SRP om øjet, optik og refraktion i Fysik A og Biologi B

Side 1

Amina 3.a 16-12-11

STX 3.g

1

Indhold

Indledning ............................................................................................................................................. 2 Øjets anatomi ........................................................................................................................................ 2 Øjets ydre ...................................................................................................................................................... 2 Øjets indre ..................................................................................................................................................... 3 Øjets fysiologi ........................................................................................................................................ 7 Lys .................................................................................................................................................................. 7 Øjets brydende kraft...................................................................................................................................... 7 Billeddannelse ............................................................................................................................................... 9 Eftervisning af linseformlen ......................................................................................................................... 11 Akkommodation .......................................................................................................................................... 12 Refraktionsanomalier ........................................................................................................................... 13 Hypermetropi .............................................................................................................................................. 13 Myopi ........................................................................................................................................................... 14 Astigmatisme ............................................................................................................................................... 15 Sammensætning af linser ............................................................................................................................ 16 Bevis for dioptrisætning .............................................................................................................................. 16 Briller og Kontaktlinser ................................................................................................................................ 18 Refrationskirurgi .................................................................................................................................. 20 Laseren ........................................................................................................................................................ 20 Operationen ................................................................................................................................................ 21 Fordele og ulemper .............................................................................................................................. 23 Konklusion ........................................................................................................................................... 24 Litteraturliste ....................................................................................................................................... 26 Figurer ................................................................................................................................................. 26

Side 2

Amina 3.a 16-12-11

2

Indledning

Øjet er et meget kompliceret sanseorgan og det er igennem det vi modtager alle vores visuelle indtryk. Øjnene er for de fleste uundværlige og de er i sandhed kongen over alle sanser.

Menneskets synsapparat består af to øjne, optiske nerver og hjernen. Dette kan sammenlignes med, at øjnene er videokameraer som via kabler; de optiske nerver, er forbundet til en computer; hjernen. Det optimale øje er opbygget sådan, at hjernen modtager et skarpt billede, som den kan fortolke. Det kan dog hænde, at der pga. fejl i øjets opbygning sker en forstyrrelse i det billede hjernen modtager, så det dannede billede, herved bliver uskarpt. Men hvad skyldes disse uskarpheder og hvilke metoder benyttes til at korrigere for disse forstyrrende faktorer?

Dette bliver belyst i denne opgave, hvor vi undersøger øjets anatomi ved dissektion. Derudover undersøger vi øjets funktion, hvor vi bl.a. ser på nogle af de strukturer i øjet, der kan medføre til uskarpheder; hvorved vi hovedsagligt fokuserer på hornhinden. Vi ser desuden på de metoder, der anvendes til at korrigere for uskarpheder i synet, både de traditionelle metoder, såsom brillen og kontaktlinsen, men også de nyere metoder, hvor man vha. en laser udfører et kirurgisk indgreb og derved enten reducerer eller eliminerer uskarphederne. Vi vil i dette sammenhæng også eftervise linseformlen, samt bevise dioptrisætningen, som begge benyttes, når man skal korrigere for uskarpheder i synet med briller eller kontaktlinser. Til slut diskuterer vi fordele og ulemper ved traditionel kirurgi kontra laserkirurgi.

Øjets anatomi

For at mennesket skal være i stand til at se noget er øjet, den optiske nerve og hjernen nødt til at samarbejde om at danne de billeder, som vi skal se. For at dette skal være muligt, må lysets bølger passere gennem hornhinden, pupillen og linsen, for derefter at blive fokuseret på nethinden. Et elektrisk signal generes i nethinden og passere dernæst den optiske nerve til et specialiseret område i hjernen, hvor billedindtrykket tolkes. Til at forstå dette bedre, er vi nødt til at kigge nærmere på øjets bestanddele og undersøge deres rolle i øjets modtagelse af et synsindtryk.

Øjets ydre

Det ydre øje består af øjelåget, øjenhulen og tårekanalen. Øjet ligger inde i øjenhulen (Orbita), som har form som en firesidet pyramide, hvis spids vender modsatrettet synsretningen. Her er øjet beskyttet af knogler fra kraniet og et fedtlag. Øjet er derudover også beskyttet af øjenlåget, som er et tykt beskyttende lag, som sammen med øjenvipperne hjælper med at forhindre, at fremmedlegemer, som skidt og støv, trænger ind i øjet. Der fordeles også en speciel væske, tårer, på overfladen af øjet (hornhinden) med regelmæssige mellemrum. Dette bevirker, at øjet forbliver fugtigt og dermed forhindrer øjet i at tørre ud og beskytter det imod infektioner. Tårerne spredes af øjenlågets blinkebevægelser og drænes via en tårekanal i øjenkrogen og dernæst videre til næsen. Under normale forhold bemærker vi dog ikke tårerne, men sker der en overproduktion af tårer, som f.eks. når vi græder, kan tårekanalerne tilstoppes og vi bemærker, at der er overflod af

Side 3

Amina 3.a 16-12-11

3 tårer, som triller ned af kinderne. Hvis mængden af tårer derimod reduceres eller kvaliteten af tårefilmen er dårlig, kan øjnene føles tørrer og ubehagelige.

Der er 6 muskler, som holder øjet på plads og får øjet til at bevæge sig. Øjenmusklerne styres af tre nerver direkte fra hjernen. Øjet har en klar central del (hornhinden) og en vandtæt beskyttende lag (bindehinden). Bag bindehinden ligger senehinde, et sejt fibrøst lag, som er hovedstrukturen i øjeæblets væg. Tilsammen udgør bindehinden og senehinden øjets hvide del.

Øjets indre

Fra figur 1 fremgår det grundlæggende bestanddele af det indre øje.

1

Overordnet består det indre øje anatomisk af hornhinden, regnbuehinden, linsen, glaslegemet, nethinden og den optiske nerve. Vi opstiller et forsøg, hvor vi undersøger pattedyrøjets anatomi ved dissektion [2]. Formålet med forsøget er at få en større forståelse for øjets enkelte bestanddele.

Et præparat fra en kalv benyttes til undersøgelsen.

Vi starter med at afskære øjenlåg på præparatet, hvorefter vi fjerner fedtvævet, således at vi kun har øjeæblet tilbage. På bagsiden af øjeæblet ser vi en lille hvid tap. Denne tap er den optiske nerve (nervus opticus), hvis funktion er at sende elektriske signaler til hjernen, så vi derved kan få dannet et billede. Den består af bundter af nervefibre, som leder elektriske impulser igennem et

                 3
myelinisoleret akson .

1

Hentet fra http://www.visinfo.dk/Forlag/online/fagligt/F0601/html/chapter03.htm

2

Eksperiment ”Undersøgelse af øjet ved dissektion”. (Lærer har assisteret med gode råd og vejledning)

3

Udløberen fra nervecellen.

Figur 1.

Øjets anatomi

Side 4

Amina 3.a 16-12-11

4

Den optiske nerve udgår fra senehinden(sclera), som er et sejt lag, som strækker sig over hele øjet.

Undersøger vi dette lag, kan vi se, at det er ugennemsigtigt bagpå, men gennemsigtigt foran.

Senehinden er dannet af proteinfibret kollagen, der er vævet ind i hinanden, samt grundsubstans [4] og fiboblaster [5]. Senehinden er dækket af et beskyttende lag kaldet bindehinden (conjunctiva), som er hæftet fast til øjelåget.

Den gennemsigtige del af senehinden kaldes for hornhinden [6]

(cornea) og denne del er kraftigere buet end resten af belægningen. Hornhinden er stærk og tillader lys fra alle retninger at passere gennem den. Hornhinden er ca. ½ mm tyk på midten og 1 mm tyk i periferien og den består af fem lag. [7] Yderst ligger epitelet - hvis funktion dels er at holde fremmedlegemer ude og dels at skabe en glat overflade, hvori lyset kan brydes. Under epitelet ligger Bowmans lag, dernæst stromaet, som er det midterste og tykkeste lag. Disse lag er opbygget af kollagen, som giver hornhinden sin styrke, form og elasticitet. Under stromaet ligger Descements membran, som er et støttelag og til sidst har vi endotelet, et tyndt lag som danner afgrænsningen til det forreste øjenkammer.

