户外光照对近视防控的关键作用：基于3D打印人头模型的眼睛表面光线测量分析

《Scientific Reports》：An analysis of light that reaches the eye surface in an outdoor environment

本研究针对近视防控中户外光照测量缺乏标准化的问题，开发了一种新型3D打印人头模型测量装置，首次系统量化了不同时间、方向及眼镜类型对眼睛表面光照强度（特别是紫光VL）的影响。研究发现户外光照强度易超10,000 lx，但普通眼镜会显著阻断VL（360-400 nm），而特制VL穿透镜片可保留50%以上的VL透过率。该研究为近视防控的光照剂量标准提供了重要依据，发表于《Scientific Reports》。

　　

在全球近视患病率急剧上升的背景下，户外活动被证实是有效的预防措施，但其作用机制尚未完全阐明。目前认为，户外环境的高光照强度和完整光谱（特别是紫光VL）可能是关键因素。然而，现代生活方式使儿童户外活动时间不足，且既往研究缺乏标准化方法来测量实际到达眼睛表面的光照参数，导致各研究对户外光照阈值的建议存在较大差异。

为攻克这一难题，庆应义塾大学医学部眼科的研究团队开发了一种创新测量方法：采用基于18-35岁日本男性平均面部数据3D打印的人头模型，将光谱仪探头嵌入眼窝模拟人眼接收的光线。

研究人员于2019年4月3日（晴朗无云）在东京多摩川河畔，测量了不同时间点（10:00、12:00、14:00、16:00）和朝向（正对太阳及东、南、西、北四个水平方向）下，眼睛表面接收到的光谱辐照度。同时评估了无眼镜（模拟裸眼）及三种镜架（无框、方形、威灵顿式）搭配两种镜片（普通VL阻断镜片与特制VL穿透镜片）对光照的影响。光照度（lx）依据国际计量委员会（CIPM）197年批准的光谱光视效率函数计算，可见光范围涵盖360-830 nm。

主要技术方法

研究采用3D打印人头模型（基于日本男性平均面部数据）眼窝嵌入光谱探头（StellarNet UVNb-50）模拟人眼；使用智能手机数字罗盘确定方向；在晴朗天气的固定地点分时段测量多方向的光谱辐照度；对比裸眼与三种镜架+两种镜片（VL阻断/穿透）的透光差异；通过光谱数据计算光照度及VL（360-400 nm）辐照度（W/m²）。

研究结果

光照度受时间和方向影响显著，镜架形状影响甚微

裸眼条件下，正对太阳时光照度极高（多数时间超100,000 lx），但水平方向光照度因时间和朝向差异显著：上午朝南超50,000 lx，下午降至约20,000 lx；朝西方向下午增强（16:00近地平线时最强）；朝东和朝北相对稳定（约10,000 lx）。

三种镜架形状对光照度几乎无影响，仅威灵顿镜架在14:00朝西时因偶然投影出现异常低值。

普通镜片阻断大部分VL，VL穿透镜片显著提升VL透过率

VL辐照度变化趋势与总光照度基本一致。

但普通VL阻断镜片几乎完全阻隔VL（仅高角度阳光可经镜片与额头缝隙少量透过）；而VL穿透镜片在所有方向和时段均允许更多VL通过，VL透过率达裸眼的50%以上。

辐照度比光照度更能准确评估VL

VL的光照度值极低（正对太阳亦不足2 lx），因光照度基于人眼视觉效率函数（对VL波长不敏感）。且相同光照度下光谱可能差异巨大（如户外阳光含丰富VL，而室内LED光几乎无VL）。故采用物理量纲辐照度（W/m²）能更客观反映VL的生理活性。

研究结论与意义

本研究首次量化了户外环境中实际到达眼睛表面的光照特性，得出三项核心结论：1. 晴朗春日下午，任何朝向均可接收超10,000 lx的高光照度；2. 镜架形状不影响光照度，但普通镜片会显著削弱VL暴露，可能抵消户外活动对近视防控的VL相关益处；3. 采用辐照度（W/m²）而非光照度（lx）能更准确评估光环境（尤其VL）。

讨论部分指出，既往关于户外活动时长的建议存在争议（2小时至15分钟不等），可能与测量协议不统一有关。本研究提供的标准化测量方法为界定户外光照阈值奠定了基础。特别重要的是，研究发现戴普通眼镜的近视儿童即使户外活动，也可能因VL阻断而削弱防控效果，这或可解释为何户外时间对已近视者保护作用不佳。VL穿透镜片有望解决此问题。

研究局限性包括未模拟瞳孔收缩、眼睑遮挡及眼内介质（如角膜、晶状体）的透光差异；数据仅来源于春季晴天单一地点；固定测量未能反映活动中的平均光照。未来需在不同季节、天气和城市环境中扩展数据，并建立模型与可穿戴设备数据的关联。

该研究为近视防控的光照剂量研究提供了关键基线数据，强调了眼部实际受光测量及VL暴露的重要性，对光学产品设计、公共卫生策略制定具有指导意义。然而，光线需抵达视网膜方能发挥调控作用，今后需进一步开发模拟眼内透光特性的测量方法。