L’OCCHIO UMANO
(PREMESSA)
•La Rifrazione e Le Sue Leggi
•Il Sistema Occhio
•I Difetti Visivi
Prof.Lipari Carmelo
La RIFRAZIONE
La rifrazione è il fenomeno per
il quale un raggio luminoso
monocromatico, quando
incontra la superficie di
separazione di due mezzi
trasparenti(il primo più
denso ed il secondo meno
denso ) penetra in
quest’ultimo deviando
verso la normale (vedasi
figura).
Le leggi della rifrazione sono:
1. Il raggio incidente , il raggio
rifratto e la normale alla
superficie giacciono sullo
stesso piano.
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2. Il rapporto tra il seno
dell’angolo di incidenza ed
il seno dell’angolo di
rifrazione risulta costante
IL DIOTTRO SFERICO
Dicesi diottro sferico un sistema costituito da due
mezzi trasparenti omogenei aventi diverso indice di
rifrazione e separati da una superficie sferica di
centro C e di raggio di curvatura R. Gli elementi
caratteristici di un diottro sferico sono (vedasi fig.1):
1)L’angolo di apertura ACB
2)L’asse ottico principale,cioè l’asse di simmetria
passante per C,
3) Il vertice ,cioè l’intersezione dell’asse ottico con
la calotta,
4) Il Fuoco F1 (fig.2),cioè il punto ove occorre porre
l’oggetto affinchè la sua immagine si formi
all’infinito, ed il fuoco F2 (fig.2),cioè il punto in cui
si forma l’immagine quando l’oggetto è posto
all’infinito
5) Le distanze focali f1 ed f2 cioè le distanze
rispettivamente di F1 e di F2 dal vertice.
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L’EQUAZIONE DEI PUNTI
CONIUGATI
L’equazione dei punti coniugati rappresenta
la relazione che intercorre tra la distanza
dell’oggetto dal vertice (indicata con p),la
distanza dell’immagine dal vertice (indicata
con q) e la distanza del fuoco dal vertice
(indicata con f). Essa è la seguente:
n1/p + n2/q =(n2-n1)/R
Questa relazione,ovviamente, è valida solo
entro le approssimazioni di Gauss (angolo
di apertura del diottro piccolo e raggi
parassiali). In caso contrario, al fascio
omocentrico uscente da P non
corrisponderebbe più un fascio omocentrico
e conseguentemente l’immagine del punto P
non sarebbe più un altro punto Q.
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CALCOLO DELL’EQUAZIONE
DEI PUNTI CONIUGATI
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Potenza del Diottro
Dicesi potere diottrico (o potenza del diottro o
potere convergente) il valore corrispondente
ad uno dei seguenti rapporti:
D = n1 /f1 = n2 / f2= (n2- n1)/n
Se n2 > n1 si ha che D>0 e percio’ il diottro si
dice convergente. Se D<0 il diottro sarà
divergente.
L’unità di misura del potere convergente di un
diottro sferico è “la diottria”.
Se n1 =1, cioè se il primo mezzo è l’aria
D= n1/f1=1/f1,
perciò un diottro con distanza focale f1=1m
avrà un potere diottrico di 1 diottria, mentre
un diottro con distanza focale f1= 20 cm avrà
un potere diottrico di 5 diottrie. Più
semplicemente, il potere diottrico rappresenta
la capacità di far convergere verso l’asse i
raggi rifratti.
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LA STRUTTURA DELL’OCCHIO
L’occhio umano è di diametro di circa 23 mm.
Le pareti del globo oculare sono costituite da
tre membrane sovrapposte e concentriche
(vedi fig.)
1) La prima membrana, la più esterna, si
compone, a sua volta, di due parti , la
sclerotica o sclera (biancastra,opaca
e anelastica costituente i 5/6 della
tunica esterna) e la cornea che rappresenta
la parte anteriore dell’occhio incastonata
nella sclerotica come il vetro di un
orologio e costituisce per l’occhio al tempo
stesso una membrana avvolgente ed un
mezzo rifrangente (n=1,34).
