Zraková ostrost, optotypy optická osa prochází přibližně středy křivosti optických ploch zorná osa spojuje centrální jamku s obrazovým uzlovým bodem a předmětový uzlový bod s bodem zrakové fixace 4°- 8° centrální jamka (fovea centralis) Oční koule kumulativní spektrální propustnosti jednotlivých optických vrstev oka Spektrální propustnost oka (J. Schwiegerling: Field Guide to Visual and Ophthalmic Optics, SPIE Press, Bellingham 2004) Sítnice centrální jamka (fovea centralis) tyčinky čípky světlo • opticky aktivní část leží na cévnatce • světlo prochází několika vrstvami buněk k fotoreceptorům (tyčinky, čípky) • zde je světlo absorbováno a signál prochází bipolárními buňkami k sítnicovým gangliovým buňkám • odtud jde signál do mozku Fotoreceptory sítnice fotoreceptory • vnější vrstva s jádrem, vnitřní segment, vnější segment s fotocitlivým pigmentem tyčinky • vnější segment tvořený oddělenými disky naplněnými rhodopsinem • noční, tzv. skotopické, monochromatické vidění • „vysvěcují se“ v jasném světle, rychlá časová odezva • hlavně v okrajových částech sítnice, nejsou v centrální části (0,2 mm) • v sítnici asi 125 milionů čípky • vnější segment tvořený řasami naplněnými fotocitlivou látkou (tři různé opsiny) • denní, tj. fotopické barevné vidění • 3 skupiny (pro krátké, střední a dlouhé vlnové délky světla) • necitlivé ve tmě, pomalá časová odezva • většinou v centrální jamce (fovea centralis), částečně i na okraji sítnice • v sítnici asi 6,4 milionu Spektrální citlivost čípků Žlutá a slepá skvrna fovea centralis žlutá skvrna (průměr 2 - 3 mm) • vysoká zraková ostrost: v centrální jamce (fovea centralis, průměr asi 1,25 mm, bezcévná oblast) připadá 1 neuron na 1 čípek • ve středu centrální jamky (foveola, průměr asi 0,25 mm – 0,35 mm) jen čípky, delší a štíhlejší, než v jiných částech sítnice • průměr čípku cca 2,5 µm v centrální jamce, rychle roste až k 10 µm na okraji sítnice • v centrální jamce asi 30 tisíc čípků, v oblasti žluté skvrny asi 130 tisíc, v celé sítnici asi 6,4 milionu slepá skvrna • vstup zrakového nervu, nasální strana oka, neobsahuje fotoreceptory žlutá skvrna (macula lutea) centrální jamka (fovea centralis) a jamka (foveola) sítnice zobrazení lidské sítnice oftalmoskopem Fotoreceptory sítnice Tyčinky a čípky v živém lidském oku zobrazené konfokálním mikroskopem. Vlevo: tyčinky a čípky 10° temporálně od místa fixace. Vpravo: čípky ve fovei, hvězdička označuje její střed. R. Lu et al. Optica 8: 3 (2021) 333-343 Zraková fixace • konjugované páry hlavních rovin a uzlových bodů mají vzdálenosti 0,25 mm, proto se sjednocují do jedné hlavní roviny oddělující indexy lomu vzduchu a sklivce a do jednoho uzlového bodu (redukovaný model oka) • ohniskové vzdálenosti: fO = −17,05 mm, fO’ = 22,78 mm, délka oka 24 mm • při zrakové fixaci se oko se natáčí tak, aby bod fixace ležel na spojnici se sdruženým uzlovým bodem a fovea centralis fovea centralis FO’ n6’ = 1,336 fO’ HO HO’ fO NO NO’4°- 8° n1 = 1,000 Velikost obrazu na sítnici • ohnisková vzdálenost: fO = −17,05 mm • předmět o výšce y ležící ve velké vzdálenosti