Sidstnævntes funktion er at holde hornhinden klar, idet den pumper kammervand ud af stromaet og det er også her transporten af næring til hornhinden foregår.

Hornhindens funktion er, sammen med øjets linse, at bryde lyset og derved sørge for at lyset samles på nethinden. Hvis vi udskærer synsnerven, så der bliver en lille åbning på bagsiden af øjeæblet, kan vi få mulighed for at kigge igennem øjet. Se fig. 3.

4

Et medium som står for transporten af forskellige substanser mellem cellerne

5

Bindevævsceller

6

Øjensygdomme s8 og Øjensygdomme 2 s. 6.

7

Keratoconu s4-5

Figur 2. Den optiske nerve som udgår fra senehinden.

Side 5

Amina 3.a 16-12-11

5

Kigger vi igennem øjeæblet kan vi se, at øjet virker som en lup, hvilket skyldes den linse, som er inde i øjet. Vi lægger derudover mærke til, at det er utrolig svært at fokusere igennem det, hvilket sikkert skyldes, at øjet er konserveret og ikke er levende, som betyder, at de muskler, der normalt hjælper til med fokuseringen ikke er i funktion.

Skærer vi øjeæblet i to halvdele lægger vi øjeblikkeligt mærke til en geléagtig masse, som flyder ud.

Den masse kaldes for glaslegemet (corpus vitreum^{8}). Denne udgør 2/3 af øjeæblet og består af 99 %

vand og 1 % hyaluronsyre, kollagen og salte [9]. Glaslegemet er omgivet af en gennemsigtig membran og dens vigtigste rolle er formgivningen af øjet i fosterstadiet, især når linsen dannes.

Men derudover har glaslegemet ikke en kendt funktion efter fødslen. Den har dog en tendens til at skrumpe ind midt i livet. Glaslegemet cirkulerer ikke rundt ligesom kammervandet, som passerer på overfladen af det.

Vi skærer nu rundt om hornhinden og løfter den af. Vi kan se en muskuløs, blændeagtig struktur og denne kaldes for regnbuehinden (iris). Regnbuehinden er det farvede væv, som er omkring pupillen. Farven af regnbuehinden er arvet fra ens forældre og det er den, som bestemmer ens øjenfarve.

Iagttager vi regnbuehinden, kan vi se, at den har en åbning; pupil. Pupillen er meget lysfølsom, den udvides i mørke og trækker sig hurtigt sammen, når øjet udsættes for stærkt lys; for at beskytte øjet. Pupillens størrelse bestemmes af musklerne i regnbuehinden. Der er to lag af glatte muskelceller [10] i regnbuehinden, et cirkulært lag og et radiært lag. Det cirkulære lag mindsker størrelsen af pupillen, mens det radiære lag forstørrer.

Ser vi igennem pupillen kan vi se linsen, som er gennemsigtig og farveløs. I levende tilstand ville der have været en farveløs, gennemsigtig vandvæske i hulrummet mellem hornhinden og linsen.

Dette hulrum er det forreste af øjets to kamre og denne væske kaldes for kammervand.

Kammervandet bader og ernærer den forreste del af øjet ved cirkulerer kontinuerligt og det passerer øjet fra det inderste af øjet igennem pupillen og forlader hovedsagligt øjet igennem en

8

Øjensygdomme (1) s9 og Øjensygdomme (2) s. 9

9

Øjensygdomme (3) s. 23

10

Fysiologibogen - den levende krop. s76

Figur 3. Øjeæblet hvor synsnerven er udskåret.

Side 6

Amina 3.a 16-12-11

6

drænekanal kaldet den schlemm’ske kanal^{11}, som befinder sig i kammervinklen [12]. Kammervandet

udskiftes i løbet af fire timer [13].

Området mellem hornhinden og regnbuehinden kaldes for det bagerste kammer og heri befinder linsen, zonulatrådene og strålelegemet sig. Det er i strålelegemet, at kammervandet dannes og disse strukturer bader i kammervandet.

Linsen i øjet er gennemsigtig og har form som en chokoladelinse. Ligesom chokoladelinsen har øjenlinsen et hårdt ydre, men en blød geléagtig indre, som kan minde lidt om en vingummis konsistens. Linsen har ingen direkte blodforsyning, men den udvinder den nødvendig næring og ilt fra kammervandet, som den befinder sig i. Linsen ligger bag pupillen og den er ophængt i en række meget fine tråde, zonulatrådene. Disse tråde er sammen med øjenmusklen, en cirkulær muskel formet som slangen på et hjul, med til at gøre linsen tykkere eller tyndere, så lyset brydes anderledes alt efter, hvor man ønsker fokus.

Det lys som bliver brudt af hhv. hornhinden, kammervandet, linsen og glaslegemet fokuseres på nethinden [14] (retina), som er den buede bagvæg af øjeæblet. I undersøgelsen lægger vi mærke til, at nethinden har en grålig farve, som reflekterer lys, så den derved virker skinnende og får et nuanceret farvespektrum. Imellem senehinden og nethinden ligger årehinden (choroidea), som er et karførende lag med en ernærende funktion. Det er derfor vi lægger mærke til, at der er rigtig mange blodkar på nethinden, idet nethinden er papirtynd og vi kan se årehinden. Årehinden er også involveret i dannelsen af kammervandet.

Nethinden er en lysfølsom membran, som består af 2 typer af lysfølsomme celler kaldet stave og tappe pga. deres udseende. Der er omkring 130 millioner lysfølsomme celler i hvert øje. Stavene, som der ca. er 123 millioner af, ligger i den perifere del af nethinden og de tager sig af at skelne

mellem lys og mørke - altså stort/hvidt syn. Stavene er følsomme overfor små mængder af lys og

11

Øjensygdomme (1) s9.

12

Den vinkel som dannes mellem hornhinden og regnbuehinden.

13

Keratoconu s4

14

Øjensygdomme (1) s. 11-12

Figur 4 1. hornhinden, 2.

senehinden, 3. linsen, 4.

glaslegemet, 5. nethinden

1

2

3

4 5

Side 7

Amina 3.a 16-12-11

7 kan ikke skelne mellem farve, hvilket er grund til, at ting mister deres farve i mørke.

Tappene, som der ca. er 7 millioner af, tager sig af farvesynet og de fungerer bedst i stærkt lys. Der findes tre typer af tappe, som hver specialiserer sig for en primær farve - rød, blå eller grøn.

Tappene er koncentreret i centrum af nethinden i den såkaldte ”gule plet” (macula lutea). Den gule plet er specialiseret i det detaljerede syn, som f.eks. anvendes når man læser eller til at

genkende ansigter. Kun 2/3 af nethinden er dækket af lysfølsomme celler. Der hvor den optiske

nerve kommer ind i øjet, er der ingen lysfølsomme celler, og derfor kaldes dette punkt for ”den blinde plet”. De små blodårer, som tilfører øjet med blod kommer også ind samme sted.

Øjets fysiologi

Øjets funktion er at bryde de indkommende lysbølger og ved at fokusere det på nethinden danne et klart og tydeligt billede. Hornhinden og linsen er øjets fokuserende del, de fokusere lys for at danne et billede, som projiceres på nethinden. De lysfølsomme celler i nethinden oversætter herefter lysets energi til elektriske impulser, der transmitteres gennem de optiske nerver til synscenteret i hjernen.

Lys

15

Af hele det elektromagnetiske spektrum er øjet kun følsomt over for den lille del, som kaldes for det synlige lys. Elektromagnetisk strålings energi er beskrevet ved bølgelængder og frekvenser, hvor en bølgelængde er afstanden imellem to bølgetoppe og frekvensen er antal bølgelængder pr.

sekund. De bølgelængder som er i stand til at stimulere øjets lysfølsomme celler - dvs. dem som er i det synlige spektrum - er imellem 400 nm og 700 nm. Lysbølger med disse bølgelængder opfattes som havende forskellige farver.