2) La seconda, ossia quella intermedia,
detta anche “tunica vascolare o
uvea”, è costituita dalla “coroide”
(strato intermedio posteriore, ricco
di vasi sanguigni e di pigmenti bruni
che ha pertanto funzione nutritizia e
funzione di camera oscura), dal corpo
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LA STRUTTURA
DELL’OCCHIO
ciliare ( Prolungamento della coroide verso
la parte anteriore dell’occhio,costituito da
elementi vascolari e da fibre muscolari che
costituiscono il muscolo ciliare il quale si
inserisce su una formazione membranosa
detta “ zonula di Zinn ”e dalla cui rotazione
dipende la curvatura del cristallino ed il suo
potere convergente) e dall’iride(Parte
anteriore della tunica vascolare, ricca di
pigmenti e dal colore variabile da individuo
ad individuo, che presenta al centro un
forame detto “ pupilla ” che si restringe alla
luce e si dilata nell’oscurità).
L’iride e’ priva di pigmenti solo negli albini,
nei quali presenta solo un colore rossastro
per la trasparenza del colore del fondo
dell’occhio.
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LA STRUTTURA
DELL’OCCHIO
3) La terza è detta “ retina “(Parte interna
della parete posteriore del globo oculare ,
ricca di fibre nervose e di recettori di
stimoli luminosi detti “ coni “ e
“bastoncelli”, a sua volta collegata al
nervo ottico tramite la papilla ottica e
costituita da una piccola zona detta
”macula lutea” con una depressione
centrale detta ”fovea centrata” delle
dimensioni di 0,3 mm e con massima
sensibilità visiva). Queste tre membrane:
“sclera, tunica vascolare e retina”, dette
“tuniche parietali “ delimitano uno spazio
interno in cui troviamo mezzi liquidi
come “l’umor acqueo” (liquido , costituito
da acqua, sali e sostanze proteiche, che
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LA STRUTTURA
DELL’OCCHIO
riempie la camera anteriore
dell’occhio ed ha indice di
rifrazione 1,34 come la
cornea), “l’umor vitreo”
(sostanza gelatinosa
trasparente avente indice di
rifrazione quasi uguale a
quello dell’umor acqueo) e
mezzi solidi come ” il
cristallino” ( mezzo
trasparente , simile ad una
lente biconvessa con indice
di rifrazione n= 1,4 con
curvatura variabile per azione
del muscolo ciliare con il
compito di far convergere i
raggi luminosi sulla retina).
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IL SISTEMA OTTICO
DELL’ OCCHIO
L’occhio,come e’ stato detto, è pressochè
sferico di diametro di circa 23mm. Nella
parte anteriore, la cornea,che si inserisce nel
globo oculare, si può, a sua volta,
considerare una calotta sferica del diametro
di circa 16 mm.I centri delle due sfere
distano circa 5 mm.Dal punto di vista ottico
l’occhio è un insieme di due diottri
accoppiati, centrati sullo stesso asse e
distinti in due sistemi:
1) Il diottro corneale, formato dall’aria e
dall’umor acqueo separati dalla cornea,
ha un potere convergente pari 42 D
(vedasi figura).
2) Il diottro lenticolare, formato dall’umor
acqueo e dall’umor vitreo separati dal
cristallino ha un potere convergente di 16 D.
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IL SISTEMA OTTICO
DELL’ OCCHIO
Il potere convergente del diottro lenticolare è
meno accentuato di quello del diottro
corneale(16 diottrie contro 42 diottrie). Poiché
il potere diottrico di un sistema formato da
più diottri è dato dalla somma dei poteri
diottrici dei singoli componenti, il potere
diottrico complessivo dell’occhio sarà pari a:
D=D1+D2 = 42+16 = 58diottrie. Il cristallino ,
equivalente ad una lente biconvessa , ha
indice di rifrazione pari a 1,42 ed i suoi fuochi
hanno rispettivamente distanze focali pari
a17mm e 23mm. Il cristallino, attraverso circa
50 legamenti ,inseriti radialmente tutt’intorno
ad esso da un lato e nel corpo ciliare
dall’altro, può cambiare anche forma e
incrementare il suo potere diottrico fino a
32 diottrie.
