Zraková ostrost, optotypy Oční koule c.Iii.it.- télisko sinus venosus selcrae lens \ \ m. ciliaris — fibrae zonulares ora serrata ^ 4°- 8C camera ant. bullu cornea ! iris camera post l>till»i limbus corneae corpus ciliare optická osa prochází přibližně středy křivosti optických ploch centrální jamka (fovea centralis] nervus r pt UFI zorná osa spojuje centrální jamku s obrazovým uzlovým bodem a předmětový uzlový bod s bodem zrakové fixace sclera chorioidea retina K US macula excavatio papillae Spektrální propustnost oka 100 90 ä? 80 70 O 60 '55 (/> 50 E (A 40 C 30 03 h- 20 10 0 — Cornea — +Aqueous -4~ 1 /~\ r~\ o -+Vitreous / \ ! / 1 1 /// \\\\y\ / \ LI *w\ ^"s. 0 500 1000 1500 Wavelength (nm) 2000 2500 kumulativní spektrální propustnosti jednotlivých optických vrstev oka [J. Schwiegerling: Field Guide to Visual and Ophthalmic Optics, SPIE Press, Bellingham 2004] Sítnice nervus opiicus macula excavatio papillae • 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 •* •SjÚF\ Fotoreceptory sítnice fotoreceptory • vnější vrstva s jádrem, vnitřní segment, vnější segment s fotocitlivým pigmentem tyčinky • vnější segment je tvořený oddělenými disky naplněnými rhodopsinem • poskytují noční, tzv skotopické, monochromatické vidění • „vysvěcují se" (přestávají pracovat) v jasném světle, mají rychlou časovou odezvu • leží hlavně v okrajových částech sítnice, nejsou v centrální části (0,2 mm] • celkový počet tyčinek na sítnici je asi 125 milionů čípky • vnější segment je tvořený řasami naplněnými fotocitlivou látkou (tři různé opsiny] • poskytují denní, tj. fotopické barevné vidění • v oku člověka jsou tři skupiny čípků (pro krátké, střední a dlouhé vlnové délky světla] • jsou necitlivé ve tmě, mají pomalou časovou odezvu • jsou umístěny většinou v centrální jamce (fovea centralis], částečně i na okraji sítnice • celkový počet čípků na sítnici je asi 6,4 milionu •Sj ÚFI Spektrální citlivost čípků Žlutá a slepá skvrna ř, sítnice centrální jamka (fovea centralis] a foveola nervus opticus manila excavatio papillae žlutá skvrna (macula lutea] zobrazení lidské sítnice oftalmoskopem 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 je cca 2,5 |im v centrální jamce, rychle roste až k 10 |im 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 >lOv UFI Zobrazení fotoreceptorů sítnice mikroskopem 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 Rozložení S, M, L čípků na sítnici Rozložení čípků na sítnici 10 subjektů s normálním barevným viděním získané kombinací metod adaptivního optického zobrazení a sítnicové denzitometrie (panely D a E, a J a K ukazují vždy zobrazení nazální a temporální sítnice téhož subjektu. Pseudobarvy modrá, zelená a červená odpovídají S, M, and L čípkům (skutečné barvy jsou žlutá, fialová a modrofialová). Je zřejmá enormní variabilita poměru L/M (A, 0.37, B, 1.11, C, 1.14, D, 1.24, E, 1.77, F, 1.88, G, 2.32, H, 2.36,1, 2.46, J, 3.67, K, 3.90, L, 16.54). Podíl S čípků je relativně konstantní u všech očí v rozsahu od 3.9 % do 6.6 % v populaci. Zobrazení byla snímána buď 1° nebo 1.25° od středu fovey. David R. Williams, Imaging single cells in the living retina, Vision Research 51 (2011) 1379. ÚFI E K 5 arem in Zraková fixace g o *a 1,000 H 4°-8< < = 1,336 o fovea 'L « C -i ,' c S o H0' centralis \\ fc <- /o • 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 (podobně redukovanému modelu oka] • ohniskové vzdálenosti: /0 = —17,05 mm, /ó = 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 ■•A UFI Velikost obrazu na sítnici nx = 1,000 n'6 = 1,336 centralis • ohnisková vzdálenost: f0 = -17,05 mm • předmět o výšce y ležící ve velké vzdálenosti x před okem (optické oo], se zobrazuje pod úhlem a na sítnici, • obraz na sítnici má velikost y' y y' = -fo-=-fotša