Created in Master PDF Editor - Demo Version

Sborník seminárních materiálů III

Olomouc 2012

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Zpracováno v rámci realizace projektu Evropského sociálního fondu a Olomouckého kraje, OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost: Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji. Registrační číslo: CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. První vydání  Slovanské gymnázium Olomouc, 2012 ISBN 978-80-7329(Repronis)

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Oko a jeho optická soustava

FRANTIŠEK PLUHÁČEK Katedra optiky, Přírodovědecká fakulta UP, Olomouci [email protected] 1. ÚVOD Velkou část informací o svém okolí získáváme pomocí zraku. Stimulem zrakového vjemu je optické záření o vlnových délkách 380 nm aţ 760 nm, které označujeme jako světlo. To nejprve prochází optickou soustavou oka, která vytváří na zadní straně vnitřní vrstvy oční koule (na sítnici) obraz. Ten je následně detekován světlocitlivými buňkami a vzniklý vzruch je veden zrakovou dráhou do týlního laloku mozku, kde se tvoří vlastní zrakový vjem. Kvalitu vidění můţeme posuzovat například podle zrakové ostrosti, která je dána rozlišovací schopností oka. Její hodnotu podstatně sniţují optické vady. Tento text nejprve podává stručný přehled vybraných základních optických modelů oka a jejich uţití. Dále se zaměřuje na vyšetření zrakové ostrosti, uvádí přehled klasických dioptrických vad, popisuje akomodaci a prezentuje nedioptrické vady oka. Závěrem je stručně představena sítnice jako detektor světla. 2. OPTICKÝ SYSTÉM LIDSKÉHO OKA Lidské oko lze z optického hlediska charakterizovat jako spojný systém, který zobrazuje vnější předměty na jeho vnitřní světlocitlivou vrstvu – sítnici. Potřebnou funkci clony plní zornice, tvořená přibliţně kruhovým otvorem v duhovce a měnící svůj průměr v závislosti na osvětlení. Vytvoření ostrého sítnicového obrazu pozorovaného předmětu umístěného v různých vzdálenostech před okem je umoţněno změnou optické mohutnosti dioptrického systému oka, tzv. akomodací. Tento jev bude rozebrán v samostatném odstavci. Základními optickými elementy jsou rohovka o optické mohutnosti přibliţně +43 D a oční čočka, která má při uvolněné akomodaci (tj. při minimální optické mohutnosti oka) optickou mohutnost asi +20 D. Předozadní (osová, axiální) délka oka, měřená od předního povrchu rohovky k sítnici, činí u dospělých jedinců přibliţně 24 mm. Místo nejostřejšího vidění s největší hustotou světlocitlivých 25

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

buněk (tzv. ţlutá skvrna) se nachází v centrální oblasti sítnice. Spojnice pozorovaného objektu a ţluté skvrny se nazývá osa vidění a obvykle svírá s optickou osou malý úhel kolem 5°, viz obr. 1. Optická prostředí uvnitř oka tvoří sklivec a komorová voda s indexem lomu blízkým indexu lomu vody, tj. asi 4/3. Pro podrobný rozbor chodu paprsků okem a teoretické výpočty zobrazení jeho optickou soustavou je potřebná znalost příslušných parametrů očního dioptrického systému. Vzhledem k jedinečnosti kaţdého zrakového orgánu je nutné se omezit na optický model, jehoţ parametry reprezentují příslušné průměrné hodnoty zjištěné u skutečných očí. Pozornost zaměříme na dva modely: Gullstrandovo schematické oko a standardní redukované oko. Poloměry v těchto modelech bývají konvenčně kótovány ve směru od vrcholu příslušné optické plochy, přičemţ za kladný směr je povaţován směr chodu světelných paprsků (volený obvykle zleva doprava). Poloměr zakřivení konvexní (vypuklé) plochy je tedy kladný, konkávní (vydutá) plocha má poloměr křivosti záporný. Ostatní vzdálenosti se kótují také od vrcholu vztaţné lomivé plochy nebo od hlavních bodů.

Obr. 1 Horizontální řez pravým okem s vyznačením základních optických prvků

26

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

2.1 Gullstrandovo schematické oko Tento nejpodrobnější optický model oka, uvedený například v publikacích [1-3], sestavil švédský oftalmolog A. GULLSTRAND. Při jeho konstrukci předpokládal, ţe oko obsahuje 6 ideálně kulových a přesně centrovaných lomivých ploch: přední a zadní plochu rohovky, přední a zadní plochu čočky a přední a zadní plochu jádra čočky. Za předmětové prostředí je uvaţován vzduch s indexem lomu 1. Index lomu vnitřních optických prostředí (komorové vody a sklivce) je jednotný, a to 1,336. Konkrétní hodnoty získal jako průměrné hodnoty normálních očí dospělých Evropanů. Schematicky je tento model znázorněn na obr. 2. včetně některých parametrů. Celková optická mohutnost této dioptrické soustavy při uvolněné akomodaci (při pohledu do dálky) činí + 58,64 D. Z obrázku je patrné, ţe obrazové ohnisko se nachází mírně za sítnicí, a tedy ţe průměrné oko má lehkou dioptrickou vadu, konkrétně dalekozrakost. Uvedený detailní model vyhovuje pro přesné výpočty. Jeho vhodnou úpravou můţeme získat jednodušší modely o 3 nebo dokonce jen o 1 optické ploše, které jsou vhodné pro názorné objasnění řady jevů. Jejich parametry však jiţ neodpovídají reálnému oku.

