眼科學綜覽 Ophthalmology
Overview
第2冊 第5 章
立體感檢查 Stereopsis
Examination
王藹侯
立體感是高級的雙眼視覺功能。視力(visual acuity)是單眼的空間視覺(spatial vision)，立體感則是雙眼的空間視覺。本節介紹立體感的度量、像差立體視和運動立體視、跨平台立體感測試電腦程式應用於臨床測試和兒童的視力篩檢，以及各種斜視情況下立體感檢查的臨床應用。
第1節 立體感 (Stereopsis)
立體感是高級的雙眼視覺功能。兩眼朝向前方的動物，例如人類、猴子、貓等等，兩眼注視一個目標時，就好像兩台左、右稍為分開的攝影機，所見到的影像略有不同，這稱之為兩眼之間的 "像差" (disparity)，大腦可以利用這些許的像差，解析出空間裡各個物體和我們的不同距離，產生深度的感覺(depth perception)。依據產生的機制來描述，立體感就是 “像差產生的深度覺” (depth-from-disparity)。
本章要介紹
(1) 立體感的度量
(2) 另一種由兩眼網膜影像的 ”運動向量” 的差異產生的深度覺 (binocular depth-from-motion, BDFM)，或稱之為運動立體視 (motion stereopsis)
(3) 立體感檢查應用於臨床測試和兒童的視力篩檢
(4) 各種斜視情況下立體感檢查的應用
至於更廣泛的雙眼視覺，包含生理學及心理物理學研究的想法，請參考本書第8冊第4章。
第2節 立體感的度量
視力是單眼的空間視覺 (spatial vision)，立體感則是雙眼的空間視覺。視力1.0是眼睛可以分辨視標1分角的缺口，例如Landolt C視力1.0的視標，在5公尺測試，缺口的大小為1.5mm。計算如下：0.0015/5為視角的徑度量 (radian)，乘上180/π成為幾度角，再乘上60成為幾分角 (圖5-1
)。(註：1度角=60分角=60x60秒角)
圖5-1 視力1.0視標視角的計算
這張立體圖 (圖5-2 ) 是一個方塊浮出於背景之上。兩眼的背景可以融合 (fused)，落在兩眼網膜上以黃斑部為座標原點的相對應位置 (corresponding area)，方塊在兩眼的成像則不完全落在相對應的位置，左眼的方塊偏右，右眼的方塊偏左，岔開的距離是左、右眼之間的像差。
圖5-2 兩眼的成像不完全落在相對應的位置
從另一個角度看 (圖5-3 )，左眼看到A點，右眼看到B點，A、B的距離d是像差，經由立體感的機制，方塊好像浮出在I的高度。I對兩眼的張角為φ，背景對兩眼的角度為θ，φ－θ是立體感角度呈現的方式之一。從圖左下的計算，得到φ－θ＝d/L，和單眼視力的視角是一樣的計算方法。也就是說左、右眼兩張半立體圖之間存在著像差，兩張半立體圖各自投射到兩眼的網膜，大腦有能力分辨兩圖之間的像差。兩眼有能力分辨像差，和單眼有能力分辨缺口，同樣是空間視覺的解析度(resolution)的概念，因此也以同樣的方式(d/L)去計算。
圖5-3 立體視覺的度量
第3節 立體圖的製作
製作立體圖時，每一個電腦的像點 (pixel, picture element)代表的是多少像差呢？在不同大小的螢幕上，每一個像點的大小也不同。校正的方法是在螢幕上展示一個例如是600像點的橫條，請使用者實際拿尺量量長度，例如是16.8公分，於是每個像點的實際大小是16.8/600公分，在50公分的測試距離，每個像點的徑度量是16.8/600/50，乘上180/π成為幾度角，再乘上60成為幾分角，再乘上60成為幾秒角(圖5-4
)。
圖5-4 立體圖每一像點立體感的計算
第4節 市售的立體圖
立體圖分為兩大類：(1)型體立體圖 (contour stereogram)，(2)隨機點立體圖(random-dot stereogram)。型體立體圖最為廣泛使用的是Titmus (圖5-5)，單眼就可以見到蒼蠅的圖樣，兩眼一起看，蒼蠅的翅膀浮出於背景之上。隨機點立體圖是1960年Dr. Bela Julesz用當年很原始的電腦發明繪製出來的。例如立體圖裡浮出一個方塊，兩眼各自的半立體圖裡都看不見這個方塊，兩眼同時看，才發現兩張半立體圖裡存在的像差，才發現隱藏著的方塊。
圖5-5 型體立體圖，Titmus
