OSTROŚĆ WZROKOWA - PODSTAWOWA MIARA JAKOŚCI WIDZENIA

Transkrypt

1 OSTROŚĆ WZROKOWA - PODSTAWOWA MIARA JAKOŚCI WIDZENIA Marek Zając Instytut Fizyki Politechnika Wrocławska (tekst przeznaczony do biuletynu Fundacji Promyk Słońca) Nie ulega wątpliwości, Ŝe wzrok jest zmysłem, który przynosi nam najwięcej informacji o otaczającym świecie. Prawidłowo działający układ wzrokowy jest arcydziełem inŝynierii o wszechstronnych moŝliwościach. Nasz wzrok poprawnie funkcjonuje w bardzo wielkim zakresie poziomów oświetlenia; odbiera miliony kolorów i stopni szarości; rozróŝnia precyzyjnie drobne szczegóły; jest nadzwyczaj czuły na kontrasty; potrafi oceniać odległości z dokładnością do części milimetra; wykrywa ruch i umie ocenić jego prędkość; potrafi lokalizować połoŝenie przedmiotów w przestrzeni niezaleŝnie od połoŝenia oczu; bezbłędnie odróŝnia przedmioty od ich tła; błyskawicznie rozpoznaje obiekty. Te wszystkie cechy składają się na dobre widzenie. Samo wymienienie tej litanii cech nie stwarza jeszcze moŝliwości precyzyjnej oceny jak dobry jest nasz wzrok. Jak ocenić jakość widzenia? Jak porównać widzenie dwóch róŝnych osób? Jak oszacować pogorszenie widzenia wywołane schorzeniem albo polepszenie dzięki terapii? Oczywiście, moŝna odwołać się do subiektywnego odczucia, ale taka ocena jest bardzo nieprecyzyjna. Potrzebna jest miara ilościowa. Tylko stworzenie odpowiedniej skali liczbowej umoŝliwia bezstronną, rzetelną i porównywalną ocenę jakości widzenia. Pierwszym elementem układu wzrokowego jest oko, a w nim rogówka i soczewka. Ich rolą jest takie załamywanie padających do oka promieni świetlnych, by na siatkówce wyściełającej dno oka utworzył się ostry, wyraźny obraz obserwowanego przedmiotu. Jakość tego obrazu: wierność odwzorowania szczegółów, czy teŝ rozmycie, rozmazanie obrazu zaleŝy między innymi od wad refrakcji: krótko- lub dalekowzroczności bądź astygmatyzmu. Nawet jednak w prawidłowym, miarowym oku obraz siatkówkowy jest nieco rozmyty. Wynika to z właściwości procesów fizycznych odpowiedzialnych za tworzenie obrazu. NiezaleŜnie od tego siatkówka, której zadaniem jest zarejestrowanie obrazu składa się z oddzielnych komórek swiatłoczułych: czopków i pręcików i ma strukturę ziarnistą. Te czynniki wpływają na to, Ŝe bardzo drobne szczegóły obrazu nie mogą być odwzorowane i zarejestrowane przez nasze oko. Istnieje coś, co nazywamy granicą zdolności rozdzielczej. Jeśli dwa bardzo małe (punktowe) obiekty leŝą zbyt blisko siebie, to nie jesteśmy w stanie ich rozróŝnić, lecz zlewają się w jeden. Istnieje takŝe granica spostrzegania, a więc aby zauwaŝyć jakiś obiekt (np. muchę siedzącą na gładkiej ścianie) musi on być większy od pewnej granicznej wielkości. MoŜna teŝ zastanawiać się, czy nasze oko jest w stanie zauwaŝyć przerwę w ciągłej linii albo niewspółliniowość dwóch kresek (tak, jak w noniuszu na suwmiarce). Wszystkie te obserwacje mogą posłuŝyć do stworzenia obiektywnej miary jakości widzenia. Najbardziej przydatną w praktyce jest jednak miara, którą nazywamy ostrością wzrokową (albo visusem). Zanim podamy definicję visusa naleŝy koniecznie zwrócić uwagę na to, Ŝe wielkość obrazu na siatkówce oka zaleŝy nie tylko od wielkości przedmiotu, ale takŝe od jego odległości. Taki