Obr. 2 Gullstrandovo schematické oko s vyznačením předmětového a obrazového hlavního (H, H’) a uzlového (U, U’) bodu, předmětového a obrazového ohniska (F, F’), ţluté skvrny (M) a poloměru rohovky rrohovka

27

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

2.1 Standardní redukované oko Pro orientační a ilustrační výpočty a geometrické konstrukce paprskového zobrazení v oku je moţné v souladu s publikacemi [1, 2] pouţít optický model o jediné lomivé ploše s poloměrem křivosti r = +5,55 mm, indexu lomu n = 4/3, axiální délce l’ = +22,22 mm a optické mohutnosti  = +60 D, tzv. standardní redukované oko (viz obr. 3). Oba hlavní body H, H’ pak splývají a leţí na optické ose ve vrcholu optické plochy, splývající uzlové body U, U’ korespondují se středem křivosti. Obrazové ohnisko F’ leţí přesně na sítnici (model je bezvadný) a obvykle se ztotoţňuje se ţlutou skvrnou M. V daném konkrétním případě je moţné standardní hodnoty (například délku) vhodně upravit a modelovat tak poţadovanou dioptrickou vadu. Pak hovoříme o nestandardním redukovaném oku.

Obr. 3 Standardní redukované oko s vyznačenými parametry 2.3 Výpočet velikosti obrazu na sítnici Při výpočtu velikosti h’ obrazu vzdáleného předmětu na sítnici lze s výhodou aplikovat předchozí jednoduchý model oka. Uvaţujme, ţe sledovaný objekt je viděn pod úhlem . Omezíme se na malé úhly (< 4°, potom sin≈ tg), kdy obraz vniká v malé oblasti sítnice, kterou lze pokládat za rovinnou a kolmou k optické ose. Dále vyuţijeme na obr. 4 provedenou konstrukci zobrazení na základě zákonů paprskové optiky, přičemţ můţeme vycházet z konstrukce přes uzlový nebo hlavní bod. 28

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Obr. 4 Zobrazení vzdáleného předmětu ve standardním redukovaném oku pomocí konstrukce přes hlavní bod H (červený paprsek) a uzlový bod U (modrý paprsek) Konstrukce obrazu přes hlavní bod H Při průchodu paprsků přes hlavní bod dochází k lomu. V tomto případě platí mezi úhlem dopadu a lomu ’ relace

4 sin   sin  ' . 3 Z obr. 4 dále vyplývá, ţe

tg ' 

h' . l'

Odtud s vyuţitím přibliţné rovnosti mezi funkcí sinus a tangens a získáme vztah

3 h '  l ' tg '  l ' sin  '  l ' sin  . 4

29

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Konstrukce obrazu přes uzlový bod V tomto případě vycházíme ze skutečnosti, ţe úhel dopadu na optické rozhraní (na „rohovku“ uvaţovaného modelu) je nulový, a tedy ’= . Potom

tg ' 

h' . l ' r

Z uvedených relací vyplývá finální vztah pro velikost obrazu h’:

h '  (l ' r ')  tg '  (l ' r ')  tg . V případě obou uvaţovaných konstrukcí lze sledovat vliv např. délky oka, jejíţ změna bývá nejčastější příčinou dioptrické vady, na velikost sítnicového obrazu. Výsledky dobře korespondují s hodnotami získanými pomocí sloţitějších modelů.

3. ZRAKOVÁ OSTROST 3.1 Minimální úhlové rozlišení oka Mezi důleţité parametry kaţdé optické soustavy patří její rozlišovací mez, tj. minimální úhlová vzdálenost dvou bodů, při které jsou ještě rozlišeny. V případě oka lze velikost minimálního úhlového rozlišení MAR (z anglického minimal angle resolution) standardně odvodit na základě struktury sítnice. V oblasti ţluté skvrny jsou fotoreceptory (konkrétně čípky) nahuštěny a rozloţeny ve struktuře připomínající včelí plástev. Dva různé body jsou rozlišeny, pokud mezi jejich obrazy leţí alespoň jeden neosvětlený čípek, viz obr. 5. Vzhledem k rozměru čípku asi 0,005 mm a přibliţné vzdálenosti sítnice od obrazového uzlového bodu standardního redukovaného (a přibliţně i skutečného) oka 16,67 mm platí pro MAR relace [1-3] MAR = 0,005/16,67 rad ≈ 0,0003 rad ≈ 1’. Tato hodnota bývá téţ označována jako minimum separabile a konvenčně se uţívá jako referenční hodnota při posuzování kvality vidění.

30

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Obr. 5 Body, které se na sítnici zobrazí do míst A a B, jsou okem právě rozlišeny. Body zobrazené do míst A a C jiţ rozlišeny nejsou 3.2 Vízus a jeho měření Ve spojitosti s dioptrickou vadou oka bývá kvalita zraku hodnocena podle tzv. zrakové ostrosti neboli vízu V. Vízus je definován jako podíl referenční hodnoty minimálního úhlového rozlišení 1’ a skutečného MAR daného oka [2, 3]

