Wykład 3

advertisement
Wykład 4
Budowa ludzkiego oka
Oko
Przegrzebki
Ośmiornica
Ryba
Ptaki
Ssaki
Anatomia ludzkiego oka
• Rogówka
– R = 8mm
• Twardówka
– R = 12mm
• Odległość
środków
krzywizny
– 5 mm
Anatomia ludzkiego oka
• Naczyniówka
• Ciało rzęskowe
• Tęczówka
• Siatkówka
• Komora przednia
• Komora tylnia
• Komora szklista
(ciało szkliste)
Ciśnienie wewnątrzgałkowe
• Ciśnienie
wewnątrzgałkowe
musi być wyższe niż
ciśnienie powietrza
• Musi ono być w
przybliżeniu stałe,
aby nie wprowadzać
zakłóceń w
przeźroczystości
ośrodków
optycznych oka
Ruchy oka
•
6 mięśni zewn. Oka
– Mięsień prosty górny
•
podnoszenie, rotacja do wewnątrz,
•
opuszczanie, rotacja do zewnątrz,
przywodzenie
– Mięsień prosty dolny
– Mięsień prosty przyśrodkowy
•
przywodzenie
•
odwodzenie
•
rotacja do wewnątrz, obniżenie,
odwodzenie
– Mięsień prosty boczny
– Mięsień skośny górny
– Mięsień skośny dolny
•
•
•
•
rotacja do zewnątrz, podnoszenie,
odwodzenienerw
Ruchy zbieżności
Ruchy sakkadyczne
Ruchy śledzenia
Ruchy oka
Struktura optyczna
Siatkówka
• Wiele warstw komórek i
pigmentów
• Grubość
– 50μm – 600 μm
Ruchy zbieżności
• Czopki
• 5 milionów
• w 3 rodzajach S, L, M
• większość w dołku
środkowym ok. 5°
• Pręciki
• 100 milionów
• maksimum 20° od dołka
środkowego
• brak w obszarze 1°
Plamka żółta
i dołek środkowy
• Definiuje oś widzenia
• Obejmuje 19° pola widzenia
(5,5 mm)
• Centralna część do dołek środkowy
5° pola widzenia
(1,5 mm)
• W samym centrum tzw. dołeczek
środkowy, gdzie znajdują się
jedynie czopki L i M
• 1/1000 powierzchni siatkówki
zawiera 1/100 wszystkich czopków,
zaś w dołeczku środkowym jest ich
0,05%
• Wielkość fotoreceptorów w dołku
środkowym 1,0-4,0μm, średnia
odległość między czopkami 2,3μm,
co daje rozdzielczość
0,46 minuty kątowej
Plamka ślepa
• Wejście do wewnętrznych
tkanek oka ukrwienia i
wyjście nerwu zbiorczego
• Brak fotoreceptorów –
obszar ślepy
• Szerokość ok. 5° w poziomie
i ok. 7° w pionie
• Położenie ok. 15° w kierunku
nosowym (zbieżnym) i ok.
1,5° ku dołowi w stosunku
do punktu fiksacji
Punkty kardynalne
• Ogniska
– Zewnętrzne (przedmiotowe) = 17,1 mm
(od krawędzi rogówki = 15,71 mm)
– Wewnętrzne (obrazowe) = 22,7 mm
• Płaszczyzny główne
(od krawędzi rogówki)
– Zewnętrzne (przedmiotowe) = 1,348 mm
– Wewnętrzne (obrazowe) = 1,602 mm
• Punkty węzłowe
(od krawędzi rogówki)
– Zewnętrzne (przedmiotowe) = 7,08 mm
– Wewnętrzne (obrazowe) = 7,33 mm
• Środek obrotu
(od krawędzi rogówki)
– 15 mm
Osie oka
Pole widzenia
• Każde z oczu widzi od 60° od strony nosa do ok. 105° po stronie zewnętrznej
• Widzenie obuoczne obejmuje jednakże tylko 120° (pozostała część pola widzenia jest
zasłaniana przez nos dla jednego z oczu)
Odległość międzygałkowa
• Mierzona między środkami źrenic
• Zależy więc od stopnia akomodacji/zbieżności
wzroku
• 61-65 mm
Przerwa
Anatomia oka
Rogówka
•
•
•
•
•
•
Płyn łzowy (4-7 μm)
Nabłonek zewnętrzny. (50 μm)
Błona Bowmana. (8-14 μm)
Istota właściwa rogówki. (500 μm)
Błona Descemeta (10-12 μm)
Śródbłonek komory przedniej oka.