Øjets brydende kraft

Vi er omringet af lysbølger og alt det vi ser, er lysbølger, som er brudt i de brydende materialer i vores øje. Et normalt øjes længde er afpasset til øjets brydende kraft, således at parallelle indkommende lysstråler samles på et punkt i nethinden. [16] Hornhinden danner sammen med linsen en samlelinse. Som navnet antyder samler linsen et strålebundt, som passere den. Alle lysstråler, som passerer en samlelinse, og som er parallelle med linsens midterakse, vil samles på et punkt; brændepunktet F. Den afstand fra linsens midtpunkt til brændepunktet kaldes for brændevidden f. På fig. 5 ses, hvordan lysstrålerne brydes i samlelinsen og samles i brændepunktet F med brændevidden f.

15

Human Physiology p. 244

16

Øjensygdomme (2) s30 og Fysik i fokus kap. 2

Side 8

Amina 3.a 16-12-11

8

17

Årsagen til at lysstrålerne bryder ved overgangen fra luft til hornhinden, beror på en ændring af lysstrålernes hastighed. Når en lysstråle overgår fra stof til et andet, ændres hastigheden så det svarer til brydningsindekset. Et stofs brydningsindeks er et tal for stoffets lysbrydende egenskaber, som er angivet i brydningsforholdet mellem det pågældende stof og vakuum. Lysets hastighed i

vakuum er ca. 3 · 10^{8}^{𝑚}_{𝑠}^{18} og er lavere for alle andre stoffer.

19

Grunden til at lysstrålerne samles i et punkt kan forklares ud fra øjets form. Hvis vi forestiller os en lysstråle, som bevæger sig vinkelret imod en grænseflade imellem to stoffer med forskellig brydningsindeks, er hastighedsændringen det eneste fænomen, som forekommer. Er grænsefladen mellem de to stoffer derimod ikke vinkelret på lysstrålens udbredelsesretning, vil der ske en afbøjning af lysstrålen. Afbøjningen af lysstrålerne vil ikke være ens, idet overfladen af øjet er krum. Strålen med retning mod øjets centrum, som danner systemets optiske akse, vil gå ubrudt igennem, idet den rammer øjet vinkelret. Resten af strålerne bliver brudt således, at de

konvergerer imod denne akse. Brydningen i en krum overflade, såsom øjet, er givet ved^{1}_{𝑓}.

På fig. 6 ses en illustration af brydningen i hornhinden.

Lysstrålen brydes først i hornhinden, hvorefter den brydes i kammervandet, linsen og glaslegemet, inden den fokuseres på nethinden. Den største brydning foregår i hornhinden, idet lysstrålen her overgår fra luft til hornhinde, som er et vandagtigt væv, og derfor ændres lysstrålens hastighed sig mest her, hvilket medfører den største brydning. Der sker også en brydning imellem de andre overgange, men der er dog ikke lige så store.

17

Medicinsk biofysik s. 248 og Øjensygdomme (2) s36

18

299'792,458 km/s - international standard http://da.wikipedia.org/wiki/Lys

19

Medicinsk biofysik s. 251

Figur 5.

Brydningen i en samlelinse.

Figur 6.

Lysets brydning i hornhinden og fokusering på nethinden

Side 9

Amina 3.a 16-12-11

9

Billeddannelse

20

Når lysstrålerne brydes og fokuseres på nethinden, dannes der et billede på nethinden. Dette billede er omvendt, samtidig med at det er spejlvendt. Hjernen vender billedet om, og det er derfor vi ikke ser et omvendt billede. Princippet er illustreret i fig. 7.

21

Eftersom linsen ligesom hornhinden har en krum overflade må brydningen i linsen også være givet

   1                                                           1
                                                                 22
ved . Det betyder, at jo stærkere linsen er, desto kortere er f og jo større er . Enheden for
   𝑓                                                           𝑓

linsestyrker er en reciprok afstandsangivelse, som normalt angives i dioptrier (D) på basis af

meterenhenden 𝑚^{−1}. Dvs. hvis man har en brændvidde på 1 m, er linsens styrke 1 D og er
𝑓 = 0,5 𝑚 er linsens styrke 2 D.

23

På fig. 8 ser vi, at de lysstråler, som har brændpunktet 𝐹
                                             2

var parallelle med den optiske akse, inden de blev brudt i linsen. Et tilsvarende forhold vil gælde for det brændpunkt som ligger foran

linsen 𝐹_{1}, som dannes, hvis lysstrålerne rammer linsen fra den modsatte side - altså fra højre. Vi
kan nu se, at de to brændvidder 𝑓_{1} og 𝑓_{2} vil være identiske med den forudsætning, at stoffet foran

og bagved linsen har samme brydningsindeks - hvilket er tilfælde her, idet det er øjets linse.

20

Øjensygdomme (2) s. 30 og s42

21

Hentet fra http://nordisksyn.dk/oejenoperation/oejets-anatomi/

22

Øjensygdomme (2) s. 41

23

Medicinsk biofysik s. 258

Figur 7.

Billeddannelse på øjet nethinde

Figur 8

Samling af parallelle lysstråler i en samlelinses brændpunkt

Side 10

Amina 3.a 16-12-11

10

Anbringer vi en billedskærm bag samlelinsen, kan vi se, at der af objekter, som befinder sig i en passende afstand foran linsen, dannes et omvendt billede på billedskærmen(se fig. 7). Kvaliteten af dette billede vil dog afhænge af linsens dimensioner, idet tynde, svagtkrummede linser er de bedste.

24

Positionen mellem objektet, linsen og det tydelige dannede billede kan beskrives ud fra tre konstruktionsstråler, hvoraf det ene passerer gennem linsens optiske midtpunkt og de to andre

passere gennem enten det forreste 𝐹_{1} eller bagerste 𝐹_{2} brændpunkter (som vist på fig. 9).

Den lysstråle som passerer linsens optiske midtpunkt vil ikke skifte retning. Lysstrålen som

passerer det forreste brændpunkt 𝐹_{1}, vil, som nævnt ovenfor, fortsætte parallelt med den optiske
akse efter brydningen og lysstrålen som passere det bagerste brændpunkt 𝐹_{2}, var parallel med

den optiske akse før brydningen. Der gælder følgende sammenhæng mellem objektets afstand 𝑎,

                            1
billedets afstand 𝑏 og linsestyrken :
                            𝑓

1 1 1_{25} (1.1)

𝑎 𝑏 𝑓

+ =

Den overstående formel kaldes for linseformlen for tynde linser eller afbildningsformlen. Vi ved, at en samlelines brændvidde er konstant, derfor må der gælde:

1 1 𝑎 𝑏

+ = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡

Denne konstant er, som vi omtalte tidligere, linsens styrke.

24

Medicinsk biofysik s259

25

Fysik i fokus kap 2 (linseformlen)

Figur 9

Billeddannelse med samlelinser

Linseformel/afbildningsligningen

Side 11

Amina 3.a 16-12-11

11

Eftervisning af linseformlen

Vi opstiller et forsøg, hvis formål er at eftervise den overstående linseformel. Vi måler en række sammenhængende værdier af 𝑎 og 𝑏 og ud fra disse tegner vi en graf.

Vi lader variablen 𝑎 være den uafhængige variabel og 𝑏 den afhængige. Vi forudsætter ud fra linseformlen, at der må være et lineært sammenhæng mellem de to, så vi får et forløb af formen:

𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏

Omskriver vi linseformlen til denne form får vi:

1 1 1 𝑏 𝑎 𝑓

= − +

Resultater:

Bilag 1.

Resultatbehandling:

26

Som det ses ud fra vores regression kan sammenhænget beskrives ved formen:

1 1 1 𝑏 𝑎 𝑓

= − +

Idet vores ligning lyder på:

1 1 𝑏 𝑎

= −0,9963 · + 6,6634 𝑚^{−1}

26

En tilsvarende graf med andre værdier kan findes i bilag 2.

