多数近视的主要成因是眼球长度（眼轴长度）的增大。眼轴长度的增加使得视网膜后移，这样本应该落在视网膜的上像就落在了其前方，这样的近视被称为轴性近视。在近视人群中，近半数人群仅存在轴性近视，而剩余的约40%则是两者的混合。

反过来，晶状体不够凸，会造成屈光性远视，而眼轴长度过短会造成轴性远视。

在现实生活中，“假性近视”在少年儿童中很普遍。这种近视之所以称为如此是因为其原因在于长期看手机、电脑屏幕或是书本等近处，晶状体需要持续保持较大曲度，睫状肌也要持续收缩，导致肌肉痉挛，无法恢复舒张状态。因此晶状体屈光能力变化幅度急剧减小，无法看清远处（因为看清远处需要晶状体恢复较小的曲度）。这从根本上不同于晶状体病变导致的屈光性近视以及眼轴长度增加导致的轴性近视。因为假性近视会完全可以复原的，如利用睫状肌麻痹类药物进行的散瞳操作就可以完全恢复睫状肌的紧张状态。但是长期的近视往往都是轴性近视，而这是不可逆转的，因为眼轴长度并不会随着年龄增长而缩小。

另一方面，在青少年中的远视往往因为遗传或成长因素，一般也都是轴性的。但由于成年以前眼轴长度会有所增加，因此长期来看远视的严重程度会渐渐缓解。但是相比而言，老年人的老花眼多由于睫状肌强度下降，偏折能力较弱导致的，因此可以被看作屈光性远视。

此外，眼睛的正常眼轴长度大致为24mm，微小的变化也会导致近视等屈光不正问题。

下面讲述屈光度的定义和具体数值细节。如图，屈光度D定义为焦距f的倒数，眼睛的屈光度D(eye)应当刚好为眼轴长度f0的倒数以刚好在视网膜上成像，但由于近视或远视的存在，f1与f0差异较大，需要眼镜矫正。记D(len)为眼镜的屈光度，通过透镜成像公式，焦距的倒数 = 物距倒数 + 像距倒数，我们可以推导出眼镜屈光度的合适大小。

比如f1约为正常眼轴长度24mm，而眼轴已经增长到了f0 = 26mm，那么经过计算可以得到眼镜的屈光度应为-3.2D，也就是320度的凹面镜（近视镜）。平均而言，0.7mm的眼轴长度增加就会增加100度近视。

然后是稍微复杂一些的散光。

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散光（Cylinder）本身是角膜的不均匀导致的一类屈光不正问题。角膜事实上贡献了很高的屈光度（45D左右），约占所有屈光度的2/3。因此角膜如果不够规则，厚度不一，很容易影响最终的成像位置。事实上，由于物体的光线并非只在平面上，因此剖面图不足以体现散光的问题。事实上，水平光线和垂直光线受到的偏折是并非完全相同，因为不仅角膜不是一个四周完美对称的镜面，晶状体也不是，但是前者的微小偏差也很容易影响视觉效果。

散光的来源往往是先天的，并且不容易波动，也可以被眼睛外伤等后天因素加深。

如下图所示，入射光线在不同平面受到不同的偏折能力，最终形成多个焦点

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其中黄色光源为垂直方向的平面，而橙色为水平方向的平面。不停地旋转光源平面，其焦点会不停移动，其中有一个最远的，一个最近的。这两个焦点之间的计算得到的屈光度即为散光度数。即，若两个焦点分别为23mm和24mm，则散光度为1/0.023m - 1/0.024m = 1.8D，也就是180度散光。不过一般来讲，散光与近视远视同时存在，但往往度数不会太高。

同时对应散光的参数还有散光轴向（Axis）。散光的轴向即为在光源旋转的过程中焦点最远或是说屈光力最弱的方向。根据散光程度的不同，它们也要对应地加到眼镜上，因此眼镜往往也不是标准的圆镜。

角膜的强屈光力使得其可以被用来通过激光蚀刻产生微小的屈光度变化以抵消高度近视，因此具有非常重要的应用，但是散光来源于角膜的微小不均匀，比较难以治疗。