隨機點立體圖有TNO，Randot E，顏氏(顏少明)立體圖和我們研發的台灣大學立體圖 (NTU RDS, National Taiwan University
Random-dot Stereograms) (圖5-6)。
圖5-6 各種隨機點立體圖
隨機點立體圖和型體立體圖產生立體感的機制是不同的。型體立體圖，兩眼都看到蒼蠅，將之融合一起 (fuse)，發現了像差，再將這像差轉化為深度覺；隨機點立題圖，兩眼都沒有看到方塊，而是融合兩眼相同的隨機點花樣(texture)，發現了花樣裡隱藏的像差，才找到隱藏著的方塊。
雖然有人評論說日常生活的環境裡所看到的，少有隨機點這樣的景觀，為什麼使用隨機點立體圖來作測試呢？但是在臨床的應用上，通過隨機點立體感測試是比較困難的。隱內斜視 (esophoria)，小角度內斜視的病人可能可以通過Titmus型體立體圖的測試，卻不可能通過TNO隨機點立體圖的測試。也因此，學童視力篩檢，隨機點立體圖有更好的檢出率。
第5節 運動立體視 (motion
stereopsis)
以上所述的立體感，從產生的機制來說，是一種靜態的，由兩眼網膜成像之間的像差所產生的深度覺 (depth-from-disparity)。另有一種深度覺，是動態的，由兩眼網膜影像的運動向量 (motion vector)的差異產生的深度覺 (depth-from-motion)，稱之為運動立體視 (motion stereopsis) (Dr. Wang AH)。
雙眼注視空間的一個東西，它在空間裡朝著不同的方向運動，在兩眼網膜上會產生不同的運動向量的組合 (圖5-7)。東西左、右運動，兩眼網膜上有同方向、同大小的運動向量；東西前、後運動，兩眼網膜上則有方向相反、大小相同的運動向量 (5-7圖右)。反過來講，由兩眼網膜上的運動向量的組合，是有足夠的資訊去計算出這個東西在空間裡的深度 (depth)上的運動方向。
圖5-7 兩眼網膜上各種運動向量的組合
靜態的立體視是由左、右眼兩張半立體圖之間的 “像差”產生的深度覺。運動立體視並不只是像差立體視的動態版本，有的論文稱之為 “動態立體視”(dynamic stereopsis)並不恰當，沒有掌握到運動立體視的生理機制的重點。運動立體視是兩眼之間“運動覺” (motion perception)的差異產生的深度覺。
運動覺是一個必須單獨拿出來討論的課題(Nakayama K)。“運動立體視”(motion stereopsis)也是必需分離於“像差立體視” (disparity stereopsis)之外，單獨討論的平行課題。
關於運動立體視和隨機點立體視，在Youtube上輸入關鍵字 “Motion Stereopsis”和“NTU RDS”，有中文和英文各10分鐘的解說視頻。
我們在個人電腦上設計了隨機點的運動立體視測試圖，螢幕上有四個運動著的方塊，其中三個，左、右眼所見的方塊是同向運動，兩眼同時看，方塊是向著左、右方向移動；另一個方塊，左、右眼所見的方塊是反向運動，兩眼同時看，方塊則是向著前、後方向移動 (圖5-8 )。病人戴上紅、藍眼鏡，要在四個運動著的方塊中，挑出哪一個是前、後移動的方塊。
圖5-8 在個人電腦上設計運動立體視測試圖
第6節 立體視檢查三步驟
我們在斜弱視門診所做的立體感檢查，可以簡化為三個步驟：
步驟1：NTU RDS
300秒角。如果通過測試，則判定為正常的立體視。
(a) 學童視力篩檢的工作，也是以NTU RDS
300秒角作為通過/不通過的標準。
(b) 如果不通過，再測試。
步驟2：NTU RDS 35分角(=2100秒角)。如果通過這項測試，則判定為立體視較差(subnormal stereopsis)。
(a) 我們製作NTU300秒角立體圖的像差是1個電腦像點 (pixel)，而NTU35分(=2100秒角)立體圖的像差是7個像點。它是模仿TNO立體圖那三張篩檢用的33分角(1980秒角)立體圖製作而來的。
(b) “隱內斜視”和”兩眼不等視”病人的立體視常落於這一類組。他們的立體視不完美，但是也不是完全沒有立體視。我們通常跟家長解釋，能夠通過隨機點立體視的檢查已經是相當不錯的雙眼視功能了。
(c) 如果仍然不通過，再測試
步驟3：運動立體視。如果通過這項測試，我們會跟家長解釋，雖然他們看不到書本上