X •tCt ÚFI Angulární zraková ostrost • Zraková ostrost [yisual acuity, VA, V) je kvalita a stupeň schopnosti oka rozlišovat prostorové detaily předmětu. • Angulární zraková ostrost [resolution acuity, rozlišovací schopnosť) je definována poměrem V = ast3iná/aminO, kde • odtaná Je nejmenší úhlová vzdálenost bodů rozlišených standardním okem • amin je nejmenší úhlová vzdálenost bodů rozlišených posuzovaným okem Standardní angulární zraková ostrost N0=N0' y' =/0tga (jen absolutní hodnoty všech veličin) tg «stand — ystand °'005 mm 0 17,05 mm 0,00029 čípky ve fovea centralis, standardní oko: 2,5 |im Ystand «stand ~ 0,00029 rad = 0,9969' « ľ (1 úhlová minuta) Standardní (zdravé] oko je schopno rozlišit 2 body o úhlové vzdálenosti astand = ľ (standardní rozlišovací schopnost, minimum separabile, minimum angle of resolution, MAR). Tomu odpovídá zraková ostrost (resolution acuity] V = astand/aminO — ľ/ľ — 1- lO, UFI 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. PUPIL DIAMETER -> FOVEAL POLYCHROMATIC PSF>: ((0.4-0.7pm PHCTOPIC) FOVEAL MONOCHROMATIC PSF* (0.546^m) x eye model 1mm 2mm 4mm 6mm • ♦ ! • 0.1mm PHOTORECEPTORS: Cones AIRY DISC (0 \ J mm arc utes Rods .55nm):(^) Q ° 1 2 4 6 PUPIL DIAMETER (mm) UFI simulace zobrazení bodu pomocí modelu oka í í zobrazení bodu skutečným okem Více o difrakci světla Difrakce světla ... změna směru šíření světla nezpůsobená lomem, ale vyplývající z vlnové povahy světla světla s vlnovou optická soustava s délkou X výstupní pupilou o poloměru a •Sj ÚFI Příklad zobrazení bodu (trasování paprsků) stopy paprsků procházejících pupilou oka na sítnici sjFľz flfl: sira OHJ : 9.9999 Ltt i rtH SPQT DIAGRAM SUN Mf* M 2011 UHITS f»E J>*. fllĚT EflOllS < 1.33B J"* FIELD : 1 re ŕroius i 2.a<56 CEO RRDIUS : 2.513 SCALE enif ■ I'1 REFERENCE ■■ CHIEF PAY okraj Airyho disku (vliv difrakce) I ■ H.bSbE it*' ARIZONA.ZMX CONFIGURATION I OF Arizonskú1 schematický model oka, průměr zornice 2,4 mm, 'J. — 656 nm^ zobrazení na optické ose Koincidenční (noniusová) zraková ostrost čípky ve fovea centralis: y min 2,5 |im Schopnost oka vyhodnotit koincidenci (návaznost) dvou přímých čar Člověk dokáže vyhodnotit koincidenci přímých čar 6x až lOx přesněji než při hodnocení separace bodů. Rozliší je tedy při vzdálenosti 6x až lOx 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. Měření zrakové ostrosti, optotypy eye tô9t fou PUNUKAC&ts P iO, UFI Tabule užívaná před r. 1850 .!). f^i#ťít|t.iiFtii. ;s 1^. JŔU'íäiESfi.ľ-ľS'Wt UFI Zraková ostrost - první definice Franciscus 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: V = nutné zvětšení znaků m zvětšení znaků: 2x zraková ostrost, vizus (V): 1/2 0,5 4x 1/4 0,25 lOx 1/10 0,1 UFI Zraková ostrost - první definice a efekt brýlové čočky v = "l I m — ^zna^ ^ nutné zvětšení znaků m 5' Odznak ... úhlová velikost nejmenšího rozlišeného znaku v úhlových minutách Dondersova definice odpovídá současné definici zrakové ostrosti (resolution acuity]: V = ^stand ľ 5 x - = 5' amin O amin O 5 aznak(') M Má-li brýlová čočka zvětšení ml, vidíme ML x větší obraz, tedy pro vizus s brýlovou čočkou platí vl = mlv. Zraková ostrost - první měření Herman Snellen (1834-1908) •* Na žádost C. Donderse navrhnul H. Snellen znaky pro posuzování stupně zrakové ostrosti (= optotypy], publikoval je r. 1862. Znaky byly kalibrovaný podle 5' standardu (jejich úhlová velikost byla 5', velikost detailů na znacích byla 1'] Písmena se ukázala praktičtější, než abstraktní znaky ■ ■ ■ A on c e = III iii G L H Snellenovy optotypy □ c u □ z □ u n u n e n 11 ii nnu 3 : n c z 3 ] i n u g o □ = ii! :ii lil LED T U = 1 III + o ih t = o □ r = T III 3 o + A C E a l n F R T 5 v 2 b d 4 F H K O S 3 VTACEOLS Poprvé publikovány: H. Snellen, Probebuchstaben zur Bestimmung der Sehschärfe, Utrecht 1862. >i€t ÚFI Závislost zrakové ostrosti na věku První měření zrakové ostrosti populace provedl na žádost F. C. Donderse pomocí Snellenových tabulí De Haan roku 1862. ■•A UFI Log MAŘ -3 3 -0 2 -0 1 +0 " +0.2 +0.3 +3.4 +3.S VAS 11E i-u l"3 112 ... 