手机显示对视觉健康影响的研究综述

何 荥，刘骏宏，文栋焱

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045；2.重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

引言

随着大数据、5G、云计算等科学技术的发展，人类已逐步迈进全新的信息社会。经济和科技的不断发展提高了信息交换的数量与质量，手机凭借便捷高效和越发多元的功能，早已成为工作生活中视觉信息最重要载体之一。

虽然手机极大地提升了信息交换的频率，但使用时间的大幅增加，引发慢性肌肉损伤[1]、颈部疾病[2]等健康问题，最为关键最为直接的是对视觉健康的影响。伴随人们对视觉健康的越发重视，也引起了国内越来越多学者的关注，截至目前，已有相对丰富的研究成果。本文利用CiteSpace软件，以中国知网为数据库来源，对国内研究手机显示对视觉健康影响的110篇相关文献进行可视化分析，总结国内该研究领域的研究进程、研究热点及重要研究结论，系统综述20年来的主要研究内容，明确手机影响视觉健康的研究演化路径和发展趋势。

1 文献检索策略

首先，研究的文献数据来源选择了中国知网综合性学术信息资源库，检索时间为2022年12月4日，通过多次检索实践后最终确定以检索主题词为“手机屏幕+手机屏+手持显示终端”和篇关摘(即篇名+关键词+摘要)“视觉+健康+视觉健康+视觉效应+非视觉效应+视觉疲劳+生理节律”进行模糊检索，模糊检索会关联搜索关键词的同义词以获得更多搜索结果，确保搜索范围涵盖完整、全面，初步检索后得到320篇文献(图1)；其次，由于检索到的文献涵盖的学科领域和研究方向较为广泛，为了将主题进一步聚焦，通过去除篇关摘“缺陷检测+机器视觉+视觉体验+交互+手机膜+电器+智能手环”，筛除掉研究手机电路、屏幕缺陷检测等无关研究方向的文章后剩余153篇文献；最后，为保证文献的研究质量与效力，对所得到的文献记录进行人工复查，剔除报道、会议通知、征稿启事等文献类型，得到以中国知网中研究手机影响视觉健康的共110篇文献作为本次分析的基础数据。

图1 文献筛选流程图Fig.1 Flow chart of document screening

CiteSpace是应用Java语言开发的一款信息可视化软件，它主要基于共引分析理论(co-ciation)和寻径网络算法(path finder)对特定领域文献进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及其知识拐点，并通过一系列可视化图谱的绘制来形成对学科演化潜在动力机制的分析和学科发展前沿的探测[3]。

2 图谱分析结果

2.1 文献数量分析

筛选文献后可以在知网上得到所选文献的发文量逐年统计图(图2)，领域文献数量及其变化趋势大致可分为三个研究阶段。第一，2003年至2009年，我国有关手机显示对视觉健康的影响处于初步发展阶段，从2003年起有相关发文，且直至2009年，发文数量基本呈现缓慢上升的趋势；第二，2009年至2014年期间，发文量明显增加，2014年是手机影响视觉健康研究的爆发年份，可能与手机用户规模的持续增长以及手持显示终端的技术发展有关[4]；第三，2014年至今，该领域研究热度波动较大但总体数量仍然较多，说明持续受到大量学者重视。

图2 发文量逐年统计图Fig.2 Year by year statistical chart of the number of documents issued

2.2 发文学科分布

知网生成的学科分布图(图3)显示，2003年至2022年间的文献研究领域主要分布于四个学科：电信技术、预防医学与卫生学、计算机软件及计算机应用、眼科与耳鼻喉科，呈现明显的跨学科特征，其中电信技术领域的研究数量最多。