靜態的立體圖，但是他們是可以去觀賞動態的3D立體電影(動畫)的。
(a) 如果再不通過，我們通常會跟家長解釋說，沒有立體視並不會造成日常生活中太多的困擾。單眼視覺裡依然有空間的感知能力、依然有判斷距離的線索存在。
第7節 電腦跨平台立體感測視程式
大學眼科的資訊部將卡片版本的台灣大學隨機點立體圖 (NTU RDS)改寫成為嶄新的跨平台程式，可以在任何網頁瀏覽器 (browser)下執行測試，除了增添方便性、趣味性之外，也更加環保。有兩個程式：
(1) 台灣大學隨機點立體視 “測試程式”
http://www.eyedoctor.com.tw/Stereopsis
(2) 台灣大學300秒角隨機點立體視 “篩檢程式”
http://www.eyedoctor.com.tw/Stereopsis_Screening/
前者提供大家在門診作斜弱視檢查使用，後者則針對學齡及學齡前兒童的視覺篩檢使用。
7.1台灣大學隨機點立體視測試程式
台灣大學隨機點立體視測試程式包含: (1) 像差立體視、(2)運動立體視兩個大項目。像差立體視測試裡有: (1) 300秒角、(2)
35分角(=2100秒角)兩項；運動立體視測試則有: (1) 像差及運動線索、(2) 僅像差線索、(3) 僅運動線索三項。
7.2台灣大學300秒角 隨機點立體視篩檢
台灣大學300秒角 隨機點立體視篩檢程式的通過標準，設定為連續答對5次。
(a) 它是一個4選項的強迫選擇 (4-AFC，4
alternative forced choice)的測試方式。
(b) 每一題隨機猜中答案的機率是1/4。
(c) 連續5題都靠隨機猜中的機率則是1/1024，(1/4)5。
(d) 在台灣，學齡前和學齡兒童的視力篩檢包含兩個項目：(1) 遠視力、(2) 300秒角隨機點立體視測試。
(e) 隨機點立體視測試可有效篩出無症狀的小角度內斜視和兩眼不等視。
第8 節 各種斜視之立體視測試
8.1內斜視
立體感的發育一般認為是在年紀三個月到七、八個月之間，幼兒型內斜視的定義是內斜視發生於六個月大之前，於是立體感幾乎無從發育起來。
幼兒型內斜視經過手術治療，立體感是否可能恢復的百年論戰依然沒有結論：Worth認為幼兒型內斜視是肇因於大腦先天缺乏兩眼融像 (fusion)的機制，於是及早手術對恢復雙眼視功能的效用非常有限；Chavasse則認為是兩眼視軸偏位破壞了立體感的發育，因此及早手術恢復兩眼的正位，應該可以恢復完整的立體感。
我的臨床經驗和von Noorden、Helveston…的相同，傾向於前者，認為幼兒型內斜視眼位矯正後，立體感的恢復是絕無僅有，尤其是隨機點立體視更是難上加難；Kenneth Wright，Eileen Birth和Earl Smith III則傾向於後者，不過他們術後測試立體感所使用的，都不是隨機點立體圖。
對於幼兒型內斜視，目前一般的共識是兩歲之前手術，儘管隨機點立體視無法恢復，單眼注視 (monofixation)的周邊融合 (peripheral fusion)和運動立體視(motion stereopsis)是可以恢復的。
遠視眼造成的內斜視一般在一歲、兩歲之間發生，立體感的機制已經發育完成，戴眼鏡或/和手術矯正眼位之後，立體感是有可能恢復的。這種情況下，立體感的恢復則是被用來當作手術成功、眼位完美矯正的指標。
其他後天發生的內斜視，像是外展神經麻痺的治療，也可以用立體感檢查來檢驗眼位復位是否完全成功。
小兒內斜視常伴隨有: (1)下斜肌亢進/上斜肌不足 (over-elevation /
under-depression in adduction)、(2)分離性垂直斜視 (dissociated
vertical deviation, DVD) 、(3)隱眼震 (latent
nystagmus)，這些都是立體感、雙眼視不佳的徵候，下斜肌亢進還好，分離性垂直斜視有些也可以通過隨機點立體圖的測試。只有隱眼震，它幾乎是早發性、幼兒型內斜視的同義字，立體感恢復的可能性可說是微乎其微。
8.2間歇性外斜視
間歇性外斜視的立體感通常很好。通過立體感檢查表示病人的內聚力(convergence) 足以將眼位完全拉至正眼位。如果立體感檢查不通過，有幾種可能性：
(1)
先天性外斜視
