Wykład 4

Budowa ludzkiego oka

Oko

Przegrzebki

Ośm

iorn

ica

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,

– Mięsień prosty dolny • opuszczanie, rotacja do zewnątrz,

przywodzenie

– Mięsień prosty przyśrodkowy • przywodzenie

– Mięsień prosty boczny • odwodzenie

– Mięsień skośny górny • rotacja do wewnątrz, obniżenie,

odwodzenie

– 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

• 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)

Rogówka

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

• Obie powierzchnie są asferyczne i toryczne

• W młodych oczach krzywizna pozioma jest większa niż pionowa, lecz z wiekiem ten trend się odwraca

ok. +0,1D

ok. -6,3D

ok. +48,0D

Asferyczność zewnętrznej powierzchni rogówki

• 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:

021 22 zRzQr

r

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)

22 QrRRs 23 RRR st

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)

• 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

Promienie krzywizny i kształt

3,6 mm

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:

422

00

3

0

2

0

000066717,000027875,000005735,000052375,0

0003834,00062685,0406,1),(

rrzzzz

zzzzzrn

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:

310

4

10

10

6,8log1001,48558,0log

0,1log400,0tanh00,390,4

LD

LD

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:

• Okazuje się, że na skutek aberracji i niezerowej grubości źrenicy bliższa rzeczywistości jest funkcja (większe wartości dla dużych kątów):

cos4

2DAp

49242

108698,1100947,114

D

Ap

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