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IL SISTEMA OTTICO
DELL’ OCCHIO
Cambiando mezzo ad
esempio sott’acqua
gli oggetti appaiono
confusi. La cornea
infatti perderà il suo
potere convergente,
trovandosi tra acqua
ed umor acqueo,
mentre riacquisterà il
suo potere
convergente se si
indossa una
maschera, perché in
tal caso la cornea
tornerà a trovarsi tra
aria ed umor acqueo.
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IL SISTEMA FISIOLOGICO
DELL’OCCHIO
La visione di un oggetto è il risultato di un
processo nel quale uno stimolo esterno (prodotto
dai raggi luminosi ) viene portato all’interno del
sistema nervoso , dove viene campionato,
decodificato ed elaborato. Quando i raggi luminosi
vengono messi a fuoco sulla retina
(“accomodazione o processo di accomodamento),
in corrispondenza della fovea si ha un’immagine
rimpicciolita, capovolta e reale. Le cellule
fotorecettoriali detti “coni” e “bastoncelli”,
investiti dai raggi luminosi, trasmettono i diversi
tipi di informazioni (colore, forma etc.) attraverso
le cellule bipolari, alle cellule nervose le quali le
inviano ,poi, attraverso il nervo ottico, ai centri
della visione, situati nel lobo occipitale.L’mmagine
viene , qui, raddrizzata e fusa con l’altra immagine
formatasi nell’altro occhio.
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I CONI E I BASTONCELLI
I coni,come pure i
bastoncelli, se investiti
se investiti dalla luce,
provocano un’iperpolarizzazione, che aumenta con
andamento logaritmico,
all’aumentare
dell’intensità dello
stimolo. Raggiunto un
certo valore dell’intensità
dello stimolo, la risposta,
in termini di
iperpolarizzazione rimane
costante (saturazione). I
coni mediano la visione ad
alti livelli di luminanza
(visione fotopica).
I bastoncelli,invece,
mediano la visione a
bassi livelli di luminanza
(visione scotopica).
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I COLORI
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RADIOMETRIA
La luce può essere intesa come ente
fisico soltanto,ovvero come radiazione
elettromagnetica, oppure non solo come
ente fisico, ma anche come sensazione
psicologica. Nel primo caso , passando
alle misure relative alla luce, si parla di
radiometria,e si ha a che fare con misure
oggettive dette radiometriche quali:
1)L’energia raggiante ,ovvero ,
l’energia trasportata per
irraggiamento (Joule).
2) Il flusso di radiazione od anche il
flusso di potenza , cioè la quantità
di energia che attraversa
perpendicolarmente una certa
superficie,rapportata al tempo
(Joule/sec ovvero watt).
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RADIOMETRIA
3) L’intensità di
radiazione “I”, ovvero
il flusso emesso entro
l’angolo solido unitario
(watt/steradiante)
4) L’irraggiamento “E” di
una superficie,ovvero
il flusso di radiazione
che attraversa la
superficie ,
rapportato alla sua
estension (watt/m^2).
Si dimostra che
E = I / R2
(Legge di Lambert )
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FOTOMETRIA
Nel secondo caso, ovvero quando la luce è
è intesa come ultimo risultato di un
processo che dalla stimolazione dell’occhio
umano, tramite propagazione di segnali
elettrici lungo i nervi ottici, porta alla
rappresentazione di segnali elettrici lungo i
nervi ottici, porta alla rappresentazione
visiva del mondo esterno, si parla di
footometria e si deve tenere conto non solo
dell’ente fisico (radiazione elettromagnetica)
ma anche del ricevitore(retina) e del sistema
di elaborazione dati (cervello).
Le principali grandezze fotometriche sono:
1) L’intensità luminosa della sorgente (cd).
2) Il flusso luminoso (lumen o lm)
3) L’intensità di illuminazione o
illuminamento di una superficie,
corrisponde all’irraggiamento (lm/m2 =lux).
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DISFUNZIONI DELL’OCCHIO
Come tutti gli altri organi del corpo
umano anche l’occhio può avere una
conformazione variabile da soggetto
a soggetto e può ammalarsi.
