人眼形态变异研究概述

    眼睛是人类面部形态完整性不可或缺的一部分，是面部最有区分度的部位，也是人脸上最具情感和表达作用的部位[1]。通过测量不同性别、年龄和族群的人眼形态，可获得相关数据以建立人类眼部形态数据库，进而量化分析眼形态变异特点及生长发育模式，并在法医调查中根据眼部特征识别个人身份和估计年龄；在面部美容整形医学中，人类眼形态相关参数是重睑手术、上睑下垂矫正术等的重要依据；在其他临床医学中，眼形态相关参数可为诊断和治疗唐氏综合征、胎儿酒精综合征等致畸性疾病提供参考[2,3,4]。本文试图整理国内外眼形态研究相关文献，探究不同性别、年龄和族群等的眼形态变异规律，梳理引起变异的原因、相关参数的测量方法和相关领域的应用等，并对国内眼形态变异研究作简要回顾和展望。

    一、眼形态变异的性别差异

    很多研究发现，从出生到成年，人体眼部尺寸都存在显著的性别二态性，男性的眼部尺寸普遍大于女性[5,6,7,8]。Bozkir等[6]的研究结果显示，土耳其青年人中男性的多数眼部测量值(内眦间距、外眦间距、瞳孔间距、右眼睑裂宽度)大于女性，但是右眼睑裂高度小于女性。Ferrario等[5]以意大利北部白人为研究对象，并将其分为3组：青少年组(12~15岁),青年组(19~30岁)和中年组(31~56岁)，统计分析表明(表1)：男性的眼部线性测量值(内眦间距、外眦间距、睑裂宽度和睑裂高度)、眼部角度值(相对于水平面的睑裂倾斜度、眼眶倾斜度和相对于法兰克福平面的眼眶倾斜度)均大于相同年龄段的女性；仅有青少年男性的睑裂高度及青少年男性和中年男性相对于水平面的睑裂倾斜度小于相同年龄段的女性。

    此外，眼形态随年龄的变化速度和生长模式也存在显著的性别差异。Sforza等[8]对654名4~30岁北苏丹人进行眼部数据分析显示：4岁女童的眼尺寸(内眦间距、外眦间距、睑裂宽度)已达到成年(18岁)女性的92%~95%；4岁男童的眼尺寸仅为成年后的80%~85%，大约13岁之后，才达到其成年后的95%。该研究还显示：从4岁到成年早期，男性的外眦间距增加了约19 mm，女性增加了约8 mm；男性的内眦间距增加了约6 mm，女性增加了约5 mm；男性的睑裂高度增加了约9 mm，女性增加了5~6 mm；男性的睑裂宽度增加了7~8 mm，女性基本没有增长。这表明女性眼形态的生长发育比男性的起步要早，4岁以前，女性的眼部生长速度比男性快，4岁到成年早期阶段，女性的眼部生长变化比男性小。Ferrario等[5]研究了意大利北部白人的眼部形态，结果显示：从青少年到中年，男性外眦间距和双眼睑裂高度的变化(平均增长4 mm)比女性(平均增长1~2 mm)更显著。在不同年龄段中，眼形态变异的性别差异不同，因此年龄也是影响眼形态变异的因素之一。

    二、眼形态变异的年龄差异

   有研究表明，年龄是眼形态生长发育的重要影响因素[3,4,8]。许多研究认为在儿童期、青春期和青年期，甚至在80岁以后，眼睛的大小和其在面部的位置都在发生改变，且表现出一定的族群差异[4,9,10]。Sforza等[8]对654名4~30岁的北苏丹人进行眼形态研究，结果显示：外眦间距、内眦间距、睑裂高度和睑裂宽度在儿童期到青年期均表现出持续增长的趋势。眼形态随年龄而有所变化是一般共识，但发生变化的"核心"时间段呈现出多样化的研究结果。Barbeito-Andrs等[2]的研究表明，在出生后的第1年间，眼睛迅速增大，第2年开始到6岁左右，眼睛的增大变得缓慢。Sforza等[8]对意大利白人(4~73岁)的研究显示，大多数与年龄相关的眼形态变化都发生在童年和青春期。李海军等[11]通过分析新疆扎滚鲁克墓地古代儿童(38例)头骨标本来探讨眼眶随年龄变化规律及生长突增期，结果显示：眼眶高度在2岁时就基本达到成人的尺寸；自2岁起，儿童眶高与上面高、眶宽与面宽、眶区面积与头骨正面观面积比值随年龄增大而逐渐变小，这意味着儿童眼眶生长速率明显小于面部生长，使得眼眶占面部的比例随年龄减少，儿童眼眶尺寸的相对比例大于成人。这可能一定程度上解释了现代儿童眼睛相对显得比较大的现象。但Patil等[7]对216名印度人(16~60岁)的研究则显示：在45岁后，眼部尺寸(内眦间距、睑裂宽度、瞳孔间距等)随年龄的变化表现得更加显著。