2 sam przedmiot znajdujący się bliŝej wydaje się większy. Mały przedmiot przysunięty blisko do oka wydaje się równy większemu, ale dalej połoŝonemu. Ilustruje to rysunek 1. Rysunek 1 Z tego powodu opisując wielkość obserwowanych przedmiotów zamiast o rzeczywistej wielkości (np. w milimetrach czy metrach) musimy mówić o wielkości kątowej, czyli kącie między promieniami biegnącymi od skrajnych punktów przedmiotu do oka. WyraŜamy go w stopniach, minutach i sekundach kątowych. Ostrość wzrokowa określa naszą zdolność do rozpoznawania prostych znaków graficznych. Miarą ostrości wzrokowej jest wielkość kątowa najmniejszego prawidłowo rozpoznanego znaku. Wydaje się logiczne, Ŝe im lepszy jest nasz wzrok, tym mniejsze (kątowo) znaki jesteśmy w stanie dostrzec i, co więcej, prawidłowo rozpoznać. Nietrudno się domyślić, Ŝe zaleŝy to od jakości obrazu siatkówkowego (im lepszy, dokładniejszy, wyraźniejszy obraz, tym łatwiej go rozpoznać) ale takŝe od pozostałych elementów drogi wzrokowej, a nawet naszej wiedzy i zdolności intelektualnych (kto z nas potrafi rozpoznawać znaków alfabetu chińskiego?). W badaniach okulistycznych i optometrycznych dąŝy się do wyeliminowania wpływu czynników pozaoptycznych na przykład przez ustandaryzowanie i uproszczenie znaków słuŝących do badania ostrości wzrokowej. Pomiar ostrości wzrokowej przeprowadza się pokazując badanej osobie planszę z wyrysowanymi specjalnymi znakami zwanymi optotypami. Są to litery, cyfry lub specjalne obrazki, czarne na białym tle. Istnieje cała gama rozmaitych rodzajów optotypów. Często spotykamy cyfry arabskie lub wielkie litery alfabetu łacińskiego (rysunek 2a, b). Ich zaletą jest łatwość komunikacji z pacjentem, którego prosimy, by czytał litery z tablicy. Jest to wygodne, pod warunkiem, iŝ pacjent dobrze zna litery i cyfry, chętnie i łatwo się z nami komunikuje. Wadą jest niejednakowa łatwość rozpoznawania róŝnych liter czy cyfr. Z tego powodu ustanowiono standardowe optotypy nazywane pierścieniem Landolta i hakiem Snellena (rysunek 2d). Pacjent ma za zadanie wskazać orientację przerwy w pierścieniu lub kierunek, w którym zwrócone jest wielkie E. W przypadku badania dzieci uŝywa się często optotypów obrazkowych np. obrazków Allena, czy teŝ obrazków czarnej rączki (rysunek 2e, c). Dziecko moŝe opowiadać, co widzi, lub teŝ pokazywać podobny obrazek na trzymanej w rączce planszy. Specjalnym rodzajem optotypów do badania dzieci są tzw. Symbole Lea (zaprojektowane przez fińską specjalistkę od badania i terapii wzroku dzieci Leę Hyvarinen). Te cztery znaki niewiele się róŝnią od siebie, co upewnia badającego, Ŝe przy prawidłowej odpowiedzi dziecko nie zgaduje, ale rzeczywiście dobrze je widzi. Z drugiej strony Symbole