På grafen ses^{1}_{𝑏} som funktion
af^{1}_{𝑎}. Det ses at der er en

lineær sammenhæng.

Side 12

Amina 3.a 16-12-11

12

                                                                              2
Vi kan se, at der som forventet er en lineær sammenhæng. Dette resultat er ret pålideligt, idet 𝑅

er over grænsen og endda er meget tæt på 1. Dette betyder, at der hverken har været større usikkerheder eller fejlkilder i forsøget. Den lille afvigelse skyldes de uundgåelige måleusikkerheder.

Ud fra vores opstillede ligning kan det også ses, at den linse som blev benyttet i forsøget havde en

linsestyrke, som ligger mellem + 6 og 7D. Vi kender desværre ikke tabelværdien for linsens styrke,

så vi har ikke noget at sammenholde vores resultat med. Men eftersom det ikke spiller en stor rolle i betragtning af vores formål, kan vi konkludere, at sammenhænget mellem objektets afstand

                              1
𝑎, billedets afstand 𝑏 og linsestyrken kan beskrives ved linseformlen.
                              𝑓

Akkommodation

Øjets totale lysbrydende styrke er summen af hornhindens og linsens [27] styrke, som for et normalt øje er på ca. 59 D; ca. 42 D for brydningen i hornhinden og ca. 17 D for brydningen i linsen. Øjets linsestyrke er dog afhængig af, hvor det er, man ønsker fokus. Øjets skarphed er reguleret ved en proces kaldet akkommodation. Ved akkommodation bliver øjenlinsen gjort tyndere eller tykkere alt efter om man ønsker fokus på noget, som er tæt på eller noget, som er langt væk.

28

Som vi nævnte tidligere er linsen ophængt i zonulatråde og disse tråde løsnes eller strammes vha.

øjenmusklen i strålelegemet, hvortil zonulatrådene er fæstnet. Musklen er cirkulærformet med zonulatrådene fæstet på den inderste overflade, så når musklen trækker sig sammen og dens størrelse bliver mindre, vil zonulatrådene slappe af, hvilket bevirker at linsen også slapper af. Når linsen slapper af, bliver den tykkere i formen og dens evne til at fokusere på det, som er nært øges, da lysstrålerne bøjes mere og billedet fokuseres på nethinden. I denne tilstand er øjet akkommoderet og det benytter øjet, når det skal fokusere på noget nært.

Omvendt når øjet skal fokusere på noget fjernt, slapper øjenmusklen af, hvilket gør at zonulatrådene strammes og derved strammes linsen op og gøres tyndere. Det, at linsen bliver tyndere gør, at lysstrålerne bøjes mindre og igen kan billedet fokuseres på nethinden. (se fig. 10 ) Akkommodation gør øjet i stand til at variere fokus fra et nært objekt til et fjernt objekt.

Normalt siger man, at en ung person kan se skarpt fra uendelig til ca. 25 cm - dvs. man har

fjernpunkt ved 𝐹𝑃 = ∞ og nærpunkt 𝑁𝑃 = 25𝑐𝑚.

27

Lyset brydes selvfølgelig også lidt i kammervandet og glaslegemet.

28

Øjensygdomme (1) s9

Side 13

Amina 3.a 16-12-11

13

29

Som man bliver ældre begynder øjenlinsen at blive mere og mere stiv. Dette medfører, at man ikke er i stand til at akkommodere på samme måde som tidligere. Som barn er man i stand til ved akkommodation at forøge ens lysbrydende egenskaber med 10-12 D, mens den uakkomoderet øje bliver mere og mere dominant hos de midaldrende. Dette er følge af linsens stivhed og ved 60-70 års alderen har linsesubstansen, især den midterste del, blevet så stift, at linsens form praktisk set forbliver uændret ved afslapning af zonulatrådene. Dette resulterer i, at man får gammelmandssyn (presbyopi). Ved gammelmandssyn er evnen til at se nære ting nedsat, hvilket også medfører at ens nærpunkt bliver større end 25 cm.

Refraktionsanomalier

Der er nogle forudsætninger for, at vi kan være i stand til at se et klart og skarpt billede. Det siger sig selv, at de brydende medier hornhinden, kammervandet, linsen og glaslegemet, skal være klare, for at vi skal kunne se et klart billede. Derudover skal de brudte lysstråler samles på nethindens lysfølsomme celler, for derved at danne et skarpt billede. Vi har indtil nu kun set på brydningen i det normale øje, men i visse tilfælde sker der det, at en eller flere af øjets brydende medier medfører, at lysstrålerne enten brydes for meget eller for lidt eller at brydningen af lysstrålerne og øjets længde ikke passer sammen, hvilket resulterer i, at de samles enten før eller efter nethindens lysfølsomme celler. Dette betyder, at det billede man ser, er uskarpt, hvilket kaldes refraktionsanomalier - dvs. at lyset ikke brydes korrekt i øjet.

Hypermetropi

Når øjenlinsens brændvidde er for stor eller øjets længde er for kort, opstår der den situation, at de brudte lysstråler har brændpunkt efter nethinden (fig.11a). Øjenlinses brændvidde kan være for stor pga. linsen ikke er stærk nok, hvilket også ses i gammelmandssyn. Når lysstrålerne mødes efter nethinden kaldes det for langsynethed [30]

(hypermetropi). Dette medfører uklarheder i det billede der ses. Lider man af langsynethed kan man se ting, som er langt væk, men man har besværligheder med at se ting, som er tæt på. Det betyder, at ens nærpunkt er større end det egentligt burde være.

Langsynethed kan korrigeres ved at indsætte en samlelinse foran øjet i form af briller eller

29

Hentet fra http://en.wikipedia.org/wiki/File:Focus_in_an_eye.svg

30

Øjensygdomme (1) s17 og øjensygdomme (3) s31

Figur 10

Princippet ved akkomodation

Side 14

Amina 3.a 16-12-11

14 kontaktlinser. Samlelinsen bevirker, at lysstrålerne konvergerer (samler sig) og derefter fås brændpunktet på nethinden(fig. 11b). Ved langsynethed er øjets optiske styrke for lille og derfor er de linser man korrigerer refraktionsanomalien med positive, for derved at styrke øjets brydende kraft. Et eksempel på dette er, hvis øjet af en person, som lider af langsynethed, har en brydende

kraft på 55D, er det nødvendigt at korrigere med briller eller kontaktlinser af styrken +4D for, at

personen har en optimal linsestyrke på 59D.

31

Myopi

Hvis ens hornhinde eller linse er for krum, hvilket gør, at lysstrålerne brydes for meget, eller hvis ens øje er for aflangt, medfører dette, at de indkommende lysstråler har brændpunkt før nethinden(fig. 12a). Dette kaldes nærsynethed (myopi).

Folk, som er nærsynet, kan se ting, der er forholdsvis tæt på, men har besværligheder ved at se ting, der er langt væk - dvs. deres fjernpunkt er for kort. Nærsynethed udvikles i barndommen, men stabiliserer sig i voksenalderen.

Nærsynethed kan korrigeres ved hjælp af en konkav linse også kaldet spredelinse. Dette gør, at de indkommende lysstråler brydes i den konkave linse inden de rammer øjet. Idet lysstrålerne brydes i den konkave linse, divergerer (spreder) lysstrålerne sig og samles derefter på nethinden(fig. 12b).

Ved nærsynethed er øjets optiske styrke for stærk, og det er derfor nødvendigt at reducere denne for, at lysstrålerne skal kunne mødes på nethinden. Vi kan som eksempel se på en person, som lider af nærsynethed, hvor øjet fx har en lysbrydende styrke på 65D. Det er altså nødvendig for denne person at benytte briller eller kontaktlinser med styrken -6D, for at se optimalt.

