Wykład 5
advertisement
Wykład 5 Oko jako układ obrazujący Przyosiowe modele oka • • • • Powierzchnie są sferyczne i scentrowane Współczynniki załamania są stałe w każdym ośrodku Obszar działania ograniczony do dołka środkowego Podstawa badania wielu właściwości oka – – – – – – Pozycja obrazu Powiększenie Oświetlenie siatkówki Odbicia od powierzchni załamujących (obrazy Purkinje’go) Apertury wejściowa i wyjściowa Wpływ wad refrakcyjnych Modele oka • Aelius Galen (II wiek AD) – Soczewka jest elementem czuciowym w oku • Leonardo da Vinci (XVI w.) – Jest ona elementem refrakcyjnym formującym obraz na siatkówce Modele oka • Johannes Kepler (1604) – Obraz jest odwrócony • René Descartes (1637) – Pierwszy dokładny opis układu optycznego oka Modele oka • Christian Huygens – Dwie półkule siatkówkowa i rogówkowa wypełnione cieczą o właściwościach wody z przesłoną – Półkula siatkówki o 3x większym promieniu niż rogówki Modele oka • Thomas Young – Przednia powierzchnia rogówki ma promień krzywizny 7,9 mm – Przednia powierzchnia soczewki 7,6 mm – Tylna powierzchnia soczewki 5,6 mm – Szerokość komory przedniej 3,0 mm – Współczynnik załamania cieczy wewnątrz oka 1,333 – Współczynnik załamania soczewek 1,44 Modele oka • Allvar Gullstrand (1909) – tzw. Oko Gullstranda nr 1 – Rogówka składa się z dwóch powierzchni – Soczewka składa się z czterech powierzchni (jądro i torebka) – 2 stany akomodacji (0 D, 10,87 D) – Wersja uproszczona (nr 2) • 3 powierzchnie załamujące • Soczewka pozbawiona grubości Modele oka • Harold Heaton Emsley (1952) – Zmodyfikowane oko nr 2 Gullstranda – Soczewkę charakteryzuje grubość taka jak w oku nr 1 – Zmienione współczynniki załamania ośrodka wypełniającego oko (1,333) - Zaprezentował także zredukowane oko z jedną powierzchnią łamiącą o krzywiźnie 5,555mm i współczynniku załamania 1,333 Modele oka • Uogólnienie modelu Gullstranda nr 1 na dowolny stopień akomodacji x 1,052 A 0,00531A2 0,000048564 A3 – Grubość komory przedniej 3,1 (3,1 2,7) x A0 – Grubość przedniej kory soczewki 0,546 (0,546 0,6725) x – Grubość jądra soczewki 2,419 (2,419 2,655) x A0 – Grubość tylnej kory soczewki 0,635 (0,635 0,6725) x A0 – Krzywizna przednia soczewki 1/ 10 (1/ 10 1/ 5,333) x A0 – Krzywizna przednia jądra 1/ 7,911 (1/ 7,911 1/ 2,655) x A0 – Krzywizna tylnia jądra 1/ 5,760 (1/ 5,760 1/ 2,655) x A0 1 / 6 (1 / 6 1 / 5,333) x A0 – Krzywizna tylnia soczewki A0 Położenie punktów kardynalnych Modele oka • • • • • • • Le Grand Bennett and Rabbetts Walker Kooijman Liu-Brennan Navarro i inne Formowanie obrazu • Obraz odwrócony zarówno w pionie jak i w poziomie • Mózg na powrót odwraca obraz, przez co nie doświadczamy odwrócenia obrazu widzianego Formowanie obrazu • Promień węzłowy Q-N-N’-Q’ • Promień aperturowy (promień główny) Q-E-E’-Q’ N R ON N R ON uE R u u const. m u OE mE R OE Formowanie obrazu • Położenie punktów N i N’ oraz powiększenie m zależą od stopnia akomodacji! • Przykład: Gullstrand nr 1, η = 1 mm, punkt bliży – η‘=0,178mm Położenie punktów kardynalnych Wielkość obrazu na siatkówce a wrażenie wielkości kątowej przedmiotów • Analiza widzenia pozwala na określenie wielkości obrazu na 2 sposoby – Wielkość obrazu na siatkówce (η’) – Wielkość kątowa w przestrzeni przedmiotowej (θ) • Zazwyczaj ON >> VN Oko skupione na nieskończoność • Jeśli OV∞ to N’R’=N’F’=1/D (obraz tworzony jest w punkcie ogniska obrazowego) D mEF • Przykład: wielkość obrazu księżyca na siatkówce – Gullstrand nr 1, θ=0,5° η‘=0,149mm 0,00485 mm Widzenie obuoczne (stereoskopowe) • Obiekty w jednej linii na obu siatkówkach są w tej samej kolejności • Obiekty w różnych odległościach już nie Aniseikonia • Ponieważ powiększenie obrazu zależy od mocy optycznej oka, jeśli oczy posiadają nierówne moce optyczne wielkość obrazów na siatkówkach także się różni • Powoduje to problemy z integracją (fuzją) obrazu obuocznego oraz orientacją przestrzenną • Aniseikonia występuje często po korekcji okularowej nierównych wad refrakcyjnych oczu • Często ośrodek wzroku w mózgu potrafi korygować ten problem, najczęściej problem stanowi aniseikonia powodowana przez wprowadzoną korekcję Anomalie refrakcyjne • Emetropia – punkt dali oka jest w nieskończoności, akomodacja obejmuje cały zakres widzenia funkcjonalnego • Ametropia – punkt dali oka nie znajduje się w nieskończoności • Prezbiopia (starczowzroczność) – akomodacja ma zbyt mały zakres dla widzenia funkcjonalnego • Brakująca lub nadmiarową moc optyczną stanowi miarę wady refrakcyjnej (wyrażona w dioptriach). Ametropia • Hyperopia (dalekozroczność) – Punkt dali znajduje się poza nieskończonością (za głową ) • Myopia (bliskowzroczność) – Punkt dali znajduje się w skończonej odległości • Astygmatyzm (niezborność) – Wady cylindryczne układu optycznego oka, punkty dali dla dwóch prostopadłych osi znajdują się w różnych odległościach. • Afakia – Brak wystarczającej mocy optycznej wynikający z usunięcia naturalnej soczewki oka na skutek operacji chirurgicznej (np. usunięcia zaćmy), bardzo silna dalekowzroczność Emetropia • Punkt dali oka w nieskończoności • W praktyce za oko emetropowe uważa się pewien mały zakres wad optycznych (np. od -0,25D do +0,75D) F’ Myopia (krótkowzroczność) • Punkt dali oka w skończonej odległości (wartości dodatnie R) • Moc optyczna oka zbyt duża lub oko zbyt długie • Korekcja za pomocą soczewek o ujemnej mocy (rozpraszających) Hyperopia (dalekowzroczność) • Punkt dali oka „poza nieskończonością” (wartości ujemne R) • Moc optyczna oka zbyt mała lub oko zbyt krótkie • Korekcja za pomocą soczewek o dodatniej mocy (skupiających) Hyperopia (dalekowzroczność) • Nadwzroczność powoduje konieczność ciągłej akomodacji (napięcia mięśni rzęskowych) • Nadwzroczność utajona – kompensowana przez akomodację • Z wiekiem moc optyczna ośrodków optycznych oka spada nadwzroczność starcza (nie należy mylić ze starczowzrocznością) Hyperopia (dalekowzroczność) • Może prowadzić do bólów głowy i zeza • Stopień konwergencji (zbieżności) oczu nieodpowiedni do stopnia akomodacji • W zależności od wielkości wady możliwy jest również brak możliwości widzenia dalekiego Prezbiopia (starczowzroczność) • Zakres możliwości akomodacyjnych oka spada z wiekiem (średnio 0,2D/rok), co oznacza oddalanie się punktu bliży od oka • Po 50 roku życia zwykle spada poniżej 1 D (w oku emetropowym punkt bliży w odległości 1m) • Korekcja za pomocą „okularów do czytania”, soczewek wieloogniskowych i progresywnych Astygmatyzm • Wada refrakcyjna zależna od kierunku przekroju (południka) • Najczęściej spowodowana przez