V

1' , MAR

přičemţ MAR se udává v úhlových minutách. Normální hodnoty vízu bezvadného nebo optimálně vykorigovaného oka v produktivním věku jsou obvykle mírně větší neţ 1. K měření vízu se v praxi pouţívají tzv. optotypy, pozorované ze vzdálenosti 5 m nebo 6 m [1-3]. Jedná se o znaky (písmena, čísla, …) různých velikostí, u kterých je při standardní konstrukci tloušťka čáry znaku rovna 1/5 jeho výšky. Obvykle jsou vepsány do rastru 5x5, popř. 5x4. Pokud je daný znak právě rozlišen, potom vízus, resp. příslušné MAR, odpovídá úhlové velikosti jeho detailu. Příklad optotypu uvádí obr. 6. Pro lepší praktickou aplikaci bývá pouţito několik (např. 5) znaků dané velikosti seřazených za sebou na jednom řádku. Znaky jsou povaţovány za rozlišené, jestliţe jich je na daném řádku přečteno minimálně 60 %. Z hlediska vlastností zrakového vjemu je optimální, pokud vzdálenost mezi znaky je rovna alespoň jejich šířce. Jednoduchý optotyp ve tvaru písmene E, otočeného do různých pozic, lze vytvořit v programu PowerPoint. 31

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Výška optotypů při jejich konstrukci v rastru 5x5 nebo 5x4 a odpovídající hodnoty vízu pro vyšetřovací vzdálenosti 5 m a 6 m jsou uvedeny v následující tabulce. Vízus

0,5

0,6

0,7

0,8

1,0

1,2

1,5

Velikost optotypů pro vyšetřovací vzdálenost 5 m [mm]

14,5

12,1

10,4

9,1

7,3

6,1

4,8

Velikost optotypů pro vyšetřovací vzdálenost 6 m [mm]

17,5

14,5

12,5

10,9

8,7

7,3

5,8

Obr. 6 Konstrukce znaku optotypu a minimální úhlové rozlišení MAR, při kterém by byl znak právě rozpoznán 4. DIOPTRICKÉ VADY OKA A JEJICH KOREKCE Index lomu oka a zakřivení optických ploch určují jeho lomivost (refrakci). Pokud je poměr mezi lomivostí a délkou oka správný, leţí jeho ohnisko přesně na sítnici. V tomto případě hovoříme o oku bezvadném neboli emetropickém. V opačném případě se jedná o oko ametropické, tj. s dioptrickou (refrakční) vadou. Tu můţeme kromě polohy ohniska charakterizovat také pomocí dalekého bodu R (punctum remotum). Jedná se o bod na optické ose, který se při uvolněné akomodaci (tj. bez jakékoliv námahy) zobrazí ostře na sítnici. U emetropického oka leţí v nekonečnu. Dioptrické vady můţeme rozdělit na sférické, při kterých se bod zobrazí opět jako bod, ale ohnisko oka neleţí na sítnici, a na astigmatické (asférické), kdy obrazem bodu jiţ není bod. Problematika refrakčních vad je detailně popsána např. v publikacích [1-3]. 32

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

4.1 Sférické dioptrické vady Nejčastější příčinou tohoto typu vady je nesprávná délka oka, méně často jeho nadměrná lomivost. Podle polohy dalekého bodu vzhledem k oku nebo (ekvivalentně) podle umístění ohniska vzhledem k sítnici se sférické dioptrické vady dále dělí na myopii (krátkozrakost) a hypermetropii (dalekozrakost). Myopie (krátkozrakost) Ohnisko neakomodovaného myopického oka leţí před sítnicí (oko je příliš dlouhé), daleký bod se nachází v konečné vzdálenosti před okem. Předměty umístěné v nekonečnu tedy myopické oko zobrazuje na sítnici rozmazaně. Naopak při pozorování blízkých předmětů (v okolí dalekého bodu) vidí myop ostře bez jakékoliv námahy, zatím co bezvadné oko musí jiţ zaostřovat (akomodovat). Odtud plyne téţ označení „krátkozrakost“. Oko není schopno vadu samo vykorigovat a pro ostré vidění do dálky je potřeba pouţít odpovídající korekci. Podle velikosti vady dělíme krátkozrakost na lehkou (do –3 D), střední (od –3 do –6 D) a těţkou (nad –6 D). Růst vady se zastaví s ukončením růstu jedince, obvykle do 20 let. Speciálním případem je myopie progresivní, která dosahuje hodnot nad –10 D a je charakterizována relativně rychlým růstem vady. Doprovází ji typické patologické změny na sítnici a ve sklivci, které mohou vést k závaţným zdravotním komplikacím.

Obr. 7 Myopické (krátkozraké) oko: a) pozice obrazového ohniska F’; b) pozice dalekého bodu R; c) korekce rozptylnou čočkou Ke korekci myopie se pouţívá nejslabší rozptylná čočka, se kterou je dosaţeno ostrého vidění, tj. která posune ohnisko na sítnici. Pokud má krátkozraký člověk funkční akomodaci (obvykle u osob do 40 let), doporučuje se trvalé nošení korekce. Bez korekce totiţ oko do blízka není nuceno příliš (popř. vů33

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

bec) zaostřovat a příslušný svalový aparát zakrňuje a přibliţuje tak nástup tzv. vetchozrakosti (viz níţe). Při překorigování se ohnisko posune za sítnici – tuto situaci je oko schopno kompenzovat trvalým zvýšením své dioptrické hodnoty (akomodací), coţ je stav pro myopa nezvyklý a nepohodlný. Z krátkozrakého oka se tím neţádoucně stává oko dalekozraké.