31

Hentet fra http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hypermetropia.svg

Figur 11

a) strålegangen i det langsynede øje.

b) Korrektion af det langsynede øje med en samlelinse.

a b

Side 15

Amina 3.a 16-12-11

15

32

Astigmatisme

Vi har indtil videre kun set på brydninger i øjet som var stigmatisk - altså at de indkommende parallelle lysstråler blev samlet på et brændpunkt. Nogen gange kan det også hænde, at hornhinden ikke har en sfærisk overflade, hvilket gør, at øjets brydning er forskellig i den lodrette og det vandrette plan [33]. Derved kan parallelle lysstråler ikke samles på et punkt og de brydes altså astigmatisk(fig. 13). I dette tilfælde har man en bygningsfejl (astigmatisme).

For at korrigere for bygningsfejl, hvor brydningen kun er unormal i det ene plan, kan man benytte en linse, som er brydende i dette ene plan og hvor lysstrålerne går ubrudt igennem det andet plan.

En sådan linse kaldes for en cylinderlinse.

34

32

Hentet fra http://en.wikipedia.org/wiki/File:Myopia.svg

33

Øjensygdomme (3) s33, Øjensygdomme (2) s39 og Øjensygdomme (1) s16

34

Hentet fra http://www.happyview.fr/qu_est_ce_que_l_astigmatisme-b7421.html

Figur 12

a) strålegangen i det nærsynede øje.

b) Korrektion af det nærsynede øje med en spredelinse.

a b

Figur 13

Brydningen i et astigmatisk øje.

Side 16

Amina 3.a 16-12-11

16

Sammensætning af linser

I afsnittene om langsynethed og nærsynethed antog vi, at man kan korrigere refraktionsanomalier ved at indsætte en linse fx en brille eller kontaktlinse, hvorefter de to linser vil fungere som en linse med linsestyrken D. Derved har vi antaget, at der gælder følgende sammenhæng mellem

styrken af de to linser 𝐷_{1} og 𝐷_{2} og styrken af den samlede linse 𝐷.

𝐷 = 𝐷_{1} + 𝐷_{2}^{35}

Det er dette sammenhæng man benytter, når man skal bestemme, hvilken styrke ens briller eller kontaktlinser skal have.

Forudsætningen for den overstående sætning er dog, at de to linser er meget tæt på hinanden, eller at de ligger oven på hinanden. Eftersom brillerne ikke ligger ovenpå hornhinden og der er et lille luftrum imellem de to linser, er det nødvendigt med lidt ekstra korrektion. Dette medfører også, at linsestyrken i en persons briller er højere end linsestyrken i samme persons kontaktlinser.

Bevis for dioptrisætning

Vi vil nu gennemgå beviset for dioptriesætningen.

Sætning: En linse bestående af to linser med linsestyrkerne 𝑫_{𝟏} og 𝑫_{𝟐}, har linsestyrken 𝑫, som er

summen af de to linser.

𝐷 = 𝐷_{1} + 𝐷_{2}

Eller

1 1 1

𝑓 𝑓_{1} 𝑓_{2}

= +

Bevis

Vi starter med at opskrive et udtryk for hver af variablerne i ligningen 1.3.

𝟏 1 1

𝒇 𝑎_{1} 𝑏_{2}

= +

𝟏 1 1

𝒇_{𝟏} 𝑎_{1} 𝑏_{1}

= +

𝟏 1 1

𝒇_{𝟐} 𝑎_{2} 𝑏_{2}

= +

Idet billedpunktet på den første linse er objektpunktet for den næste får vi:

35

Fysik i fokus kap. 2 (sammensætning af samlelinser)

(1.2)

Dioptrie sætning

(1.3)

(1.7)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

Side 17

Amina 3.a 16-12-11

17

1 1

𝑎_{2} 𝑏_{1}

= −

Vi opdeler beviset i punkter for overskuelighedens skyld. Vores mål er at eliminere variablerne 𝑎 ,
                                                                               1

𝑎_{2}, 𝑏_{1} og 𝑏_{2}.

1) Vi isolerer variablen 𝑎_{1} i ligningen 1.5, hvorefter vi indsætter den i 1.4.

1 1 1

𝑓_{1} 𝑎_{1} 𝑏_{1}

= +

⇕ Ligningen løses for 𝑎 vha. CAS-værktøjet WordMat.

1

𝑎_{1} = −𝑏_{1} · 𝑓_{1} · ( 𝑓_{1} − 𝑏_{1})^{−1} =

−𝑏_{1} · 𝑓_{1}
𝑓_{1} − 𝑏_{1}

1 1 1 𝑓_{1} − 𝑏_{1} 1
𝑓 𝑏_{2} −𝑏_{1} · 𝑓_{1} 𝑏_{2}

= + = +
−𝑏_{1} · 𝑓_{1}
𝑓_{1} − 𝑏_{1}

2) Vi isolerer variablen 𝑏_{2} i ligningen 1.6, hvorefter vi indsætter i 1.8.

1 1 1

𝑓_{2} 𝑎_{2} 𝑏_{2}

= +

⇕ Ligningen løses for 𝑏 vha. CAS-værktøjet WordMat.

2

𝑏_{2} = −𝑎_{2} · 𝑓_{2} · ( 𝑓_{2} − 𝑎_{2})^{−1} =

−𝑎_{2} · 𝑓_{2}
𝑓_{2} − 𝑎_{2}

1 𝑓_{1} − 𝑏_{1} 1 𝑓_{1} − 𝑏_{1} 𝑓_{2} − 𝑎_{2}
𝑓 −𝑏_{1} · 𝑓_{1} −𝑏_{1} · 𝑓_{1} −𝑎_{2} · 𝑓_{2}

= + = +
−𝑎_{2} · 𝑓_{2}
𝑓_{2} − 𝑎_{2}
3) Vi isolerer 𝑎_{2} i ligningen (1.7), hvorefter vi indsætter den i ligningen (1.9)

1 1

𝑎_{2} 𝑏_{1}

= −

⇕ 𝑎_{2} = −𝑏_{1}

1 1 1

𝑓 −𝑏_{1} · 𝑓_{1} · ( 𝑓_{1} − 𝑏_{1})^{−1} −(−𝑏_{1}) · 𝑓_{2} · ( 𝑓_{2} − (−𝑏_{1}))^{−1}

= + (1.10)

4) Vi reducerer hvert af leddene i ligningen 1.10.

1 1 1 𝑓_{2} − 𝑏_{1} 𝒇_{𝟏} − 𝒃_{𝟏}
−𝑏_{1} · 𝑓_{1} · ( 𝑓_{1} − 𝑏_{1})^{−1} −𝑏_{1} · 𝑓_{2} 1 𝒃_{𝟏} · 𝒇_{𝟏}

= = · = −
−𝑏_{1} · 𝑓_{2} ·

1

( 𝑓_{2} − 𝑏_{1})

(1.8)

(1.9)

Side 18

Amina 3.a 16-12-11

18

1 1 1 𝑓_{2} − ( −𝑏_{1}) 𝒇_{𝟐} + 𝒃_{𝟏}
−(−𝑏_{1}) · 𝑓_{2} · ( 𝑓_{2} − (−𝑏_{1}))^{−1} − ( −𝑏) · 𝑓_{2} 1 𝒃_{𝟏} · 𝒇_{𝟐}

= = · =
− ( −𝑏) · 𝑓_{2} ·

1

(𝑓_{2} − ( −𝑏_{1}))

Vi indsætter de reducerede led i ligningen1.4, hvorefter vi igen reducerer.

1 𝑓_{1} − 𝑏_{1} 𝑓_{2} + 𝑏_{1}
𝑓 𝑏_{1} · 𝑓_{1} 𝑏_{1} · 𝑓_{2}

= − +

Udtrykket reduceres vha. CAS-værktøjet WordMat.

1 𝑓_{2} + 𝑓_{1}
𝑓 𝑓_{1} · 𝑓_{2}

=

Vi udvider udtrykket.

Udtrykket udvides vha. CAS-værktøjet WordMat.

1 1 1

𝑓 𝑓_{2} 𝑓_{1}

= +

Vi har hermed bevist dioptrisætningen.