(5 μm)
Współczynnik załamania
i promienie krzywizn
• Dużo łatwiej (dokładniej) zmierzyć
zewnętrzną krzywiznę rogówki
• R2=0,81R1
• U kobiet promienie krzywizny
zewnętrznej są mniejsze
• D = D1 + D2 - D1D2d/n
ok. +0,1D
ok. +48,0D
ok. -6,3D
• Obie powierzchnie są asferyczne i
toryczne
• W młodych oczach krzywizna
pozioma jest większa niż pionowa,
lecz z wiekiem ten trend się odwraca
Asferyczność
zewnętrznej powierzchni rogówki
r
• Promień krzywizny rogówki
generalnie rośnie z oddalaniem się
od jej wierzchołka, powierzchnia więc
staje się coraz bardziej płaska
• Rogówka ma średnicę 12 mm, lecz
tylko 8 mm jest normalnie czynne,
resztę przysłania tęczówka
• Powierzchnia rogówka ma kształt brył
powstałych przez obrót krzywych
stożkowych (elipsoida, kula itp.),
które ogólnie opisane są równaniem:
r 2  1  Qz 2  2 zR  0
Współczynniki Q dla rogówki
• Wartości Q są zwykle ujemne
(ok. 0,2 – 0,3)
• Redukcja aberracji sferycznych
– Wartość Q niezbędna do wyeliminowania
aberracji sferycznej powierzchni
zewnętrznej wynosi -0,528
• Łagodne, ciągłe przejście między
rogówką i twardówką
• Przy powierzchniach asferycznych moc
optyczna zależy nie tylko od punktu na
soczewce, ale także od kierunku
– wyróżniamy dwa kierunki tangencjalny
(południkowy) i sagitalny (równoleżnikowy)
Rs  R 2  Qr 2
Rt  Rs3 R 2
Tylna powierzchnia rogówki
• Trudno jest zmierzyć bezpośrednio
charakterystykę tylnej powierzchni
rogówki z powodu wpływu powierzchni
przedniej.
• Jej znaczenie jest mniejsze z powodu
małej różnicy współczynników załamania,
nie jest jednakże zaniedbywalne
• Q = minus 0,4 - 0,3
Soczewka
• Soczewka znajduje się w elastycznej
kapsule
• Nie ma stałego współczynnika
załamania, a rozkład n nie jest
możliwy do dokładnego zmierzenia
• Komórki nabłonka soczewki
powstają przez całe życie na równiku
i wydłużają się jako włókna i owijają
soczewkę spotykając się w szwach
• Stare komórki tracą swoje jądro i
inne organella komórkowe
• Soczewka więc powiększa się całe
życie i zmniejsza swoją elastyczność
oraz współczynnik załamania!