Hypermetropie (dalekozrakost) Ohnisko neakomodovaného hypermetropického oka leţí za sítnicí (oko je příliš krátké), daleký bod leţí v konečné vzdálenosti za okem. Hypermetropii je moţné kompenzovat zvýšením optické mohutnosti dioptrického systému oka. Část nebo celá vada tedy můţe být korigována zaostřením (akomodací), pokud je akomodační aparát dostatečně výkonný. V tomto případě vidí oko ostře, nicméně trvale zvýšené akomodační úsilí můţe vést k tzv. astenopickým potíţím, jako jsou bolesti očí, hlavy, únava atp. Slabý hypermetrop tedy obvykle vidí velmi dobře do dálky, s větší námahou i do blízka. Pokud jiţ akomodační aparát oka nestačí na korekci vady, dochází k rozmazanému vidění. Potíţe se mohou stupňovat s věkem vlivem přirozeného úbytku akomodace.

Obr. 8 Hypermetropické (dalekozraké) oko: a) pozice obrazového ohniska F’; b) pozice dalekého bodu R; c) korekce spojnou čočkou Hypermetropie se koriguje nejsilnější spojkou, se kterou vidí oko ostře. Cílem je jednak zaostřit obraz na sítnici, pokud jiţ vada působí rozmazání obrazu, jednak uvolnit nadměrné úsilí oka nutné ke kompenzaci vady. Korekcí je tedy moţné odstranit jak neostrost obrazu, tak i zmiňované astenopické potíţe. Pro maximální efekt se doporučuje její trvalé nošení.

34

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Vliv vzdálenosti brýlové čočky od oka na její optickou mohutnost Úkolem korekce je, aby oko s dioptrickou vadou vidělo předměty v nekonečnu stejně jako oko bezvadné, tj. ostře a bez námahy. Tohoto stavu dosáhneme tak, ţe pomocí vhodné brýlové čočky zobrazíme nekonečno do dalekého bodu oka. V případě myopie situaci popisuje obr. 9. Odtud je zřejmé, ţe ohnisková vzdálenost a tím i optická mohutnost korekce závisí na její poloze před okem. Z rozboru situace vyplývá, ţe při přiblíţení rozptylky se musí její optická mohutnost sníţit, u spojky je tomu obráceně. Tato změna se znatelně projeví u vady o velikosti větší nebo rovné 4 D. Pokud například chceme brýle o hodnotě – 4,5 D s běţnou vzdáleností brýlových čoček 12 mm před okem nahradit kontaktními čočkami, které jsou umístěny přímo na oku, musíme zvolit čočky o hodnotě – 4,25 D.

Obr. 9 Obraz v nekonečnu je korekční čočkou zobrazen do dalekého bodu oka, kde je ostře a bez námahy pozorován

Vliv velikosti zornice na ostrost obrazu Při dioptrické vadě se na sítnici vytváří rozmazaný obraz, kdy se bod zobrazí jako tzv. rozptylový krouţek. Jeho velikost závisí jednak na dioptrické vadě dané pozicí ohniska, jednak na velikosti zornice. Z obr. 10 je zřejmé, ţe čím menší bude průměr zornice, tím menší bude i rozptylový krouţek. Zmenšení průměru zornice můţe také sníţit vnímanou míru rozmazání celého obrazu, 35

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

který si můţeme představit jako sloţený z jednotlivých rozptylových krouţků. Pokud bude mít rozptylový krouţek velikost srovnatelnou s čípkem, dochází k úplné korekci vady. Zúţení zornice lze uměle nahradit pomocí dírkové clony o průměru asi 2 mm. Ta je schopna úplně doostřit obraz při vadách o velikosti aţ 3 D [1]. Stejného jevu vyuţívají tzv. „muší brýle“, které se skládají ze spousty malých otvůrků umístěných před okem. Kaţdý z nich se chová jako dírková clona, přičemţ vzhledem k jejich počtu není tolik omezeno zorné pole a mnoţství dopadajícího světla. Samozřejmě optimálním řešením je správná dioptrická korekce.

Obr. 10 Vznik rozptylového krouţku (vlevo) a jeho vliv na vjem obrazu optotypu (vpravo)

4.2 Astigmatismus Při této vadě má optická soustava oka v různých řezech (rovinách procházejících optickou osou oka) odlišné dioptrické hodnoty. Nejčastější příčinou je asféricita (nekulovost) lomivých ploch oční rohovky a čočky nebo jejich decentrace. Pokud existují dva navzájem kolmé řezy (tzv. hlavní řezy), ve kterých má oko maximální a minimální optickou mohutnost a její změna mezi oběma řezy je monotónní a symetrická vzhledem k optické ose, hovoříme o pravidelném astigmatismu. V opačném případě se jedná o astigmatismus nepravidelný, který je nejčastěji způsoben nepravidelnostmi rohovky (po úrazech, operacích, vlivem chorob atp.). Při pravidelném astigmatismu je bod v nekonečnu zobrazen jako dvojice navzájem kolmých neprotínajících se ohniskových úseček. Poloha těchto úseček je určena ohnisky oka v hlavních řezech. Situaci zachycuje obr. 11. Rozdíl optických mohutností v hlavních řezech udává velikost astigmatismu. Astigmatismus o velikosti do 0,5 D má asi polovina populace.