toryczność zewnętrznej powierzchni rogówki, ale może być także wynikiem przesunięcia lub przekręcenia powierzchni względem siebie • Korekcja za pomocą soczewek cylindrycznych Astygmatyzm • Astygmatyzm krótkowzroczny – Oko ma zbyt dużą moc optyczną w stosunku do swojego rozmiaru wzdłuż jednego (astygmatyzm prosty) lub obu (astygmatyzm złożony) przekrojów (południków) • Astygmatyzm dalekowzroczny – (Analogicznie) • Astygmatyzm mieszany – Wzdłuż jednego przekroju astygmatyzm krótkowzroczny, a wzdłuż drugiego dalekowzroczny Astygmatyzm • Astymatyzm według zasady – rogówka bardziej stroma w pionie niż w poziomie i wymaga soczewki korekcyjnej której ujemny cylinder jest skierowany ±30° od poziomu – Najczęściej występuje w populacji poniżej 40 roku życia • Astymatyzm przeciw zasadzie – rogówka bardziej stroma w poziomie niż w pionie i wymaga soczewki korekcyjnej której dodatni cylinder jest skierowany ±30° od poziomu – Występuje w pierwszym roku życia (szybko zanika we wczesnym dzieciństwie) oraz po 40 roku życia • Astygmatyzm skośny – osie odchylone o więcej niż 30° od poziomu i pionu Astygmatyzm • Astygmatyzm regularny – Kierunki o największej i najmniejszej mocy są do siebie prostopadłe – Może zostać skorygowany za pomocą soczewki sferyczno-cylindrycznej • Astygmatyzm nieregularny – Kierunki największej i najmniejszej mocy optycznej nie są prostopadłe lub występują inne asymetrie obrotowe. – Np. keratokonus (stożek rogowki) Anisometropia • Różna wada refrakcyjna w obu oczach – Anisomyopia – Anisohyperopia – Antimetropia • Prowadzi do aniseikonii i efektów pryzmatycznych Częstość występowania wad wzroku • Rozkład statystyczny wad wzroku jest zależny od wieku – Noworodki mają rozkład normalny – Od urodzenia do dojrzałości (ok. 11-13 lat) oczy rosną – proces emetropizacji, tj. dostosowania wielkości oka i jego mocy optycznej – W populacji dorosłych (20-40 lat) średnia rozkładu wad jest lekko dalekowzroczna a sam rozkład jest węższy niż normalny i ma większy ogon w kierunku krótkowzrocznym – Po 40 roku życia rozkład staje się mniej stromy • Rozkład statystyczny parametrów oka (długości osiowej, promienia krzywizny rogowki itp.) jest prawie normalny Przyczyny wad (Sorsby et al. 1962) • W oczach emetropicznych występuje szeroki zakres mocy optycznych rogówki (39-48 D), soczewki (16-24D) i długości osiowej (22-26 mm) • W oczach ametropicznych z wadą od -4D do +6D występują te same wielkości, lecz źle dopasowane – oczy korelacyjnie ametropiczne • W oczach ametropicznych z większymi wadami powodem wady jest długość osiowa oka – oczy elementowo ametropiczne Ametropia elementowa • Osiowa – Wada typowo osiowa – moc optyczna w zakresie emetropowym, zaś długość poza tym zakresem – Wzrost oka w dzieciństwie jest głównym mechanizmem emetropizacji • Refrakcyjna – Wada typowo refrakcyjna – moc optyczna oka poza zakresem, lecz długość osiowa w zakreise emetropowym – Afakia, astygmatyzm przerwa Moc soczewek korekcyjnych • Re – wada refrakcyjna (brak lub nadmiar w mocy oka) • Przykład: – Punkt dali 45 cm przed okiem (krótkowzroczność); okulary 15 mm przed okiem, jak powinna być ich moc? (-2,30D) Re 1 1 Ds h f s h d 1 hRe Re 1 d Wpływ dokładności mocy optycznej • Przykład: – Potrzeba okularów +12D w odległości 12 