3 Lea są dobrze rozróŝniane przez dzieci, które nazywają je po swojemu: domek (lub budka dla psa ), jabłuszko itp. (rysunek 2f). a) b) c) d) e) Rysunek 2 Przejdźmy do konkretów. Ostrość wzrokową bada się zwykle do dali i do bliŝy. Przez dal rozumie się najczęściej odległość 5 metrów. W przypadku badania dzieci czasem wybiera się odległość 4 m lub nawet 3 m. Anglosasi wolą swoją miarę: 20 stóp (co jest prawie równe 6 metrom). Odległość badania do bliŝy moŝe być róŝna, zaleŝnie od konkretnych potrzeb, najczęściej jednak jest to 40 cm. Przebieg badania moŝe wyglądać następująco: Pokazujemy pacjentowi poszczególne znaki, rozpoczynając od największego, i pomniejszamy je tak długo, jak długo są rozpoznawane. Istnieje oczywiście niebezpieczeństwo, Ŝe badana osoba przy którymś znaku po prostu się pomyli. Dlatego dla pewności powtarza się pięciokrotnie znaki kaŝdej wielkości. Dopiero co najmniej 2 pomyłki uznaje się za nierozpoznanie. Alternatywą jest metoda schodkowa Pomyłka w odczytaniu znaku oznacza pokazanie pacjentowi znaku większego; dobre rozpoznanie pokazanie znaku mniejszego. I tak, niejako oscylując, zbliŝa się do wielkości granicznej. W bardzo dokładnych badaniach stosuje się specjalne algorytmy wyboru sekwencji większych i mniejszych znaków oparte na pewnych procedurach statystycznych. Dają one duŝą pewność określenia prawidłowej granicy przy stosunkowo krótkim czasie badania. Jakiego uzywamy sprzętu? W najprostszym przypadku sa to kartonowe lub plastikowe tablice z nadrukowanymi znakami. Niestety, pacjent łatwo zapamiętuje kolejności znaków, więc przydatność takich tablic jest ograniczona. Nieco lepsze są podświetlane panele; w ich f)

4 przypadku moŝna podswietlać tylko jeden znak, co jest wygodne, jednak niebezpieczeństwo nauczenia się tablicy takŝe istnieje. Takie ryzyko jest znacznie mniejsze w przypadku rzutników wyświetlających znaki na ekranie wiszącym na ścianie. W najnowszych urządzeniach optotypy są prezentowane przez system komputerowy na specjalnym monitorze. Takie rozwiązanie jest najbardziej elastyczne; pozwala wyświetlać dowolne znaki w dowolnej kolejności, a ponadto moŝe zawierać wbudowane procedury sterujące kolejnością wyświetlanych znaków, a pacjent moŝe sam udzielać odpowiedzi naciskając odpowiedznie przyciski (rys. 3a) Przy badaniu do bliŝy uŝywa się zwykle kart z wydrukowanymi znakami lub tekstem drukowanym literami o róŝnej wielkości (rys. 3b) Rysunek 3 a) b) Przejdźmy teraz do liczb. Z praw optyki wynika, Ŝe w obrazie utworzonym na siatkówce przez oko bez wad powinny dać się rozróŝnić dwa punkty odległe od siebie o jedna minutę kątową (1 ). Taką wartość kątową przyjmuje się jako standardową dwupunktową zdolność rozdzielczą oka. Jedna minuta kątowa oznacza rzeczywisty odstęp między punktami leŝącymi na przykład w odległości 5 m od obserwatora równy 1,45 mm. Przy podległości 40 cm rozróŝnić powinniśmy punkty odległe od siebie o nieco więcej niŝ 0,1 mm. Przy badaniu ostrości wzrokowej chodzi jednak o rozpoznawanie znaku graficznego a nie odróŝnianie dwóch punktów. Prosty znak literowy optotyp - łatwo zbudować na bazie kwadratu o 25 kratkach (rys. 3). Rysunek 3 Taki znak moŝna rozpoznać, jeśli jego szczegóły są odróŝnialne (nie zlewają się), a więc przy standardowym wzroku elementarny szczegół takiego znaku (czyli jedna kratka) powinien mieć wielkość równą jednej minucie kątowej. Stąd umowa, Ŝe optotyp o standardowej wielkości ma mieć