36

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Pro korekci pravidelného astigmatismu je nutné pouţít torickou čočku, která ve svém účinku kombinuje sférickou a cylindrickou (válcovou) čočku. Cylindrická sloţka korekce je nutná pro úpravu rozdílné refrakce oka v obou hlavních řezech. Nevýhodou brýlové korekce je moţné navození distorze obrazu, v případě uţití kontaktních čoček je tento jev minimalizován. Korekce byť i malého astigmatismu můţe podstatně zlepšit kvalitu vidění. Pokud je astigmatismu větší neţ 1,5 D, lze jej dobře demonstrovat pomocí tzv. astigmatické růţice (obr. 12). Astigmatické oko můţe na tomto testu vnímat některé linie výrazněji neţ linie ostatní. Příčinou je různá míra rozmazání obrazu v různých směrech.

Obr. 11 Průchod paprsků hlavními řezy oka s pravidelným astigmatismem s vyznačenou polohou ohniskových úseček

Obr. 12 Astigmatický vějíř viděný a) bezvadným okem a b) okem s pravidelným astigmatismem 37

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

4.3 Možnosti řešení dioptrických vad Klasicky se refrakční vady korigují pomocí dioptrických brýlí nebo kontaktních čoček. U brýlových čoček lze volit z různých materiálů o různém indexu lomu. Čím vyšší index lomu, tím tenčí a lehčí čočka, nicméně tím větší barevná vada, která někdy můţe působit rušivě. Standardem jsou dnes plastové čočky s antireflexní a hydrofobní úpravou. Korekce brýlemi však nemusí kaţdému vyhovovat, a to nejen z důvodů praktických (např. při sportu) nebo estetických, ale i optických. Brýlová čočka totiţ způsobuje změnu velikosti obrazu na sítnici (rozptylka jej zmenšuje, spojka zvětšuje). Je-li rozdíl dioptrií mezi levým a pravým okem větším neţ 2,5 D, je rozdíl sítnicových obrazů jiţ natolik velký, ţe zrakový systém je schopen tyto spojit do jednoho vjemu jen s velkými obtíţemi nebo vůbec. Brýlová korekce potom není snášena. Řešením situace mohou být kontaktní čočky nebo refrakční operace. Kontaktní čočky se nachází přímo na oku a vliv změn velikosti obrazu není tak markantní, takţe jsou pouţitelné i pro velké dioptrické rozdíly mezi oběma očima. Aplikace kontaktních čoček ale představuje zásah do přirozených poměrů na oku, zejména je ovlivněno zásobování rohovky kyslíkem. Při nesprávném pouţívání roste riziko poškození oka či přenosu často i závaţných chorob. Kontaktní čočku by tedy měl vţdy vybrat odborník (optometrista, oftalmolog), přičemţ jsou nezbytné následné pravidelné kontroly. V České republice se běţně aplikují tzv. měkké čočky, které jsou z měkkého materiálu a svým tvarem se dobře přizpůsobí oku. Jejich nošení je jiţ od prvního nasazení relativně pohodlné. Vyrábí se z materiálů na bázi hydrogelu nebo nověji silikonhydrogelu. Mohou být jednorázové nebo pro opakované pouţití (např. měsíční). Opakem jsou čočky tvrdé, které si ponechávají svůj tvar. Uţití nacházejí zejména při nepravidelných vadách způsobených poškozením rohovky, kde svým stálým tvarem definují pravidelný optický povrch. Oproti běţným měkkým čočkám mají podstatně delší ţivotnost. Moderní metodou korekce většiny refrakčních vad jsou rohovkové laserové operace a implantace umělých nitroočních čoček. Existují i starší přístupy, zaloţené na změně tvaru rohovky pomocí různých nářezů, ty se ale dnes pouţívají jen výjimečně a ve zdůvodněných případech. Rohovkové laserové refrakční operace Základní metody tohoto typu jsou laser in situ keratomileusis (zkráceně LASIK) a fotorefrakční keratektomie (PRK), viz např. [4]. Při těchto operativních zákrocích je pomocí laserového záření upraven tvar přední plochy 38

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

rohovky tak, aby došlo k eliminaci refrakční vady. Při PRK je opracovávána přímo vlastní přední plocha rohovky při odstraněné epitelové vrstvě, která po operaci sama zregeneruje. LASIK patří mezi tzv. lamelární typ operace, kde je nejprve pomocí mechanického nástroje částečně odříznuta lamela (tenký plátek) z přední části rohovky a opracovávána je rohovková tkáň pod touto lamelou. Lamela se po operaci opět přiloţí do původní pozice a následně drţí adhezí. Odpadá regenerace epitelu, zákrok je ambulantní a pacient prakticky ihned vidí ostře. Standardně se upřednostňuje LASIK, vţdy ale závisí na konkrétních parametrech oka (zejména na tloušťce, průměru a tvaru rohovky). U obou metod mohou vznikat drobné přechodné efekty, jako je např. mírně zamlţené vidění. V případě LASIKu jsou méně intenzivní. U obou zákroků však po operaci dochází k nárůstu aberací vyšších řádů (otvorová vada, koma atp.). To můţe vést k neţádoucím jevům zejména při zhoršených světelných podmínkách (jízda autem v noci, za mlhy, …). Konkrétně se jedná o zvýšenou oslnivost, kruhy kolem světel (tzv. halo efekty), zdvojení obrazu (vjem „duchů“ v okolí světelných zdrojů) atd. Některé z nich mohou částečně odeznít. Tyto jevy je moţné zmírnit volbou tzv. prémiového zákroku, který je mimo odstranění dioptrické vady téţ cíleně zaměřen na redukci aberací vyšších řádů. Pro korekci myopie je třeba sníţit optickou mohutnost oka – rohovka je tedy laserem oploštěna v centrální části. U hypermetropie je naopak nutné optickou mohutnost zvýšit, coţ je provedeno zvýšením strmosti rohovky, kdy se odstraňuje její tkáň v periferních oblastech. Tento postup je komplikovanější a proto je rozsah korigované hypermetropie podstatně omezen. Umělé nitrooční čočky Umělá nitrooční čočka [5] je nejčastěji pouţita jako korekce po operaci šedého zákalu, kdy nahrazuje odstraněnou zkalenou hmotu oční čočky. Umisťuje se do původního čočkového pouzdra, které se při operaci v oku ponechává. Její potřebná optická mohutnost bývá volena tak, aby nejen nahradila optickou funkci původní čočky, ale téţ aby plně korigovala případnou dioptrickou vadu. Umělá nitrooční čočka není schopna akomodovat, proto je potřeba tuto korekci doplnit brýlemi pro práci na blízko. Jiným řešením je multifokální nitrooční čočka s koncentrickými zónami, z nichţ kaţdá je zaostřena na jinou vzdálenost. Zrakový systém si pak musí z několika vytvořených obrazů vybrat ten správný (ostrý). Roli hraje téţ fyziologické zúţení zornice při pohledu do blízka, kdy jsou okrajové zóny pro pohled do dálky částečně odstíněny. Příklad multifokální nitrooční čočky je na obr. 13. 39

