目的:白內(nèi)障是影響生命質(zhì)量的全球性疾病,是全球范圍內(nèi)致視力損傷和致盲的重要因素之一。流行病學(xué)證據(jù)表明,以黃色人種為主的東南亞地區(qū)白內(nèi)障年齡標(biāo)準(zhǔn)化傷殘調(diào)整壽命年(Disability-adjusted Life Year,DALYs)最高,其次是東地中海地區(qū),非洲地區(qū),西太平洋地區(qū),以白色人種為主的美國(guó)和歐洲地區(qū)最低,白色人種白內(nèi)障患病率低于黃色人種和其他人種。眾所周知,紫外線是導(dǎo)致白內(nèi)障的重要環(huán)境危險(xiǎn)因素之一,而眼部是紫外線暴露的主要靶器官之一。影響人群眼部紫外線暴露強(qiáng)度的因素很多,如緯度、海拔、太陽(yáng)高度角(Solar Elevation Angle,SEA)、地面反射率等。除此之外,面部解剖結(jié)構(gòu)也是影響眼部紫外線暴露強(qiáng)度的因素之一。1902年版的“大英百科全書(shū)”指出,高加索人群的面部“眉脊強(qiáng)烈發(fā)育”,而在蒙古人中,“突出的眉脊”通常不存在。與高加索人種相比,亞洲面部的主要特征包括更寬的內(nèi)眼角間距,更高的面部凸角,更低的鼻傾角,更高的唇突,更短的眼瞼裂縫,和更窄的唇部寬度。上述這些面部形態(tài)的差異使亞洲人種和高加索人種之間的眉弓、眉間及鼻部等解剖結(jié)構(gòu)上亦具有形態(tài)學(xué)差異。一些研究表明,氣候因素可能對(duì)不同人種面部和穹窿形狀產(chǎn)生部分影響,在南大陸巴塔哥尼亞樣本中發(fā)現(xiàn)的大型咀嚼組成部分和明顯的眉間區(qū)域和眶上脊,而黃色人種則不然;環(huán)境光暴露水平影響鳥(niǎo)類(lèi)和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的視覺(jué)系統(tǒng)變化,這一作用在人類(lèi)中同樣適用,由于不同人種生活地區(qū)的環(huán)境光暴露水平不同,不同人群的眼球大小與其生存地區(qū)的緯度具有正相關(guān)關(guān)系。在本項(xiàng)研究中,我們推測(cè),與亞洲人和其他種族相比,高加索人的眉弓和眉間等特征可能會(huì)阻止更多的紫外線暴露。除了環(huán)境紫外輻射暴露強(qiáng)度水平的差異之外,這種解釋可能是高加索人種和其他種族之間的眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度水平差異的另一個(gè)原因。正常人體站立時(shí)頭部位置處于自然頭位,此時(shí)視線方向?yàn)樗轿恢�。而�?dāng)人類(lèi)在行走時(shí),其頭部向下傾斜,此時(shí)視線方向與水平方向呈現(xiàn)向下15°角。頭部姿勢(shì)位置的差異勢(shì)必影響到眼部入射光線的接收角度,進(jìn)而影響到眼部紫外輻射暴露的強(qiáng)度�？傊�,本研究構(gòu)建亞洲和歐洲人種的3D光學(xué)模型,并構(gòu)建3D眼部光最大入射角(Three-Dimensions Maximum Ocular Optical Angle of Incidence,3D MOOAI)的概念,從紫外輻射暴露監(jiān)測(cè)和日光暴露渲染模擬兩方面探討面部解剖結(jié)構(gòu)對(duì)亞洲和歐洲人種眼部紫外輻射暴露的影響,為完善年齡相關(guān)性白內(nèi)障眼紫外線暴露學(xué)的認(rèn)知提供新的依據(jù)。研究方法:1、選擇FaceGen Modeller軟件提供的具有亞洲和歐洲人種典型平均面部解剖結(jié)構(gòu)特征的3D面部模型來(lái)代表亞洲人種和高加索人種,將模型進(jìn)行精確處理后經(jīng)3D打印制作后安置于旋轉(zhuǎn)式眼部紫外輻射暴露模型,構(gòu)建出亞洲和歐洲人種3D光學(xué)模型。監(jiān)測(cè)地點(diǎn)為中國(guó)遼寧省阜新市(北緯42.00°,東經(jīng)121.69°,海拔46米)以及沈陽(yáng)市(北緯41.96°,東經(jīng)123.48°,海拔42米)。監(jiān)測(cè)日期為2018年6月28日至2018年7月4日(阜新)及2018年8月22日至8月27日(沈陽(yáng))。監(jiān)測(cè)時(shí),模型以順時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn),每1秒進(jìn)行一次采樣,監(jiān)測(cè)間隔為15分鐘(阜新)和20分鐘(沈陽(yáng))。本實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)由“AvaSoft 7.4 for USB2.0”軟件計(jì)算得到整波長(zhǎng)光譜數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上得到不同采樣點(diǎn)的強(qiáng)度積分值,最后結(jié)合不同生物有效光譜權(quán)重,計(jì)算生物有效暴露強(qiáng)度。2、采用3ds Max軟件調(diào)整3D面部解剖結(jié)構(gòu)模型為自然頭位,構(gòu)建3D眼部光最大入射角。采用3ds Max 2017軟件中的日光系統(tǒng)對(duì)亞洲和歐洲人種3D面部解剖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行渲染,采用阜新地區(qū)2018年7月2日以及具有較全SEA范圍的低緯度地區(qū)夏至日(三亞地區(qū),2018年6月22日)作為日光模擬器中設(shè)定的模擬日期,輸出亞洲和歐洲模型直射光、天光漫散射以及日光渲染的渲染結(jié)果。