IZOPTYKA 66 - Instytut Fizyki

66
Sprawdź czy wiesz
Rozwiązanie
zadania nr 5
W zadaniu nr 5 postawiliśmy pytanie o charakterze jakościowym: „Co to są
Fot. 1 – Jan Ewangelista Purkinie
[wg Wikipedii]
obrazy Purkiniego i do czego można je wykorzystać w badaniach oka”?
prof. Marek Zając, Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej
Fot. 2 – obrazy Purkiniego nr I, III i IV
CCD camera
target
illuminator
telecentric
objective
beam splitter
mirror
Fot. 3 – układ laboratoryjny do badania
lokalizacji soczewki wewnątrzocznej
metodą analizy obrazów Purkiniego
Fot. 4. – obrazy
Purkiniego u pacjenta ze wszczepioną sztuczną
soczewką wewnątrzgalkową.
PIV
PIII
Rys. 1 – zasada
powstawania
obrazów
Purkiniego
PII
PI
Tym razem wypada zacząć od historii. W latach 1823-1850 na uniwersytecie we Wrocławiu (wówczas Breslau) pracował profesor fizjologii, czeski uczony, Jan Ewangelista
Purkinie (Purkyňe, 1787 – 1869). Stworzył
tu pierwszą na świecie katedrę fizjologii
i pierwsze laboratorium fizjologiczne. Wśród
jego licznych odkryć (specyficzne komórki
nerwowe w korze móżdżku, komórki odpowiedzialne za przewodzenie bodźców elektrycznych w ścianach komór serca, gruczoły
potowe, zastosowanie badań odcisków palców do identyfikacji osób) ważne miejsce
zajmowały odkrycia związane z widzeniem.
Powszechnie znany jest efekt Purkiniego,
polegający na tym, że przy adaptacji wzroku do zmroku przedmioty niebieskie wydają
się jaśniejsze od przedmiotów czerwonych,
podczas gdy w ciągu dnia wrażenie to jest
dokładnie odwrotne. Jest to efekt przejścia
z widzenia czopkowego na pręcikowe przy
znacznym obniżeniu natężenia oświetlenia.
Nas interesują szczególnie tzw. obrazy
Purkiniego, które są zwierciadlanymi
odbiciami przedmiotów świecących od
poszczególnych powierzchni optycznych
oka. Odbicia od rogówki były znane już
w starożytności, ale to Purkinie był pierwszym, który w 1832 roku, zaobserwował
odbicia od powierzchni soczewki. Zasadę
powstawania obrazów Purkiniego ilustruje
rysunek 1, a ich wygląd fotografia 2. Trudność w zaobserwowaniu obrazów Purkiniego wynika z dwóch okoliczności. Po
pierwsze – powstają w różnych odległościach od oka i są różnie powiększone, po
drugie – jasność obrazów powstałych przez
odbicie od soczewki jest dużo mniejsza od
jasności obrazów powstałych przez odbicie
od rogówki. Niemniej jednak przy pewnej
staranności można je zaobserwować. Obraz nr II (powstały przez odbicie od wewnętrznej powierzchni rogówki) praktycznie pokrywa się z obrazem nr I i praktycznie jest niewidoczny. Obrazy nr III i IV
są dużo słabsze od obrazu nr I. Ponieważ
obrazy Purkiniego powstają przez odbicie
światła od powierzchni rogówki bądź soczewki, więc nietrudno domyślić się, że ich
położenie zależy od wzajemnej lokalizacji
przedmiotu (zwykle punktowego źródła
światła) oraz tych właśnie powierzchni.
Położenie obrazu odbitego od pierwszej
powierzchni rogówki (określanego jako
obraz I) względem środka źrenicy świadczy o kącie między osią widzenia, a osią
geometryczną oka. To temu obrazowi
przyglądamy się oceniając wizualnie kąt
zeza. Położenie pozostałych obrazów zależy od orientacji całej gałki ocznej. Śledząc
względne ruchy obrazów I i IV można ocenić ruchy obrotowe oraz translacyjne (poprzeczne) gałki ocznej. Wykorzystuje się
to do badania ruchów oka (okulografii).