x před okem (optické ∞), se zobrazuje pod úhlem α na sítnici, • obraz na sítnici má velikost y´ fovea centralis FO’ n6’ = 1,336 fO’ HO ≡ HO’ fO NO ≡ NO’ n1 = 1,000 y x α FO’ fO NO ≡ NO’ y’α 𝑦′ = −fO 𝑦 𝑥 = −fO tg 𝛼 Zraková ostrost: angulární (úhlová) 𝑦′ = fO tg 𝛼 (jen absolutní hodnoty všech veličin) • Zraková ostrost (visual acuity, VA, V) je kvalita a stupeň schopnosti oka rozlišovat prostorové detaily předmětu. • Angulární zraková ostrost (resolution acuity, rozlišovací schopnost) je definována poměrem 𝑉 = Τ𝛼st 𝛼min(′), kde • 𝛼st je nejmenší úhlová vzdálenost bodů rozlišených standardním okem • 𝛼min je nejmenší úhlová vzdálenost bodů rozlišených posuzovaným okem FO’ fO NO ≡ NO’ y’𝛼 čípky ve fovea centralis Standardní angulární zraková ostrost tg 𝛼st = 𝑦st ′ fO = 0,005 mm 17,05 mm ≈ 0,00029 𝛼st ≈ 0,00029 rad = 0,9969′ ≈ 1′ 𝑦′ = fO tg 𝛼 (jen absolutní hodnoty všech veličin) Standardní (zdravé) oko je schopno rozlišit 2 body o úhlové vzdálenosti 𝛼st = 1′ (standardní rozlišovací schopnost, minimum separabile, minimum angle of resolution, MAR). Tomu odpovídá zraková ostrost (resolution acuity) 𝑉 = Τ𝛼st 𝛼min(′) = Τ1′ 1′ = 1. FO’ fO NO ≡ NO’ y’𝛼 2,5 µm 𝑦st ′ čípky ve fovea centralis, standardní oko: Zhoršení zrakové ostrosti Zhoršení zrakové ostrosti může být způsobeno: • vadou optické soustavy oka (refrakční vadou, dalšími optickými aberacemi oka), • difrakcí světla (nemá-li optický systém aberace, zobrazí se bod jako tzv. Airyho disk, který je větší pro menší průměr pupily oka), • vadou sítnice (retinopatie), • rozptylem světla na nehomogenitách v optických prostředích oka. simulace zobrazení bodu pomocí modelu oka zobrazení bodu skutečným okem Více o difrakci světla Difrakce světla … změna směru šíření světla nezpůsobená lomem, ale vyplývající z vlnové povahy světla 𝑟 𝑟~ 𝜆𝑧 𝑎 𝑎 𝑧 bodový zdroj světla s vlnovou délkou 𝜆 optická soustava s výstupní pupilou o poloměru 𝑎 zobrazení bodového zdroje Příklad zobrazení bodu (trasování paprsků) stopy paprsků procházejících pupilou oka na sítnici okraj Airyho disku (vliv difrakce) Koincidenční (noniusová) zraková ostrost Schopnost oka vyhodnotit koincidenci (návaznost) dvou přímých čar Člověk dokáže vyhodnotit koincidenci přímých čar 6x až 10x přesněji než při hodnocení separace bodů. Rozliší je tedy při vzdálenosti 6x až 10x menší, než dva body. U koincidenční zrakové ostrosti se totiž na vyhodnocování spolupodílí celé sloupce čípků. Na základě společného propojení se úměrně zvyšuje přesnost a spolehlivost vyhodnocení. 2,5 µm 𝑦′min čípky ve fovea centralis: Měření zrakové ostrosti, optotypy Tabule užívaná před r. 1850 Zraková ostrost – první definice 𝑉 = 1 nutné zvětšení znaků = 1 𝑀Franciscus Cornelis Donders (1818 – 1889) Definoval „standardní oko“ jako oko schopné rozlišit písmena, která jsou vysoká 5’ (r. 1861). Pak posuzoval pacientovo oko (vidění, vizus, V) podle zvětšení znaků, které bylo potřebné k tomu, aby pacient rozlišil totéž, co „standardní oko“ takto: zvětšení znaků: 2x zraková ostrost, vizus (𝑉): 1/2 0,5 4x 1/4 0,25 10x 1/10 0,1 Zraková ostrost – první definice 𝑉 = 