1

Φυσική των οφθαλμών και της όρασης

Σοφία Κόττου

1

Αναπληρώτρια Καθηγήτρια

Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής ΕΚΠΑ

ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣΣΩΜΑΤΟΣ

J.R. Cameron, J.G. Skofronick, R.M. Grant

ά

2

Κεφάλαιο 12Φυσική των οφθαλμών και της όρασης

Απρίλιος 2014

2

Η αίσθηση της όρασηςπραγματοποιείται με τη λειτουργία

3 κυρίων συνιστωσών: (1) των οφθαλμών, που εστιάζουν μια εικόνα του(1) των οφθαλμών, που εστιάζουν μια εικόνα του

εξωτερικού κόσμου στον φωτοευαίσθητοαμφιβληστροειδή

(2) του συστήματος των εκατομμυρίων νευρικώνινών που μεταφέρει την πληροφορία στοεσωτερικό του εγκεφάλου, και

3

ρ γ φ ,

(3) της οπτικής περιοχής του φλοιού τουεγκεφάλου που συναρμολογείται η εικόνα –είδωλο. Αν κάποια από τις τρεις συνιστώσεςτης όρασης δεν λειτουργεί έχουμε τύφλωση.

4

3

Κάτω: οριζόντια διατομή του αριστερού οφθαλμού όπως αυτός φαίνεται από πάνω.

Πάνω: κατακόρυφη διατομή

Οπτικόςςάξονας

Κερατοειδής

Ίριδα

Υδατοειδέςυγρό

Υαλοειδέςυγρό

Αμφιβλη-

Φακός

5

Ωχρά κηλίδα

στροειδής

Οπτικό νεύρο

Κεντρικό βοθρίο

Σκληρός χιτώνας

Όταν το φως είναι δυνατό, βλέπουμε τα

πράγματα σε πραγματικό ζωντανό χρώμα.

Σε αμυδρό φως ο οφθαλμός λειτουργεί σαν μια υπερευαίσθητηασπρόμαυρη συσκευή λήψης και μας επιτρέπει να βλέπουμε τααντικείμενα ακόμα και με φως λιγότερο από το 0,1% του φωτόςτου απαιτείται για την έγχρωμη όραση.

Αυτή η σημαντική διαφορά στην ευαισθησία είναι ανάλογη με τη

6

ή η ημ ή φ ρ η η γη μ ηδιαφορά μεταξύ ενός υψηλής ταχύτητας, μεγάλης ευαισθησίαςασπρόμαυρου φιλμ και ενός λιγότερο ευαίσθητου έγχρωμου φιλμπου χρησιμοποιούμε στις φωτογραφικές μηχανές.

4

• Η αίσθηση της όρασης λειτουργεί παρόμοια με ένα κλειστό κύκλωμα έγχρωμης τηλεόρασης.

• Υπερέχει σε όλα τα επίπεδα εκτός της δυσκολίας στην συναρμολόγηση!

Οφθαλμός

Εικόνα –είδωλο

Οπτικό νεύροΟπτικό κέντρο

Εικόνα που βλέπει ο εγκέφαλος

Συσκευή

Εγκέφαλος

7

Οπτικό νεύρο

Οθόνη

Συσκευήλήψης

ΈγχρωμηΤV κάμερα

Καλώδιο μεταφοράςσήματος

• Ο οφθαλμός μπορεί να παρατηρεί αντικείμενα μέσα σε μιαπολύ μεγάλη οπτική γωνία, ενώ κοιτάει επισταμένως ένααντικείμενο που βρίσκεται απέναντί του

• Το ανοιγοκλείσιμο του οφθαλμού και των βλεφάρων καθαρίζειλ ί ό θ ό ( δή ) β ήθκαι λιπαίνει τον «πρόσθιο φακό» (κερατοειδής) με τη βοήθεια

ειδικού ενσωματωμένου συστήματος. (Τα βλέφαρα μπορούννα κλείνουν το ένα ανεξάρτητα από το άλλο, για επικοινωνίαμε το αντίθετο φύλο!)

• Ένα γρήγορο σύστημα αυτόματης εστίασης επιτρέπει τη μιαστιγμή να βλέπουμε αντικείμενα που βρίσκονται πολύ κοντά,

έ 20 ( 8 i ) ό ί

8

μέχρι 20 cm (~8 in.) και την επόμενη, αντικείμενα πουβρίσκονται μακριά. Σε κατάσταση ηρεμίας, η εστίαση ενόςφυσιολογικού οφθαλμού είναι ρυθμισμένη για «το άπειρο»(μακρινή όραση)

5

• Ο οφθαλμός μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε έναεύρος έντασης φωτός 10 δισεκατομμυρίων προς ένα(1010:1), από το εκθαμβωτικό φως της ημέρας μέχρι το βαθύσκοτάδι της νύχτας.

• Ο οφθαλμός διαθέτει ένα αυτόματο διάφραγμα (την ίριδα)Ο οφθαλμός διαθέτει ένα αυτόματο διάφραγμα (την ίριδα)

• Ο κερατοειδής διαθέτει ένα ενσωματωμένο σύστημα ίασηςπιθανών αμυχών. Παρόλο που δεν έχει παροχή αίματος,αποτελείται από ζωντανά κύτταρα και μπορεί ναεπιδιορθώνει τις τοπικές βλάβες

• Ο οφθαλμός έχει ένα σύστημα αυτο-ρύθμισης τηςή ί 1 6 kP (12 H ) ί

9

εσωτερικής πίεσης στα 1,6 kPa (12 mmHg) περίπου,διατηρώντας με τον τρόπο αυτό το σχήμα του. Ακόμη και ανπιεστεί, ο οφθαλμός ταχύτητα επιστρέφει στο αρχικό τουσχήμα.

10

6

• Οι οφθαλμοί περιβάλλονται από οστέϊνη θήκη, τονοφθαλμικό κόγχο, που τους προστατεύει και κάθε οφθαλμόςκαλύπτεται από λιπώδες στρώμα, που εξασθενεί τους οξείςκραδασμούς

• Η εικόνα εμφανίζεται ανεστραμμένη στον φωτοευαίσθητοαμφιβληστροειδή στο πίσω μέρος του οφθαλμικού βολβού,αλλά ο εγκέφαλος την επανορθώνει αυτόματα

• Ο εγκέφαλος συνδυάζει τις εικόνες από τους δύοθ β θ

11

οφθαλμούς, παρέχοντάς μας καλή αντίληψη του βάθους καιπραγματική τρισδιάστατη απεικόνιση. Αν χαθεί η όραση απότον έναν οφθαλμό, η όραση από τον άλλο είναι επαρκής γιατις περισσότερες των αναγκών μας

Όταν ο οφθαλμός κοιτά ευθεία εμπρός, το εύρος της οπτικής γωνίας είναι μεγάλο

Οπτικός Τυφλόςάξονας

φσημείο

Οπτικός άξονας

17ο

65ο

90ο

50ο

80ο

12

7

• Οι μύες του οφθαλμού επιτρέπουν την ευέλικτη κίνησήτου προς τα πάνω, κάτω, πλαγίως και διαγωνίως.του προς τα πάνω, κάτω, πλαγίως και διαγωνίως.

• Με λίγη εξάσκηση, οι οφθαλμοί μπορούν να εκτελούνακόμη και κυκλικές κινήσεις.

13

Οι έξι μύες του δεξιού οφθαλμού επιτρέπουν μια μεγάλη ποικιλία κινήσεων

Οι μύες δουλεύουν ανά ζεύγη: ένα ζεύγος ελέγχει

Περ.

Π-Κ

Α-Δ

Π-ΚΠερ.

Κερατοειδής

ζ γη ζ γ ς γχτην κίνηση προς πάνω και κάτω (Π – Κ), ένα ζεύγος ελέγχει την κίνηση αριστερά και δεξιά (Α – Δ)και ένα ζεύγος ελέγχει την περιστροφή (Περ.)

14

Οι μύες της περιστροφής περνούν από οστέινες θηλιές. Και οι έξι μύες συνδέονται με τον οστέινο κόγχο πίσω από τον οφθαλμό

8

Λαμβάνοντας υπόψη το πόσο πολύπλοκος είναι ομηχανισμός του οφθαλμού, ένα εντυπωσιακά μεγάλοποσοστό των ανθρώπων έχει καλή όραση.

Οι άνθρωποι αυτοί ονομάζονται εμμέτρωπες !Οι υπόλοιποι έχουν αισθητές ατέλειες στην όραση καιΟι υπόλοιποι έχουν αισθητές ατέλειες στην όραση καιονομάζονται αμέτρωπες.

Αν θεωρήσουμε ότι εμμέτρωπας είναι όποιος χρειάζεταιδιόρθωση στους οφθαλμούς μικρότερη από 0,5 D(διοπτρίες), το 25% των νεαρών ενηλίκων εμπίπτουν σεαυτή την κατηγορία.

15

Το 65% χρειάζεται διόρθωση της τάξης της 1D.

Η διοπτρία είναι η μονάδα μέτρησης της εστιακήςικανότητας (ισχύς) του φακού. Αριθμητικά ισούται με τοαντίστροφο της εστιακής απόστασης του φακού σε m.

Τα δύο κύρια μέρη εστίασης του οφθαλμού, στα οποία γίνεται η εστίαση είναι:

Ο κερατοειδής, που είναι το διαφανέςκύρτωμα στο πρόσθιο μέρος τουθ λ ύ θύ δύοφθαλμού και ευθύνεται για τα δύο

τρίτα περίπου της εστίασης,και ο φακός, που ευθύνεται για τηντελική εστίαση.

16

Ο κερατοειδής είναι σταθερός σε σχήμα,ενώ ο φακός μπορεί να αλλάζει τοσχήμα του, ώστε να μπορεί να εστιάζειαντικείμενα που βρίσκονται σε διάφορεςαποστάσεις.

9

Ο κερατοειδής και ο φακός εστιάζουν διαθλώντας τις φωτεινές ακτίνες

Ο β θ ό δ άθλ ξ άΟ βαθμός διάθλασης εξαρτάται από την καμπυλότητα των επιφανειών τους και την ταχύτητα του φωτός σε αυτούς, σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός στα γύρω υλικά (σχετικός δείκτης διάθλασης).

17

γύρω υλικά (σχετικός δείκτης διάθλασης).

Ο δείκτης διάθλασης του κερατοειδούς καθώς και άλλων διαφανών τμημάτων του οφθαλμού δίνονται στον Πίνακα:

Πίνακας: Οι δείκτες διάθλασης του κερατοειδούς καιτων άλλων οπτικών στοιχείων του οφθαλμού

Οπτικά στοιχεία οφθαλμού Δείκτης Διάθλασης

Κερατοειδής 1,34

Υδατοειδές υγρό 1,33

Εξωτερικός φλοιός φακού 1,38

Εσωτερικό φακού 1,41

18

ρ φ ,

Υαλοειδές υγρό 1,34

10

19

ΔιάθλασηΌταν ο κερατοειδής βρίσκεταιμέσα στο νερό, χάνει τομεγαλύτερο μέρος της εστιακήςτου ικανότητας-ισχύοςτου ικανότητας ισχύος,

επειδή ο συντελεστήςδιάθλασης του νερού (1,33)δεν διαφέρει πολύ από τονσυντελεστή διάθλασης τουκερατοειδούς (1,34).

