Оптика глаза

Анализ специальной литературы за последние годы показывает, что проблеме оценки качества оптической системы глаза человека посвящено большое количество исследований , , . Это обусловлено, прежде всего тем, что требования к органу зрения во всех отраслях человеческой деятельности в последнее десятилетие существенно возросли, что связано с бурным развитием современных технологий. Соответственно некоторые оптические дефекты, которые ранее оставались незамеченными ввиду своей незначимости, в настоящее время привлекают внимание специалистов и требуют коррекции , . Однако, активное развитие оптико-реконструктивной и рефракционной хирургии привело к появлению новых анатомо-оптических соотношений в глазу, что обусловливает необходимость разработки новых подходов к их диагностике, коррекции и профилактике , . Соответственно, возросла и необходимость систематизации и пополнения знаний относительно оптической системы глаза.

Оглавление
Введение 3
Глава 1. Анатомия и физиология оптической системы глаза 5
1.1. Строение глаза 5
1.2. Построение изображения в глазу 10
1.3. Аккомодация глаза 15
1.4. Острота зрения 19
Глава 2. Основные патологии оптической системы глаза 22
2.1. Аномалии рефракции 22
2.2. Аберрации человеческого глаза 29
2.3. Патология хрусталика 32
Заключение 35
Список литературы 36
Приложения 40

18. Недзьведь О.В., Лещенко В.Г. Оптика глаза. Основы биофизики зрения. – Минск, 2008. – 35 с.
19. Онуфрийчук О.Н., Розенблюм Ю.З. О роли астигматизма в рефрактогенезе // Офтальмология  / Под ред. Е.И. Сидоренко. —2-еизд., испр. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 408 с.
20. Патология хрусталика / под общ. ред. А.Д. Чупрова – Киров: КГМА, 2007. – 81 с.
21. Проскурина О.В. Важность правильного определения главных меридианов при астигматизме // Российский офтальмологический журнал. – 2014. – Т. 7, №1. – С. 77-78.
22. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М., 2003. – 376 с.
23. Родионов С.А. Основы оптики. Конспект лекций. – СПб, 2000. – 204 с.
24. Розенблюм Ю.З. Оптометрия. – М., 1995. – 221 с.
25. Семчишен В., Мрохен М., Сайлер Т. Оптические аберрации человеческого глаза и их коррекция.// Рефракционная хирургия и офтальмология. – 2003. – Т.3.– №1. – С. 5–13.
26. Сидоренко Е.И. Офтальмология. – М., 2006. – 302 с.
27. Слувко Е.Л.
...

12. Иванова Т.В. Введение в прикладную и компьютерную оптику. Конспект лекций. – СПб, 2002. – 304 с.
13. Катаракта. / Под ред. Веселовской З. Ф. – Киев: Книга плюс, 2002. – 208 с.
14. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение// Вестник оптометрии. -2002.-№3. – С.13-20.
15. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение.// Вестник оптометрии. – 2002. – №3. – С.13–20.
16. Мальцев Э. В. Хрусталик. – М.: Медицина, 2001. – 192 с.
17. Мошетова Л.К., Нестеров А.П., Егоров Е.А. Офтальмология. – М., 2007. – 385 с.
18. Недзьведь О.В., Лещенко В.Г. Оптика глаза. Основы биофизики зрения. – Минск, 2008. – 35 с.
19. Онуфрийчук О.Н., Розенблюм Ю.З. О роли астигматизма в рефрактогенезе // Офтальмология  / Под ред. Е.И. Сидоренко. —2-еизд., испр. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 408 с.
20. Патология хрусталика / под общ. ред. А.Д. Чупрова – Киров: КГМА, 2007.
...

1.1. Строение глаза
Глаз представляет собой весьма сложную оптическую систему, которая состоит из нескольких оптических сред: слезной пленки, поверхностей роговицы, влаги передней каме­ры, поверхностей хрусталика и стекловидного тела. Рассмотрим строение глаза подробнее.
Глазное яблоко имеет форму сферы и облечено в 3 оболочки. Наружная оболочка – склера – представляет собой непрозрачный белковый слой. Она выполняет защитную и формообразующую функции. Иными словами, именно благодаря прочной склере глаз способен поддерживать сферическую форму. В задней стенке склеры имеется отверстие, через которое в глаз входит оптический нерв.
В передней части глаза склера переходит в роговицу. Последняя представляет собой прозрачную выпуклую оболочку толщиной около 1 мм и диаметром примерно 12 мм и, пропускающую лучи света внутрь глаза. Ее форма напоминает сферическую чашу. Именно в роговице происходит наибольшее преломление световых лучей, т. к.
...