大腦中並沒有立體感的機制，就如同幼兒型內斜視，即便手術矯正了眼位，依然無法通過立體感檢查。不過先天性外斜視是非常罕見的。
(2)
外斜視角度太大
外斜視角度太大，內聚力無法拉到正眼位。手術矯正眼位後，立體感常常立刻恢復正常。當然在手術前要向病人預測術後立體感是否可以恢復，就要小心下面的幾種情況：如同內斜視持續久了，雙眼長時間無法融像 (disruption of fusion)，眼球會發生內旋或外旋 (sensory torsion)，表現出下斜肌亢進/上斜肌不足 (IOOA/SOUA)和分離性垂直斜視 (DVD)，這兩者都是雙眼視不佳的徵候。內斜視常是上斜肌不足多於下斜肌亢進，而外斜視則常是下斜肌亢進多於上斜肌不足。
(3)
分離性水平斜視 (dissociated horizontal deviation, DHD)
一般認為分離性水平斜視是分離性垂直斜視 (DVD)的一種異型或變體 (variant)，立體感也一樣比較差。在分離性垂直斜視 (DVD)，被遮蓋住的一眼，通常除了向上飄移，也有向外飄移的水平成分。如果水平成分極多，垂直成分極少，就成了分離性水平斜視。遮蓋右眼，右眼向外飄移，移開遮蓋，右眼恢復正位；遮蓋左眼，左眼向外飄移，移開遮蓋，左眼恢復正位，像極了間歇性外斜視。鑑別診斷的方法是: (a)兩眼外移的角度分別測量，角度可能不同，(b)畢式現象 (Bielschowsky phenomenon)：在注視眼之前放置灰階減光片(neutral density filter)，在漸漸變暗的過程裡，遮蓋著的、外移的另一眼的外移角度會漸漸變小。
(4)
繼發性外斜視 (consecutive exotropia)
繼發性外斜視是內斜視手術過矯，或手術後經過長時間，眼位漸漸外移而成為外斜視。如果原本的內斜視屬於立體感不佳的種類，繼發的外斜視的立體感自然也是不好。
立體圖大都印刷於簿子上或者在電腦上測試，是近距離的測試。後來有人設計了各種遠距離的立體感測試 (distance stereopsis; Stathacopoulos RA) (圖5-9 )。發現間歇性外斜視病人的遠立體感常常比近立體感要差，他們稱之為遠、近的矛盾現象(distance /near discrepancy)。判讀立體圖的時候，外斜視病人的兩眼一定是要內聚到正位，看遠、看近兩種情境的差異在於“調焦” 和“內聚”的不同。看遠時外斜視角度較大的稱之為過度發散 (divergence excess) 或調焦性內聚過強 (high AC/A)；看近時外斜視角度較大的稱之為內聚不足 (convergence insufficiency) 或調焦性內聚過弱 (low AC/A)。他們試圖藉由遠近矛盾現象這一新的參數去作間歇性外斜視病程與治療的預後。
圖5-9 遠距離的立體感測試(distance stereopsis)
北京海軍總醫院
圖5-10 同視機用的隨機點立體圖測試片
他們測視遠立體視和近立體視所使用的工具不一樣，所張的視角也不一樣。又或者僅用是否有調焦來模擬遠、近的情境，而得到遠、近的矛盾現象。如果以電腦螢幕測試近立體感，再使用同樣的立體圖，以投影機投射在螢幕上去測試遠立體感(圖5-11 )，這樣的話，遠、近測試所張的視角完全相同，而也真的是在遠距離、近距離作測試，這種情況下，可能就不會有所謂的遠、近矛盾現象了。
圖5-11 投影機投射在螢幕上去測試遠立體感
8.3上斜肌麻痺 (Superior oblique palsy)
上斜肌麻痺有先天性上斜肌麻痺和後天性，主要由外傷造成的上斜肌麻痺。鑑別診斷之一是前者立體感不佳而後者立體感正常。手術的目的主要在於矯正斜頸和消除複視。立體感的有無通常並不直接影響弱視的治療和是否要進行手術的決策。
8.4分離性垂直斜視(Dissociated vertical
deviation, DVD)
斜視檢查如果發現有分離性垂直斜視，立即的印象就是立體感可能不太好。但是也有立體感正常的例子。這種不確定性必需真的作了檢查之後，才可以給病人的雙眼視一個確切的診斷和預後。
8.5 Duane綜合症 (Duane syndrome) 和Brown綜合症 (Brown syndrome)
這些特殊斜視造成的斜頸或者不正常的頭位常常是為了避開複視或者為了維持雙眼視而產生的。治療或手術後如果可以在正頭位之下有好的立體感，是手術成功的一個很好的指標。