20

(Τα ψάρια έχουν παρόμοιοπρόβλημα όταν βρίσκονταιέξω από το νερό)

11

Ο δείκτης διάθλασης είναι περίπου σταθερός για όλους τους κερατοειδείς,

αλλά η καμπυλότητα του κερατοειδούς ποικίλεισημαντικά από άτομο σε άτομο και έχει τηνε θύ η α ς ερ σσό ερες ερ ώσε ςευθύνη για τις περισσότερες περιπτώσειςελαττωματικής όρασης.

Αν ο κερατοειδής παρουσιάζει μεγαλύτερηκαμπυλότητα, ο οφθαλμός είναι μυωπικός.Αν παρουσιάζει μικρότερη καμπυλότητα ο

21

Αν παρουσιάζει μικρότερη καμπυλότητα, οοφθαλμός είναι υπερμετρωπικός,ενώ η μη ομοιόμορφη καμπυλότητα προκαλείαστιγματισμό.

Τα ζωντανά κύτταρα του κερατοειδούς δενπρομηθεύονται οξυγόνο από το αίμα, αλλά λαμβάνουν τοοξυγόνο από τον αέρα.

Η ύπαρξη αιμοφόρων αγγείων στον κερατοειδή δεν θαβοηθούσε την όρασή μας!

Τα θρεπτικά συστατικά παρέχονται στα κύτταρα τουκερατοειδούς από το υδατοειδές υγρό που βρίσκεται σεεπαφή με την οπίσθια επιφάνειά του

22

επαφή με την οπίσθια επιφάνειά του.

Το υδατοειδές υγρό περιέχει όλα τα συστατικά του αίματοςεκτός από τα κύτταρα του αίματος.

12

Αν ο κερατοειδής τραυματισθεί ελαφρά θα επουλωθεί μόνοςτου, αλλά κάποιες άλλες βλάβες μπορεί να είναι μόνιμες.

Μερικά είδη ακτινοβολιών (υπεριώδης, νετρόνια, ακτίνες Χ,κτλ.) είναι δυνατό να προκαλέσουν θολερότητα τουκερατοειδούς, με αποτέλεσμα το φως να μην μπορεί να τονδ άδιαπεράσει.

Είναι δυνατό να γίνει μεταμόσχευση κερατοειδούςχρησιμοποιώντας κερατοειδείς που λαμβάνονται από δότες λίγομετά τον θάνατό τους.

Λόγω του ότι τα κύτταρα του κερατοειδούς έχουν χαμηλό

23

γ ρ ρ ς χ χ μηρυθμό μεταβολισμού, συνήθως το μόσχευμα δεν απορρίπτεταιαπό τον οργανισμό, όπως στην περίπτωση μεταμόσχευσηςάλλων οργάνων.

Οι πρώτες μεταμοσχεύσεις που έγιναν ήταν του κερατοειδούςχιτώνα.

εστίασηΗ εστίαση στον φακό γίνεται τόσο στην πρόσθια όσο καιστην οπίσθια επιφάνειά του.

Ο ό άζ λύ ό ί θΟ φακός παρουσιάζει μεγαλύτερη κυρτότητα στην οπίσθιαεπιφάνεια από ότι στην πρόσθια.

24

13

εστίαση

Ο φακός προσαρμόζει την εστιακή του απόστασημεταβάλλοντας την κυρτότητά του.

Η ικανότητα εστίασης (ισχύς) του φακού είναι σημαντικά

25

η ης ( χ ς) φ ημμικρότερη από αυτή του κερατοειδούς εξαιτίας τουγεγονότος ότι ο δείκτης διάθλασης των ουσιών πουπεριβάλλουν τον φακό είναι παρόμοιος με τον δικό του. Οενεργός δείκτης διάθλασης δεν είναι μεγαλύτερος από1,07.

απώτερο-εγγύτερο

Το πιο μακρινό σημείο από τον οφθαλμό, από όπουεστιάζονται τα μακρινά αντικείμενα, όταν ο ακτινωτός μυςβρίσκεται σε ηρεμία, καλείται απώτερο σημείο όρασης.βρ ηρ μ , ρ ημ ρ ης

Για ένα μύωπα, το απώτερο σημείο όρασης μπορεί ναβρίσκεται αρκετά κοντά στον οφθαλμό.

Αντίστοιχα, το κοντινότερο σημείο προς τον οφθαλμό, απόόπου μπορεί ένα αντικείμενο να εστιάζεται με σαφήνειαπάνω στον αμφιβληστροειδή καλείται εγγύτερο σημείο

26

πάνω στον αμφιβληστροειδή, καλείται εγγύτερο σημείοόρασης.

Ο φακός στην περίπτωση αυτή αποκτά τη μεγαλύτερή τουικανότητα εστίασης.

14

πρεσβυωπία

Με την πάροδο της ηλικίας, οι φακοί χάνουν μέροςτης ικανότητας προσαρμογής τους.

Η πρεσβυωπία (η όραση των ηλικιωμένων) είναιαποτέλεσμα της βαθμιαίας απώλειας τηςπροσαρμογής από τους φακούς.

27

φακόςΟ φακός, όπως και ο κερατοειδής, μπορεί να υποστεί βλάβηαπό την υπεριώδη ή άλλης μορφής ακτινοβολία. Μπορεί ναδημιουργηθεί καταρράκτης, που καταστρέφει τη διαύγειάτου.

Υπάρχει δυνατότητα ο καταστραμμένος φακός νααφαιρεθεί με χειρουργική επέμβαση.Στη θέση του μπορεί να τοποθετηθεί πλαστικός φακός.

Αν για κάποιο λόγο αυτό δεν είναι δυνατό, προστίθεταιεπιπλέον διόρθωση της όρασης με ισχυρότερους φακούς

28

επιπλέον διόρθωση της όρασης με ισχυρότερους φακούς,ώστε να αντισταθμιστεί η έλλειψη του «εσωτερικού»φακού.

Βέβαια, καμία προσαρμογή δεν είναι πλέον δυνατή καιαπαιτείται η χρήση διπλοεστιακών φακών.

15

29

Η κόρη είναι το άνοιγμα που βρίσκεται στο κέντρο της ίριδας, απόόπου το φως εισέρχεται στο φακό.

Φαίνεται μαύρη, επειδή σχεδόν όλο το φως που εισέρχεται,ά ό θ λ ύ

κόρη-ίριδα

απορροφάται στο εσωτερικό του οφθαλμού.

Υπό συνθήκες μετρίου φωτός, το άνοιγμα-κόρη έχειδιάμετρο περίπου 4 mm. Αλλάζει δε διάμετρο από 3 mm περίπου στο έντονο φως μέχρι 8 mmπερίπου στο αμυδρό φως.

Ο λό ί δ ά

30

Ο λόγος, από την πλευρά της φυσιολογίας, για τον οποίο η διάμετρος τουανοίγματος αλλάζει, δεν είναι σαφής.

Η μεταβολή μέχρι και 7 φορές της επιφάνειας του ανοίγματος δενφαίνεται αρκετή για να καλύψει το τεράστιο εύρος εντάσεων φωτός, στοοποίο ο οφθαλμός μπορεί να αντεπεξέλθει, 1010:1.

16

κόρη-ίριδα

Η κόρη δεν ανοίγει ή κλείνει γρήγορα.

Παρατήρησε ότι ο οφθαλμός πρέπει να βρεθεί 5 λεπτά στο

κόρ

ης (

mm

)

8

6

4

Δυνατόφως

31

σκοτάδι για να επιτευχθεί το μέγιστο άνοιγμα.

Διά

μετ

ρος

κ

4

2

0

0 2 4 6 0 2 4 6 8 10 300

Χρόνος (sec)

Σκοτάδι

κόρη-ίριδα

Πιστεύεται ότι η ίριδα βοηθάει τον οφθαλμό,αυξάνοντας ή μειώνοντας την ένταση τουαυξάνοντας ή μειώνοντας την ένταση τουπροσπίπτοντος φωτός στον αμφιβληστροειδή,μέχρι ο αμφιβληστροειδής να προσαρμοστεί στιςνέες συνθήκες.

Επιπλέον υπό συνθήκες δυνατού φωτός παίζει

32

Επιπλέον, υπό συνθήκες δυνατού φωτός, παίζεισημαντικό ρόλο στη μείωση των ατελειών τουφακού.

17

υδατοειδές υγρόΤο υδατοειδές υγρό γεμίζει τον χώρο μεταξύ τουφακού και του κερατοειδούς.

Το υγρό, αυτό που κυρίως αποτελείται από νερό,παράγεται συνεχώς, και η περίσσειά του διαφεύγει απόένα σωλήνα παροχέτευσης, το κανάλι του Schlemm.

Απόφραξη του καναλιού αυτού έχει ως αποτέλεσμα

33

Απόφραξη του καναλιού αυτού έχει ως αποτέλεσματην αύξηση της πίεσης στον οφθαλμό.

Η κατάσταση αυτή καλείται γλαύκωμα.

υαλοειδές υγρό- σκληρός χιτώναςΤο υαλοειδές υγρό, είναι μια διαυγής ουσία με μορφήπηκτής (ζελέ) που γεμίζει τον ευρύ χώρο μεταξύ του φακούκαι του αμφιβληστροειδούς.μφ β η ρ ςΒοηθάει στη διατήρηση του σχήματος του οφθαλμού καιείναι ουσιαστικά μόνιμο. Συχνά καλείται υαλοειδές σώμα.

Ο σκληρός χιτώνας είναι το σκληρό, λευκό και αρκετάσφιχτό περίβλημα που αγκαλιάζει ολόκληρο τον οφθαλμόεκτός από την περιοχή του κερατοειδούς.

34

Το εκτεθειμένο μέρος του σκληρού χιτώνα προστατεύεταιαπό μια λεπτή και διάφανη επίστρωση-μεμβράνη πουονομάζεται επιπεφυκότας.

18

αμφιβληστροειδήςΟ αμφιβληστροειδής, το φωτοευαίσθητο τμήμα τουοφθαλμού, μετατρέπει τις φωτεινές εικόνες σε ηλεκτρικέςνευρικές ώσεις που μεταφέρονται στον εγκέφαλο.

35

Παρόλο που ο ρόλος του αμφιβληστροειδούς είναιπαρόμοιος με το ρόλο του φιλμ σε μια φωτογραφικήμηχανή, ο αμφιβληστροειδής προσομοιάζεται καλύτερα μετο φωτοευαίσθητο τμήμα - οθόνη μιας τηλεόρασης.

Η απορρόφηση ενός φωτονίου φωτός από τουςφωτοϋποδοχείς προκαλεί τη δημιουργία δυναμικού δράσηςπου ‘εκπέμπεται’ προς τον εγκέφαλο.Η ενέργεια του φωτονίου είναι περίπου 3 eV ενώ η ενέργειατου δυναμικού αυτού είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη.Το φωτόνιο της ορατής ακτινοβολίας φαίνεται πως

λ ί ή ίδ δ έπροκαλεί φωτοχημική αντίδραση στον φωτοϋποδοχέα,στον οποίο με κάποιον τρόπο προκαλείται η δημιουργία τουδυναμικού δράσης.Για να προκληθεί η αντίδραση, η ενέργεια του φωτονίου θαπρέπει να είναι μεγαλύτερη από μια ελάχιστη τιμή.Φωτόνια που βρίσκονται στην υπέρυθρη περιοχή τουφάσματος, έχουν ανεπαρκή ενέργεια και για το λόγο αυτόδεν είναι ορατά

36

δεν είναι ορατά.Τα φωτόνια που βρίσκονται στην υπεριώδη περιοχή τουφάσματος έχουν αρκετή ενέργεια, αλλά απορροφώνται πρινφτάσουν στον αμφιβληστροειδή και για το λόγο αυτόεπίσης δεν είναι ορατά.