图3 学科分布图Fig.3 Discipline distribution map

2.3 作者共现分析

将得到的110篇文献导入CiteSpace进行转存，对转存的数据进行可视化图谱绘制，得到作者共现分析结果(图4)。可以看出张艳霞、李宏汀、徐伟丹及张露超等人具有密切的合作联系，这几位学者大都来自浙江理工大学；吴涵、卞立军、陈烨桦、耿珊珊及郭郑等学者也形成一个密集的联系，他们都来自南京医科大学；措加旺姆、拉瓜登顿、兰萍及刘娟等学者的组团联系中，几乎每位学者都来自西藏大学。聚集组团的分析可以看出，研究机构集中于各高校，其中天津医科大学、四川大学、上海理工大学、浙江理工大学、西藏大学等高校较为关注手机显示对视觉健康的影响，并得出了丰富的研究成果。

图4 作者共现图谱Fig.4 Cooccurrence atlas of authors

3 研究热点分析

3.1 关键词分析

关键词是对文献主题的概括，在一定时域内，同一关键词在多篇文献中频繁出现，表明主题被集中讨论。通过CiteSpace软件中的寻径算法，根据关键词出现频次数量和中心性，提取有效关键词并生成关键词共现分析(图5)。

如表1所示，首先，“手机屏幕”、“智能手机”、“手机”、“大学生”、“屏幕亮度”、“玩手机”、“低头族”和“环境照度”等词的频次量最高，与其他关键词共现的概率较高；其次，“手机屏幕”、“智能手机”、“手机”和“大学生”四个关键词的中心性大于0.1，说明为中心节点，在研究中具有较大的影响力；此外，“屏幕亮度”、“环境照度”、“手机媒体”、“节律因子”和“视力”等关键词说明这些研究内容和研究方向是手机影响视觉健康的讨论热点，同时也是主要影响因素或后果；最后，关键词出现的时间体现出学者们研究重点的演变，研究重点由最开始“屏幕亮度”“环境照度”到“大学生”“视力”再到“真性近视”“节律因子”，说明研究的主要内容不再局限于观看手机这一行为本身，近年来开始有越来越多学者将手机与其他研究热点交叉分析，综合性的考虑研究。

表1 关键词频次排名Table 1 Keyword frequency ranking

运算软件得到研究关键词共现共引图谱(图6)，运算后生成207个主题节点，共有322条连接线。节点的大小代表关键词出现的次数，节点直径越大，表示次数越多。节点与节点的连线粗细代表了的该节点之间的共现频率，颜色代表了不同的时间年代区域。关键词的共现次数越多，表明在此时间段内的研究热度越高。

图6 主题关键词共现共被引分析Fig.6 Analysis of cooccurrence and co-citation of subject keywords

从节点的尺度及连线的密度可以看出，“手机屏幕”、“智能手机”和“环境照度”等关键词节点直径较大，共现频率较高，证明这些关键词是领域的研究热点及主题，也表明在这期间，学者对手机影响视觉健康的基础理论和设计较关注。

3.2 研究热点演变

关键词词频排名变化可以提取出相关领域具有突出推动作用的技术、理论和方法等研究热点与热点的演变。对中国知网选取的110篇中文期刊文献进行关键词突现分析，设置最短时间2年，状态转换值为0.3，状态差值为2，由此获得突变强度较高的13个关键词(表2)。

表2 突显关键词词频排名Table 2 Highlight keyword frequency ranking

由凸显关键词词频排名可以看出，手机影响视觉健康研究前沿显著划分为两个阶段：第一个阶段为2003年至2012年期间，手机显示对视觉健康的影响处于研究初期，并且研究热点集中于手机本身和手机短信上；第二个阶段始于2013年，产生了大量具有凸显度和中心度的凸显词，表明这时候逐渐催生了不同的研究分支，如环境照度、屏幕亮度、近视、节律等，并形成多元化的研究中心。这两个阶段的演变总体上呈现出由单一笼统的研究走向具体、多元的发展趋势，从局限于手机本身到更关注于手机与显示特性、使用环境、使用者等各因素之间互动的影响。