1 nutné zvětšení znaků = 1 𝑀 𝑉 = 𝛼st 𝛼min(′) = 5 5 × 1′ 𝛼min(′) = 5′ 𝛼znak(′) = 1 𝑀 Dondersova definice odpovídá současné definici zrakové ostrosti (resolution acuity): 𝑀 = 𝛼znak(′) 5′ 𝛼znak … úhlová velikost nejmenšího rozlišeného znaku Má-li brýlová čočka zvětšení 𝑀𝐿, platí pro vizus 𝑉𝐿 = 𝑀𝐿 𝑉. Zraková ostrost – první měření Na žádost C. Donderse navrhnul H. Snellen znaky pro posuzování stupně zrakové ostrosti (= optotypy), publikoval je r. 1862. Znaky byly kalibrovány podle 5‘ standardu (jejich úhlová velikost byla 5‘, velikost detailů na znacích byla 1‘) Písmena se ukázala praktičtější, než abstraktní znaky. Herman Snellen (1834 – 1908) Snellenovy optotypy Poprvé publikovány: H. Snellen, Probebuchstaben zur Bestimmung der Sehschärfe, Utrecht 1862. Závislost zrakové ostrosti na věku První měření zrakové ostrosti populace provedl na žádost F. C. Donderse pomocí Snellenových tabulí De Haan roku 1862. standard Vizus a vzdálenosti … poměr na optotypové tabuli 𝑉 = velikost znaků rozlišená standardním pozorovatelem velikost znaků rozlišená vyšetřovaným = 5′ 𝛼znak(′) = 1 𝑀 𝑉 = standardní vyšetřovací vzdálenost (optotypové tabule) vzdálenost, z níž se nejmenší přečtený znak jeví pod úhlem 5‘ (kritérium = detail znaku pod úhlem 1’) = 𝑑 𝐷 Velikost znaků se vyjadřuje vzdáleností, z níž se daný znak jeví pod velikostí 5′ 𝐷 𝑑 Vizus a vzdálenosti H. Snellen, Probebuchstaben zur Bestimmung der Sehschärfe, Utrecht 1862 Další historie optotypových tabulí 1868, John Green upozornil na nevýhody Snellenových tabulí: nestejná velikost a rozeznatelnost znaků a nestejné poměry velikosti znaků v různých sériích. Navrhl používat některá bezpatková písmena, proporcionální velikost mezer a dodržet stálý poměr pro velikosti sérií. 1888, Edmund Landolt navrhl tzv. Landoltovo „C“. 1959, Louise Sloan navrhla test s 10 bezpatkovými podobně rozlišitelnými písmeny v každé sérii. 1976, Ian Bailey a Jan Lovie navrhli test s 5 písmeny na řádku, se vzdálenostmi znaků i řádků rovnou výšce písmen a logaritmickou stupnicí velikostí (tzv. LogMAR tabulky). 1976, Lea Hyvärinen vytvořila tzv. Lea-test, s obrázkovými symboly pro předškolní děti. 1976 Hugh Taylor navrhl „E“ tabulky pro analfabety (použity pro testy australských domorodců). 1982 Rick Ferris et al. navrhli test s rozložením podle Bailey-Lovie a se znaky podle Sloan pro měření zrakové ostrosti v rámci tzv. „Early Treatment of Diabetic Retinopathy Study“ (ETDRS). Současná Snellenova tabule vyšetřovací vzdálenost V = vzdálenost, z níž se znak jeví pod úhlem 5’ Celořádková metoda (ČSN EN ISO 8596): hodnota vizu se stanoví podle přečteného řádku, to je řádek, na kterém subjekt identifikuje 60 % a více optotypových znaků Plügerův „hák“ Další používané optotypy Landoltovo „C“ „Lea“ symboly Další používané optotypy… Odstupňování velikosti optotypů H. Snellen, Probebuchstaben zur Bestimmung der Sehschärfe, Utrecht 1862 Odstupňování velikosti optotypů V des. č. V zlomkem poměr y 0,10 6/60 - 0,20 6/30 2,0 0,25 6/24 1,25 0,33 6/18 1,32 0,40 6/15 1,21 0,50 6/12 1,25 0,67 6/9 1,34 1,00 6/6 1,49 1,50 6/4 1,5 V