19

αμφιβληστροειδήςΟ αμφιβληστροειδής καλύπτει το οπίσθιο μέρος του βολβού περίπουκατά το ήμισυ.

Παρόλο που αυτή η μεγάλη έκτασή του επιτρέπει την αίσθηση τηςΠαρόλο που αυτή η μεγάλη έκτασή του επιτρέπει την αίσθηση τηςόρασης σε ευρεία γωνία, το μεγαλύτερο μέρος της κανονικής όρασηςπεριορίζεται σε μια μικρή περιοχή του αμφιβληστροειδούς που καλείταιωχρά κηλίδα.

Ο μηχανισμός της ευκρινούς όρασης λαμβάνει χώρα σε μια πολύ μικρήπεριοχή μέσα στην ωχρά κηλίδα (διαμέτρου ~0,3 mm), που ονομάζεταικεντρικό βοθρίο.

37

αριστερός οφθαλμός

Οπτικόςάξονας

Οριζόντια διατομή του αριστερού οφθαλμού όπως αυτός φαίνεται από πάνω.

ξ ς

Κερατοειδής

ΊριδαΥδατοειδές

υγρό

Υαλοειδέςυγρό

Αμφιβλη-

Φακός

38

Ωχρά κηλίδα

μφ β ηστροειδής

Οπτικό νεύροΚεντρικό βοθρίο

Σκληρός χιτώνας

20

Σχηματισμός του Ειδώλου - Γεωμετρία

Υπάρχει μια απλή σχέση Απόσταση

που συνδέει το μέγεθος του αντικειμένου με το μέγεθος του ειδώλου και τις αποστάσεις στις οποίες βρίσκονται.

Το είδωλο στον αμφιβληστροειδή είναι

ό λό ή

ταση εικόν

ας(ειδώλου)

Q

Μέγεθος

εικόν

Οφθαλμός

Απόσταση Ρ

Μέγεθοςαντικειμένου

Ο

Q = PI O

I

39

μικρό λόγω της μικρής απόστασης της εικόνας (περίπου 2 cm).

εικόνας

(ειδώλου)

αση Ραντικειμένου

κωνία και ραβδίαΥπάρχουν δύο είδη φωτοϋποδοχέων στον αμφιβληστροειδή:τα κωνία και τα ραβδία.

Στο μεγαλύτερο μέρος του αμφιβληστροειδούς, τα κωνία καιτα ραβδία, δεν βρίσκονται στην επιφάνειά του, αλλά πίσω απόμερικά στρώματα νευρικού ιστού τα οποία το φως πρέπει ναδιαπεράσει.

Στο κεντρικό βοθρίο όμως ο νευρικός αυτός ιστός λεπταίνειαισθητά και σχηματίζεται μια μικρή λακκούβα (βοθρίο)

40

αισθητά και σχηματίζεται μια μικρή λακκούβα (βοθρίο).

Αυτό το μειωμένο στρώμα του νευρικού ιστού βοηθάει, ώστεη όραση να γίνει περισσότερο ευκρινής στη συγκεκριμένηπεριοχή που, σημειωτέον, περιέχει μόνον κωνία.

21

κωνία και ραβδία Το φως πρέπει να διαπεράσει διάφορες στιβάδες κυττάρων για να καταλήξει στα κωνία και τα ραβδία.

Στο κεντρικό βοθρίο, οι στιβάδες αυτές είναι λεπτότερες, επιτρέποντας πιο ευκρινή όραση στην περιοχή αυτή.

νευρ

ικές

ίνες

ά κ

ύττα

ρα

διπ

ολικ

ών

κυττ

άρ

ων

αβ

δίω

ν κα

ι κω

νίω

ν

Φως

Υαλοειδές υγρό

Φως

Αμφιβληστροειδής

41

Τα αιμοφόρα αγγεία εμποδίζουν το φως να φθάσει σε μερικά κωνία και ραβδία.

Οπ

τικέ

ς ν

Γαγγ

λια

κά

Σώ

μα

τα δ

Στρ

ώμ

α ρ

42

22

κωνία και ραβδίαΣτον υπόλοιπο αμφιβληστροειδή τα κωνία και τα ραβδίακατανέμονται συμμετρικά προς όλες τις κατευθύνσειςγύρω από τον οπτικό άξονα, εκτός από μια ακόμα περιοχή– το τυφλό σημείο ή οπτική θηλή (που δεν περιέχει ούτε– το τυφλό σημείο ή οπτική θηλή (που δεν περιέχει ούτεκωνία, ούτε ραβδία).

Τα κωνία (περίπου 6,5 εκατομμύρια σε κάθε οφθαλμό)λειτουργούν κατά την όραση υπό το φως της ημέρας ήτην φωτοπική όραση.

ί ύ ύ έ

43

Με τα κωνία, μπορούμε να δούμε τις λεπτομέρειες και νααναγνωρίσουμε διαφορετικά χρώματα. Τα κωνίαβρίσκονται κυρίως στην περιοχή του κεντρικού βοθρίου,αλλά κάποια βρίσκονται διασκορπισμένα και στηνευρύτερη περιοχή του αμφιβληστροειδούς.

44

23

45

κωνία και ραβδία

Η κατανομή των ραβδίων και των κωνίων στον αμφιβληστροειδή του αριστερού οφθαλμού.

Παρατήρησε ότι στο τυφλό σημείο δεν υπάρχουν υποδοχείς. m

m2

ρχ χ ς

Η περιμετρική γωνία των 30υποδεικνύει τη θέση στον αμφιβληστροειδή μιας φωτεινής πηγής που βρίσκεται σε γωνία 30 αριστερά ή δεξιά όταν ο οφθαλμός κοιτάει ευθεία απέναντι.

ΡΑΒΔΙΑ

ΚΩΝΙΑ

ΡΑΒΔΙΑ

ΚΩΝΙΑριθ

μός

ρα

βδί

ων

και κ

ωνί

ων

/ m

46

(Από M.H. Pirenne, Vision and the Eye, 2nd Ed., Chapman & Hall, Ltd., London, 1967, p.32, όπως σχεδιάστηκε από τα δεδομένα του Osterberg, Acta Ophtal, Supl. 6, 1935.)

ΚΩΝΙΑ ΚΩΝΙΑ

ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΡΟΤΑΦΟΥ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΡΙΝΟΣ

Αρ

ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΓΩΝΙΑ ΣΕ ΜΟΙΡΕΣ ΣΤΟΝ ΑΜΦΙΒΛΗΣΤΡΟΕΙΔΗ

24

κωνία και ραβδίαΤα κωνία δεν είναι το ίδιο ευαίσθητα σε όλα ταχρώματαχρώματα,αλλά παρουσιάζουν μέγιστη ευαισθησία περίπουστα 550 nm, στη περιοχή του κίτρινου – πράσινου.

Η περιοχή αυτή αντιστοιχεί αρκετά καλά με τοέ λ ύ ά ά

47

μέγιστο του ηλιακού φάσματος στην επιφάνεια τηςγης.

κωνία και ραβδία Τα ραβδία είναι πολύ πιο ευαίσθητα

από τα κωνία.

Ο κατακόρυφος άξονας είναι σε λογαριθμική κλίμακα.

Κάθε υποδιαίρεση αντιστοιχεί σε παράγοντα 10 της ευαισθησίας.

Τα κωνία παρουσιάζουν μέγιστημός

σχε

τική

ς ευ

αισ

θησ

ίας

8

7

5

4

2

Κωνία3

6 Ραβδία

48

Τα κωνία παρουσιάζουν μέγιστη ευαισθησία περίπου στα 550 nm, ενώ τα ραβδία περίπου στα 510 nm.

Μήκος κύματος (nm)

Αρ

ιθμ

0

350 400 500 600 700 800

1

25

κωνία και ραβδίαΤα ραβδία λειτουργούν περισσότερο κατά τη νυχτερινή ήσκοτοπική όραση, όπως επίσης για την περιφερική όραση.σκοτοπική όραση, όπως επίσης για την περιφερική όραση.

Είναι πολύ περισσότερα από τα κωνία (περίπου 120εκατομμύρια σε κάθε οφθαλμό) και καλύπτουν τομεγαλύτερο τμήμα του αμφιβληστροειδούς.

έ ό βλ δή

49

Δεν κατανέμονται ομοιόμορφα στον αμφιβληστροειδή καισε γωνία περίπου 20 έχουν την μεγαλύτερη πυκνότητα.

κωνία και ραβδίαΗ κατανομή των ραβδίων και των κωνίων στον αμφιβληστροειδή του

ύ θ λ ύαριστερού οφθαλμού.

Παρατήρησε ότι στο τυφλό σημείο δεν υπάρχουν υποδοχείς.

Η περιμετρική γωνία των 30υποδεικνύει τη θέση στον αμφιβληστροειδή μιας φωτεινής πηγής που βρίσκεται σε γωνία 30 αριστερά ή δεξιά όταν ο

ΡΑΒΔΙΑ

ΚΩΝΙΑ

ΡΑΒΔΙΑ

ΚΩΝΙΑ

ριθ

μός

ρα

βδί

ων

και κ

ωνί

ων/

mm

2

50

ρ ρ ή ξοφθαλμός κοιτάει ευθεία απέναντι.

(Από M.H. Pirenne, Vision and the Eye, 2nd Ed., Chapman & Hall, Ltd., London, 1967, p.32, όπως σχεδιάστηκε από τα δεδομένα του Osterberg, ActaOphtal, Supl. 6, 1935.)

ΚΩΝΙΑ

ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΡΟΤΑΦΟΥ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΡΙΝΟΣ

Α

ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΓΩΝΙΑ ΣΕ ΜΟΙΡΕΣ ΣΤΟΝ ΑΜΦΙΒΛΗΣΤΡΟΕΙΔΗ

26

κωνία και ραβδίαΙστολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι εκατοντάδες ραβδίαστέλνουν τις πληροφορίες τους στην ίδια νευρική ίνα.

Αυτό σημαίνει ότι στην περιφερική όραση, η ικανότητα ναδιακριθούν δύο φωτεινές πηγές που βρίσκονται αρκετάκοντά μεταξύ τους, είναι μικρή.

Από την άλλη μεριά όμως, η υψηλή ευαισθησία τωνραβδίων, καθώς και η μεγάλη επιφάνεια που καλύπτουν

51

στον αμφιβληστροειδή, μας επιτρέπουν να αναγνωρίσουμεένα αντικείμενο που πλησιάζει από τα πλάγια, ενώ εμείςκοιτάμε ευθεία μπροστά.

52

27

κωνία και ραβδίαΗ προσαρμογή στο σκοτάδι είναι προφανώς ο χρόνος πουαπαιτείται, ώστε το σώμα να αυξήσει την ποσότητα τωνφωτοευαίσθητων χημικών στα ραβδία και τα κωνία.

Τα κωνία προσαρμόζονται γρηγορότερα: μετά την πάροδο5 min, το κεντρικό βοθρίο έχει αποκτήσει τη μέγιστή τουευαισθησία.

Τα ραβδία συνεχίζουν την προσαρμογή στο σκοτάδι για 30– 60 min, παρόλο που το μεγαλύτερο μέρος τηςπροσαρμογής γίνεται τα πρώτα 15 min

53

προσαρμογής γίνεται τα πρώτα 15 min.

κωνία και ραβδία

Ο οφθαλμός προσαρμόζεται στο σκοτάδι σε δύο φάσεις.