    年龄对眼形态的生长发育影响显著，且这种影响在不同族群中的表现不同。Direk等[1]以311名20~87岁的土耳其健康女性为研究对象，并将其分成3组(青年组20~44岁、中年组45~59岁、老年组60岁以上)，单因素方差分析结果显示：瞳孔间距和内眦间距并未随年龄的变化而出现显著变化，而其他测量值如外眦间距、睑裂面积、睑裂宽度和高度都呈现出随年龄增长而减小的趋势，其中睑裂面积显著减小。Park等[3]以亚洲人群为研究对象，发现睑裂高度的最大值[男性为(8.0±1.0)mm，女性为(8.2±1.1)mm]出现在10~13岁，达到最大值后几乎不再变化，直到50岁后会逐渐减小(P<0.05)；睑裂宽度在17~19岁时达到一个特定的值[男性为(27.0±1.8)mm，女性为(26.8±1.7)mm]后仅有轻微波动，到60岁后逐渐减小(P<0.05)；睑裂倾斜度的最大值[男性为(7.9±2.4)°，女性为(8.8±2.3)°]出现在10~13岁，此后会逐渐减小(P<0.05)；内眦间距在14~16岁后几乎不再变化[男性为(38.4±3.0)mm，女性为(38.2±2.8)mm],但到50岁后有轻微的增长(P<0.05)。Patil等[7]将216名16~60岁的印度人分成3组(A组16~30岁、B组31~45岁、C组46~60岁)进行眼形态研究，结果显示：随着年龄的增长，瞳孔间距显著减小；B组睑裂宽度稍小于A组，C组睑裂宽度显著大于B组；B组内眦间距显著小于A组，C组内眦间距显著大于B组；在45岁以后，印度人群的眼形态变异(睑裂宽度、内眦间距、上睑开放高度和瞳孔间距)更加显著。上述多项研究的结果体现了眼形态的年龄差异，也提示族群差异对眼形态年龄差异有所影响。

    三、眼形态变异的族群差异

    许多研究者的相关结果大致勾勒出了眼形态的人群差异。根据表2中不同人群眼部尺寸的对比发现，意大利北部白人的内眦间距小于土耳其人，英国白人的内眦间距与泰国人、马来西亚人等东南亚人相近；土耳其人的内眦间距相对于泰国人、印度人、马来西亚人和中国人等南亚、东南亚、东亚人更小；中国人的内眦间距在亚洲国家中最大，与尼日利亚人相近。在睑裂宽度上，尼日利亚人的睑裂宽度最大，英国白人的相对较小，印度人的数据在亚洲人中相对较大。而在睑裂高度上，除印度人略高于其他族群外，其他族群间的数据相差不大[5,6,7,12,13,14,15]。

    四、眼形态变异的其他影响因素

    有学者研究了颅面形态变异对眼部形态及眼眶的影响。Barbeito-Andrs等[2]将阿根廷122名0~31岁的受试者分成4组[婴幼儿组(0~6岁)、少年组(7~12岁)、青少年组(13~17岁)和成年组(18~31岁)]，研究了眼眶与前脑颅(anterior neurocranium)生长的相关性，研究表明：与颧骨的生长相比，前脑颅的生长对眼眶尺寸的影响更大。Barbeito-Andrs等[2]还发现在生长发育过程中，大脑体积的增大可挤压眼部结构，对眼形态的变化有重要影响。Sardi和Ramírez Rozzi[16]的研究发现，相对于面部的生长发育轨迹，眼眶腔(orbital cavity)体积的增长轨迹与脑颅部分(neurocranial components)的生长发育轨迹更相似。在对不同族群进行的比较研究中，有研究发现，具有相对较大的脑颅腔的人群也具有更大的眼眶腔[17,18]。眼形态的变化(大小和形状)还与眼球和眼外组织等的生长发育有关[2]。此外，一些功能因素对眼部形态也可能产生影响，比如咀嚼导致颞肌增大可能会挤压眼部，影响眼睛的形态[2]。