des. č. V zlomkem poměr y 0,10 5/50 - 0,17 5/30 1,7 0,25 5/20 1,47 0,33 5/15 1,32 0,50 5/10 1,51 0,67 5/7,5 1,34 1,00 5/5 1,49 1,25 5/4 1,25 Snellenovo odstupňování velikostí z roku 1890: 0,1; 0,16; 0,25; 0,33; 0,5; 0,66; 1,0; 1,33; 2,0 Ve zlomkovém zápise a po úpravě (pro 6 m): 6/60; 6/36; 6/24; 6/18; 6/12; 6/8; 6/6; 6/5; 6/4 Po dalších úpravách vznikly řady pro pětimetrovou a šestimetrovou verzi tabule: Logaritmické odstupňování V zlomkem V des. č. Log MAR VAR 6/60 0,10 1,0 0 6/48 0,125 0,9 10 6/38 0,16 0,8 20 6/30 0,20 0,7 30 6/24 0,25 0,6 40 6/19 0,32 0,5 50 6/15 0,40 0,4 60 6/12 0,50 0,3 70 6/9,5 0,63 0,2 80 6/7,5 0,80 0,1 90 6/6 1,00 0,0 100 6/4,75 1,25 -0,1 110 6/3,75 1,60 -0,2 120 6/3 2,00 -0,3 130 LogMAR = log10 1 𝑉 = log10 𝛼min(′) 1′ (Logarithm of Minimum Angle of Resolution, Bailey a Lovie, 1976) (Visual Acuity Rating, Bailey) VAR = 100 1 − LogMAR Tabule ETDRS Interpolační metoda ETDRS • vyšetřovaný čte až k řádku, který přečte méně než z 60 % (3 znaky) • vezme se hodnota předchozího řádku (správně přečtených alespoň 60 % znaků) v jednotkách LogMAR (VAR) • za každý další přečtený znak (ze stejného řádku nebo řádků následujících) se odečte 0,02 LogMAR (přičte 2 VAR) V des. č. Log MAR VAR 0,63 0,2 80 0,80 0,1 90 1,00 0,0 100 1,25 -0,1 110 ETDRS-fast Metoda ETDRS-fast (Camparini 2001) • vyšetřovaný čte znaky nikoli horizontálně, ale odshora vertikálně • zastaví se na řádku, kde již znak není správně identifikován • vrátí se o jeden řádek výš, kde již čte znak po znaku s interpolací - za každý přečtený znak se odečte 0,02 LogMAR (přičte 2 VAR) V des. č. Log MAR VAR 0,63 0,2 80 0,80 0,1 90 1,00 0,0 100 1,25 -0,1 110 Tabule cRLM (compact reduced LogMAR) Závislost zrakové ostrosti na úhlu V Optotypy na blízko a kontrastní tabulky Jägerovy tabulky Eduard Jäger, 1854 navrhl tabulky pro měření zrakové ostrosti, které se dodneška používají na blízko. Podle velikosti písma jsou odstavce označeny čísly 1 – 24. Kontrastní tabulka Optotypový test na kontrastní citlivost Dvojbarevný test The patient is asked to compare the clarity of the letters on the green and the red side. If the letters of the green side are clearer +0.25 D sphere is added and if the letters on the red side are clearer - 0.25 D sphere is added. With optimal spherical correction, the letters on the red and green halves of the chart appear equally clear. Because this test is based on chromatic aberration and not on color discrimination, it is used even with color-blind patients. The eye with overactive accommodation may still require too much minus sphere in order to balance the red and green. Cycloplegia may be necessary. The duochrome test is not used with patients whose visual acuity is worse than 20/30 (6/9), because the 0.50 D difference between the 2 sides is too small to distinguish. A Duochrome Test is a test commonly used to refine the final sphere in refraction, which makes use of the chromatic aberration of the eye. Because of the chromatic aberration of the eye, the shorter wavelengths (green) are focused in front of the longer red wavelengths.