Η φάση για την προσαρμογή των κωνίων ολοκληρώνεται σε 5 με 10 min, ενώ η αντίστοιχη φάση των ραβδίων διαρκεί πάνω από 30 min.

θμός

σχε

τική

ς έν

τασ

ης

Κωνία

Ραβδία

0

54

Η ευαισθησία αυξάνει πάνω από 10.000 φορές.

Αρ

ιθ

Χρόνος στο σκοτάδι (min)

-50 30

28

55

ερώτημα

Το αρχικό ερώτημα που τέθηκε από τους Hecht et al. είναι:Ποιος είναι ο ελάχιστος αριθμός φωτονίων πουδ ί ί θ ό 60%δημιουργεί την αίσθηση της όρασης στο 60%τουλάχιστον των περιπτώσεων;

Για να επιτύχουν τον ελάχιστο αριθμό φωτονίων , οι Hechtet al έπρεπε να βελτιστοποιήσουν τις συνθήκες τουπειράματος. Έπρεπε να καθορίσουν:

(1) το βέλτιστο χρώμα μιας φωτεινής δέσμης – λάμψης πουέπρεπε να χρησιμοποιήσουν

(2) την περισσότερο ευαίσθητη περιοχή στον

56

(2) την περισσότερο ευαίσθητη περιοχή στοναμφιβληστροειδή,

(3) τη βέλτιστη διάμετρο της φωτεινής δέσμης, και(4) τη βέλτιστη χρονική διάρκεια της φωτεινής δέσμης.

29

Κατέληξαν στις εξής απαντήσεις:(1) τα ραβδία είναι περισσότερο ευαίσθητα στα 510 nm,(2) τα ραβδία είναι περισσότερα (αριθμός ανά επιφάνεια

αμφιβληστροειδούς) σε γωνία 20 περίπου από τονοπτικό άξονα,οπτικό άξονα,

(3) η ικανότητα ανίχνευσης της φωτεινής δέσμης είναιανεξάρτητη της διαμέτρου της για τόξα μέχρι 10΄(αντιστοιχεί περίπου στην περιοχή που καλύπτει τοσύμβολο των μοιρών στον αριθμό «20ο»), ενώ γιαμεγαλύτερα τόξα απαιτείται περισσότερο φως για τηνανίχνευσή της, και

(4) λά ό δ ί έ 0 1 (100 )

57

(4) για λάμψη φωτός που διαρκεί μέχρι 0,1 s (100 ms), ηχρονική διάρκεια της λάμψης δεν επηρεάζει τηνικανότητα ανίχνευσης, αλλά για λάμψεις μεγαλύτερηςχρονικής διάρκειας απαιτείται περισσότερο φως.

άλλο ερώτημαΊσως να αναρωτιέσαι γιατί δεν μπορούμε να δούμε ένα φωτόνιο.

Διάφοροι παράγοντες εμπλέκονται, αλλά ο κύριος περιορισμόςοφείλεται στην τυχαία ενεργοποίηση δυναμικών δράσης πουονομάζουμε ηλεκτρικό θόρυβοονομάζουμε ηλεκτρικό θόρυβο.

Ο αμφιβληστροειδής παράγει συνεχώς τέτοιο θόρυβο. Κάθε ραβδίοστέλνει ένα τυχαίο δυναμικό δράσης περίπου κάθε 5 λεπτά.

Με 120 εκατομμύρια ραβδία σε κάθε οφθαλμό, δημιουργούνται περίπου3 δισεκατομμύρια τυχαίοι παλμοί θορύβου την ώρα.

Το φωτεινό σήμα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από τους τυχαίουςύ ί ό

58

φ ήμ ρ μ γ ρ ς χ ςπαλμούς για να γίνει ορατό.

Τα κωνία, προφανώς δημιουργούν περισσότερους τυχαίους παλμούςκαι απαιτείται πολύ μεγαλύτερο φωτεινό σήμα για να γίνει αντιληπτόαπό το κεντρικό βοθρίο.

30

Ίσως να έχεις μείνει έκπληκτος μαθαίνοντας ότι,ενώ 90 φωτόνια εισέρχονται στο μάτι,10 ή λιγότερα απορροφούνται τελικά από τουςφωτοϋποδοχείς.

Τι συμβαίνει στα υπόλοιπα;Τι συμβαίνει στα υπόλοιπα;Περίπου το 3% ανακλώνται στην επιφάνεια τουκερατοειδούς και περίπου το 50% απορροφούνται από τουςιστούς που παρεμβάλλονται (κερατοειδής, φακός, υγρά).

Από αυτά που φτάνουν στην περιοχή των ραβδίων, μόνοτο 20% περίπου (περίπου το 10% του αρχικού αριθμού)απορροφούνται από τα ραβδία

59

απορροφούνται από τα ραβδία.

Τα φωτόνια που δεν απορροφώνται ούτε στα ραβδία,απορροφώνται στο «πίσω μέρος» του οφθαλμού.

Στα μάτια μερικών ζώων, όπως οι γάτες,υπάρχει ένας ανακλαστικός χιτώνας πίσω από τα ραβδία,παρέχοντας στα ραβδία μια δεύτερη ευκαιρία νααπορροφήσουν τα φωτόνια που «ξέφυγαν».

Τα μάτια των ζώων αυτών «λάμπουν στο σκοτάδι» όταν τοφως πέσει πάνω τους.

Το ανακλώμενο φως, όμως, μειώνει τη διακριτικήικανότητα.

60

31

περίθλασηΗ φωτεινή ακτινοβολία, ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα,υφίσταται περίθλαση καθώς περνά μέσα από ένα μικρόάνοιγμα.γμ

Με τον τρόπο αυτό, η ίριδα δημιουργεί ένα σχέδιοπερίθλασης στον αμφιβληστροειδή.

Για φυσιολογικό άνοιγμα της κόρης (~ 4 mm) το φαινόμενοαυτό δεν έχει πρακτικές συνέπειες στην καθημερινή όραση.

61

Εντούτοις, αν η κόρη γίνει πολύ μικρότερη, για παράδειγμα1,0 mm, το φαινόμενο της περίθλασης επηρεάζει σημαντικάτην οξύτητα της όρασης.

περίθλαση Περίθλαση στον οφθαλμό.

(α) Μονοχρωματικό φως από μια μακρινή σημειακή πηγή εστιάζεται στο κεντρικό βοθρίο του αμφιβληστροειδούς. Μονοχρωματικό φως

(β) Το είδωλο της πηγής στον αμφιβληστροειδή, όταν οι φωτεινές ακτίνες έχουν υποστεί περίθλαση από την κόρη διαμέτρου 3 mm, έχει τη μορφή ενός κεντρικού φωτεινού κυκλικού δίσκου, διαμέτρου 8 mm, που

βάλλ ό έ ό

(λ=555 nm)από μακρινή πηγή

Διάμετρος κόρης α = 3 mm

ση

φω

τός

Εικόνα –είδωλο

~ 8μm

62

περιβάλλεται από ένα φωτεινό δαχτυλίδι φωτός μειωμένης έντασης.

Σχε

τική

έντ

ασείδωλο

στο κεντρικό βοθρίο

Απόσταση κατά μήκος του αμφιβληστροειδούς σε μονάδες διαμέτρου κωνίων

0 2 4 6 8 10 12 14

(α)(β)

32

σφάλματα φακώνΌλοι οι φακοί έχουν σφάλματα (παραμορφώσεις).

Η επίδραση τέτοιων παραμορφώσεων μειώνεται όταν τοάνοιγμα του φακού γίνει μικρότεροάνοιγμα του φακού γίνει μικρότερο.

Στον οφθαλμό, η μικρή κόρη βελτιώνει την οπτική οξύτητα.

Εντούτοις, αν η κόρη γίνει πολύ μικρή, η οξύτηταυποβαθμίζεται λόγω των φαινομένων περίθλασης.

63

Υπάρχει ένα βέλτιστο μέγεθος για την διάμετρο της κόρης.

Η καλύτερη οξύτητα για έναν εμμετρωπικό οφθαλμόπροκύπτει για διάμετρο κόρης μεταξύ 3 και 4 mm – τοφυσιολογικό της μέγεθος σε συνθήκες καλού φωτισμού.

πάλι η περίθλασηΜια σημειακή πηγή φωτός δεν θα εστιαστεί σε ένα μόνοκωνίο, λόγω των φαινομένων περίθλασης.

Η γωνιακή απόκλιση, 2θ, του κεντρικού φωτεινού δίσκουγ α ή α ό ση, θ, ο ρ ο φ ο δ σ οπου θα σχηματιστεί στον αμφιβληστροειδή, για φωςμήκους κύματος λ = 555 nm και κόρη διαμέτρουα = 3,0 mm, υπολογίζεται από την εξίσωση:

2θ = 2(1,22)(λ/α) = 2(1,22)(555x10-9/3x10-3)= 4,5x10-4

ακτίνια.

64

[Το ακτίνιο είναι μονάδα μέτρησης των γωνιών στο σύστημα SI καιυπολογίζεται από το λίγο s/r, όπου r είναι η ακτινική απόσταση ενόςαντικειμένου και s είναι το τόξο που καθορίζει το μέγεθος τουαντικειμένου, κάθετο σε αυτήν την ακτίνα.

180 = π ακτίνια (radians) ή 1 = 17,45 mradians.]

33

οπτική οξύτηταΟι γνωστοί σε όλους οπτικοί χάρτες που χρησιμοποιούνταιγια να καθοριστεί αν χρειαζόμαστε διορθωτικούς φακούς,για να καθοριστεί αν χρειαζόμαστε διορθωτικούς φακούς,ελέγχουν την ιδιότητα των οφθαλμών μας που καλείταιοπτική οξύτητα.

Ένας φυσικός ονομάζει την οπτική οξύτητα ως διακριτικήικανότητα των οφθαλμών.

65

οπτική οξύτηταΟι οφθαλμίατροι χρησιμοποιούν συνήθως τοπίνακα Snellen για να ελέγξουν την οξύτητα τηςπίνακα Snellen για να ελέγξουν την οξύτητα τηςόρασης.

Αν από τον έλεγχο προκύψει ότι έχεις όραση20/20, αυτό σημαίνει ότι μπορείς να δειςλεπτομέρειες από απόσταση 20 ft τις οποίες ένα

66

λεπτομέρειες από απόσταση 20 ft, τις οποίες έναάτομο με καλή όραση μπορεί να δει από 20 ft.

34

οπτική οξύτητα

Ο χάρτης-πίνακας του Snellen για τον έλεγχο της όρασης συνήθως τοποθετείται σε απόσταση 20 ft ή 6 m.

Η 8η σειρά αντιστοιχεί στην βαθμολογία 20/20.

Στην Ευρώπη, που χρησιμοποιείται το «μετρ»-ικό σύστημα, το 20/20 ισοδυναμεί με 6/6, δηλαδή ότι είσαι ικανός να διαβάσεις τη σειρά 8 από απόσταση 6 m.

Στη σειρά αυτή, οι γραμμές που σχηματίζουν τα γράμματα έχουν γωνιακό εύρος τόξου 1’ στα 20 ft

67

γωνιακό εύρος τόξου 1 στα 20 ft.

Μερικά γράμματα (π.χ. το L) αναγνωρίζονται πιο εύκολα από άλλα (π.χ. Β και Η).

οπτική οξύτηταΗ οπτική οξύτητα ή η διακριτική ικανότητα του οφθαλμούκαθορίζεται κυρίως από τα χαρακτηριστικά των κωνίων στοβοθρίο.