Akomodacja
• Mięsień rzęskowy (ciliary muscle)
• Obwódka Zinna (włókna obwódkowe) (zonule fibers)
3,6 mm
Promienie krzywizny
i kształt
• Pomiar jest
praktycznie
niemożliwy,
ponieważ:
– kształt zmienia się z
akomodacją
– kształt zmienia się z
wiekiem
– Niejednorodność
rozkładu
współczynnika
załamania (tylna
powierzchnia
mierzona in vivo)
• Podobnie z Q
Rozkład współczynnika załamania
• Najwyższy współczynnik załamania
charakteryzuje centralną część soczewki
• W obszarze jądra soczewki n jest praktycznie
stałe, lecz w obszarach peryferyjnych szybko
spada
• Zmiany współczynnika załamania mogą
korygować aberracje sferyczne
• Gullstrand w 1909 podał funkcję szacującą
współczynnik załamania soczewki:
n(r , z )  1,406  0,0062685z  z0   0,0003834z  z0 
2

3

 0,00052375  0,00005735z  z0   0,00027875z  z0  r 2  0,000066717r 4
2
Parametry soczewki
• Zastępczy współczynnik załamania 1,42
• Rozmiar równikowy: 8,5 – 10 mm
• Moc optyczna 19 – 30 D (akomodacja 10 cm)
– Podczas akomodacji przednia powierzchnia przesuwa się do
przodu a soczewka przyjmuje bardziej naturalny – zaokrąglony
kształt
• Nie do końca wiadomo skąd mózg wie w którą stronę
zmieniać moc optyczną soczewki, ale prawdopodobnie ma
to związek z aberracją chromatyczną obrazu na siatkówce
• Fizyczne limity kształtu soczewki wyznaczają punkt bliży i
punkt dali widzenia – zakres (amplituda) akomodacji
• Akomodacja związana jest z konwergencją gałek ocznych
(synkinezja)
Tęczówka i źrenica
• Kontrola
zmniejszania:
– Mięsień zwieracz
źrenicy
– Mięsień
rozwieracz
źrenicy (dużo
prymitywniejsze
sterowanie
nerwowe)
Kolor źrenicy
• Zależy od stopnia
pigmentacji
– mało  niebieskie
– dużo  brązowe
• Wzór włókien
źrenicy jest inny dla
każdego człowieka
Źrenica wejściowa
i wyjściowa oka
• Źrenica znajduje się między
soczewką a rogówką,
praktycznie w płaszczyźnie
przedmij powierzchni soczewki
• Źrenica wyjściowa nie ma
dużego znaczenia
• Zarówno źrenica wejściowa
jest przesunięta o 0,55 mm
przed aperturę a źrenica
wyjściowa o 0,07mm za nią.
• Źrenica wejściowa jest 13,3%
większa niż apertura
Promień marginalny i aperturowy
θ
• Kąt θ pełni ważną rolę
przy określaniu poziomu
oświetlenia siatkówki
• Promień aperturowy jest
użyteczny przy kalkulowaniu położenia pozaosiowych punktów obrazu
• Oba promienie są przydatne przy opisie aberracji oka
Centracja źrenicy
• Środek źrenicy jest położony 0,5 mm w kierunku
nosowym w stosunku do osi optycznej
• Położenie źrenicy
zmienia się wraz ze
zmianą jej wielkości
(w granicach 0,4 mm)
• Położenie źrenicy
wpływa na aberracje i
ukierunkowanie
oświetlenia siatkówki
Wielkość źrenicy
• Poziom oświetlenia
– 2mm - 8mm (powierzchnia zmniejsza się 16x)
– Fluktuacje (tzw. hippus) z częstotliwością 1,4Hz
– Opóźnienie 0,5 s przy słabych natężeniach światła,
przy rosnących natężeniach 0,2-0,3s
– Przy zmniejszającym się natężeniu powrót dużo
wolniejszy (nawet minuta)
– Równania:
D  4,90  3,00 tanh0,400log10 L  1,0
log10 D  0,8558  4,01104 log10 L  8,6
3
Wielkość źrenicy
• Widzenia obuoczne i akomodacja
– Stymulacja światłem jednego oka powoduje zmianę
wielkości obu źrenic, aczkolwiek reakcja jest silniejsza