1.2. Построение изображения в глазу
Оптическую систему глаза образуют роговица, влага передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело, т. е. соответствующие им четыре преломляющие поверхности (рис. 4).

Рис. 4. Оптическая система глаза
Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм. При этом основное преломление света происходит на внешней поверхности роговицы, на границе с воздухом.
Оптические характеристики основных преломляющих глазных сред в покое аккомодации приведены в таблице 1.
...

1.3. Аккомодация глаза
Под аккомодацией понимается способность глаза четко видеть предметы, которые удалены от него на разные расстояния. Для формирования четкого изображения рассматриваемого предмета необходимо выполнить условие, описанное в формуле тонкой линзы:

В соответствии с данной формулой, фокусное расстояние F считается положительным для собирающих линз и отрицательным — для рассеивающих. Расстояние d от предмета до линзы всегда положительно, а расстояние f от линзы до изображения положительно для действительных изображений и отрицательно для мнимых. Соответственно, при изменении расстояния d до предмета изменяется либо расстояние до изображения f, либо фокусное расстояние линзы F. В глазу расстояние f от центра хрусталика до сетчатки (т. е. до изображения) является неизменным и составляет 17 мм. Поэтому наводка глаза на резкость возможна только за счет изменения фокусного расстояния глаза F.
...

1.4. Острота зрения
Разрешающая способность глаза, т. е. способность раздельно видеть две точки, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга, называется остротой зрения. Она связана с слитным, либо раздельным восприятием светового изображения этих точек на сетчатке. Если изображение точек попадает на два не рядом расположенных светочувствительных элемента, то они воспринимаются раздельно, т. е. разрешаются глазом. Если изображения попадают на два соседних элемента, то они воспринимаются слитно, т. е. не разрешаются глазом. Острота зрения характеризуется углом φ, под которым видны рассматриваемые точки А и В (рис. 10).

Рис. 10. Угол зрения, построение изображения в глазу
Минимальный угол, необходимый для раздельного видения этих точек, min составляет для среднего здорового глаза 1'. Это соответствует расстоянию А'В' между изображениями точек, равному примерно 5 мкм.
...

2.1. Аномалии рефракции
В офтальмологии используется понятие «клиническая рефракция», которое обозначает положение фокуса оптической системы глаза по отношению к сетчатке. Клиническая рефракция зависит преимущественно от преломляющей силы оптической системы глаза и переднезаднего размера глаза.
Если фокус оптической системы глаза совпадает с сетчаткой, то рефракция называется соразмерной  - для ее обозначения применяется термин «эмметропия». Если фокус не совпадает с сетчаткой, то рефракция называется несоразмерной - диагностируется состояние аметропии. Различают 3 варианта аметропии:
• Гиперметропия – фокус оптической системы глаза находится как бы позади сетчатки. Иными словами – это слабая рефракция по отношению к данному размеру глаза.
• Миопия – фокус оптической системы глаза находится перед сетчаткой. Иными словами – это сильная рефракция по отношению к данному размеру глаза.
...

2.2. Аберрации человеческого глаза
Под термином «аберрация» обычно понимают любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой в центре фовеолы при его прохождении через оптическую систему глаза27. В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему28, 29. 
Для описания аберраций волнового фронта используют понятие серии полиномов30. Полиномы низших порядков (первого и второго) описывают оптические аберрации –аметропии, астигматизм. Полином третьего порядка соответствует коме – это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза (рис. 14).

Рис. 14. Структура пучка лучей при наличии комы
К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена тем, что периферия хрусталика преломляет падающие на нее параллельные лучи сильнее центра (рис. 15).

Рис.
...

2.3. Патология хрусталика
Хрусталик, являясь двояковыпуклой линзой, обладает преломляющей
способностью. Хрусталик, цилиарное тело, цинновы связки являются основными элементами акта аккомодации, которая представляет собой приспособительную функцию глаза,обеспечивающуювозможностьчеткогоразличенияпредметов, стандартные размеры и форму, занимает в полости глаза правильное положение и полностью прозрачен. Любые изменения в этом статусе приводят к возникновению той или иной патологии, которая может быть как врожденной, так и приобретенной.
Кратко охарактеризуем основные виды патологии хрусталика.
Врожденные патологии хрусталика - встречаются довольно редко и варьируют в широких пределах – от полного его отсутствия до формирования вырезки на одном из краев. Перечислим основные аномалии развития хрусталика.
Врожденная афакия - редкая патология, характеризующаяся отсутствием хрусталика.
...