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Aplikaci nitrooční čočky je moţné provést i v případě, ţe původní oční čočka je dosud nezkalená a není důvod ji odstranit. Umělá čočka se pak uchytí např. na přední plochu duhovky pomocí speciálních klipů. Tato volba připadá v úvahu při vysokých vadách, obvykle v kombinaci s laserovým zákrokem.

Obr. 13 Multifokální nitrooční čočka

5. AKOMODACE A VETCHOZRAKOST 5.1 Parametry akomodace Akomodace je schopnost oka měnit optickou mohutnost své dioptrické soustavy [1-3]. Díky tomuto jevu můţeme vidět ostře předměty v různých vzdálenostech. K jejímu popisu slouţí jiţ definovaný daleký bod R (punctum remotum) a tzv. blízký bod P (punctum proximum). Blízkým bodem rozumíme bod na optické ose, který se na sítnici ostře zobrazí při maximální akomodaci. Odpovídá tedy nejmenší vzdálenosti, na kterou je oko schopno zaostřit. Změna optické mohutnosti oka, která přísluší přeostření z R do P, se označuje jako amplituda akomodace a patří mezi základní popisné charakteristiky tohoto procesu. Oko je schopno trvale vyuţívat maximálně 2/3 z amplitudy akomodace. Při větší dlouhodobé zátěţi dochází k jiţ výše zmiňovaným astenopickým potíţím.

5.2 Vetchozrakost S věkem schopnost akomodovat přirozeně klesá, jak ukazuje obr. 14. V okamţiku, kdy tento fyziologický proces začne působit potíţe při práci do blízka, hovoříme o tzv. presbyopii (vetchozrakosti). Mezi její příznaky patří nutnost zvětšení pracovní vzdálenosti a pokles zrakové ostrosti na blízko 40

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

(zejména při špatném osvětlení), případně astenopické potíţe. Pro dosaţení zrakového pohodlí a ostrého vidění se tento stav koriguje kladným (spojným) přídavkem (adicí) ke stávající korekci do dálky, který při pohledu na blízko nahradí chybějící míru akomodace. Při stanovení adice je nutné zohlednit individuální poţadavky vyšetřovaného, zejména konkrétní pracovní vzdálenost.

Obr. 14 Závislost amplitudy akomodace na věku s vyznačenou oblastí nástupu presbyopie Výslednou korekci je moţné řešit pomocí brýlí nebo kontaktních čoček. V případě brýlí jsou obvyklé tři moţnosti, přehledně zobrazené na obr. 15: 

jednoohniskové brýle: Umoţňují pohodlné vidění na jednu vzdálenost s velkým zorným polem. Při pohledu na jinou vzdálenost je nutné brýle odloţit či vyměnit za jiné.



bifokální brýle: Dovolují pohled na dvě vzdálenosti (na dálku a blízko) při relativně velkém zorném poli do dálky. Přechod mezi zónou do dálky a blízka je skokový.

41

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version



multifokální brýle: Poskytují dobré vidění v celém zvoleném rozsahu vzdáleností (dálka aţ blízko). Zorné pole bývá optimalizováno pro preferovanou vzdálenost. Přechod mezi zónami pro jednotlivé vzdálenosti je plynulý. Pro správnou funkci je třeba kvalitní proměření zraku, vhodný výběr brýlové obruby a typu multifokální čočky.