Ένας κοινός τρόπος για τον έλεγχο της διακριτικής ικανότηταςείναι η χρήση ενός σχεδίου με εναλλασσόμενες μαύρες καιάσπρες γραμμές που σιγά - σιγά λεπταίνουν.Ο συνδυασμός μιας άσπρης και μιας μαύρης γραμμής καλείταιζεύγος γραμμών (line pair – lp).

Υπό βέλτιστες συνθήκες, ο οφθαλμός μπορεί να διακρίνειδύσκολα ως ξεχωριστές τις γραμμές σε ένα σχήμα με 30 lp/mm

68

δύσκολα ως ξεχωριστές τις γραμμές σε ένα σχήμα με 30 lp/mmπερίπου.

Αν ο οφθαλμός απομακρυνθεί στην διπλάσια απόσταση, θαμπορεί να διακρίνει 15 lp/mm.

35

οπτική οξύτητα ή διακριτική ικανότητα

Η διακριτική ικανότητα εκφράζεται συχνά και από τη γωνίαπου ξεκινά από τον οφθαλμό (και έχει άνοιγμα όσο τοέ θ έ )μέγεθος του αντικειμένου).

Η γωνία είναι λίγο – πολύ ανεξάρτητη της απόστασης απότην οποία βλέπουμε. Η ελάχιστη γωνία μεταξύ δύο μαύρωνγραμμών που μπορούν να αναγνωριστούν ως ξεχωριστές,είναι περίπου 0,3 mradians.

δ ίζ δύ άλλ λ ύ έ θ

69

Για να διαχωρίζονται δύο παράλληλες μαύρες γραμμές, θαπρέπει το είδωλό τους να πέφτει πάνω σε δύο παράλληλεςσειρές κωνίων, αφήνοντας όμως ενδιάμεσα μια κενήπαράλληλη σειρά που θα δεχθεί το είδωλο της άσπρηςγραμμής.

διακριτική ικανότητα

Για να δεις τις πυκνές παράλληλες γραμμές (α) ως ξεχωριστές,

είναι απαραίτητο τα είδωλα των γραμμών να «πέφτουν» πάνω σε

άλλ λ έ ί όπαράλληλες σειρές κωνίων, όπως φαίνεται σχηματικά στα (β) και (γ).

Όλα τα κωνία λαμβάνουν κάποιο φως, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του φωτός πέφτει στα κωνία που αντιστοιχούν στις άσπρες λωρίδες.

(α)

(β)

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Φωτισμός αμφιβληστροειδούς

Σχέδιο φωτεινώνκροσσών

Φως

Σκοτάδι

70

(Προσαρμοσμένο από Ruch, T. C. στο T.C. Ruch and H.D. Patton, Eds., Physiology and Biophysics, 19th Ed., © W.B. Saunders Company, Philadelphia, 1965, p.428.)

(γ)1 2 3 4 5

36

διακριτική ικανότηταΗ μικρότερη μαύρη κουκκίδα που μπορείς να δεις κάτω απότις βέλτιστες συνθήκες είναι 2,3 x 10-6 radians.

Η διακριτική ικανότητα όμως μειώνεται με γρήγορο ρυθμόόσο το είδωλο απομακρύνεται από το κεντρικό βοθρίο.

Σε 0,175 radians (10) από το βοθρίο, η οξύτηταυποβαθμίζεται κατά παράγοντα 10.

71

Αν ο φωτισμός δεν είναι ο βέλτιστος, η διακριτικήικανότητα υποβαθμίζεται περισσότερο.

διακριτική ικανότηταΈνα τεστ για την οξύτητα, που συχνά χρησιμοποιείται απότους επιστήμονες, είναι η ευθυγράμμιση των άκρων δύοπαράλληλων γραμμών, έτσι ώστε να εμφανίζονται ως μίασυνεχής γραμμήσυνεχής γραμμή.

Η διαπίστωση – μέτρηση το βαθμού της ευθυγράμμισηςαπαιτεί τη χρήση ενός μετρητικού οργάνου που καλείταικλίμακα του Βερνιέρου.

Είναι δυνατό, για ένα εκπαιδευμένο άτομο, ναευθυγραμμίσει δύο λεπτές γραμμές υπό βέλτιστες

72

ευθυγραμμίσει δύο λεπτές γραμμές, υπό βέλτιστεςσυνθήκες, σε γωνία 9x10-6 radians,γωνία πολύ μικρότερη από τα 3 x 10-4 radians πουαπαιτούνται για τον διαχωρισμό δύο γραμμών.

37

διακριτική ικανότητα

Η οξύτητα της όρασης βελτιώνεται με καλύτερη φωτεινότητα.

Η πάνω καμπύλη δείχνει την οξύτητα για ένα δαχτυλίδι Landoltοξύτητα για ένα δαχτυλίδι LandoltC, όπου πρέπει να αναγνωριστεί η κατεύθυνση του ανοίγματος.

Η οξύτητα του Βερνιέρου (η ικανότητα να ευθυγραμμίσεις δύο γραμμές) είναι πολύ καλύτερη από την οξύτητα Landolt C.

Οξύτητα από το

“δακτυλίδι”C

Οξύτητα Βερνιέρου

νία

στό

χου

(min

τόξ

ου)

105

1.0

0.5

0.1

0.05

73

Τυπική τιμή της φωτεινότητας για ανάγνωση είναι περίπου τα 100 mLamberts (mL).Φωτισμός υποβάθρου (background) (mL)

Γω

0.010.01 1.0 102 104

διακριτική ικανότηταΗ διακριτική ικανότητα του οφθαλμού στην περίπτωση άσπρωνγραμμάτων σε μαύρο φόντο είναι περίπου 10-3 radians,

ενώ στην περίπτωση μαύρων γραμμάτων σε άσπρο φόντο είναιενώ στην περίπτωση μαύρων γραμμάτων σε άσπρο φόντο είναι3x10-4 radians.

Αυτό σημαίνει ότι ένα υγιής οφθαλμός θα έβλεπε μόνο 20/60στον πίνακα του Snellen αν τα γράμματα του πίνακα ήταν άσπρασε μαύρο φόντο!

Το γεγονός αυτό έχει μεγάλη πρακτική σημασία, ειδικά ότανάζ δ ά άδ ό θή

74

ετοιμάζουμε τις διαφάνειες για την παράδοση ενός μαθήματος.

Ανοιχτού χρώματος γράμματα σε σκούρο φόντο, δεν διαβάζονταιτόσο εύκολα, όσο τα παραδοσιακά γράμματα σκούρου χρώματοςσε ανοιχτό φόντο.

38

contrastΗ ικανότητα του οφθαλμού να διαχωρίζει δύο γραμμές ωςχωριστές εξαρτάται επίσης και από το πόσο μαύρες ήάσπρες είναι.

Η διακριτική ικανότητα υποβαθμίζεται όταν οι δύο γραμμέςέχουν διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι, από όσο όταν ημια είναι άσπρη και η άλλη μαύρη.

Η αντίθεση (contrast) C μεταξύ δύο (γειτονικών) περιοχώνορίζεται ως C= (I1-I2)/(I1+I2), όπου Ι1 και Ι2 αντιστοιχούνστην ένταση του φωτός στις δύο περιοχές

75

στην ένταση του φωτός στις δύο περιοχές.

Η μικρή αντίθεση μεταξύ δύο γειτονικών περιοχώνενδιαφέροντος σε μια ακτινογραφία, συχνά περιορίζεισημαντικά τη διαγνωστική αξία της ακτινογραφίας.

contrastΠριν αναπτύξουμε αναλυτικότερα το μέγεθος της αντίθεσης, πρέπει νακαθορίσουμε τη μονάδα μέτρησης της πυκνότητας αμαύρωσης (ήαδιαφάνειας) ενός ακτινογραφικού film ή άλλου απορροφητή φωτός.

Η οπτική πυκνότητα (optical density) OD ενός απορροφητή ορίζεται ωςΗ οπτική πυκνότητα (optical density) OD ενός απορροφητή ορίζεται ωςOD=log10(I0/I), όπου Ι0 είναι η ένταση του φωτός χωρίς τοναπορροφητή και Ι είναι η ένταση του φωτός μετά τον απορροφητή.

Για παράδειγμα, αν από ένα φιλμ διαπερνά το 10% του προσπίπτοντοςφωτός, το φιλμ έχει οπτική πυκνότητα log10(1/0,1)= log1010=1,0.

Ένα φιλμ που απορροφά το 99% του προσπίπτοντος φωτός έχειI0/I=100, και OD= log10(102)=2,0.

76

0 10

Οπτική πυκνότητα OD=3 σημαίνει ότι μόνο το 0,1% του φωτόςδιαπερνά το φιλμ.Το φως πρέπει να είναι ιδιαίτερα έντονο για να γίνει ορατό διαμέσουφίλτρου OD=3.

39

contrast και ένταση φωτόςΑν δύο φιλμ τοποθετηθούν το ένα δίπλα στο άλλο, θαπρέπει να υπάρχει διαφορά στην οπτική τους πυκνότηταγια να μπορέσουν οι οφθαλμοί να τα ξεχωρίσουν ωςδιαφορετικάδιαφορετικά.

Η διαφορά αυτή εξαρτάται από την ένταση του φωτός.

Για φως χαμηλής έντασης, όταν χρησιμοποιούμε τα ραβδίαμας, απαιτείται διαφορά στην ένταση του φωτός τηςτάξεως του 2

77

τάξεως του 2.

Στη βέλτιστη ένταση φωτός, διαφορές της τάξης 1% ή 2%είναι ανιχνεύσιμες.

contrast και ένταση φωτόςΗ αντίθεση (C) που απαιτείται για να διαχωριστούν δύο εύ

ετα

ι απ

ό λμ

ό χ ρδιαφορετικές αποχρώσεις του γκρι, σε διαφορετικά επίπεδα φωτεινότητας.

Στο επίπεδο φωτεινότητας που χρησιμοποιείται συνήθως στην

ό ίβολ

ή φ

ωτε

ινότ

ητα

ς π

ου α

νιχν

εα

ρμ

οσμ

ένο

στο

σκο

τάδι

οφ

θαλ

Εύρος φωτεινότητας

για παρατή-ρηση φιλμ

Εύρος φωτεινότητας

γιαακτινοσκόπη

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

78

ακτινοσκόπηση, απαιτείται μεταβολή της τάξης του 30% στην ένταση του φωτός για να ανιχνευθεί.

Κλα

σμ

ατι

κή μ

ετα

βτο

ν π

ροσ

α

Φωτεινότητα (mL)

φιλμσκόπηση

0.1

0

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103

40

contrast και ένταση φωτός

Λωρίδες με διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι (α),

ί όπου είναι ομοιόμορφα χρωματισμένες όπως φαίνεται από τις πραγματικές φωτεινές εντάσεις (β), γίνονται αντιληπτές από τα ραβδία και κωνία ως σκοτεινότερες κοντά σε

(α)

(β)

Πρ

αγμ

ατι

κή έ

ντα

ση

φω

τός

79

σκοτεινότερες κοντά σε ανοιχτόχρωμη λωρίδακαι περισσότερο φωτεινές κοντά σε μια σκοτεινότερη λωρίδα (λωρίδες Mach) (γ).

(γ)

Π

Έντ

ασ

η

σή

μα

τος

απ

ό

τα ρ

αβ

διά

κα

ι τα

κω

νία

contrast και υπόβαθρο

Το πόσο σκοτεινή αντιλαμβανόμαστε μια εικόνα

εξαρτάται

από το πόσο σκοτεινό είναι το υπόβαθρο (background).