Заключение
Современные исследования, посвященные вопросам изучения оптики глаза в норма и при патологии, весьма многочисленны. Однако, до настоящего времени остаются многочисленные неразрешенные вопросы, требующие дальнейших исследований. При этом, по мере накопления знаний, возникает необходимость их систематизации и обобщения. Это и послужило обоснованием к проведению данного исследования.
Анализ современной литературы, как отечественной, так и зарубежной, позволил прийти к следующим выводам:
1. Глаз представляет собой сложную оптическую систему, состоящую из нескольких оптических сред: слезной пленки, передней и задней поверхности роговицы, влаги передней каме­ры, передней и задней поверхности хрусталика, стекловидного тела.
2. Непосредственно оптическую систему глаза образуют роговица, влага передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело, т. е. соответствующие им четыре преломляющие поверхности.

Приложения
Приложение 1
Таблица 3
Клиническая классификация миопии
Величина миопии в каждом глазу
Разница миопии в обоих глазах
Скорость прогрессирования миопии
Морфологический субстрат миопии
Стадия морфологических изменений в глазах
Степень снижения остроты зрения
Слабая (низкая) – до 3,0 дптр;
Средняя – 3,0-6,0 дптр;
Сильная (высокая) – 6,0 дптр и более.
Нет (изометропическая миопия);
Есть (анизометропическая миопия).
Стабильная – увеличение не более чем на 0,5 дптр в год;
Медленно прогрессирующая – увеличение до 1,0дптр в год;
Быстро прогрессирующая – увеличение более чем на 1,0 дптр в год.
Склеральная, склеропарапапиллярная, макулярная, витреальная, геморрагическая, смешанная, тотальная
Начальная – увеличение сагиттального размера глаза на 2 мм по сравнению с возрастной нормой, склеральный конус до ¼;
Развития – увеличение сагиттального размера глаза на 2-4 мм, склеральный конус до 1/2;
Далекозашедшая – увеличение сагиттального размера глаза на 4 мм, склеральный более ½.
...