Briller og Kontaktlinser

Når man skal bestemme styrken af linserne i briller eller kontaktlinser til en person med refraktionsanomalier, benytter man linseformlen samt dioptrisætningen. Vi vil nu gennemgå, hvordan dette gøres. Vi ser først på et normalt øje og bestemmer styrken af øjets linse i

uakkomoderet tilstand. Øjets linse har en brændvidde på 0,018 m^{36}.

𝐷_{ø𝑗𝑒_{𝑢𝑎𝑘𝑘}} = = ≈ 56 𝐷

1 1 𝑓 0,018 𝑚

Vi ser nu på styrken af øjets linse i akkomodation og vi ved, at det normale øje har et nærpunkt på

25 cm.

𝐷_{ø𝑗𝑒_{𝑎𝑘𝑘}} = + ≈ 60 𝐷

1 1

0,25 0,018

Forskellen på linsestyrken for det uakkomoderet øje og det akkomoderet øje er øjets akkomodationsevne og det er den styrkeforskel der skal til for, at man er i stand til at fokusere fra ens fjernpunk - som er uendeligt langt - til ens nærpunkt, som er ca. 25 cm. Styrkeforskellen er, som vi kan se ovenfor på ca. 4D, som er normalværdien hos normale voksne mennesker. Den er dog højere hos børn og lavere hos ældre.

Vi vil nu se på, hvordan man vha. linseformlen for tynde linser og dioptrisætningen kan korrigere for forskellige typer af refraktionsanomalier. Vi forestiller os en person, hvis nærpunkt er 20 cm og

36

Fysik i fokus kap. 2 (akkomodation)

Side 19

Amina 3.a 16-12-11

19 fjernpunkt er 2 m. Personen ser uskarpt udenfor dette område. Vi kan meget hurtigt bestemme, at denne person er nærsynet, idet personen kan se skarpt på det, der er tæt på og uskarpt på det, der er langt væk.

Vi vil nu bestemme personens linsestyrke for, at vedkommende skal være i stand til at se skarpt på lige fod med alle andre.

Øjets fjernpunkt:

1 1 1 𝑓 𝐹𝑃 2𝑚

= =

Det optimale øje har FP ved ∞. Vi skal derfor bestemme en linsestyrke, som gør, at personen får
fjernpunkt ved ∞.

Øjets fjernpunkt med linse:

1 1 1

∞ 2𝑚 𝑥

= +

0 = +

1 1

2 𝑚 𝑥

𝑥 = −2 𝑚

1

𝐹𝑃_{+𝑙𝑖𝑛𝑠𝑒}

= −0,5𝐷

Det vil altså sige, at personen skal benytte briller eller kontaktlinser med linsestyrken -0,5 D for at

få et fjernpunkt ved ∞.

Vi ser på øjets nærpunkt:

1

𝑁𝑃

= 0,20 𝑚

Vi ser på, hvordan øjets nærpunkt ændrer sig med linsen.

1 1

𝑁𝑃 0,20

= − 0,5 = 4,5 𝑚^{−1} (𝐴𝑘𝑘𝑜𝑚𝑜𝑑𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑒𝑣𝑛𝑒)

𝑁𝑃 = = 0,2222222 𝑚

1

4,5 𝑚^{−1}
Det betyder, at hvis personen får briller eller kontaktlinser med linsestyrken −0,5𝐷 kan denne

person se optimalt. Personen kan fokusere fra ca. 22 cm til uendelighed - dvs. næsten som en

optimalt seende person.^{37}.

37

Lidt ekstra korrigering er nødvendig for brille pga. luftrummet imellem brillelinse og hornhinde.

Side 20

Amina 3.a 16-12-11

20

Briller og senere hen kontaktlinser har været den metode, som altid blev benyttet til at korrigere for refraktionsanomalier. Men siden 1960’erne er det blevet mere og mere almindeligt at få foretaget et laserkirurgisk indgreb til at korrigere for refraktionsanomalier. Teknikken bag indgrebet og resultaterne har gradvist forbedret sig, således, at det i dag anses, som et reelt alternativ til både brillen og kontaktlinserne.

Refrationskirurgi

Ved refraktionskirurgi forstås, at man ved kirurgisk indgreb tilstræber sig at fjerne eller mindske refraktionsanomalier. [38] Laserrefraktionskirurgi blev for første gang anvendt i 1960’erne og har siden starten af 1980’erne været anvendt i Danmark. Som vi nævnte tidligere er der to hovedårsager til, at man har refraktionsanomalier - enten hornhindens form eller øjets længde.

Indtil videre er det mest udbredte indgreb, som man har foretaget, ændringer på hornhinden, mens ændringer på øjets længde stadig er i de eksperimentale stadier.

For at forstå, hvordan refraktionskirurgi foregår i nyere tid, er vi nødt til at få et større forståelse for det kirurgiske instrument, som anvendes - altså laseren. Vi vil derfor se på, hvordan laseren er opbygget og vi vil især se på excimerlaseren, da det er denne, der er den mest udbredte laser indenfor refraktionskirurgi. Der findes i dag omkring 10 forskellige excimerlasere, som benyttes til at udføre refraktionskirurgi.

Laseren

Laseren er kendt for sin kraftige røde lysstråle. Selve navnet ”Laser” er et akronym stående

                                                 39
for ”Light amplification by stimulated emission of radiation” Oversat betyder dette ”Lys

forstærket gennem stimuleret stråling af emission”.

Lys fra enhver laser har det tilfælles, at lyset har en bestemt bølgelængde - det er derfor laserens lys har én bestemt og kraftig farve. Laseren kan derfor ikke danne hvidt lys, idet hvidt lys indeholder lysbølger med alle bølgelængder. Derudover bevæger alle bølgerne sig i en retning og derfor danner laseren ikke en lyskegle, men en tynd, snorlige stråle. Alle bølger svinger i takt, hvilket betyder, at energien i hver bølge adderes ved konstruktiv interferens. Derfor bliver intensiteten inden for selve strålen meget høj.

Vi vil nu se nærmere på, hvordan laserlyset opstår. Vi ved, at lys både kan opfattes som bølger, som vi har gjort indtil nu, men det kan også opfattes som partikler. Lyset fra en laser vekselvirker med atomer og her opfører lys sig som partikler - også kaldet fotoner. Energien af en foton er givet ved:

𝐸_{𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛} = ℎ · 𝑓 =

ℎ · 𝑐_{40} (1.11)

𝜆

38

Refraktionskirurgi s. 29-30

39

Laseren - den moderne lyskilde s5

40

Laseren - den moderne lyskilde s5

Side 21

Amina 3.a 16-12-11

21

Hvor ℎ er Plancks konstant, 𝑓 er frekvensen, 𝑐 er lysets hastighed i vakuum og 𝜆 er bølgelængden.

For at beskrive laserens virkemåde er vi nødt til at se på tre forskellige vekselvirkninger mellem stof og stråling - stimuleret absorption, spontan emission og stimuleret emission.

Vi forestiller os, at vi har et atom med to energiniveauer; en grundtilstand 𝐸 og en exciteret
                                                              1

tilstand 𝐸_{2}. Er der tale om en stimuleret absorption, absorbere atomet en foton med energien

ℎ · 𝑓 = 𝐸_{2} − 𝐸_{1}^{41}

mens den befinder sig i grundtilstanden.

Den exciterede tilstand er i de fleste tilfælde ustabil og derfor henfalder atomet til grundtilstanden under udsendelse af en foton med energien nævnt i (1.12). Dette kaldes for en spontan emission.

Når et atom allerede befinder sig i en exciteret tilstand og vekselvirker med en foton med den overnævnte energi, sker der en stimuleret emission. Atomet udsender her en ekstra foton med samme energi og retning som den oprindelige foton. Det er ud fra dette koncept, at laseren har fået sit navn.

Inde i laseren er der et materiale - fx en gas eller krystal. Dette materiale befinder sig mellem to spejle og disse to spejle udgør laserens resonator. Man kan ved stimuleret absorption bringe flertallet af atomerne eller molekylerne mellem spejlene i exciteret tilstand. Dette kaldes for pumpning og det kan gøres ved at sende en foton med den rette energi ind mod materialet.