    五、眼睑形态

    眼睑形态因年龄、性别和族群不同而有显著差异，这种差异会使眼睑外观具有多样性。有研究表明女性的眼睛在自然状态下放大5%~10%时更具魅力[19]，且根据目前的审美标准(尤其是在亚洲地区)，大多数人认为重睑是眼睛美丽的重要特征，因此近几十年来，眼部整形持续占据亚洲外科美容手术量的首位。但目前亚洲地区眼睑成形术的外形设计很大程度上是基于医生的个人经验，全面了解眼周形态相关数据及相应的眼周形态审美倾向，有利于更好地实现对眼睑外形的重新塑造[19]。

    (一)眼睑形态与年龄

    Park和La[20]的研究表明：大多数西方女性和大约40%的亚洲女性都有重睑。一部分刚出生是单睑的儿童，在生长的过程中会自然形成重睑，眼睑的形态到中年才会固定，人类45岁时重睑比例高达83%[20]。Cai等[21]调研了611名中国汉族人，并将其分为2组[儿童组(7~10岁)310人，青年组(20~30岁)301人]，结果显示：儿童组单睑占79.03%，重睑占20.97%；青年组单睑占51.49%，重睑占48.51%。这一结果支持部分个体的眼睑形态可能会随年龄的变化而改变。

    (二)眼睑形态与性别

    Park等[3]调研了498名亚洲受试者，结果显示：男性单睑比例为68.9%，女性为58.0%；亚洲人的重睑比例为36.1%，其中男性重睑比例为30.5%，女性为41.4%；男性和女性三重睑的比例均为0.6%；男性重睑高度(闭眼)为6.6 mm,女性为6.5 mm，两性间无明显差异。

    (三)眼睑形态与族群

    眼睑形态的性别差异不大，但是族群间差异较大。张新伟和张英慧[22]调查分析了中国汉族(1 530人，男747人，女783人)和回族(100人，男47人，女53人)的眼睑形态，被调查者均为青少年或成年人，研究结果显示：汉族男性双侧单睑比例为26.01%，女性为27.42%，男性双侧重睑比例为69.97%，女性为70.54%，男性一侧单睑一侧双睑的比例为4.02%，女性为2.04%；回族男性双侧单睑比例为4.26%，女性为5.66%，男性双侧重睑比例为93.62%，女性为92.45%，男性一侧单睑一侧双睑比例为2.12%，女性为1.89%。Lu等[23]整理了关于日本、韩国、新加坡和中国台湾地区等的个体重睑情况研究，结果显示：日本女性重睑比例为82.0%~83.0%，新加坡华人女性为66.7%，中国台湾地区女性为83.1%；韩国男性为24.1%，女性为45.5%。此外，Lu等[23]还对比了几个族群的重睑高度(闭眼)：高加索男性重睑高度为6.9 mm，女性为7.3 mm；马来西亚男性为6.1 mm，女性为6.5 mm；非裔美国男性为7.2 mm，女性为7.7 mm；新加坡华人女性为6.0 mm。这些研究提示，重睑比例、重睑高度等存在较显著的族群差异，重睑高度的族群差异比性别差异更显著。

    六、眼形态对称性研究

    有许多研究表明，人类的眼睛、耳朵等面部对称结构的形态不对称以及左右脸的尺寸差异在健康个体中较常见[24,25,26,27]。例如，正常人的左脸通常更大，眼睛和耳朵在右脸的位置更高[28]。Ferrario等[24]以314名健康的意大利北部白人为研究对象，采用三维计算机电磁数字化仪(three－dimensional computerized electromagnetic digitizer)对受试者面部进行三维坐标数字化，检测左右脸的对称性。根据统计分析，受试者面部软组织具有轻度不对称，不对称程度最低的是眼部区域(<2%)，其中内眦点的不对称程度是最轻微的。而Wirawan等[29]采集匹兹堡大学面部研究中心的900个三维面部样本进行面部不对称研究，研究结果显示：19.7%的受试者有眼部不对称，眼部在所有面部结构中不对称程度最高。以上学者的研究结果的巨大差异可能受研究对象的数量、性别、年龄和族群等因素影响，相关研究较少。

