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 Qz 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 0,0062685z z0 0,0003834z z0 2 3 0,00052375 0,00005735z z0 0,00027875z 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 tanh0,400log10 L 1,0 log10 D 0,8558 4,01104 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
