Wykład 5. Oko jako układ obrazujący

Transkrypt

1 Wykład 5 Oko jako układ obrazujący

2 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

3 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

4 Modele oka Johannes Kepler (1604) Obraz jest odwrócony René Descartes (1637) Pierwszy dokładny opis układu optycznego oka

5 Modele oka Christian Huygens Dwie półkule siatkówkowa i rogówkowa wypełnione cieczą o właściwościach wody z przesłoną Półkula siatkówki o 3x większym promieniu niż rogówki

6 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

7 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

8 Harold Heaton Emsley (1952) Modele oka 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

9 Modele oka Uogólnienie modelu Gullstranda nr 1 na dowolny stopień akomodacji 2 x 1,052A 0,00531A 0, A Grubość komory przedniej Grubość przedniej kory soczewki Grubość jądra soczewki Grubość tylnej kory soczewki Krzywizna przednia soczewki Krzywizna przednia jądra Krzywizna tylnia jądra Krzywizna tylnia soczewki 3,1 (3,1 2,7) x A 0 0,546 (0,546 0,6725) x A 2,419 (2,419 2,655) x A 0,635 (0,635 0,6725) x A 1/10 (1/10 1/ 5,333) x A 1/ 7,911 (1/ 7,911 1/ 2,655) x A 1/5,760 (1/ 5,760 1/ 2,655) x A 1/ 6 (1/ 6 1/ 5,333) x A

10 Położenie punktów kardynalnych

11 Modele oka Le Grand Bennett and Rabbetts Walker Kooijman Liu-Brennan Navarro i inne

12 Formowanie obrazu Obraz odwrócony zarówno w pionie jak i w poziomie Mózg na powrót odwraca obraz, przez co nie doświadczamy odwrócenia obrazu widzianego

13 Formowanie obrazu Promień węzłowy Q-N-N -Q Promień aperturowy (promień główny) Q-E-E -Q N R u E R ON u u const. m N R ON u OE m E R OE

14 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

15 Położenie punktów kardynalnych

16 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

17 Oko skupione na nieskończoność Jeśli OV to N R =N F =1/D (obraz tworzony jest w punkcie ogniska obrazowego) D Przykład: wielkość obrazu księżyca na siatkówce Gullstrand nr 1, θ=0,5 η =0,149mm m E F 0, mm

18 Widzenie obuoczne (stereoskopowe) Obiekty w jednej linii na obu siatkówkach są w tej samej kolejności Obiekty w różnych odległościach już nie

19 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

20 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).

21 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

22 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

23 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)

24 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)

25 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)

26 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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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)

32 Anisometropia Różna wada refrakcyjna w obu oczach Anisomyopia Anisohyperopia Antimetropia Prowadzi do aniseikonii i efektów pryzmatycznych

33 Częstość występowania wad wzroku Rozkład statystyczny wad wzroku jest zależny od wieku Noworodki mają rozkład normalny Od urodzenia do dojrzałości (ok 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

34 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

35 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

36 przerwa

37 Moc soczewek korekcyjnych R e 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) D R s e h 1 d 1 f s 1 h d Re 1 hr e

38 Wpływ dokładności mocy optycznej Przykład: Potrzeba okularów +12D w odległości 12 mm, jaka będzie indukowana wada jeśli odległość wyniesie 13 mm? (-0,144D) dds dh D R s e h h h D D R 1 hr 2 s 2 s 2 e e h h h h 2 D 2 s h

39 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) D s h 2 Ds h1 h h D h s 1

40 Korekcja astygmatyzmu Moc soczewek korygujących astygmatyzm musi zależeć od kąta azymutalnego: 2 Ds Dsf Dcyl sin 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: D sf / D cyl

41 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

42 Wpływ dokładności poszczególnych parametrów Zmiany długości osiowej oka Zmiany innych parametrów R e 2,69 l '

43 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 ( nm) Często wyświetlają oddzielne obrazy w celu rozluźnienia akomodacji

44 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

45 Optometr Optometr składa się z celu, który zbliżamy do oka oraz odpowiedniego systemu optycznego który umieszczamy blisko oka. R e 1 ld l 1 dd d

46 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

47 Optometr Badala Płaszczyzna główna oka i optometru w odległości równej ogniskowej optometru d R e 1/ D l D 1 ld 1 dd d x jest odległością obiektu od punktu ogniskowego (położenia dla emetropii) 1 ld D xd 2

48 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.

49 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.

50 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)

51 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

52 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

53 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

54 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.

55 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

56 Wzrokowe potencjały wywołane Monitorowanie aktywności nerwowej za pomocą elektrod Mało dokładna metoda używane jedynie jeśli nie ma możliwości użycia bardziej konwencjonalnych metod

57 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

58 Zależność od celu (optotypu) Luminancja Częstości przestrzenne (rozmiar) Widmo spektralne mogą oddziaływać z aberracjami oka czy wielkością źrenicy wpływając na pomiar wielkości wad refrakycjnych

59 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

60 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