3.3 研究热点聚类

对全部文献中关键词进行聚类，得出以下聚类(图7)，可见生成6个明显的聚类主题，聚类的平均轮廓值(sil-houette)为0.939，聚类模块(modularity)为0.8103，均为适用区间，说明聚类内部结构合理。聚类主题中除了手机本身之外，“传播”、“屏幕亮度”及“低头族”是三个主要的关注主题，其中“手机屏幕”聚类与“智能手机”和“低头族”两个聚类间联系紧密。关键词聚类图一方面表明了目前国内已有研究仍然最关注这些方面，并已取得丰硕的学术成果；但另一方面，手机显示对视觉健康的影响是多方面的[5]，国内在相关研究方面已建立成熟的研究体系，随着显示技术及应用场景的更新，手机显示对视觉健康的影响具有交叉性和复合型特征，在未来多学科交叉融合的研究前景较大。

图7 关键词聚类主题分析Fig.7 Keyword clustering theme analysis

4 研究因素交叉分析

4.1 研究方法分类

为进一步了解各影响因素的构成及分布特征，以交叉分析和单因素分析作为研究方法分类标准。单因素分析以一个特定因素作为主导，而交叉分析通常用于分析两个或两个以上分组变量 (字段)之间的关系[6]。

对筛选出的110篇文献进行阅读、分析和综合(表3)可以看出：研究单一因素对视觉功效的影响文献占比远低于研究多因素交叉影响的文献占比，再次说明手机对视觉功效的影响往往同时受多方面因素共同作用，并且在此基础上还需要从不同维度进行分组。

表3 文献研究方法分类Table 3 Classification of literature research methods

4.2 交叉研究因素分类

对交叉影响的39篇文献中研究内容和研究结论进行提炼，得到影响视觉健康的两类因素：外部因素和显示因素。根据各类因素在文献中的出现频次及相互联系，得到展示影响因素联系程度的桑基图(图8)，桑基图能清晰地体现不同因素之间的连接强度关系，实现数据的有效可视化[7]，图中柱形色块表示影响因素出现的频次，色块之间连线的宽度体现关联数值的大小。对各类因素中的主要因素分类(表4)，构建手机影响视觉健康的基本结构体系。

表4 主要影响因素分类Table 4 Classification of main influencing factors

图8 研究因素桑基图Fig.8 Sankey diagram of research factors

4.3 视觉健康影响因素

如表4所示，视觉健康受到的影响分为三类：视觉效应、非视觉效应和其他影响。由图8桑基图中三类影响不同颜色的柱形色块占比可见：手机显示对视觉健康的影响中，对视觉效应的影响最大，非视觉效应的影响次之，对其他方面影响相对小一些。

(1)视觉效应方面。由桑基图中影响因素的柱形色块大小可见，手机对视觉效应的主要影响是造成视觉疲劳，其次是影响使用者的视觉功效以及造成眼部疾病。

桑基图中因素间的关联曲线宽度体现了因素间联系的强弱：造成视觉疲劳的外部因素主要有观看时间、观看距离和环境照度；显示因素主要有屏幕亮度。外部因素和显示因素共同作用、交叉影响。例如，有学者指出环境照度和手机屏幕亮度的最优值是线性变化的[8]，研究表明，当手机屏幕亮度为60 cd/m2时，阅读舒适性最好的环境照度范围为20～50 lx，当手机屏幕亮度为100 cd/m2时，不同工况下阅读舒适性普遍较好[9]。还有研究表明，在运动场景中进行移动阅读也极易造成不适感觉，如视觉疲劳、恶心和头晕[10]。

影响视觉功效的外部因素主要有观看时间、观看距离和环境照度；显示因素方面主要有屏幕亮度、动态画面清晰度和版面设计。屏幕亮度、蓝光及动态画面清晰度[11]主要会降低用户的视觉功效、诱发视觉疲劳。此外还有学者指出，用户心理[12]和观看视角[13]也会影响观看者视觉功效、增加视觉负荷。