jeśli stymulowane jest oboje oczu
– Wielkość źrenicy spada gdy oko
akomoduje na bliż
• Wiek
– Wielkość źrenicy i tempo zmian
jej wielkości spadają z wiekiem
• Leki
• Czynniki psychologiczne
– Strach, radość, zaskoczenie,
miłe wspomnienia – rozszerzenie
– Niemiłe wspomnienia, złość
– zwężenie
Kształt źrenicy
• Gdy patrzymy na wprost źrenica jest okrągła
• Gdy patrzymy pozaosiowo kształt jest
eliptyczny
– w przekroju tangencjalnym wielkość maleje
– w przekroju sagitalnym wielkość pozostaje
stała
– wpływa to na aberracje i ilość światła
docierającego do wnętrza oka
• Powierzchnia źrenicy:
Ap   
D 2
4
cos 
• Okazuje się, że na skutek aberracji i
niezerowej grubości źrenicy bliższa
rzeczywistości jest funkcja (większe wartości
dla dużych kątów):
Ap   
D 2
4
1 1,0947 10
4
  1,8698 10 
2
9
4

Znaczenie wielkości źrenicy
• Głębia widzenia
• Poziom oświetlenia źrenicy
– zmiany rzędu 16x (zmiany oświetlenia
rejestrowanego przez źrenicę >100 000)
• Jakość obrazu na źrenicy i w ogóle widzenia
(aberracje)
– optimum: średnica 3 mm
Pupilometria
• Pomiar wielkości
źrenicy
– Metody
bezpośrednie
– Metody
fotograficzne
– Metody wideo
Osie oka
• Oko nie jest symetryczne osiowo
• Środki krzywizn poszczególnych powierzchni
załamujących nie leżą na jednej prostej
• Osie oka
– oś optyczna
– oś spojrzenia
– oś widzenia
– oś źrenicy
– oś fiksacji
Oś optyczna
• Linia przechodząca przez środki krzywizn
powierzchni załamujących i odbijających
• Nie ma dużego znaczenia sama w sobie, lecz jest
wygodna jako oś odniesienia
• Oko nie jest systemem optycznym scentrowanym
ani sferycznym – oś optyczna jest linią najlepiej
dopasowaną do punktów środków krzywizn
najlepiej dopasowanych powierzchni sferycznych
Oś spojrzenia
• Linia łącząca punkt fiksacji i środek źrenicy wejściowej
• Najważniejsza oś z punktu widzenia funkcji wzrokowych
uwzględniająca załamania i definiująca środek wiązki
światla wpadającego do oka
• Nie jest ustalona bo środek źrenicy fluktuuje
• W ramach optyki przyosiowej jest tożsama z
promieniem aperturowym
• Łączy punkt na którym wzrok jest skupiony z dołkiem
środkowym na siatkówce
• Miejsce w którym przecina rogówkę nazywany jest
centrum wzrokowym rogówki.
Oś widzenia (oś węzłowa)
• Linia łącząca punkt fiksacji z obrazem w dołku
środkowym poprzez punkty węzłowe
• Stanowi odniesienie dla funkcji wzrokowych,
szczególnie jeśli nie zależą od wielkości źrenicy.
Zwykle jest bliska osi spojrzenia
• Określa wielkość kątową widzianych obiektów
• Przecięcie z rogówką nazywane jest biegunem
optalmometrycznym
Oś źrenicy
• Linia przechodząca przez środek źrenicy
wejściowej i prostopadła do rogówki
• Używana do obiektywnego pomiaru fiksacji
nieśrodkowej, sytuacji gdy inny niż dołek
środkowy punkt na siatkówce byłby użyty do
fiksacji – heterotropia (zez)
Oś fiksacji
• Linia przechodząca przez punkt fiksacji i
środek obrotu gałki ocznej
• Stanowi odniesienie do pomiaru ruchów gałki
ocznej
• Ponieważ nie ma jednego punktu obrotu całej
gałki ocznej oś ta stanowi jedynie przybliżenie,
a jej kierunek zależy od kierunku obrotu gałki
oka
Download