Obr. 15 Moţnosti brýlové korekce presbyopie Další řešení představují kontaktní čočky. Zde jsou k dispozici tyto moţnosti: 

kombinace kontaktních čoček a brýlí: Obvykle jsou kontaktní čočky pro korekci do dálky kombinované s brýlemi obsahujícími přidanou hodnotu do blízka.



monovision: Jedno oko je korigováno kontaktní čočkou do dálky, druhé do blízka. Nevýhodou je ztráta binokulárního vidění.



multifokální kontaktní čočky: Jedná se o kontaktní čočky s několika zónami o různé dioptrické hodnotě v rozmezí potřebném pro pohled do dálky aţ do blízka. Zóny mohou mít tvar mezikruţí nebo půlkruhů, přičemţ je vyuţíváno buďto zúţení zornice (a tím odstínění některých zón), nebo posunutí kontaktní čočky o dolní víčko při pohledu dolů. Oba jevy jsou spojeny s pohledem do blízka. 42

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

5.3 Měření blízkého bodu akomodace a amplitudy akomodace Amplitudu akomodace (AA) můţeme jednoduše spočítat jako rozdíl převrácených hodnot vzdáleností aR dalekého a aP a blízkého bodu od oka v metrech [1, 3]

AA 

1 1 .  aR aP

Je-li oko správně vykorigováno do dálky, tj. daleký bod soustavy oko-brýle leţí v nekonečnu, lze vztah zjednodušit na tvar

AAB 

1 , aP

kde AAB je amplituda akomodace soustavy oko-brýle. Stačí tedy změřit vzdálenost aP, tj. detekovat pozici blízkého bodu P.

Obr. 16 Zobrazení hrotu jehly na sítnici oka při pozorování přes dvojštěrbinu; a) jehla leţí v oblasti akomodace a je zobrazena ostře, oko vidí jeden ostrý obraz; b) jehla leţí příliš blízko, mimo rozsah akomodace, oko vidí dva relativně ostré obrazy 43

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Nejjednodušší metody měření vycházejí ze skutečnosti, ţe při přiblíţení pozorovaného objektu na vzdálenosti menší neţ odpovídá P, není oko schopno na něj zaostřit a obraz se rozmaţe. Text, který je oko ještě schopno pohodlně přečíst, se postupně přibliţuje k oku, aţ dojde k jeho rozmazání, resp. jej oddalujeme, aţ se zaostří. Takto získáme dvě vzdálenosti blízkého bodu, kdy za skutečnou hodnotu můţeme uvaţovat jejich aritmetický průměr. Sofistikovanější a přesnější metodou je vyuţití clony se dvěma malými kruhovými otvory, jejichţ rozteč je menší neţ průměr zornice a přes které pozorujeme hrot jehly, viz obr. 16. Pokud oko ještě správně zaostří, vytvoří se na sítnici jeden ostrý obraz hrotu. Pokud ale oko jiţ není schopno zaostřit, vytvoří se na sítnici dva poměrně ostré obrazy. Metoda je přesnější, protoţe oko lépe rozpozná rozdvojení obrazu neţ jeho pouhé rozostření. 6. DALŠÍ VADY OPTICKÉ SOUSTAVY OKA Oko kromě výše zmiňovaných dioptrických vad trpí stejně jako prakticky kaţdá optická soustava dalšími vadami, tzv. aberacemi. Z nich se v oku nejvíce projevují otvorová vada, koma a barevná vada [1]. První a poslední jmenované lze dobře demonstrovat. Nejen vlivem těchto vad můţe docházet k další jevům, které mohou dočasně ovlivnit dioptrický stav oka. Jedná se o tzv. noční myopii, myopii prázdného pole a přístrojovou myopii [1]. 6.1 Otvorová vada Její příčinou je různá pozice ohniska paraxiálních a neparaxiláních paprsků (paprsků, které jdou ve velké vzdálenosti od optické osy nebo s ní svírají velký úhel). Za normálních okolností je obraz vytvořený neparaxiálními paprsky potlačen. Pokud ale budeme těsně před oko pomalu nasouvat do zorného pole vhodný předmět (např. list papíru), postupně odstíníme paprsky paraxiální a projeví se výrazněji obraz vytvořený paprsky neparaxiálními. Jev je patrný zejména při pozorování vzdálené hrany, např. jednotlivých lišt staţených ţaluzií. Při nasouvání předmětu zdola dojde k posunutí sítnicového obrazu dolů, tj. pozorovaná hrana zdánlivě uskočí nahoru nebo se zdeformuje (vyboulí). Chod paprsků v oku a vytvoření příslušného obrazu zachycuje obr. 17.

44

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Obr. 17 Demonstrace otvorové vady oka při pohledu do dálky 6.2 Barevná vada Barevná vada je důsledkem disperze indexu lomu, kdy se světlo o různých vlnových délkách láme různě. Konkrétně má v oku zelené světlo posunuto ohnisko více dopředu, červené naopak dozadu. V případě bezvadného oka by se sítnice měla nacházet uprostřed nich. Rozdíl mezi oběma ohnisky přepočtený na dioptrické hodnoty je asi 0,5 D. Pokud je však oko mírně krátkozraké, popř. není krátkozrakost plně vykorigována, leţí ohnisko červené barvy blíţ sítnici. U dalekozrakého oka je tomu naopak. Tohoto lze vyuţít ke kontrole korekce, popř. k jejímu jemnému doladění. Můţeme pouţít tzv. červeno-zelený test, který má polovinu testového pole červenou a polovinu zelenou, obě s černými znaky (písmeny, krouţky, …). V případě nedokorigované krátkozrakosti bude oko vidět kontrastnější znaky v červeném, u dalekozrakosti v zeleném poli. Test lze pouţít pouze do velikosti vady asi 0,5 D. Při větších hodnotách je celkové rozmazání obrazu tak velké, ţe stírá rozdíl mezi oběma barevnými poli. 6.3 Noční myopie Důsledkem výše uvedených jevů je tzv. noční myopie. Jedná se o krátkodobý nárůst krátkozrakosti (nebo pokles dalekozrakosti) při delším pobytu ve tmě nebo v šeru. Na jejím vniku se podílí

45

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version



otvorová vada: Za šera se rozšíří zornice a do oka začnou pronikat ve větší míře neparaxiální paprsky, které mají při pohledu do dálky ohnisko před sítnicí.



barevná vada a Purkyňův posun: Ve tmě nebo v šeru se oko stává oproti dennímu vidění citlivější na světlo o kratších vlnových délkách (tzv. Purkyňův posun), které mají díky barevné vadě ohnisko před sítnicí.



klidová akomodace: Pokud se oko nachází v klidu, tj. bez výrazných zrakových stimulů (za tmy či šera), není akomodace úplně uvolněná. Tato malá míra akomodace také posouvá ohnisko před sítnici (aţ o 1 D).