Men i vores situation, hvor vi kun har to energiniveauer, kan det ikke lade sig gøre at have mere end halvdelen af atomerne i exciteret tilstand, idet den stimulerede absorption giver anledning til stimuleret emission. Derfor har man flere energiniveauer, som atomerne kan exciteres til. På denne måde kan man opnå, at de fleste atomer befinder sig i en exciteret tilstand på samme tid.

Denne situation kaldes for populationsinversion.

Når der etableres populationsinversion, vil der i starten ske spontan emission. Fotonerne fra de spontane emissioner vil give anledning til stimuleret emission, hvilket igen vil give anledning til stimuleret emission og herved er der blevet dannet en kædereaktion. Mange af fotonerne vil slippe ud gennem materialets sider, men nogle af dem vil blive reflekteret af spejlene. Der vil meget hurtigt ske en forstærkning af fotonerne, som farer frem og tilbage mellem spejlene. Hvis det ene af spejlene ikke er 100 % reflekterende vil mange af fotonerne slippe ud denne vej og det er disse fotoner, som udgør laserstrålen.

Grunden til, at det er vigtigt, at flertallet af atomerne i lasermediet befinder sig i en exciteret tilstand, er, dette bevirker, at lyset i laserstrålen forstærkes.

Operationen

Når man skal foretage laseroperationer på hornhinden, er det nødvendigt at anvende lasere, som udsender lysbølger i området 100-420 nm - altså i den ultraviolette del af det elektromagnetiske spektrum. Grunden til dette er, at det er disse bølger, som absorberes i hornhinden. Et eksempel på sådan en laser er excimerlaseren og som vi nævnte tidligere, er det denne, der er mest anvendt,

41

Laseren - den moderne lyskilde

(1.12)

Side 22

Amina 3.a 16-12-11

22 når man skal operere for refraktionsanomalier.

42

Ordet excimer er en sammentrækning af exciteret og dimer. Dimer betegner et molekyle, som er

opbygget af to identiske atomer fx 𝑋𝑒_{2}. Excimerlaseren indeholder ofte to forskellige atomer i sit

toatmige molekyle. Det som er karakteristisk for excimerlaseren er, at dens atomer er ustabile i grundtilstanden, mens de er stabile i den exciteret tilstand. [43]

Den excimerlaser, som benyttes til refraktionskirurgi, indeholder en blanding af argon og flourgas i sin resonator. På betingelse af, at der bliver etableret populationinversion, vil excimerlaseren udsende lys med bølgelængden 193 nm. Når disse stråler bliver absorberet af hornhindens epitellag, brydes de intermolekylære bindinger, så vævet derved spaltes og fordamper. Dette kaldes for photoablation og for at et impuls fra excimerlaseren skal være i stand til at medføre photoablation, skal den som minimum

have energi svarende til 40_{𝑐𝑚^{2}}^{𝑚𝐽}. De fleste excimelasere i vore dage har et energiniveau svarende
til 160-180_{𝑐𝑚^{2}}^{𝑚𝐽}. Derved fjernes der ca. 0,4-0,5 𝜇𝑚 hornhindesvæv pr. laserimpuls. Normalt afgives

der en laseramplikation med en frekvens på 5-10 sekunder, hvilket resulterer i, at selve operationen varer alt fra sekunder til få minutter. Strålen er fokuseret, så den har en diameter på

0,5-1,5 mm.

Af de udviklede excimerlasere, er der endnu ingen, som kan måle det reelt fjernede væv. Derfor er kirurgen nødt til, ud fra en antagelse at bestemme antal laserimpulser, som patienten har brug for.

Konsekvensen af dette er, at der reelt fjernes mere eller mindre væv end tilsigtet og dermed får man enten en utilsigtet over- eller underkorrektion. [44]

En anden faktor, som kan medføre utilsigtet over- eller underkorrektion er indholdet af væske i hornhinden. Hornhinden indeholder fra naturens side meget væske, ca. 78 %. Hvis hornhinden under operationen er underhydreret, medfører det, at der fjernes mere væv end tilsigtet og er hornhinden derimod overhydreret fjernes der mindre væv end tilsigtet. Årsagen til dette er, at excimerlaser photoablation er meget følsom overfor vævets indhold af vand.

45

Refraktionskirurgi med excimerlaser kan foregå på flere måder. Den metode man har mest kendskab til er Photorefraktiv keratektomi forkortet PKR. Ved PRK fjernes epitellaget først ofte ved afskrabning, hvorefter stromaet laserbehandles i en central zone på ca. 8mm i diameter, hvor vævet her fordampes.

En anden metode, som primært blev udviklet for at mindske generne ved PRK, kaldes Laser in situ keratomileusis forkortet LASIK. Ved denne procedure afskærer man først en hængslet vævsflap af epitelet og noget af stromaet. Vævsflappen er ca. 160 𝜇𝑚 tyk og har en diameter på ca. 9mm.

Man lægger derefter vævsflappen til side, hvorefter man med excimerlaseen fordamper noget af stromaet. Når vævsflappen lægges tilbage, suges den ned i stromaet som et slags vakuum, dvs.

den skal ikke syes fast

42

Laseren - den moderne lyskilde s32

43

Refraktionskirurgi s32-33

44

Refraktionskirurgi s33

45

Refraktionskirurgi s34

Side 23

Amina 3.a 16-12-11

23

46

Laser-subepiteial keratektomi - LASEK er en metode, som minder meget om LASIK, men her er den hængslede vævsflap tyndere og består kun af epitellaget.

Mængden af væv man fjerner med laseren, og hvor vævet fjernes, afhænger af, hvor stor en refraktionsanomali og hvilken refraktionsanomali man ønsker at korrigere for. Når man korrigerer for nærsynethed fordamper man med excimerlaseren et skåleformet vævstykke med en central

tykkelse på 13^{𝜇𝑚}_{𝐷}. Man udfører indgrebet på en 6 mm optisk zone^{47}, hvor man fjerner mindst ud i

periferien. Dette medfører, at hornhinden får en mere flad overflade og derfor får den en mindre linsestyrke, hvilket resulterer i, at lysstrålerne afbøjes mindre. Man kan vha. laserrefraktionskirurgi korrigere for nærsynethed optil -10D, som ofte er kombineret med bygningsfejl optil -4D. Grunden til, at det ikke er hensigtsmæssigt at korrigere for refraktionsanomalier over -10D, skyldes at tykkelsen af det resterende hornhindevæv kan blive for tyndt og man anbefaler internationalt, at tykkelsen af det resterende væv under vævslappen, som minimum skal være på 250 𝜇𝑚. Hvis hornhinden bliver for tynd, kan det medføre biomekaniske svækkelser af vævet såsom frembulning af hornhinden.

Skal man derimod korrigere for langsynethed udføres fordampningen ude i periferien af den optiske zone, så man derved får en mere krum hornhindeoverflade, hvilket giver en større

linsestyrke. Man kan korrigere optil +4D for langsynethed.

48

Det er vigtigt, at den optiske zone ikke bliver for lille, idet dette kan medføre dårligt syn i mørke situationer, idet pupillen her kan blive større end den optiske zone.

Man kan derudover korrigere for refraktionsanomalier ved at indsætte en kunstig linse foran øjets egen linse, eller ved helt at erstatte øjets linse med en ny. Dette ændrer selvfølgelig på øjets brydende kraft, så man ender med, at øjets brydende kraft passer til øjets længde.

Fordele og ulemper
49

Inden man begyndte at bruge laseren til refraktionskirurgi, brugte man traditionel kirurgi. Denne metode kaldes for Radial Keratotomi forkortet RK. Her udfører kirurgen med en diamantbelagt kniv en række udsnit i hornhinden. Udsnittene strækker sig fra pupillen til periferien af hornhinden i et mønster, der minder om egerne i et hjul. Herefter belægges øjet med en cellegift, fx mitomycin, hvilket sænker hornhindens helingsproces. Hornhinden skal afholdes fra at hele helt, idet der ellers dannes en masse arvæv på hornhinden, så den derved krymper op. Dette er selvfølgelig meget forstyrrende for synet, så derfor er det ikke oplagt. Metoden anvendes ikke mere, fordi det er sikrere at anvender laserkirurgi.