應(yīng)用MATLAB 2018a軟件計(jì)算亞洲和歐洲模型直射、漫散射渲染結(jié)果圖片中左眼瞳孔暴露部位上45個(gè)像素點(diǎn)的灰度值及其平均值,采用IBM spss 22.0軟件,應(yīng)用直線回歸方法對(duì)亞洲和歐洲模型的渲染輸出的灰度值與3D MOOAI、SEA以及旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行分析。結(jié)果:1、亞洲和歐洲模型眼部UVA與UVB波段暴露強(qiáng)度隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)雙峰曲線;當(dāng)SEA低于約30°時(shí),亞洲和歐洲模型之間眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度差異相對(duì)較小;當(dāng)SEA約在30°至60°的范圍內(nèi)時(shí),僅當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度約在282°-336°以及24°-72°區(qū)間范圍內(nèi)兩模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度差異相對(duì)較大;當(dāng)SEA約在60°至71.03°的范圍內(nèi)時(shí),兩模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度差異在面向太陽(yáng)的150°旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)相對(duì)較大,此時(shí)UVA和UVB波段亞洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度最大可達(dá)歐洲模型的1.87倍和1.47倍。2、對(duì)于UVA和UVB波段,當(dāng)SEA高于60°時(shí),預(yù)估環(huán)境紫外輻射暴露強(qiáng)度可以比實(shí)際環(huán)境紫外輻射暴露強(qiáng)度低22%和16%。3、亞洲模型經(jīng)過(guò)眼部晶狀體生物有效作用光譜加權(quán)后的生物有效光譜強(qiáng)度高于歐洲模型,其差值最高可達(dá)歐洲模型眼生物有效光譜強(qiáng)度的59%。4、亞洲和歐洲人種模型眼部光水平最大入射角分別為168°和156°;兩模型3D MOOAI分別為118.93°和97.56°;兩模型平均眼部光最大上入射角分別為60.16°和44.85°;兩模型平均眼部光最大下入射角分別為58.77°和52.71°。5、當(dāng)SEA小于30°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部直射光暴露模擬灰度值隨旋轉(zhuǎn)角度變化差異不大;當(dāng)SEA為30°到60°時(shí),兩模型眼部直射光暴露模擬灰度值具有差異的旋轉(zhuǎn)角度區(qū)間逐漸增大;在SEA為60°時(shí),兩模型眼部直射光暴露模擬灰度值差異陡然增大;當(dāng)SEA為66°到78°范圍內(nèi),亞洲模型眼部直射光暴露模擬灰度值逐漸減小直至最低值;當(dāng)SEA高于78°時(shí),兩模型眼部眼部直射光暴露模擬灰度值一直保持在最低值范圍內(nèi)且?guī)缀鯚o(wú)差異。6、當(dāng)SEA小于60°時(shí),旋轉(zhuǎn)角度0°到96°及264°到354°范圍內(nèi)兩模型眼部漫散射光渲染灰度值略高于96°到264°范圍內(nèi)的灰度值,且該差異隨SEA增加而逐漸減小;當(dāng)SEA高于60°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部漫散射光渲染灰度值幾乎無(wú)變化。7、當(dāng)SEA小于30°以及SEA為30°-60°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部直射光、漫散射暴露與SEA、旋轉(zhuǎn)角度及3D MOOAI回歸方程的R~2值均大于或等于0.90;當(dāng)SEA大于60°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部漫散射光暴露與SEA、旋轉(zhuǎn)角度及3D MOOAI回歸方程的R~2值略小。8、頭部?jī)A斜角度為15°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度均低于頭部?jī)A斜角度為0°時(shí);UVA和UVB波段,當(dāng)頭部?jī)A斜角度為0°和15°時(shí),歐洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度分別在在SEA約為60°和49°時(shí)驟然下降,此時(shí)亞洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度依舊較高。9、UVA和UVB波段,旋轉(zhuǎn)角度正對(duì)太陽(yáng)150°范圍內(nèi)亞洲和歐洲模型頭部?jī)A斜角0°和傾斜角15°間眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度差異大于背對(duì)太陽(yáng)的210°范圍;UVA波段亞洲和歐洲模型不同傾斜角度間平均差異可達(dá)1.49倍和1.74倍,UVB波段平均差異可達(dá)1.41倍和1.51倍;UVA波段不同頭部?jī)A斜角下兩模型間眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度平均差異可達(dá)1.15倍和1.34倍,UVB波段平均差異可達(dá)1.19倍和1.27倍。