8.6 先天性眼震 (Congenital
Nystagmus)
先天性眼震，也稱作幼兒型眼震綜合症 (Infantile nystagmus syndrome, INS)，如果沒有斜視，先天性眼震的病人常常會有正常或者稍差的立體感。通常沒有像差立體視的人，有可能可以通過運動立體視的檢查。因此一般的概念上，認為運動立體視是比像差立體視較為初階或者演化上比較原始(primitive)的雙眼視。
先天性眼震很特別，有些人通過像差立體視，卻未必可以通過運動立體視的檢查。他們的運動覺有問題，常常單眼就看不到運動立體視檢查裡左右移動著的方塊，也就因此沒有辦法比較兩眼的運動向量，去產生深度覺或空間感。
8.7隱眼震 (Latent Nystagmus)
隱眼震也稱作融合發育不全眼震綜合症 (fusion maldevelopment nystagmus syndrome,
FMNS) 。隱眼震和眼震阻滯綜合症 (nystagmus blockage
syndrome)幾乎是先天性斜視的同義辭，可以恢復立體視的預後非常的差。
隱眼震意思是遮蓋一眼之後才出現的眼震。特徵是遮蓋右眼，左眼注視，眼震快速相是朝左；而遮蓋左眼，右眼注視，眼震的快速相則朝右。這個特徵和先天性斜視病人單眼視動眼震 (optokinetic nystagmus)的鼻、顳側不對稱是同一件事情。如果紀錄眼球運動圖 (oculogram)，眼震的慢速相的斜率是減速的 (decelerating)。
眼震阻滯綜合症則是說注視眼朝鼻側看，眼震的幅度較小；朝顳側看，眼震的幅度較大。如果右眼是優勢眼、注視眼，病人常會以右轉頭位向左看；如果左眼是優勢眼、注視眼，病人則常會以左轉頭位向右看。跟一般家長的認知，以為左轉頭位是用右眼在看是相反的。
遮蓋一眼誘發隱眼震是一種感覺性(sensory)的操弄；而在眼震阻滯綜合症，向左看、向右看的情況下眼震的幅度不一樣，則是一種運動性(motor)的操弄，這是兩件不同的事情。然而臨床上，兩者都是伴隨於先天性斜視的特徵，都暗示著立體視恢復的不良預後。如果病人確實有隱眼震或/和眼震阻滯綜合症，卻居然通得過隨機點立體感的檢查，這是可以通報文獻的極其罕見的病例。
建議讀物及參考文獻
1. Wang AH, Binocular Depth-from-Motion (BDFM). Proceedings of
the Jampolsky Festschrift, The
Smith-Kettlewell Eye Research Institute,
2. Wang AH, Binocular Depth-from-Motion (BDFM). presented
at 18th
Congress of the
3. Nakayama K, Biological image motion processing: a
review.
4. Stathacopoulos RA, Rosenbaum AL, Zanoni
D, Stager DR, McCall
LC, Ziffer AJ, Everett
M, Distance Stereoacuity, Assessing Control in Intermittent Exotropia. Ophthalmology
1993
100(4): 495-500.
謹以本文獻給
The Smith-Kettlewell Eye Research
Institute (SKERI)的老師們
Dr. Arthur Jampolsky
Dr. Alan Scott
Dr. Anthony Norcia
Dr. Eric Sutter
Dr. Christopher Tyler
長記得1990-1991 地靈人傑的舊金山 小兒眼科fellowship的一年
作者 王藹侯
學歷： 台灣大學 醫學士
台灣大學 臨床醫學博士
美國舊金山The Smith-Kettlewell Eye Research
Institute (SKERI)暨Pacific
Presbyterian Medical Center 小兒眼科暨斜視研究員
經歷： 台大醫院 眼科 住院醫師 主治醫師
台大醫學院 眼科 副教授
現職： 國泰醫院 眼科
大學眼科 主治醫師