mm, jaka będzie indukowana wada jeśli odległość wyniesie 13 mm? (-0,144D) dDs h Re2 2 D s h 2 dh 1 hRe Ds h Ds2 h h Re h Ds2 h h Przesuwanie soczewki korekcyjnej • Zmiana mocy korekcyjnej związana ze zmianą odległości szkła korekcyjnego • Przykład: – Jaką moc musi mieć soczewka kontaktowa korygująca tą samą wadę co okulary o mocy +12D w odległości 12 mm? (+14D) Ds h1 Ds h2 h2 h1 Ds h1 1 Korekcja astygmatyzmu • Moc soczewek korygujących astygmatyzm musi zależeć od kąta azymutalnego: Ds Dsf Dcyl sin 2 • Soczewki takie z jednej (wewętrznej) strony są sferyczne a z drugiej cylindryczne • Kąt osi cylindrycznej α mierzony jest przeciwnie do wskazówek zegara patrząc na oczy z zewnątrz • Zapis kliniczny: Dsf / Dcyl Wpływ grubości soczewek • Odległość między okiem a soczewką liczona jest od przedniego wierzchołka rogówki do tylnego wierzchołka soczewki korekcyjnej • Wszystkie równania zachowują ważność z tym zastrzeżeniem • Zmienia się jednakże wielkość obrazu na siatkówce Wpływ dokładności poszczególnych parametrów • Zmiany długości osiowej oka • Zmiany innych parametrów Re 2,69l ' Pomiar wad refrakcyjnych oka • Metody subiektywne – Pacjent sam ocenia jakość ogniskowania • Metody obiektywne – Lekarz albo urządzenie ocenia jakość ogniskowania • Część metod obiektywnych może zostać zautomatyzowana – Zautomatyzowane urządzenia używają bliskiej podczerwieni (800-1000 nm) – Często wyświetlają oddzielne obrazy w celu rozluźnienia akomodacji Metody subiektywne • Pacjent obserwuje tablicę testową z optotypami i ocenia czy widzi dobrze • Przed oczy przedstawia mu się 2 delikatnie różniące się optyczne układy korekcyjne aby mógł ocenić kiedy jest lepiej a kiedy gorzej • Soczewki mogą być wkładane w specjalną ramkę okularową albo przy użyciu głowicy refraktora • Wpływ psychofizyki na interpretację wyników Optometr • Optometr składa się z celu, który zbliżamy do oka oraz odpowiedniego systemu optycznego który umieszczamy blisko oka. 1 lD Re l 1 dD d Optometr idealny • Wada refrakcyjna powinna liniowo zależeć od przesunięcia celu • Widziana wielkość celu powinna być niezależna od jego odległości aby nie pobudzać akomodacji • Zakres pomiaru wad refrakcyjnych powinien być pełny • Miejsce między okiem a optometrem powinno być na jak największe aby nie pobudzać akomodacji Optometr Badala • Płaszczyzna główna oka i optometru w odległości równej ogniskowej optometru d 1/ D 1 lD Re 1 lD D xD 2 l 1 dD d D x jest odległością obiektu od punktu ogniskowego (położenia dla emetropii) Spekle laserowe • Jeśli koherentne światło laserowe pada na powierzchnię rozpraszającą można zaobserwować wzór spekli, które poruszają się gdy kręcimy głową. • Spekle formowane są na różnych odległościach. Część z nich znajduje się w płaszczyźnie sprzężonej do siatkówki. Każdy ruch głowy powoduje wówczas efekt paralaksy. • Wielkość tego ruchu zależy od pozycji owej płaszczyzny w stosunku do odległości na której skupione jest oko, zaś kierunek zależy od tego która z płaszczyzn jest dalej • Krótkowidzowie widzą, że spekle przesuwają się w przeciwną stronę niż głowa, dalekowidzowie, że w tą samą stronę. Podłużna aberracja chromatyczna oka • Oko charakteryzuje ok. 2D aberracji chromatycznej pomiędzy falami o długościach 400 nm a 700 nm. • Jeśli w