10、頭部?jī)A斜角度為0°和15°時(shí),亞洲和歐洲模型眼部直射光暴露模擬灰度值差異較大,而兩模型漫研部漫散射光暴露灰度值幾乎無(wú)差異結(jié)論:1、亞洲模型眼部紫外輻射高暴露風(fēng)險(xiǎn)大于歐洲模型。2、受面部解剖結(jié)構(gòu)影響,亞洲和歐洲模型3D MOOAI具有差異,且3D MOOAI可影響亞洲和歐洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度。3、亞洲和歐洲模型眼部光暴露差異主要受直射光影響,且SEA在60°到78°范圍內(nèi),兩模型眼部直射光暴露差異最大。4、頭部?jī)A斜角度為0°,亞洲和歐洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度均高于頭部?jī)A斜角度為15°時(shí),且眼部紫外輻射最大暴露狀態(tài)時(shí),頭部?jī)A斜角為0°和15°時(shí),歐洲模型眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度急劇降低的SEA分別約為60°和50°。5、頭部?jī)A斜角度為0°和15°時(shí),UVA波段亞洲和歐洲模型間眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度平均差異可達(dá)1.15倍和1.34倍;UVB波段平均差異可達(dá)1.19倍和1.27倍。6、頭部?jī)A斜角對(duì)亞洲和歐洲模型眼部直射光暴露影響較大,對(duì)漫散射光暴露影響很小。
【學(xué)位單位】：中國(guó)醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：R776.1;R181.3
【部分圖文】：

在本研究中，我們建立了由 FaceGen Modeller 軟件[版本 Demo 3.14]提供的三維（Three-dimensional，3D）亞洲和歐洲人種頭部光學(xué)模型，在中國(guó)阜新地區(qū)對(duì)紫外輻射暴露強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以探討面部形態(tài)差異對(duì)亞洲和高加索人種眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度差異的影響。2 材料與方法2.1 監(jiān)測(cè)儀器及設(shè)備2.1.1 亞洲和歐洲人種 3D 面部解剖結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建亞洲和歐洲人種平均面部結(jié)構(gòu)特征模型由FaceGenModeller [versionDemo 3.1軟件提供。Thoma, P[19]，Oosterhof[20]，Matheson[21]以及 Huang[22]等人使用該軟件創(chuàng)建面部刺激，用這種工具產(chǎn)生的刺激也用于臨床研究，例如，在涉及自閉癥譜系障礙患者的研究[23]。

表 1.1 亞洲人種模型和歐洲人種模型面部解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)亞洲人種模型 積 (mm-2) 272.85 積 (mm-2) 207.74 積 (mm-2) 163.65 x (mm) 27.70 n (mm) 35.20 角 (°) 74.00 C 區(qū)位置見(jiàn)圖 1.1，A 區(qū)代表眉間部分；B區(qū)代表內(nèi)側(cè)眉弓建建的亞洲和歐洲人種3D面部解剖結(jié)構(gòu)模型經(jīng)3D打模型[25]中，作為兩人種眼部紫外輻射暴露監(jiān)測(cè)光學(xué)模

頭部?jī)A斜角為 0°。 兩臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的雙通道微型光纖光譜儀放置于中間架子上，用于測(cè)量眼睛和環(huán)境紫外線強(qiáng)度。每臺(tái)光譜儀有兩個(gè)探頭，一臺(tái)光譜儀的兩個(gè)探頭水平放置于亞洲和歐洲模型左眼位置用于眼部紫外輻射暴露強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，探頭最前端與角膜頂位置相齊；另一臺(tái)光譜儀的一個(gè)探頭被放置于亞洲模型頭部的頂點(diǎn)，確保接收面水平，用于監(jiān)測(cè)環(huán)境紫外輻射暴露強(qiáng)度。2.1.3 監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)過(guò)程中使用的光纖光譜儀和余弦校正器如圖 1.3 所示。我們用于測(cè)量紫外光譜輻照度的光纖光譜儀（AvaSpec-ULS2048XL-2-USB2，荷蘭）是高紫外和近紅外敏感背反薄電荷耦合器件（Charge-coupled Device，CCD）光譜儀。該光譜儀基于 75 mm焦距對(duì)稱(chēng) Czerny-Turner 光學(xué)平臺(tái)，采用背照式 2048 像元 CCD 線陣探測(cè)器，波長(zhǎng)范圍為 200nm 至 1160nm，具有 14x500 微米的大型單片像素。雜散光小于0.5％，靈敏度為 460,000counts/μw/ms，紫外量子效率為 60％，信噪比為 525dB。該光譜儀配有16位AD轉(zhuǎn)換卡和USB 3.0高速接口，每個(gè)頻譜的傳輸速度為2.44ms。
【參考文獻(xiàn)】

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