Di seguiti verranno illustrati i
principali difetti visivi direttamente o
indirettamente riconducibili a vizi di
rifrazione e/o gli stati patologici più
frequenti dell’organo della vista:
1. La miopia
2. L’ipermetropia
3. La cataratta
4. L’astigmatismo
5. Il cheratocono
6. L’ambliopia
7. Lo strabismo
8. Le retinopatie
9. Il Daltonismo
10. Il glaucoma
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LA MIOPIA
I difetti visivi (ametropie) derivano da una
scarsa correlazione tra le varie parti
dell’occhio.Si dice che un occhio è miope se
i raggi luminosi provenienti da lontano
vanno vanno a fuoco su un punto anteriore
alla retina sulla quale si forma un’immagine
confusa, mentre i raggi provenienti da
vicino vanno perfettamente a fuoco su di
essa. La miopia è dovuta ,in genere ad una
maggiore lunghezza del bulbo oculare.
Si corregge con l’applicazione di lenti
divergenti che fanno si che i raggi
focalizzino esattamente sulla retina. Il difetto
può essere corretto definitivamente
mediante la Chirurgia radiale “ oppure
mediante la chirurgia con laser ad eccimeri.
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LA PRESBIOPIA
La presbiopia consiste in una
perdita, da parte dell’occhio,
del potere di accomodamento
ed appare con l’avanzare
dell’età. In tal caso il punto
prossimo è più lontano del
normale e pertanto si vedranno
chiaramente gli oggetti
distanti, mentre diventa
difficoltosa la visione da
vicino (ad es. la lettura) . Tale
difetto si corregge con
l’applicazione di lenti
convergenti che vanno a
sopperire al diminuito potere
di accomodamento dell’occhio.
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L’IPERMETROPIA
L’ipermetropia consiste nella
formazione del punto di
convergenza dei raggi
luminosi dietro la retina, con
conseguente visione sfocata.
All’origine di ciò c’è la brevità
dell’asse antero-posteriore del
globo oculare e la deficiente
delle superfici rifrangenti
dell’occhio etc. Se
l’ipermetropia non è grave
viene compensato mediante il
processo di accomodamento,
altrimenti si può correggere
mediante lenti convergenti o
meglio ancora con il laser ad
eccimeri.
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LA CATARATTA
La cataratta consiste in una progressiva
opacizzazione del cristallino che a sua volta non
permette il formarsi di un’immagine chiara sulla
retina.
Tale difetto si manifesta prevalentementein età
superiore ai 55 anni. Produce la sensazione del
vedere attraverso un velo. Per risolvere il problema
occorre rimuovere e sostituire il cristallino. Vi sono
due tecniche:
1) L’estrazione extracapsulare che prevede
un’apertura nell’occhio per 11 cm, per
permettere l’accesso degli strumenti e la
rimozione della cataratta con successiva
sostituzione del cristallino e chiusura mediante
l’applicazione di punti.
2) La facoemulsificazione che prevede
un’apertura nell’occhio di circa 5mm in
ed un immediato recupero.
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LA CATARATTA
Occorre precisare che , prima
dell’eliminazione della cataratta,
occorre rimuovere una sottile
membrana che le sta davanti cioè
la “capsula anteriore” della lente.
Con la nuova tecnica si riesce a
rimuoverla in modo circolare
(“capsulorhexis”) con il vantaggio
di una migliore fissazione della
lente intraoculare. Dopo qualche
anno nel primo tipo di intervento,
si può formare un’opacizzazione
che dicesi “cataratta secondaria”
che si può ambulatoriamente
eliminare con il Laser.
Tale evenienza è nettamente
diminuita con l’intervento di
facoemulsificazione.
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L’ASTIGMATISMO
E’ un difetto visivo, per lo più , determinato dalla
irregolare curvatura della cornea. Cioè essa non
ha la classica forma “a cupola” o a “mestolo da
cucina”.La curvatura non è uguale su tutti i
meridiani.La sua forma si avvicina a quella di “un
cucchiano da tè”, con alcuni meridiani più curvi ed
altri meno curvi. L’astigmatismo, si può correggere,
aseconda dei casi, con occhiali o con la
“chirurgia radiale” o con il “laser ad eccimeri” o
con la “termocheratoplastica” od ancora , se molto
accentuata,con la” tecnica Lasik” che consiste nel
sollevamento dello strato esterno della cornea con
uno speciale strumento tagliente e l’esecuzione del
laser ad eccimeri sulla cornea “scoperta” e subito
dopo, la stesura degli strati esterni sollevati sulla
cornea trattata e che vengono nuovamente fatti
aderire senza punti di sutura.