Na tej zasadzie działają niektóre typy tzw.
eye – trackerów, czyli urządzeń do śledzenia
ruchów oczu i pośrednio do określania, na
jaki punkt patrzy badana osoba. Zastosowania okulografii, są niezwykle szerokie,
a w dodatku wciąż pojawiają się nowe. Już
dawno zauważono, że ruchy oczu odzwierciedlają procesy uwagi wzrokowej, a więc
badając ruchy oczu pośrednio uzyskujemy informacje o mechanizmach percepcji.
Stąd zastosowanie eye – trackerów w badaniach tzw. neuromarketingu. Chodzi
np. o stwierdzenie, jakie formy reklamy
wizualnej najbardziej przyciągają uwagę.
Innym, nieco podobnym przykładem zastosowania eye – trackerów w badaniach
percepcji wzrokowej jest analiza postrzegania przez kierowców znaków drogowych w zależności od sytuacji na szosie.
Jeszcze innym – analiza procesu czytania
przez osoby z rozmaitymi deficytami np.
dyslektyków. Można podobnych zastosowań znaleźć wiele. Inną grupę zastosowań
eye-trackerów stanowią systemy, w których
ruchy oczu wykorzystuje się do sterowania rozmaitymi urządzeniami począwszy
od sterowania samolotem myśliwskim do
wózka inwalidzkiego dla osoby całkowicie
sparaliżowanej. Z eye – trackerami spotkamy się także w nowoczesnych urządzeniach
do chirurgii refrakcyjnej oka, w których zapewniają one kontrolę położenia wiązki
lasera względem gałki ocznej operowanego pacjenta.
W ostatnich latach pojawiły się nowe
zastosowania obrazów Purkiniego.
Pojawiły się prace, w których obrazy te
zostały wykorzystane do wyznaczenia
krzywizn rogówki i soczewki, oraz położenia soczewki wewnątrz gałki ocznej. Ma
to wielkie znaczenie dla implantologii
okulistycznej. Przez analizę obrazów
Purkiniego można zweryfikować prawidłowość umiejscowienia soczewki wewnątrzgałkowej wszczepionej do oka
po usunięciu zaćmy. Dzięki temu jesteśmy
w stanie ocenić jakość widzenia u pacjentów po takim zabiegu. Przykład laboratoryjnej wersji takiego urządzenia zbudowanego w Instytucie Fizyki Politechniki
Wrocławskiej przedstawia fot. 3, a na fot. 4
pokazane są zarejestrowane przez kamerę
obrazy Purkiniego u pacjenta ze wszczepioną sztuczną soczewką wewnątrzgałkową1.
1
Agnieszka Jóźwik, Damian Siedlecki, Marek Zając, „Analysis of Purkinje images as an effective method for estimation
of intraocular lens implant location in the eyeball”, Journal
of Biomedical Optics, 2013 [w druku]
oferta JZO
Nowy rok szkolny rozpoczęty!!!
Przypominaj rodzicom, że właściwa korekcja wad wzroku:
 przyczynia się do prawidłowego rozwoju małych dzieci
 odgrywa kluczową rolę w procesie nauki
i rozwijania pasji każdego ucznia
Dla dzieci i młodzieży, potrzebujących korekcji wzroku polecaj soczewki MIŚ, które są:
– wytrzymałe i lekkie
– komfortowe i bezpieczne
JZO poleca dla dzieci również superbezpieczne soczewki
Izoplast 153 TRV z materiału Trivex i Izoplast 160.
Więcej informacji u Przedstawicieli Handlowych JZO, Przedstawicieli Regionalnych JZO oraz w Biurze Obsługi Klienta JZO
www.jzo.com.pl
9