Ulemperne ved RK er, at man overhovedet ikke kan styrer, hvor meget man korrigerer for og man ved derfor ikke, hvilken styrke man ender med efter indgrebet. Her er metoden med

46

Øjensygdomme (2) s41

47

Behandlingsområdet

48

Refraktionskirurgi s34

49

Oplysningerne til dette afsnit er givet af Charlotte Melson fra øjenafdelingen på OUH

Side 24

Amina 3.a 16-12-11

24 excimerlaseren meget bedre, for selvom man kan få utilsigtet korrektion, er chancen for dette meget mindre. 92 % af dem som får korrigeret for refraktionsanomalier med excimlerlaseren,

ender med det ønskede linsestyrke, hvor usikkerheden er ±0,5 𝐷. Et lignende procentdel har vi

ikke for proceduren med traditionel kirurgi, men den er uden tvivl langt mindre, idet man hverken

har kendskab til, hvor mange^{𝜇}_{𝐷} et udsnit har eller hvor mange udsnit man skal foretage for, at

korrigere for en bestemt linsestyrke. Indgrebet med excimerlaseren er også meget sundere, idet man ikke her kommer i kontakt med cellegift. Selvom cellegiften ikke er dødbringende eller sygdomsfremkaldende i en særlig høj grad, er det jo stadig gift for øjets celler og derfor er det jo altid bedre, hvis man kan undgå at forgifte cellerne. Desuden kan RK metoden kun anvendes til at korrigere for nærsynthed, og her er excimerlaseren helt klart bedre, idet metoden også kan benyttes til at korrigere for langsynethed og bygningsfejl.

Endvidere dannes der generelt meget mere arvæv i forbindelse med RK metoden og dette arvæv er meget tættere på pupillen end de indgreb, hvor man har anvendt en excimerlaser. For det første dannes arvævet ude ved kanten af regnbuehinden, efter et excimerlaser indgrebet og for det andet er mængden af det dannede arvæv betydeligt mindre end ved RK. Hvis det arvæv, som dannes i forbindelse med RK, dannes foran pupillen kan dette være fatalt og i værste tilfælde kan det medføre blindhed.

I den senere tid er der blevet udviklet en metode, hvor LASIK kombineres med en femtolaser. Her udskæres vævslappen med en femtolaser og fordelen ved dette er, at kanten af vævslappen er knivskarp og man får en større optisk renhed i kanten, end ved traditionel LASIK, hvor vævslappen udskæres med kniv. Ved at bruge femtolaseren undgår man også mange af de komplikationer, som forekommer i forbindelse med traditionel LASIK. Dertil opererer femtolaseren på en større optisk zone, hvilket giver bedre nattesyn, idet pupillen her er udvidet.

De nyeste indgreb indenfor refraktionskirurgi er Flex og Smile. Her udskærer femtolaseren udover flappen også en lentikel ( istedet for excimer fordampning ). Lentiklen er et lille stykke væv, som fjernes.

Fordelene ved femtolaseren er, at der er renere optiks kvalitet i kanten, og indgrebet er ikke afhængig af hornhindens fugtighed.

Det nyeste indenfor brug af femtolaseren er, at den kan hjælpe til ved de indgreb, hvor man fjerner øjenlinsen. Disse er ellers normalt udført ved traditionel kirurgi.

Konklusion

Vi har i opgaven undersøgt pattedyrøjet, hvor vi dels har set på dets anatomi og dels dets funktion.

Vi har fundet ud af, hvordan opbygningen af øjet, kan have betydning for, hvordan øjet fungerer.

Derudover har vi redegjort for både linseformlen og dioptrisætningen, og benyttet disse til at forklare, hvordan man kan korrigere for refraktionsanomalier ved brug af traditionelle metoder, såsom brillen og kontaktlinsen.

Side 25

Amina 3.a 16-12-11

25

Vi har herunder opstillet et forsøg, som havde til formål at eftervise afbildningsformlen. Vi målte

en række sammenhørende værdier af 𝑎, 𝑏 og^{1}_{𝑓}. Vi fik, som forventet, et lineært sammenhæng,

som har formen:

𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏

Omskrives dette, således at vi har variablerne 𝑎, 𝑏 og^{1}_{𝑓} indgår, fås:

1 1 1 𝑏 𝑎 𝑓

= +

Vi fandt frem til følgende sammenhæng:

1 1 𝑏 𝑎

= −0,9963 · + 6,6634 𝑚^{−1}

Hvor konstanten^{1}_{𝑓} er linsens styrke. Idet vi ikke kendte linsestyrken på den anvendte linse, kunne

vi ikke sammenholde resultatet med noget.

I dette sammenhæng har vi også bevist dioptrisætningen:

𝐷 = 𝐷_{1} + 𝐷_{2}

da denne er yderst relevant, når man skal korrigere for refraktionsanomalier med enten briller eller kontaktlinser.

Til slut har vi redegjort for laserens opbygning, idet dette er det kirurgiske instrument, som benyttes til udførelse af refraktionskirurgi i nyere tid. Refraktionskirurgi har det formål, at reducere eller helt at eliminere refraktionsanomalier ved et kirurgisk indgreb og det er blevet et reelt alternativ til både brillen og kontaktlinsen i vore dage.

I sammenhæng med refraktionskirurgien har vi diskuteret fordele og ulemper ved brug af traditionel kirurgi kontra laserkirurgi. Her har vi fundet ud af, at traditionel kirurgi ikke benyttes længere, idet den ikke har nogen fordele i for hold til refraktionskirurgi, hvor der benyttes en laser.

Refraktionskirurgi er blevet meget mere udbredt efter, at man er begyndt at anvende laserkirurgi.

Side 26

Amina 3.a 16-12-11

26

Litteraturliste

Bøger

Oversat af Jens Koldbæk

Øjensygdomme (1)

1. udgave 2006

Libris

ISBN: 6-9

Oversat af Thomas Knutzen

Øjensygdomme - kortfatte lærebog (2)

1. udgave 2005

Clemenstrykkeriet

ISBN: 6-2

Henrik Lund-Andersen Lis Koefod Borrild

Øjensygdomme (3)

4. udgave 1999

Munksgaard

ISBN: 1-5

Bodil Blem Bidstrup/Søren Mortensen/Sven Erik
Nielsen/Inge Marie Rasmussen

Fysologibogen - den levende krop

1. udgave 2008

Nucleus

ISBN: 63-338

Aarhus Universitetsforlag

Medicinsk biofysik

6 udgave 2008

ISBN: 4-406-8

Bjarne Jeppesem og Daniel T. Pedersen

Laserne - den moderne lyskilde

1. udgave 2008

Fysikforlaget

ISBN: 7-6

Hjemmesider

http://acunova.dk/10826-1/ Jeg har brugt denne side som supplerende stof i afsnittet “Øjets anatomi”.

http://vos.dk/db/anatomisk/ojetananotomi.htm Jeg har brugt denne side som supplerende stof i afsnittet

“Øjets anatomi”.

http://www.keratoconus.dk/images/folder_keratoconus.pdf Folder om Keratoconus PDF.

http://da.wikipedia.org/wiki/Laser Benyttet som supplerende stof til afsnittet om laseren.

http://www.dansk-oftalmologisk-selskab.dk/pdf/refraktionskirurgi_2304.pdf PDF fra sundhedsstyrelsen.

Hovedkilden til refraktionskirurgidelen. Godkendt kilde af kontakt fra øjenafdelingen på Odense Universitets Hospital - dvs. det er ikke forældet selvom det er fra 2004.

http://en.wikipedia.org/wiki/Radial_keratotomy Benyttet som supplerende stof til passage om RK.

Figurer

Figurerne og illustrationerne i denne opgave er enten udarbejdet af mig eller hentet fra hjemmesider, hvor der ikke er Copyright på figurerne.