    七、眼形态与内眦赘皮

    内眦赘皮是上睑或伴有下睑覆盖内眼角的先天性眼睑异常。很多研究探讨了内眦赘皮的性别、年龄、族群差异。Park等[30]的研究显示：亚洲男性约45%有内眦赘皮，女性该比例为62%，且个体越年轻，出现内眦赘皮的概率越大。Direk等[1]将中国女性的眼部数据与Farkas等[10]研究的欧洲高加索人、中东人、亚洲人和非洲人以及Wei[31]研究的新加坡人的数据进行比较时，发现中国女性的睑裂宽度更短，他们认为这个结果与亚洲人的内眦赘皮有关。李咏兰等[32]的研究显示：随着年龄的增长，眼睑内部结构发生变化导致眼睑松弛，内眦赘皮的出现率明显下降。

    内眦赘皮对眼形态的影响显著。有内眦赘皮的人群常伴有上睑下垂(睑裂高度降低)等现象，内眦赘皮会遮盖部分内眼角，缩短睑裂宽度，并加宽内眦间距，还会导致出现屈光不正(散光等)、弱视等疾病[20,33]。此外，内眦赘皮还会进一步导致眼部出现异常的外观表现，比如假性内斜视，特别是在头部转动或向侧方看时[34]。

    随着时代的发展和文化的交流与融合，女性的社会地位不断提高，审美趋势发生了改变，更多的人追求睑裂增大、睫毛上翘、内眦赘皮消除等更加西方化的眼部形态[20]。由于不同族群的眼形态差异(尤其是东方与西方的差异)较大，如一味追求西方审美标准，无疑会造成五官不协调，因此关于内眦赘皮与眼形态的年龄、性别、族群等的研究，对内眦赘皮消除术和减少内眦赘皮造成的眼部疾病具有重要意义。

    八、眼形态相关参数测量方法

    眼部测量中，常用的标志点主要包括：内眦点、外眦点、眶上缘最高点、眶下缘最低点和耳屏点等，眶上缘最高点位于眉毛下边缘中部，眶下缘最低点位于眼眶下部约0.5 cm处[5](图1)。常用测量项目主要包括：内眦间距、外眦间距、睑裂宽度、睑裂高度和瞳孔间距等[6](图2)。

    眼部线性数据的采集方法主要有4种：第1种是使用相机拍摄受试者头部的正面和侧面照片，将尺子放在受试者的额部拍摄进行测量校准[1,7]；第2种是使用面部三分仪(the McCoy facial trisquare)(图3)和毫米尺对受试者眼部做2次测量，取平均值[3]；第3种是使用便携式手持激光扫描仪对受试者的面部进行三维图像扫描，并进行相关计算[8]；第4种是立体摄影测量法(stereophotogrammetry)，使用含校准标记框架的相机拍摄受试者的面部，通过软件标定图像中测量点的三维坐标，并计算2点之间的距离，这种方法可以减少测量过程中的视觉误差和眼动误差[35,36]。还有很多应用于眼部等面部数据的测量技术和图像分析系统，测量技术如测距相机技术(range-camera techniques)和固定激光扫描技术(fixed laser scanners)等，图像分析系统如光电子学系统等[5]。

    九、眼形态研究相关应用

    (一)建立眼形态数据库与识别个人身份

    通过测量不同性别、年龄和族群的眼部相关数据，研究眼睛的生长发育模式和形态变异，可建立相应的眼形态数据库。根据眼形态数据库可以分析眼形态生长变化的普遍规律，有助于模拟正常生长发育和衰老过程中的面部特征变化。

    人眼识别是利用生物特征进行身份识别的主要方式之一，主要通过虹膜、巩膜、眼周状况等特征来识别个人身份，眼部数据库的建立可以提供多样化的参考数据[37,38]。眼睛的虹膜图案类似于指纹，有独特的个人生物特征(颜色、纹理等)，2个个体具有相同虹膜图案的概率非常低[38]。在生物识别系统中，虹膜识别是最可靠的自动识别方法之一。在确定个人身份，尤其是确认罪犯或事故受害者身份方面发挥着重要作用[39]。

    Zhou等[39]结合虹膜识别和巩膜识别的特征优势，提出了一种可用于无约束状态下的眼部多模态图像(如正面、偏角图像等)的人眼识别系统，该系统融合了多模态的虹膜、巩膜特征与眼睛图像质量等多项数据，提高了低质量人眼图像的识别精度。国内也有学者基于目前国内外的眼睛识别技术提出了新方法，比如邵慧茹[37]提出将人眼跳视轨迹、低频眼动、眼部动静特征等融合的方法运用于身份识别，在实验中取得了不错的效果。