Список литературы
1. Амосова Т.А., Белых А.А. Глаз как оптическая система // СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2013: материалы ХIV международной молодежной научной конференции: в 5-ти частях. – 2013. – С. 280-283.
2. Алексеев В.Н., Егоров Е.А., Астахов Ю.С., Ставицкая Т.В. Офтальмология. – М., 2010. – 412 с.
3. Арталь П. «Суперзрение»: факты и вымыслы.// Вестник оптометрии. – 2002. – №4. – С.34–41.
4. Балашевич Л.И. Оптические аберрации глаза: диагностика и коррекция.// Окулист. – 2001. – №6(22). – С.12–15.
5. Балашевич Л.И. Рефракционная хирургия. – Спб., 2002. – 285 с.
6. Безденежных В.Н. Миопия – проблема XXI века // Молодой ученый. – 2015. – №24 (104). –С. 253-255.
7. Бойкота Н.Н. Офтальмология. – Спб., 2007. – 211 с.
8. Вит В.В. Строение зрительной системы человека. – М.. 2003. – 195 с.
9. Даниленко А.С. Значение исследования функции аккомодации для диагностики клинических форм гиперметропии // Вестник офтальмологии. – 2003. – Т. 119, №6. –С. 21-23.
10. Дога А.В., Антонова Е.Г., Кишкин Ю.И. и др. Аберрации оптической системы глаза при различных методах коррекции астигматизма у детей и подростков // Офтальмохирургия. – 2008. – №1. – С. 45-47.
11. Жабоедов Г.Д., Скрипник Р.Л. Офтальмология. – М., 2010. – 402 с.
12. Иванова Т.В. Введение в прикладную и компьютерную оптику. Конспект лекций. – СПб, 2002. – 304 с.
13. Катаракта. / Под ред. Веселовской З. Ф. – Киев: Книга плюс, 2002. – 208 с.
14. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение// Вестник оптометрии. -2002.-№3. – С.13-20.
15. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение.// Вестник оптометрии. – 2002. – №3. – С.13–20.
16. Мальцев Э. В. Хрусталик. – М.: Медицина, 2001. – 192 с.
17. Мошетова Л.К., Нестеров А.П., Егоров Е.А. Офтальмология. – М., 2007. – 385 с.
18. Недзьведь О.В., Лещенко В.Г. Оптика глаза. Основы биофизики зрения. – Минск, 2008. – 35 с.
19. Онуфрийчук О.Н., Розенблюм Ю.З. О роли астигматизма в рефрактогенезе // Офтальмология / Под ред. Е.И. Сидоренко. —2-еизд., испр. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 408 с.
20. Патология хрусталика / под общ. ред. А.Д. Чупрова – Киров: КГМА, 2007. – 81 с.
21. Проскурина О.В. Важность правильного определения главных меридианов при астигматизме // Российский офтальмологический журнал. – 2014. – Т. 7, №1. – С. 77-78.
22. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М., 2003. – 376 с.
23. Родионов С.А. Основы оптики. Конспект лекций. – СПб, 2000. – 204 с.
24. Розенблюм Ю.З. Оптометрия. – М., 1995. – 221 с.
25. Семчишен В., Мрохен М., Сайлер Т. Оптические аберрации человеческого глаза и их коррекция.// Рефракционная хирургия и офтальмология. – 2003. – Т.3.– №1. – С. 5–13.
26. Сидоренко Е.И. Офтальмология. – М., 2006. – 302 с.
27. Слувко Е.Л. Миопия нарушение рефракции – это болезнь // Астраханский вестник экологического образования. – 2014. – №2 (28). – С. 160-165.
28. Современная оптометрия. – 2007. – №10 (10). – С. 43-45.
29. Сомов Е.Е. Клиническая анатомия органа зрения человека. – М., 1997. – 193 с.
30. Читанава С.С., Каландия Т.З. Миопия, гиперметропия и астигматизм как одни из наиболее распространенных физиологических дефектов зрения // Молодая наука - 2014: материалы V Открытой международной молодежной научно-практической конференции. – Сухум, 2015. – С. 233-234.
31. Artal P. Understanding Aberrations by using Double–pass techniques.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16, No5. – P. 560–562
32. Buratto L., Brint S.F. Custom LASIK: surgical techniques and complications // Ed. by SLACK Inc., 2003. – 816 p.
33. Holladay J.T., Piers P.A., Koranyi G. et al. A new intraocular lens design to reduce spherical aberration of pseudophakic eyes // J. Refract. Surg. – 2002. – Vol.18, No.6. – P.683-691
34. Koh S., Maeda N., Kuroda T. et al. Effect of tear film break–up on higher–order aberrations measured with wavefront sensor.// Am J Ophthalmol. – 2002. – №134. – P. 115–117
35. Lu F,.Mao X.,Qu J. еt al. Monochromatic wavefront aberration in the human eye with contact lenses.// Optom.Vis. Sci. –2003.– Vol.–80.–№2.– Р.135–141
36. Maeda N., Fujikado T., Kuroda T., et al. Wavefront aberrations measured with Hartmann–Shack sensor in patients with keratoconus.// Ophthalmology.– 2002.– Vol.109.– №11.– Р. 1996–2003
37. Oshika T., Klyce S.D., Applegate R.A., Howland H.C., Danasoury M.A. Comparision of corneal wavefront aberrations after photorefractive keratectomy and laser in situ keratomileusis.// Am J Ophthalmol. – 2003. – Vol. 127. – №1. – P. 1–7.
38. Oshika T., Miyata K., Tokunaga T. еt al. Higher order wavefront aberrations of cornea and magnitude of refractive correction in laser in situ keratomileusis.// Ophthalmology. – 2002. – Vol. 109. – №6. – P. 1154–1158
39. Patel S., Fakhry M., Alio JL. Objective assessment of aberrations induced by multifocal contact lenses in vivo.// CLAO J.– 2002 – Vol. 28.– №4.– Р. 196–201.
40. Roberts C. Biomechanics of the cornea and wavefront-guided laser refractive surgery // J. Refract. Surg. 2002.-Vol.18.-No.5.- P.589-592
41. Thibos L.N., Applegate R.A., Schwiegerling J.T., Webb R. Standards for reporting the optical aberrations of eyes // J. Refract. Surg. – 2002. – Vol.18, No.5. – P. 652-660
42. Xiong Y., Lu Y., Qu X. еt al. Investigation of wavefront aberrations for patients with cataract surgery.// Invest Ophthalmol Vis Sci. – 2002. – Vol. 43. – №12.– P. 387.
43. Zernike F. Beugungstheorie des Schneidenverfahrens und seiner verbesserten Form der Phasenkontrastmethode.// Physica I. – 1934. – №2. – Р. 689–704.