wielkość pięciu minut kątowych. Przy 5-metrowej odległości od obserwatora wielkość elementarnego optotypu wynosi 7,3 mm, a przy odległości 40 cm jest to 0,6 mm. JeŜeli badana osoba jest w stanie poprawnie rozpoznać taki właśnie jednostkowy znak, to określamy jej visus jako V=1. Niektórzy mogą rozpoznać mniejsze znaki ich visus jest większy od jedności. Jeśli nie rozpoznajemy znaków o jednostkowej wielkości ale na to, by je rozpoznać, muszą być większe, to nasz visus jest mnejszy od jedności. Zasada jest prosta: JeŜeli najmniejszy rozpoznawalny przez dana osobę znak jest przykładowo dwa razy większy od jednostkowego (ma wielkość kątową równą 10 minut, a to oznacza, iŝ przy odległości badania jego rozmiar wynosi 14,6 mm) visus tej osoby jest dwa razy mniejszy od

5 standardowego, czyli wynosi V=0,5. Jeśli badany pacjent z odległości 5 m jest w stanie rozpoznać dopiero znaki o wielkości 36,5 mm (to znaczy 5 razy większej niŝ jednostkowe ) to jego visus jest 5 razy mniejszy od jednostkowego i wynosi V=0,2. W zapisie visusu, jaki zastosowaliśmy wyŝej, brakuje informacji o odległości badania, a jest ona bardzo waŝna. Przypomnijmy, Ŝe braliśmy pod uwagę jedynie wielkość kątową znaku, a ta jest taka sama dla znaków mniejszych pokazywanych z małej odległości jak dla znaków większych pokazywanych z odpowiednio większej odległości. Dlatego w badaniach klinicznych stosuje się takŝe inny zapis visusu w postaci tzw. ułamka Snellena. Jest to ułamek, w którym nad kreską wpisuje się rzeczywistą odległość badania w metrach (np. 5) a pod kreską odległość, przy której najmniejszy rozpoznany przez pacjenta optotyp ma wielkość kątową równą 5 minutom. Jest to więc jakby porownanie ostrości wzrokowej badanej osoby z ostrością wzrokową standardowego pacjenta. Ostrośc wzrokowa V=5/5 oznacza, Ŝe tablica z optotypami znajdowała się w odległości 5 m a nasz pacjent rozpoznał prawidłowo znaki o wielkości 7,5 mm, czyli takie, których wielkość kątowa z odległości tychŝe 5 metrów wynosi 5 minut kątowych. Oczywiście ułamek 5/5 to to samo, co 1,0 a więc oba zapisy V=5/5 oraz V=1 są równowaŝne. Drugi pacjent z naszego przykładu był badany takŝe z odległości 5 m, ale mógł odczytac jedynie znaki o wielkości 14,6 mm. Na to, by ich wielkość kątowa wynosiła 5 minut kątowych odpowiednia odległość musiałaby wynosić 10 m. Tak więc ostrość wzroku tego pacjenta jeswyraŝona ułamkiem Snellena V=5/10 (co jest oczywiście równe V=0,5). T Rysunek 4 pokazuje cztery osoby, które po to, by rozpoznać taki sam znak (przeznaczony do odległosci 5 m) muszą przybliŝyć się do niego odpowiednio na odległość 2 m, 4 m 5 m i 6 m. Oznacza to, Ŝe ich ostrość wzrokowa wynosi w kolejności V=2/5=0,4, V=4/5=0,8, V=5/5=1,0, V=6,5=1,2. Rysunek 4 Największe znaki na typowych tablicach są zwykle 10 razy większe niŝ jednostkowe, a więc pozwalają określić ostrość wzrokową równą V=5/50 czyli V=0,1. A co z osobami o jeszcze niŝszej ostrości wzroku? Po prostu pokazuje się im znaki z mniejszej odległości. W przypadku badania dzieci często uŝywamy w tym celu niewielkich kartoników, wielkości połowy pocztówki, z narysowanymi pojedynczymi znakami. Jeśli