Popsané změny pozice ohniska vedou ke změně refrakce směrem do záporných hodnot aţ o několik dioptrií. Za denního světla se situace vrací rychle do normálu. 6.4 Myopie prázdného pole V předchozím odstavci zmíněná klidová akomodace je navozena nejen za zhoršeného osvětlení, ale i za běţných světelných podmínek, pokud v zorném poli nejsou ţádné výrazné objekty a struktury (hovoříme o tzv. prázdném poli). I v tomto případě dochází k přechodné myopizaci oka, označované jako myopie prázdného pole. Typickým příkladem je dlouhodobý pohled pilotů letadel na prázdnou oblohu během letu. 6.5 Přístrojová myopie Při dlouhodobém pohledu do optických přístrojů (např. při celodenní práci s mikroskopem) můţeme pozorovat vznik přechodné přístrojové myopie. V tomto případě je objasnění sloţitější, roli hrají např. schopnost adaptace zrakového systému a provázanost konvergence (sbíhavosti očí při pohledu do blízka – do optického přístroje) s akomodací. Při vhodné úpravě pracovního reţimu lze tomuto jevu předcházet.

46

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

7. SÍTNICE

Obr. 18 Snímek očního pozadí pravého oka se slepou a ţlutou skvrnou Sítnice tvoří vnitřní vrstvu oka, která obsahuje světlocitlivé buňky. Jedná se o tyčinky, které slouţí pro vidění za šera a v noci, a čípky, které jsou aktivní ve dne a umoţňují barevné vidění. V receptorech generovaný vzruch je následně veden přes bipolární buňky do gangliových buněk. Jejich nervová vlákna se sbíhají na sítnici v oblasti tzv. slepé skvrny a odtud vstupují do mozku ve formě zrakového nervu. Vlastní oční pozadí je zbarveno do červena a prochází přes něj cévy (obr. 18). Můţeme zde pozorovat dvě význačné oblasti – ţlutou a jiţ zmiňovanou slepou skvrnu. Ţlutá skvrna má ve skutečnosti zbarvení mírně tmavší neţ její okolí. Jedná se o místo nejostřejšího vidění s vysokou hustotou čípků, tyčinky se zde vyskytují jen minimálně, v jejím centru vůbec. Je umístěna uprostřed očního pozadí. Při vidění automaticky natáčíme oko tak, aby obraz pozorovaného předmětu dopadal do této oblasti. Naopak slepá skvrna sítnice neobsahuje ţádné fotoreceptory. Je to místo, kudy kromě zrakových nervových vláken prochází také cévy, vyţivující sítnici. Slepá skvrna má ţlutavou barvu. Úhel mezi slepou a ţlutou skvrnou, měřený přes uzlový bod oka, je asi 15°, přičemţ slepá skvrna je oproti ţluté skvrně posunuta horizontálně směrem k nosu. Její pozici odpovídá (ovšem stranově převráceně) v zorném poli oka 47

Created in Master PDF Editor - Demo Version

Created in Master PDF Editor - Demo Version

slepá skvrna zorného pole, tzv. Mariottův bod. Ten je umístěn asi 15° od středu zorného pole směrem od nosu a má velikost přibliţně 5° × 7°. O jeho existenci se můţeme přesvědčit pomocí jednoduchého testu na obr. 19. Test pomalu přibliţujeme z dostatečné vzdálenosti k pravému oku při zakrytém levém oku. Upřeně pozorujeme kříţek, přitom periferně vnímáme obraz kolečka. Při určité vzdálenosti se kolečko ztratí, tj. jeho obraz padne do Mariottova bodu. Při dalším přiblíţení, popř. při opětovném oddálení se znova objeví. Zrcadlově převrácený test lze pouţít pro levé oko.

Obr. 19 Test pro demonstraci slepé skvrny zorného pole (Mariottova bodu)

LITERATURA [1] TUNNACLIFFE, A. H.: Introduction to Visual Optics. London, Gresham Press 1993. [2] PLUHÁČEK, F., WAGNER, J.: Optický system lidského oka. Publikováno v: KUCHYNKA, P. (ed.): Oční lékařství. Praha, Grada Publishing 2007, str. 106-114. [3] POLÁŠEK, J. a kol.: Technický sborník oční optiky. Praha, Oční optika 1975. [4] NOVÁK, P.: Rohovkové laserové refrakční operace. Publikováno v: KUCHYNKA, P. (ed.): Oční lékařství. Praha, Grada Publishing 2007, str. 145166. [5] NOVÁK, P.: Nitrooční refrakční výkony. Publikováno v: KUCHYNKA, P. (ed.): Oční lékařství. Praha, Grada Publishing 2007, str. 166-175.

48

Created in Master PDF Editor - Demo Version