80

Και οι τρεις κύκλοι είναι της ίδιας απόχρωσης του γκρι.

41

επιδιορθώσειςΑν παρατηρούσες το μάτι σου με τη βοήθειαοφθαλμοσκοπίου θα διέκρινες πολλά αιμοφόρα αγγεία στοναμφιβληστροειδή .μφ β η ρ ή

Αυτά τα αιμοφόρα αγγεία εμποδίζουν το φως να φτάσειστα ραβδία και τα κωνία που βρίσκονται πίσω από αυτά.

Ο λόγος για τον οποίο φυσιολογικά δεν βλέπουμε τα αγγείαά ί ό δ ύ έ ά ίδ ά

81

αυτά, είναι ότι δημιουργούν σκιές πάνω στα ίδια πάνταραβδία και κωνία και το σταθερό αυτό σήμα εξαφανίζεταισε μερικά μόνο δευτερόλεπτα αφού ανοίξουμε τα μάτιαμας το πρωί.

Τα αιμοφόρα αγγεία στον αμφιβληστροειδή.

Αυτά τα αιμοφόρα αγγείαΑυτά τα αιμοφόρα αγγεία δεν είναι ορατά κατά τη φυσιολογική όραση γιατί οι σκιές τους «πέφτουν» πάντα πάνω στα ίδια ραβδία και κωνίακαι το σήμα τους εξασθενεί γρήγορα

82

γρήγορα.

42

φωτοψίαΌλοι, κάποια στιγμή, είχαμε την εντύπωση ότι βλέπουμεφως με τα μάτια μας κλειστά.

Το φως αυτό καλείται φωτοψία (phosphene) και μπορεί ναΤο φως αυτό καλείται φωτοψία (phosphene) και μπορεί ναπροκληθεί πιέζοντας το μάτι με τα δάκτυλα ή κλείνοντας τομάτι πολύ σφικτά.

Οι φωτοψίες παράγονται από τη διέγερση κάποιων απότους φυσιολογικούς φωτοϋποδοχείς.

Ο εγκέφαλος μεταφράζει ως φως οποιοδήποτε σήμα

83

Ο εγκέφαλος μεταφράζει ως φως οποιοδήποτε σήμαλαμβάνει από το οπτικό νεύρο.

Δεν μπορεί να διαχωρίσει τις διαφορετικές πηγές σημάτωνπου φθάνουν σε αυτόν με το οπτικό νεύρο.

οφθαλμαπάτες

(α) Η οφθαλμαπάτη πλάτους – ύψουςπλάτους – ύψους. Η βάση έχει το ίδιο μήκος με το ύψος.

(β) Η οφθαλμαπάτη ευθείας γραμμής.

84

Τα γύρω σχέδια παρουσιάζουν τις ευθείες γραμμές σαν καμπύλες.(α) (β)

43

85

86

44

87

88

45

89

90

46

91

92

47

93

94

48

95

96

49

97

98

50

99

100

51

101

102

52

103

104

53

105

106

54

στερεοσκόπιοΓια τις στερεοσκοπικές ακτινογραφίες λαμβάνονται δύοακτινογραφίες ενός τμήματος του σώματος, από δύοελάχιστα διαφορετικές γωνίες που αντιστοιχούν στις δύοό λ ά βλέ δύ θ λ ίόψεις που φυσιολογικά βλέπουν οι δύο οφθαλμοί.

Οι δύο ακτινογραφίες τοποθετούνται μετά στοστερεοσκόπιο, έτσι ώστε ο κάθε οφθαλμός να βλέπει τηδική του εικόνα.

Οι εικόνες αυτές συγχωνεύονται από τον εγκέφαλο σε μια

107

ς ς γχ γ φ μ3-D εικόνα.

Στεροσκοπικές ακτινογραφίες λαμβάνονται συχνά για τηνπεριοχή του κρανίου.

στερεοσκόπιοΗ χρήση ενός στερεοσκοπικού συστήματος για τη

Film A Film B

συστήματος για τη επίτευξη τρισδιάστατης άποψης.

Οι ακτινογραφίες ελήφθησαν από ελάχιστα διαφορετικές γωνίες για την εξομοίωση της

X-ray X-rayΦαινόμενη θέση

στερεοσκοπικής εικόνας

Film A Film B

108

την εξομοίωση της διαφορετικής άποψης μεταξύ των δύο οφθαλμών.

Καθρέπτης

Ακτινολόγος (κάτοψη)

Διαφα-νοσκό-

πιο

Διαφα-νοσκό-

πιο

55

οφθαλμαπάτες

Κοιτώντας μέσα από ένανΚοιτώντας μέσα από έναν σωλήνα με τα δύο μάτια ανοιχτά, όπως παρουσιάζεται,

μπορείς ανώδυνα να δημιουργήσεις μια τρύπα

109

δημιουργήσεις μια τρύπα στο χέρι σου.

ψευδαισθήσειςΌταν βλέπεις μια λάμψη φωτός, η εικόνα του φωτόςπαραμένει ως εντύπωση για κάποιο χρονικό διάστημα μετάτο τέλος της λάμψης.

Δηλαδή, μετά το τέλος της λάμψης υπάρχει ένα χρονικόδιάστημα πολλών msec, κατά το οποίο ο εγκέφαλος νομίζειότι το φως είναι ακόμα αναμμένο.

Αν αυξηθεί η συχνότητα των διαδοχικών λάμψεων, θαυπάρξει κάποιος ρυθμός όπου το σύστημα εγκέφαλος –οφθαλμοί δεν θα είναι πλέον ικανό να αναγνωρίσει το φως

110

οφθαλμοί δεν θα είναι πλέον ικανό να αναγνωρίσει το φωςσαν ξεχωριστές λάμψεις.

Τότε λέμε ότι επήλθε κορεσμός.

56

ψευδαισθήσειςΟ ρυθμός στον οποίο συμβαίνει ο κορεσμός εξαρτάται απότην ένταση των λάμψεων.

Έντονες λάμψεις δεν συγχωνεύονται σε σταθερό φως μέχριτα 50 Hz περίπου, ενώ αμυδρές λάμψεις παρουσιάζονταισαν σταθερό φως στα 12 Ηz περίπου.

Τα ραβδία αντέχουν σε μεγαλύτερο ρυθμό διαδοχικώνλάμψεων από όσο τα κωνία.

111

Ένα φως που τρεμοπαίζει στην περιφερική σου όραση,μπορεί να ερμηνευθεί ως σταθερό, αν το κοιτάξειςαπευθείας.

διορθωτικοί φακοίΓια να αναλύσουμε την ισχύ ενός διορθωτικού φακού γιαέναν ελαττωματικό οφθαλμό, πρέπει να κάνουμε μιαανασκόπηση των βασικών μαθηματικών σχέσεων πουη η β μ ημ χπεριγράφουν τους νόμους της φυσικής στην περίπτωσητων απλών φακών.

Υπάρχει μια απλή σχέση που συνδέει την εστιακήαπόσταση F, την απόσταση του αντικειμένου P και τηναπόσταση του ειδώλου Q για την περίπτωση λεπτού φακού

112

απόσταση του ειδώλου Q για την περίπτωση λεπτού φακού

1/F = 1/P + 1/Q

57

(α) Η απόσταση P του φακού από το αντικείμενο και η απόσταση Q του φακού από το σημείο που σχηματίζεται η εικόνα-είδωλο, σχετίζονται με την εστιακή απόσταση F ενός θετικού συγκλίνοντος φακού με την εξίσωση:

Ακτίνες φωτός που βοηθούν στον σχηματισμό της εικόνας

Αντικείμενο

Εικόνα-είδωλο

Fμ η ξ η1/P + 1/Q = 1/F. (β) Το φως που προέρχεται (από αριστερά) από μεγάλη απόσταση (παράλληλη δέσμη) και προσπίπτει σε ένα θετικό φακό, συγκλίνει στην δεξιά εστία του φακού. Η απόσταση Qτου ειδώλου ισούται με την εστιακή απόσταση F. (γ) Το φως που προέρχεται (από αριστερά) από μεγάλη απόσταση

ΑντικείμενοΡ

F

Q(α)

(β)

Q

F

Ρ

Θετικός (συγκλίνων) φακός

Φως από μεγάλη απόσταση

113

αριστερά) από μεγάλη απόσταση (παράλληλη δέσμη) και προσπίπτει σε έναν αρνητικό (αποκλίνοντα) φακό, αποκλίνει. Το φως φαίνεται να «πηγάζει» από την εστία στην αριστερή πλευρά του φακού. Δεν σχηματίζεται εικόνα-είδωλο.

(β) φακός

Φως από μεγάλη απόσταση

Αρνητικός (αποκλίνων) φακός

F

(γ)

ισχύς φακού

Αν το F μετράται σε μέτρα,τότε 1/F είναι η ισχύς (ικανότητα εστίασης) του φακού σετότε 1/F είναι η ισχύς (ικανότητα εστίασης) του φακού σεδιοπτρίες (D).Η εστιακή απόσταση για την περίπτωση ενός συγκλίνοντοςφακού ορίζεται θετική.Ένας φακός με εστιακή απόσταση + 0,1 m έχει ισχύ + 10 D. Ηεστιακή απόσταση F για την περίπτωση αποκλίνοντος φακούορίζεται αρνητική

114

ορίζεται αρνητική.Ένας αρνητικός φακός με εστιακή απόσταση – 0,5 m έχει ισχύ– 2 D.

58

ισχύς φακού

Ας υποθέσουμε ότι η απόσταση του ειδώλου στοναμφιβληστροειδή από τον κερατοειδή και τον φακό τουμφ β η ρ ή ρ ή φοφθαλμού είναι Q = 0,02 m (η τιμή 0,017 m είναιακριβέστερη, αλλά τα μαθηματικά πιο πολύπλοκα).

Όταν ένας φυσιολογικός οφθαλμός είναι εστιασμένος σεμεγάλη απόσταση (άπειρο), η εστιακή απόσταση F τουοφθαλμού ισούται με Q, όπως προκύπτει από την εξίσωση:

115

οφθαλμού ισούται με Q, όπως προκύπτει από την εξίσωση:

Dαπ = 1/Fαπ = 1/ +1/Q = 0 + 1/0,02m = 50 D

ισχύς φακού και προσαρμογή

Δηλαδή, όταν ο οφθαλμός κοιτάει ένα αντικείμενο πουβρίσκεται σε μεγάλη απόσταση, έχει ισχύ 50 D.βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση, έχει ισχύ 50 D.

Αν στην συνέχεια ο οφθαλμός εστιάσει σε ένα κοντινόαντικείμενο (πλησίον), π.χ. σε P = 0,25 m (~10 in), τότε:

Dπλ=1/Fπλ=(1/0,25)+(1/0,02)=4+50=54 D

116

59

ισχύς φακού και προσαρμογή

Δηλαδή, ο οφθαλμός, για αυτό το κοντινό αντικείμενο, έχειισχύ 54 D.ισχύ 54 D.

Για να είναι η όραση καλή τόσο σε μεγάλες (π.χ. ), όσο καισε μικρές αποστάσεις (π.χ. 0,25 m), ο οφθαλμός πρέπει ναμπορεί να προσαρμόζεται:

ί ή

117

αναγκαία προσαρμογή=Dπλ–Dαπ=54 D–50 D=4 D

προβλήματα εστίασηςTώρα ας συζητήσουμε την ελαττωματική όραση πουοφείλεται σε προβλήματα εστίασης (διαθλαστικά) –αμετρωπία.