wielkość takiego znaku odpowiada 5 minutom kątowym przy odległości np. 4 metrów, a na to aby znak został rozpoznany trzeba tę kartkę przybliŝyć na odlegość 1 metra, to wnioskujemy, Ŝe ostrość wzrokowa wynosi V=1/4 czyli V=0,25. Przy braku specjalnych kart pokazuje się dłoń z rozczapierzonymi palcami. Dłoń odpowiada mniej więcej standardowemu znakowi przeznaczonemu do odległości 50 m. (typowa dłoń z odległości 50 m ma rozmiar kątowy około 5 minut). Jeśli do policzenia palców trzeba przybliŝyć dłoń do pacjenta na odległość 2 metrów to ostrość wzrokową szacujemy na V=2/50 czyli V=0,04. NajniŜsza tak stwierdzana

6 ostrość wzrokowa to V=0,2/50, inaczej mówiąc z odległości 20 centymetrów pacjent rozpoznaje ruchy dłoni. Dalej jest tylko stwierdzenie poczucie światła (oznaczane V=1/ ), a następnie całkowita ślepota (V=0). Badanie ostrości wzrokowej opisanymi metodami wymaga współpracy pacjenta, który musi odpowiadać, jakie znaki widzi, a których nie rozpoznaje. Bywa to trudne przy braku współpracy, na przykład u symulantów lub osób z którymi kontakt jest z róŝnych powodów utrudniony. W przypadku dzieci lub osób z obniŝoną sprawnością intelektualną moŝna posługiwać się technikami zbliŝonymi do zabawy. Na przykład identyfikować określone figury na obrazkach w specjalnych ksiąŝeczkach lub składać układanki. Technikami zupełnie nie wymagającymi współpracy ze strony osoby badanej, a więc nadającymi się na przykład do badania bardzo małych dzieci, sa techniki uprzywilejowanego spojrzenia (inaczej patrzenia preferowanego, preferential looking ) oraz techniki indukowanego oczopląsu. Te pierwsze wykorzystują fakt, Ŝe odruchowo zwracamy wzrok ku obiektowi, który nas zainteresuje. JeŜeli więc przed badanym maluchem umieścimy dwie plansze: jedną jadnolicie szarą, a drugą z wyrysowanym czarno-białym wzrorem, to w przypadku wystarczającej ostrości wzrokowej nasz maluch zwróci uwagę na planszę z obrazkiem, co doświadczony obserwator (np. rodzic) z pewnością zauwaŝy. W ten sposób, uŝywając plansz z szeregiem odpowiednio dobranych testów (tzw. kart Tellera) moŝna oszacować ostrość wzrokową nawet malutkiego dziecka. Indukowany oczopląs jest zjawiskiem, który kaŝdy łatwo moŝe zauwaŝyc podczas podróŝy pociągiem lub autem. Gdy patrzymy na poruszający się krajobraz nasze oczy wykonują mimowolny ruch śledzący przeplatany szybkimi, skokowymi powrotami gałek ocznych do pozycji początkowej. Ruch ten wystepuje tylko wtedy, gdy poruszający się obraz jest dostrzegany. W praktyce klinicznej uŝywa się do wywołania tego efektu obracającego się bębna pokrytego pionowymi paskami. PowyŜszy akapit moŝna podsumować takŝe następująco: W przypadku niemowląt waŝnym objawem prawidłowości rozwoju wzroku jest śledzenie przez nie twarzy rodziców nachylających się nad łóŝeczkiem, czy pokazywanych mu zabawek. Obserwacje samych rodziców, choć moŝe nie podbudowane wiedzą teoretyczną i znajomością specjalistycznych technik, mogą mieć większą wartość niŝ badania kliniczne, gdyŝ są prowadzone w sposób ciągły, bez naraŝania dziecka na stres, a przede wszystkim w atmosferze miłości. A to moŝe nawet zastąpić wiedzę fachową.