widmie światła znajdą się jedynie skrajne wartości do światło niebieskie zostanie skupione bliżej niż czerwone. • Jeśli źródło świata jest daleko oko emetropowe widzi fioletową plamkę, krótkowidz (ok. 2D) zobaczy czerwoną kropkę otoczoną przez niebieski pierścień, zaś dalekowidz niebieską kropkę otoczoną przez czerwony pierścień. Metody subiektywno-obiektywne • Systemy zdalne i przekaźnikowe – Soczewka korekcyjna indukowana za pomocą systemów optycznych do oka – Nie trzeba przykładać instrumentów bezpośrednio do oka pacjenta – Możliwość zajrzenia do oka (przez lekarza lub urządzenie) Zasada Scheinera • Jeśli patrzymy na cel przez 2 małe otwory, wydaje się on podwójny jeśli jest poza płaszczyzną ostrości oka. • Którą plamkę widzimy na dole, a która na górze zależy od znaku wady refrakcyjnej Metody koincydencji (łączenia) • Dzielimy przedmiot testowy na dwie części w ten sposób, aby złączyły się one tylko jeśli jedna z nich będzie zobrazowana ostro. • Jedną z metod jest podział pola widzenia za pomocą polaryzatorów Metody obiektywne - Retinoskopia • Wykonywana za pomocą retinoskopu • Wprowadzamy wiązkę światła do oka i obserwujemy jej odbicie na siatkówce • Poruszając retinoskopem i zmieniając jego soczewki znajdujemy moc optyczną przy której plamka się nie porusza • Urządzenia może być zautomatyzowane Siatka ogniskowa • Przedmiotem jest prostokątna siatka podczerwieni obrazowana w oku • Światło odbite od dna oka jest obrazowane na fotodetektorze przez kolejną siatkę prostokątną. • Gdy przesuwamy siatki względem siebie sygnał na detektorze zmienia się. Maksymalne zmiany zachodzą jeśli siatka przedmiotowa jest obrazowana ostro na dnie oka. Fotografia - fotorefrakcja • Wykonujemy zdjęcie oczu z lampą błyskową • Wielkość i lokalizacja odbicia światła w źrenicy determinuje stopień i kierunek wady refrakcyjnej • Szczególnie ważna metoda w przypadku badania dzieci Wzrokowe potencjały wywołane • Monitorowanie aktywności nerwowej za pomocą elektrod • Mało dokładna metoda używane jedynie jeśli nie ma możliwości użycia bardziej konwencjonalnych metod Warunki wpływające na refrakcję • Subiektywna dokładność oceny refrakcji wynosi ok. 0,3D u młodych dobrze widzących pacjentów • Powszechnie stosuje się więc zaookrąglanie do 0,5D i taką dokładność pomiaru wad refrakcyjnych Zależność od celu (optotypu) • Luminancja • Częstości przestrzenne (rozmiar) • Widmo spektralne mogą oddziaływać z aberracjami oka czy wielkością źrenicy wpływając na pomiar wielkości wad refrakycjnych Zależność od czynników optycznych • Rozmiar źrenicy – głębia widzenia, mniejsza dokładność oceny punktu ostrości – Możliwość przeprowadzania badań automatycznych gdzie niezbędny jest silny sygnał zależny od obrazu dna oka – Jednakże duża źrenica to duże aberracje, co może fałszować wyniki (szczególnie aberracja sferyczna) • Aberracje chromatyczne – Wypływają na akomodację, która przy pomiarze wad refrakcyjnych powinna nie być aktywna Akomodacja • Oko podczas badania powinno być rozluźnione – Dodatnia korekcja oka nietestowanego – akomodacja rozmywa obraz – Upewnienie się (w urządzeniach automatycznych) że osie obu oczu są możliwie równoległe – Używając celu zbieżności w kolorze niebieskim – Używając leków rozluźniających mięsień rzęskowy