H αμετρωπία αφορά πάνω από το μισό πληθυσμό τωνΗνωμένων Πολιτειών.Είναι συχνά πιθανό να διορθωθεί τελείως με γυαλιά ήεπεμβατικά με laser για την αλλαγή του σχήματος τουκερατοειδούς.

Υπάρχουν τέσσερις γενικοί τύποι αμετρωπίας:

118

Υπάρχουν τέσσερις γενικοί τύποι αμετρωπίας:η μυωπία (κοντινή όραση),η υπερωπία ή υπερμετρωπία (μακρινή όραση),ο αστιγματισμός (ασύμμετρη εστίαση),και η πρεσβυωπία (όραση των ηλικιωμένων) ή απώλεια τηςικανότητας προσαρμογής.

60

προβλήματα εστίασηςΣτην επόμενη εικόνα παρουσιάζονται σχηματικά οικαταστάσεις αυτές καθώς και οι περιοχές όπου η εικόνααρχίζει να φαίνεται θολή.ρχ ζ φ ή

Για κάθε οφθαλμό καθορίζουμε το εγγύτερο σημείο ως τηνπιο κοντινή απόσταση στην οποία υπάρχει ευκρινής όραση.

Το απώτερο σημείο αντίστοιχα είναι η πιο μακρινήαπόσταση στην οποία υπάρχει ευκρινής όραση.

119

Τα διάφορα προβλήματα των οφθαλμών που οφείλονται σεκακή εστίαση, καθώς και τα χαρακτηριστικά τουςπαρουσιάζονται στον επόμενο Πίνακα.

προβλήματα εστίασης

Σχηματική παράσταση

25 cm 100 cm 2 m ∞

Σχηματική παράσταση της φυσιολογικής και ελαττωματικής εστίασης.

Οι κυματιστές γραμμέςυποδηλώνουν τη θολή εικόνα στον

Εμμετρωπία (φυσιολογική όραση)

Μυωπία (κοντινή όραση)

Υπερμετρωπία (μακρινή όραση)

120

εικόνα στον αμφιβληστροειδή (ασαφές είδωλο).

Υπερμετρωπία (μακρινή όραση)

Αστιγματισμός

Πρεσβυωπία για έναν πρώην εμμέτρωπο

61

Περίληψη των Διαφόρων Προβλημάτων Εστίασης των Οφθαλμών και τα Χαρακτηριστικά τους

Πρόβλημα Εστίασης

Κοινή Ονομασία

Συνήθης Αιτία Διορθώνεται με*

Μυωπία Κοντινή όραση Μακρύς βολβός ή κερατοειδής με μεγάλη καμπυλότητα

Αρνητικό φακό

Υπερμετρωπία Μακρινή όραση Κοντός βολβός ή κερατοειδής με μικρή καμπυλότητα

Θετικό φακό

Αστιγματισμός - Ασύμμετρη καμπυλότητα

Κυλινδρικό φακό ή σκληρό φακό

121

καμπυλότητα του κερατοειδούς

ή σκληρό φακό επαφής

Πρεσβυωπία Όραση μεγάλης ηλικίας

Μείωση ικανότητας προσαρμογής

Διπλοεστιακό ή τριπλοεστιακό φακό

* Όλα τα προβλήματα, εκτός από την πρεσβυωπία, μπορούν να διορθωθούν και επεμβατικά με laser.

προβλήματα εστίασηςΈνα μυωπικό άτομο συνήθως έχει μακρύτερο οφθαλμικόβολβό ή κερατοειδή με μεγαλύτερη καμπυλότητα.βολβό ή κερατοειδή με μεγαλύτερη καμπυλότητα.

Τα μακρινά αντικείμενα εστιάζονται μπροστά από τοναμφιβληστροειδή και οι ακτίνες συνεχίζουν αποκλίνονταςκαι δημιουργώντας θολό είδωλο στον αμφιβληστροειδή.

ά ή δ θώ ύ λ ό ό

122

Η κατάσταση αυτή διορθώνεται εύκολα με αρνητικό φακό.

62

123

προβλήματα εστίασηςΈνας υπερμετρωπικός οφθαλμός έχει εγγύτερο σημείο σεαπόσταση μεγαλύτερη από την φυσιολογική καιχρησιμοποιεί μέρος της ικανότητας προσαρμογής για ναχρησιμοποιεί μέρος της ικανότητας προσαρμογής, για ναβλέπει μακρινά αντικείμενα ευκρινώς.

Η υπερμετρωπία οφείλεται συνήθως σε πολύ κοντόοφθαλμικό βολβό ή σε κερατοειδή με μικρότερηκαμπυλότητα.

124

Για τη διόρθωση της κατάστασης αυτής χρησιμοποιείταιένας θετικός φακός.

63

Χαρακτηριστικά εστίασης του οφθαλμού. (α) Ο φυσιολογικός ή εμμετρωπικός οφθαλμός εστιάζει την εικόνα στον ζ ηαμφιβληστροειδή. (β) Ο μυωπικός οφθαλμός εστιάζει την εικόνα μπροστά από τον αμφιβληστροειδή. Το πρόβλημα διορθώνεται με αρνητικό φακό. (γ) Ο υπερμετρωπικός

(α)

(β)

125

(γ) Ο υπερμετρωπικόςοφθαλμός εστιάζει την εικόνα πίσω από τον αμφιβληστροειδή. Το πρόβλημα διορθώνεται με θετικό φακό.

(β)

(γ)

ψευδαισθήσεις

Μετακίνηση μιας μικρήςΜετακίνηση μιας μικρής τρύπας μπροστά από έναν αμετρωπικόοφθαλμό καθώς κοιτάει σε ένα μακρινό αντικείμενο, προκαλεί φαινομενική ί έ

ΘΕΣΗ ΑΜΦΙΒΛΗΣΤΡΟ

ΕΙΔΟΥΣ ΣΕ:

ΥΠΕΡΜΕΤΡΩΠΙΑΕΜΜΕΤΡΩΠΙΑ

ΜΥΩΠΙΑ

ΔΙΑΦΡΑΓΜΑ ΜΕ ΜΙΚΡΗ ΟΠΗ

126

κίνηση του αντικειμένου. Οι εμμέτρωπες δεν βλέπουν τέτοια κίνηση.

64

διορθώσειςΣτον αστιγματισμό, η καμπυλότητα του κερατοειδούς είναιανομοιόμορφη. Ο αστιγματισμός δεν μπορεί να διορθωθείμε έναν απλό θετικό ή αρνητικό φακό.

Ένας απλός έλεγχος για τον αστιγματισμό είναι να κοιτάξειςένα σχήμα με ακτινωτές γραμμές. Ένας αστιγματικόςοφθαλμός θα δει μια ομάδα γραμμών πιο καθαρά από τιςγραμμές των υπόλοιπων κατευθύνσεων.

Ο αστιγματισμός διορθώνεται με ασύμμετρο φακό του

127

Ο αστιγματισμός διορθώνεται με ασύμμετρο φακό, τουοποίου η ισχύς είναι μεγαλύτερη στο ένα επίπεδο από τηνισχύ στο κάθετο προς αυτό επίπεδο.

διορθώσεις

Ένας απλός έλεγχος για τονΈνας απλός έλεγχος για τον αστιγματισμό.

Ένας οφθαλμός με αστιγματισμό βλέπει τις γραμμές μιας κατεύθυνσης πιο καθαρά από τις γραμμές

128

πιο καθαρά από τις γραμμές άλλων κατευθύνσεων.

65

129

διορθώσειςΟ αστιγματισμός διορθώνεται με την προσθήκη κυλινδρικού φακού σε σφαιρικό φακό.

Ο κύλινδρος μπορεί να είναι είτε (Α) συγκλίνων (θετικός κύλινδρος)

είτε (Β) αποκλίνων(αρνητικός κύλινδρος).

Α. Β.

130

(Από M.L. Rubin, Optics for Clinicians, Triad Scientific Publishing, Gainesville, FL, 1971, p.94.)

ΘΕΤΙΚΟΣ ΚΥΛΙΝΔΡΟΣ

ΑΡΝΗΤΙΚΟΣ ΚΥΛΙΝΔΡΟΣ

66

προσαρμογήΗ απώλεια της ικανότητας προσαρμογής με τηνπροσαρμογής με την ηλικία.

Η μείωση της προσαρμογής συνήθως γίνεται αισθητή μετά τωνΠ

ροσ

αρ

μογ

ή (D

)

5

10

15

20

131

αισθητή μετά των ηλικία των 40 ετών.

Ηλικία (έτη)

0 10 20 30 40 50 60 70

0

διόρθωση

Σφαιρικός Κυλινδρικός Άξονας ΠροσθήκηΔ.Ο. -1,25 -1,25 X 180 +1,25, , ,Α.Ο. -1,75 -1,75 X 163 +1,25

Αυτό σημαίνει ότι ο δεξιός οφθαλμός (Δ.Ο.) χρειάζεταισφαιρικό φακό με –1,25D σε συνδυασμό με ένα κυλινδρικόφακό με –1,25D στο οριζόντιο επίπεδο (180).Στο τμήμα των διπλοεστιακών που είναι για διάβασμα,πρέπει να προστεθεί ένας σφαιρικός φακός με +1,25D.Δηλαδή η ε ερ ός σ ύς σ ο α ηλό ερο ο ά ο

132

Δηλαδή, η ενεργός ισχύς στο χαμηλότερο κομμάτι τουδεξιού φακού είναι ένας κυλινδρικός φακός με -1,25D γιανα διορθώσει τον αστιγματισμό.Η συνταγή για τον αριστερό οφθαλμό (Α.Ο.) ερμηνεύεταιμε τον ίδιο τρόπο.

67

φακοί επαφής

Η ιδέα των φακών επαφής χρονολογείται πριν από το 1900,άλλα τα περισσότερα από τα τεχνικά και ιατρικάπροβλήματα που σχετίζονταν με αυτούς δεν είχαν επιλυθείπροβλήματα που σχετίζονταν με αυτούς, δεν είχαν επιλυθείικανοποιητικά πριν τα τέλη της δεκαετίας του 1950.

Οι φακοί επαφής κατασκευάζονται είτε από σκληρό(διαπερατό από τον αέρα) είτε από μαλακό πλαστικό.

Οι διαπερατοί από τον αέρα φακοί επαφής τοποθετούνται

133

Οι διαπερατοί από τον αέρα φακοί επαφής τοποθετούνταισε ένα στρώμα από δάκρυα, στο πλέον πρόσθιο μέρος(κορυφή) του κερατοειδούς, ένα από τα πιο ευαίσθητασημεία του σώματος.

φακοί επαφής

Το μέγεθος της εικόνας στον αμφιβληστροειδή πουδημιουργείται από τους φακούς επαφής είναι διαφορετικόαπό αυτό που δημιουργείται από τα κοινά γυαλιά.ημ ργ γ

Είναι μεγαλύτερο στη μυωπία και μικρότερο στηνυπερμετρωπία.

Η χρήση φακών επαφής απαιτεί μεγαλύτερη προσπάθειαπροσαρμογής για τη μυωπία και μικρότερη για την

134

υπερμετρωπία.Έτσι, ένα μυωπικό άτομο στα αρχικά στάδια τηςπρεσβυωπίας ενοχλείται από τους φακούς επαφής, ενώ έναυπερμετρωπικό, στην ίδια περίπτωση, διευκολύνεται.