造成眼部疾病的主要原因包含外部因素中的观看姿势、观看距离、观看时间和显示因素中的手机膜、美瞳。以观看时间为例，调查显示在长时间使用手机后，68.3%的使用者常出现眼疲劳；54.8%的使用者常出现眼睛干涩；19.0%经常出现畏光的不适症状；用眼姿势不当者更易出现不适症状[14]；不良的观看姿势也非常容易引起眼部疾病[15]。此外，佩戴美瞳长时间使用手机可能会造成细菌感染甚至磨损眼角膜[16]。

(2)非视觉效应方面。手机对非视觉效应最主要的影响是由于蓝光影响使用者的昼夜节律、降低睡眠质量[17]和影响使用者的工作效率及警觉性[18]。例如，有学者指出睡前使用富含蓝光的智能手机可导致CID患者睡眠质量降低、脑电频谱密度改变，影响睡眠结构[19]。也有研究表明，不同显示技术的手机屏幕(LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED)蓝光危害因子也不同，且不管何种手机，节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大[20]。还有研究表明，手机等设备发出过多的蓝光会加速老化过程，对人体的皮肤、脂肪细胞、感觉神经元等多种细胞产生有害影响[21]。长期保持不良的使用习惯还会致使内分泌紊乱，轻者长痘、皮肤变差，重者会发生糖尿病等代谢性疾病[22]。

(3)其他影响。手机还会引起使用者其他方面的健康问题，其中影响观看距离和观看时间是造成使用手机引起颈椎病、腰椎病和手臂疾病[23]的重要因素，不恰当的观看姿势还可能引发身体的其他疾病。实验表明，长期保持低头玩手机的姿势会导致肌张力和肌肉硬度增高，引发疼痛与颈椎功能障碍，出现肌肉疲劳[24]。除了身体健康，手机还会影响使用者的心理健康：早在2010年前后就有学者关注预防大学生对手机成瘾[25]、探寻大学生手机依赖症的心理原因及防治对策[26]；甚至有学者通过实验证明，大学生手机依赖与抑郁呈正相关，夜间手机蓝光可能对手机依赖与抑郁间关联产生影响[27]。此外，手机显示还会间接影响使用者的生命安全：步行时使用手机会极大降低使用者的环境感知能力，从而导致各类行人安全事故的增加[28]。

5 总结与展望

为系统梳理国内关于手机影响视觉健康的研究成果，以中国知网数据库中2003—2022年发表的110篇相关文献为研究对象，通过CiteSpace文献计量软件和Origin数据分析软件进行可视化分析，主要结论如下：

(1)目前国内对手机影响视觉健康的研究已较为成熟，且已有丰富的研究成果和跨学科的研究方向，研究学者主要以高校为单位形成紧密的合作网络。

(2)手机显示对视觉健康主要由外部因素、视觉健康影响及显示因素三方面，目前的研究内容已涵盖绝大范围因素，但未来研究提倡交叉融合的研究思维，考虑因素间的相互影响、共同作用，实现跨学科、跨文化和多领域间的交融，以提升解决复杂问题的综合能力，打破局限性。

(3)手机显示对视觉健康造成的影响中，对视觉效应造成的影响最明显，主要是造成视觉疲劳、降低视觉功效和引起眼部疾病；对非视觉效应的影响次之，主要体现在影响生理节律上；此外还会造成其他影响，如颈椎病、腰椎病、肌肉硬化和影响使用者心理健康等。

未来对应显示技术的发展、显示内容、观看场景的刷新，手机对视觉健康影响的发展也呈现出新的趋势。显示技术中，显示特性如屏幕峰值亮度、显示色域广度、屏幕尺寸和刷新率正不断提升；屏幕显示技术如Mini LED、Micro-LED和E-paper更新迭代；显示内容如短视频、图片结合文字、动态图片的占比上升；观看场景如步行观看、乘车观看等诸多移动场景日益趋多。这些现实[1]表明，互联网时代里光学领域的不断创新与人机互动无时不刻进行着紧密的有机融合，这对未来手机显示影响视觉健康不断抛出新的疑问，关于以上内容的深入研究，对保障使用者视觉健康，建立良好舒适的视阅环境具有重要意义。