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IL CHERATOCONO
Il cheratocono
(Keratos+conos =
cornea+cono) consiste
nella perdita, da parte
della cornea, della sua
naturale “forma a
cupola”, assumendo
quella di un cono, con
conseguente perdita di
acuità visiva . Essa
viene ristabilita con
occhiali, lenti a contatto
e , in casi più complicati,
con un trapianto di
cornea.
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L’AMBLIOPIA
Per “”ambliopia” si intende
la diminuita capacità visiva
di uno o di entrambi gli
occhi. In genere tale difetto
si indica coon lespressione
“occhio pigro”. In tali casi
si ha che gli occhi
presentano diversi livelli di
difetto visivo. Tale difetto ,
non corretto all’età giusta,
porta il cervello a preferire
un occhio rispetto all’altro.
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LO STRABISMO
Lo strabismo
consiste in una
modificata
posizione degli
occhi. Si manifesta,
appunto, con globi
oculari non in asse,
ma convergenti o
divergenti
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LE RETINOPATIE
Le patologie della retina più comuni
sono:
- La rottura retinica
- Il distacco della retina
- La retinopatia diabetica
- Le maculopatie
- La retinite pigmentosa
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LA ROTTURA RETINICA
La rottura
retinica consiste
in una
discontinuità
della retina che
può dare origine
a visione di
“lampi” o
“mosche”. Essa
può portare al
distacco
dell’epitelio
pigmentato, per
cui si rende
necessario
l’intervento
chirurgico.
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IL DISTACCO DELLA
RETINA
Il distacco della
retina è una
raccolta di
liquido sotto la
retina. Nella
maggior parte
dei casi essa è
provocata dallo
sviluppo di una
o più
lacerazioni
retiniche. La
scelta del tipo
di terapia
(chirurgica o
laser) dipende
dal tipo di
distacco.
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LA RETINOPATIA
DIABETICA
Il diabete provoca
un'alterazione dei vasi
sanguigni in tutto il
corpo e in particolar
modo dei piccoli vasi
(capillari), i quali
portano sangue ai
tessuti e scambiano con
essi ossigeno e
nutrimenti. I capillari
vengono danneggiati a
causa dell'interazione
tra i costituenti della
loro parete e lo
zucchero circolante in
eccesso nel sangue
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LE MACULOPATIA
La degenerazione
maculare è per lo più
dovuta al processo di
invecchiamento
dell'occhio
(degenerazione
maculare senile),
sebbene alcuni
pazienti presentino
una predisposizione
ereditaria; In molti altri
casi la degenerazione
maculare si sviluppa in
seguito a traumi
oculari, infezioni,
infiammazioni o
miopia.
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LA RETINTE PIGMENTOSA
Con il termine di Retinite Pigmentosa (RP)
sono oggi indicate un gruppo d’affezione
che ha in comune un processo
degenerativo evolutivo, geneticamente
determinato che causa una scarsa
efficienza del Recettore Retinico (coni e
bastoncelli). La Retinite Pigmentosa è una
degenerazione retinica che comporta un
progressivo deterioramento del sistema
visivo che in molti casi, soprattutto negli
individui più anziani (ma talvolta anche in
soggetti giovani), può portare alla cecità.
Attualmente la comunità scientifica
internazionale non dispone di cure efficaci
in grado di far guarire un paziente affetto,
anche se da alcuni anni esistono alternative
terapeutiche in grado di bloccarne o di
rallentarne fortemente il decorso .
Prof.Lipari Carmelo
IL DALTONISMO
E’ un difetto della
visione dei colori che è
dovuto akl fatto che
l’occhio vede i colori
scomponibili in alcuni
“canali”, come succede
nelle telecamere , nei
monitors o nelle
stampanti a colori.Si
può pertanto avere uno
squilibrio tra i diversi
canali per cui alcuni
colori vengono
scambiati con altri.
Prof.Lipari Carmelo