    (二)筛查、诊断和监测疾病

    俗话说"眼睛是心灵的窗户"，早在《黄帝内经》中就有关于眼与脏腑相关联的说法："五脏六腑之精气，皆上注于目而为之精，精之窠为眼，骨之精为瞳子，筋之精为黑眼，血之精为络，气之精为白眼，肌肉之精为约束"。眼形态特征是对疾病进行筛查、诊断和监测的依据之一。

    Sforza等[8]将意大利和北苏丹的唐氏综合征患者的眼部数据与正常人进行对比，发现唐氏综合征患者主要表现为睑裂面积减小，内眦间距显著增加，外眦间距减小，并且左右眼的高度、宽度和面积都要更小一些；同时相对于法兰克福平面的睑裂倾斜度和眼眶倾斜度减小，而相对于水平面的眼眶倾斜度增加[4]。胎儿酒精综合征患者的眼部主要表现为睑裂宽度较小；歌舞伎面谱综合征(Kabuki syndrome)患者的眼部主要表现为睑裂宽度较大[6]。此外，上睑下垂是引发儿童散光、屈光参差的重要原因，且会进一步增加眼角膜表面形态非对称性改变、眼球发育受阻、弱视等眼疾的发生率[40]。

    (三)为眼部整形手术提供参考

    古埃及人首先提出用精准的数字来描述面部比例，而有记录的第1份面部比例原则是由古希腊人提出的。古希腊雕塑家波利克里托(Policlitus)是最早使用艺术品描绘"理想"面部比例的人之一，他的雕塑作品《持矛者》被认为是按照这一原则创作的，亚里士多德(Aristotle)后来记录了波利克里托关于"理想"面部比例的思想[10,41]。欧洲文艺复兴时期，以列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)为代表的艺术家延续了前辈的思想，并发展了"新古典主义著作"。他们认为理想的面部宽度是睑裂宽度的5倍，与古代中国的"三庭五眼"有异曲同工之处，都采用了"比例"，这种理念至今都对整形外科手术有重要意义[20]。

眼部整形技术已经较为成熟，由于眼形态存在较大的性别、年龄和族群等差异，对人类的眼部形态和尺寸等的全面了解，有助于眼部重建和外科美容整形手术达到更好的效果[10,20,41,42]。Patil等[7]对不同年龄和性别的印度人眼部形态的研究，对术前制定有针对性的眼部整形计划有重要意义；Park等[3]对不同性别和年龄的亚洲人的眼部形态学数据的统计分析，对重睑手术、单侧上睑下垂手术等亚洲常见的眼部手术的开展有重要参考意义。

    十、国内眼睛生长发育及形态变异研究现状及展望

    国内学者关于眼睛生长发育及形态变异的研究主要集中于眼形态的线性测量以及眼部形态研究在身份识别、整形手术上的应用等方面[29,43,44,45,46]。李咏兰等[32]发现随着年龄的增长，南方汉族人两眼间的距离变近，眼裂变小，并且这种变化在年龄组间的差异有统计学意义。总体来看，目前国内的研究多数偏零散性，多数局限于眼部形态数据的实际应用，缺少对全国人群眼睛生长发育及形态变异系统全面的研究；研究对象的年龄、性别、群体等从选取到分析的过程存在局限性，较少关注从儿童、青年到老年不同阶段的眼形态生长发育和变异；缺少系统测量和统计分析，难以形成对人眼生长发育状况的完整认识。

    根据对国内研究现状和国外相关研究的比较，未来可以从以下方面开展眼形态变异研究：(1)系统测量眼形态相关线性、角度、面积等数据，建立正常生长发育和老化过程中人眼形态及位置的定量描述数据库；(2)分析性别、年龄等因素对眼形态生长速度和生长模式等的影响，结合不同族群特征寻找眼形态变异的普遍规律和不同点；(3)制定眼睛疾病的判定标准，发挥眼形态相关数据在法医学、整形外科、疾病筛查等中的应用价值；(4)创新眼形态变异研究的技术和方法，例如通过激光扫描、电磁三维数字化、三维几何形态测量等技术，全面反映和记录人眼形态变异情况。

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参考文献

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