68

135

χρώμαΜια από τις αξιοσημείωτες ικανότητες του οφθαλμού είναι η ικανότητάτου να βλέπει χρώμα.

Ο ακριβής μηχανισμός της έγχρωμης όρασης δεν είναι πλήρωςκατανοητός, αλλά είναι ευρέως αποδεκτό ότι υπάρχουν τριών ειδώνκατανοητός, αλλά είναι ευρέως αποδεκτό ότι υπάρχουν τριών ειδώνκωνία που καθένα ανταποκρίνεται σε διαφορετική περιοχή του ορατούφάσματος.

Οι εικόνες σε μια έγχρωμη τηλεόραση παράγονται με περίπου ίδιαμέθοδο.Αν εξετάσεις μια έγχρωμη οθόνη με έναν μεγεθυντικό φακό θα δειςαμέτρητες κόκκινες, πράσινες και μπλε κουκκίδες.Οι κουκκίδες αυτές, μπορούν να δημιουργήσουν, με διάφορους

δ ύ όλ ώ ύ ά

136

συνδυασμούς, όλα τα χρώματα του ορατού φάσματος.

Πιστεύεται ότι με ανάλογο τρόπο, σήματα στέλνονται στον εγκέφαλοαπό τις τρεις κατηγορίες «χρωματιστών» κωνίων, με διάφορουςσυνδυασμούς, επιτρέποντας στον εγκέφαλο να καθορίσει αυτός τοχρώμα.

69

χρωματική εκτροπήΗ χρωματική εκτροπή είναι ένα συνηθισμένο μειονέκτημα-σφάλμα των απλών φακών που προκαλείται από τηνεξάρτηση του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος.(Η ξά ή δ ί δ άθλ ό ή(Η εξάρτηση αυτή του δείκτη διάθλασης από το μήκοςκύματος επιτρέπει σε ένα πρίσμα να αναλύει το λευκό φωςστα χρώματα του ουράνιου τόξου).

Η χρωματική εκτροπή έχει ως αποτέλεσμα την εστίαση τωνδιαφορετικών χρωμάτων ενός φάσματος-αντικειμένου σεδιαφορετικές αποστάσεις από το φακό

137

διαφορετικές αποστάσεις από το φακό.

Στον απλό φακό, η χρωματική εκτροπή δημιουργείχρωματιστές γραμμές στο περίγραμμα του ειδώλου ενόςλευκού αντικειμένου.

χρωματική εκτροπή

Τα διαφορετικά χρώματα εστιάζονται σε διαφορετικές αποστάσεις από το φακό του οφθαλμού.

Υπάρχει διαφορά περίπου 2,5D στην ικανότητα εστίασής του (ισχύ), μεταξύ του βαθύ μπλε και του βαθύ κόκκινου.

Στο γράφημα παρουσιάζεται το φαινόμενο για τονΜπλε Κίτρινο Κόκκινοφ

άλμ

α ε

στί

ασ

ης (

D)

+1

0

-1

-2

138

το φαινόμενο για τον φυσιολογικό οφθαλμό (τιμές κανονικοποιημένεςως προς το κίτρινο φως).

Μήκος κύματος (nm)

Μπλε Κίτρινο ΚόκκινοΣφ

400 500 700600

-3

70

χρωματικό φαινόμενοΈνα ειδικό χρωματικό φαινόμενο που είναι μερικές φορέςαισθητό στο ημίφως καλείται φαινόμενο Purkinje.

Ο Purkinje παρατήρησε ότι το σούρουπο τα μπλε άνθη σταφυτά του φαίνονταν περισσότερο λαμπερά από τα κόκκιναάνθη.

Το φαινόμενο οφείλεται στη μετακίνηση της βέλτιστηςθ ί θ λ ώ ή ή

139

ευαισθησίας των οφθαλμών προς τη κυανή περιοχή τουφάσματος καθώς,στα χαμηλά επίπεδα φωτεινότητας,χρησιμοποιούνται τα ραβδία αντί για τα κωνία.

χρωματικό φαινόμενο

Μια απλή διάταξη για την επίδειξη της χρωματικής εκτροπής από τον φακό του οφθαλμούοφθαλμού.

Ο οφθαλμός βλέπει δύο ξεχωριστά είδωλα του νήματος, ένα κόκκινο και ένα μπλε,

λό δ ήΘερμαινόμενο

Φίλτρο βαθύ μπλε

140

λόγω της διαφορετικής ικανότητας εστίασης του οφθαλμού για τα δύο άκρα του ορατού φάσματος.

όμενο νήμα

μπλε

71

όργανα οφθαλμολογίας

Υπάρχουν τρία κύρια όργανα που χρησιμοποιούνται γιατην εξέταση του οφθαλμού:το οφθαλμοσκόπιο, που επιτρέπει στον ιατρό να εξετάσειτο εσωτερικό του οφθαλμού,το σκιασκόπιο, που μετράει την εστιακή ισχύ (ικανότηταεστίασης) του οφθαλμού,και το κερατοειδόμετρο, που μετράει την καμπυλότητατου κερατοειδούς.Ένα άλλο όργανο το τονόμετρο-πιεσόμετρο μετράει την

141

Ένα άλλο όργανο, το τονόμετρο πιεσόμετρο, μετράει τηνπίεση στο εσωτερικό του οφθαλμού.Το φακόμετρο δεν χρησιμοποιείται για την μελέτη τουοφθαλμού: μετράει τα χαρακτηριστικά ενός άγνωστουφακού.

όργανα οφθαλμολογίας

Το οφθαλμοσκόπιοΤο οφθαλμοσκόπιο επιτρέπει την εξέταση του αμφιβληστροειδούς.

Το φως κατευθύνεται στον οφθαλμό του ασθενούς και επιτρέπει στον εξεταστή να

Οφθαλμός εξεταστή

Καθρέφτης Φωτεινή πηγήΔιορθωτικός

φακός

142

επιτρέπει στον εξεταστή να δει τον αμφιβληστροειδή μέσα από διορθωτικό φακό.

Οφθαλμός εξεταζόμενου

72

Visible: Scanning laser ophthalmoscope

όργανα οφθαλμολογίας

(α) Ο οφθαλμός κατά τη φυσιολογική όραση.

(β) Κατά τη διάρκεια της σκιασκοπίας, ο αμφιβληστροειδής του ασθενούς δρα ως φωτεινό αντικείμενο.

Φακοί τοποθετούνται μπροστά στον οφθαλμό για να εστιάσουν το

Φυσιολογική όραση

Κατά τη διάρκεια σκιασκοπίας

Εικόνα -είδωλο

Φωτεινό αντικείμενο

Απώτερο σημείο

(α)

Προς οφθαλμό χειριστή

144

είδωλο του αμφιβληστροειδούς στον οφθαλμό του χειριστή.

χειριστή

Σχισμή φωτός στο σκιασκόπιο

Εξεταζόμενος Δοκιμαστικοί φακοί για τη διόρθωση της

όρασης(β)

73

Visible: Scanning laser ophthalmoscope

όργανα οφθαλμολογίας

Το είδωλο από την ανάκλαση στον κερατοειδή βρίσκεται σε απόσταση r/2 πίσω από την επιφάνειά του,

όπου r είναι η ακτίνα καμπυλότητας του κερατοειδούς.

Το γεγονός αυτό χρησιμοποιείται για τη

Εικόνα - είδωλοΑντικείμενο

2r

146

χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της καμπυλότητας του κερατοειδούς με το κερατοειδόμετρο.

74

όργανα οφθαλμολογίας

Το κερατοειδόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της καμπυλότητας του κερατοειδούς.

Η μέτρηση αυτή είναι απαραίτητη για τη συνταγογράφηση φακών επαφής.

147

φής

(Εικόνα ευγενώς προσφερθείσα από Bausch & Lomb, Rochester, NY.)

όργανα οφθαλμο

λογίας

Το φακόμετρο μετράει την ισχύ ενός άγνωστου φακού, μετακινώντας ένα φωτισμένο αντικείμενο μέχρι

Άγνω

σφ

ακός φωτισμένο αντικείμενο μέχρι

ένα ευκρινές είδωλό του να γίνει ορατό στο σύστημα παρατήρησης.

Ο φακός παρατήρησης είναι εστιασμένος για το

Μετακινούμενο φωτεινό

αντικείμενοΣταθερός

φακός πεδίουΦακός

παρατήρησης

Εστιασμένος για

παράλληλες-5 0 +5

F F

στος

ς

148

εστιασμένος για το παράλληλο φως.

Στην εικόνα αυτή μετράται φακός ισχύος -4 D.

παράλληλες ακτίνεςΙσχύς φακού (D)

75

όργανα οφθαλμολογίας

(α) Το τονόμετρο Schiotz μετράει την πίεση στον οφθαλμό προσδιορίζοντας την υποχώρηση του κερατοειδούς όταν εφαρμοσθεί γνωστή δύναμη, συνήθως από μάζα 16,5g. (Εικόνα ευγενώς προσφερθείσα από τον Thomas ( γ ς ρ φ ρStevens, M.D.)

(β) Σχηματική παράσταση της λειτουργίας του τονομέτρου Schiotz. Η εσωτερική πίεση πριν την εφαρμογή του τονομέτρου είναι Ρ0. Η πίεση μετά την εφαρμογή του τονομέτρου Pt εξαρτάται από την ακαμψία του

ύ

(α)

16,5 g

149

ματιού. (Aπό Robert C. Drews, Manual Tonography, C.V. Mosby Company, St. Luis, 1971, p.10.)

Ρt Εξαρτάται από την ακαμψία των χιτώνων του οφθαλμού

Ρο = 17 mm Hg

(β)

όργανα οφθαλμολογίας

Το ηλεκτρονικό τονόμετρο Schiοtz.

(α) Ο χειριστής αφήνει το μετρητικό στοιχείο σε επαφή με τον οφθαλμό του εξεταζομένου. Ο χειριστής μπορεί να διαβάσει χ ρ ής μ ρ βτην ένδειξη της πίεσης και τον χρόνο που πέρασε, στον μετρητή που έχει τοποθετηθεί στον καρπό του.

(β) Ο κινητός εφαρμογέαςγνωστής μάζας που τοποθετείται στον οφθαλμό, επηρεάζει το μαγνητικό πεδίο

ό ί λ ί

Σήμα στο όργανοΛαβή

(α)

150

ενός πηνίου που λειτουργεί σαν αισθητήρας και δημιουργεί ηλεκτρικό σήμα που υποδεικνύει την ενδοφθάλμιαπίεση.

Οδηγός

Πηνίο – αισθητήρας

Πρόσθετο βάρος

Κινούμενο έμβολο - εφαρμογέας

Πρόσθετη πλάκα

Επιφάνεια του οφθαλμού(β)

76

όργανα οφθαλμολογίας Τονόγραμμα που

δείχνει τη μείωση της πίεσης με τοντης πίεσης με τον χρόνο.

Η κλίση του επιτρέπει την εκτίμηση του

151

εκτίμηση του ρυθμού εκροής.

(Εικόνα ευγενώς προσφερθείσα από τον Thomas Stevens, M.D.).

όργανα οφθαλμολογίας

Το τονόμετρο Goldmann(απλανητικό)μετράει τη δύναμη που απαιτείται για την επιπέδωση μιαςεπιπέδωση μιας επιφάνειας, διαμέτρου 3.06 mm, στο εμπρός μέρος του κερατοειδούς χιτώνα

152

(εικόνα ευγενώς προσφερθείσα από τον Thomas Stevens, M.D.)