110 IDS 108 107 106 13; 101 I03 102 101 100 99 SB 37 36 3F 34 33 32 91 90 BE S7 3F 54 S3-31 S' 30 7B 77 7i <2G 20+ 25+ 3fl+ 35+ 40+ 45+ 50+ 55+ 60+ 65+ 70+ 75+ 8fl+ 35+ 90+ standarcf"^^ —■— Average seniors Portray et al. M.F Aborigines Taylor Popula:ion s:udy De Haan Heahhy subjects Elliott etal 1999 1961 Vizus a vzdálenosti 5' velikost znaků rozlišená standardním pozorovatelem M tfznakO velikost znaků rozlišená vyšetřovaným Velikost znaků lze také vyjádřit vzdáleností D, z níž by se daný znak jevil pod úhlem 5' (jeho detail - kritérium - pod úhlem ľ). Standardní vyšetřovací vzdálenost optotypové tabule označme d. Pak: C E C E dic b«h»ch»rfe Ut normal. Wird dagegen d kleiner als 1). so das* No. XX nur auf 10, No. X nur auf 2, No. VI nur auf 1 Fuss gesehen wird, dan ist in die»en Fallen, respectlre U kann I:-weilen grosser als I) sein, und No. XX also noch weiter als auf to Fuss erkann werden. In diesem Fall ist die Sehschärfe großer ai* die mittlere normale. 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, lan 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 Hyvárinen 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]. •.tÉ^LJFI& Současná Snellenova tabule E C B T Z F C L B O t o e b h f c ZEBHCLFOB CBFZETFBOCZE EZCOBFCH E L B z VISUS 36 2J = 0,17 = 0.25 IV0'33 12 0.5 0.67 = 1 = 1,2 L F E D P E C F D e p r c z p F E L O F Z D DEFPOTEC 1 4 5 6 7 8 9 K) 11 20/200 20/100 20/70 20/50 20/40 20/30 20/25 20/20 Celo řádková metoda [ČSN EN ISO 8596]: hodnota vizu se stanoví podle přečteného řádku, to je řádek, na kterém subjekt identifikuje 60 % a více optotypových znaků v = vyšetřovací vzdálenost vzdálenost, z níž se znak jeví pod úhlem 5' Další používané optotypy Landoltovo „C" Pliigerův „hák" O O O C O o o c o o c o o c o o o o o c o o c o o o c o o o - c o o c o o o c o o o e o d o 0 D O O 0 3 E m e s tu m e 111 e 3 E UJ 3 e m m 3 3 ni ni E 3 III 111 III E 3 „Lea" symboly O O □ o □ o o i □ O O D O l D □ O □ O O O □ O Q o □ o q o ' □ O □ O Q i a o a o o o I — o o o o o f o o o o o •íO.UFI Odstupňování velikosti optotypů Die Grösse unserer Buchstaben ebenso wie der Zwischenraum zwischen den einzelnen, genau durch die Theilmaschine auf dem Stein ausgemessen, ist folgende: No. I = 0,209 Par. M. No. XI = 2,304 Par. M. n II = 0,419 tt • tt „ XII — 2,513 „ t* » HI aa 0,628 tt tt „ XV SS 3,141 „ *t ;. iv = 0,838 tt »1 „ XX — 4,189 „ tt „ v = 1,047 » »» „ XXX SS 6,283 „ tt N VI = 1,257 tt »I M XL — 8,377 „ tt „ VII = 1,466 n tt n L ■55 10,472 „ tt VIII = 1,675 tt tt „ LXX = 11,660 „ n IX as 1,885 tt tt N C 20,943 „ tt * X = 2,094 n M M CC _ 41,886 „ tt Die Nummer über den Buchstaben drückt in Pariser Fuss den Abstand aus, in welchem die Buchstaben unter einem Winkel von 5 Minuten gesehn werden. H. Snellen, Probebuchstaben zur Bestimmung der Sehschärfe, Utrecht 1862 ••i^ÜFI&,"—' Odstupňování velikosti optotypů 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: •t©, UFI V des. č. V zlomkem poměr 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 0,10 5/50 - 0,17 5/30 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 Logaritmické odstupňování Poměr dvou následujících vizů je vždy 1,25. 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 = logic ( = log10 / a (Logarithm of Minimum Angle of Resolution, Bailey a Lovie, 1976) VAR = 100(1 - LogMAR) (Visual Acuity Rating, Bailey) Tabule ETDRS N C K Z O R H S D K D O V H R -c z r h s- O N H R C D K S N V - Z S O K N -c k n N R ■iú -.1 S H Z K D H Z Ů