Jakým způsobem pozorujeme rentgenový obraz? (1)

Tento článek a několik následujících článků bude trochu z jiné oblasti, ale je to oblast, která souvisí i s radiodiagnostikou. Jedná se o vizuální vjem obrazu a o to, jak vlastně obraz vzniká, jak obraz vnímáme. Začněme popisem světelného vjemu okem…

Poznámka: Chtěla bych jen podotknout, že nejsem biolog, lékař ani fyzik specializující se na optiku oka, ale jde mi spíše o přiblížení fungování oka při pozorování obrazu.

Při světelném vjemu světlo prochází nejprve přes rohovku, pak přes přední komoru, zornici a poté čočku. Zornice mění svůj tvar pomocí svalů – duhovky, čímž reguluje množství světla dopadajícího na čočku. Čočka společně s rohovkou se podílejí na zaostření, tj. na tom, aby svazek světla správně dopadal na sítnici, resp. na její nejcitlivější část – žlutou skvrnu (makulu). Vnitřní část oka je tvořena sklivcem, který udržuje v oku stálý tlak. [1]

Dopad světla na sítnici způsobuje fotochemické reakce ve světlocitlivých prvcích – v tyčinkách a čípcích. Ty pak vysílají nervové impulsy zrakovým nervem do mozku. Celé oko je zobrazeno na obr. 1 i s popisem jednotlivých částí.

Stavba okaObr. 1: Stavba oka [1]

Při dopadu světla na na sítnici je světlo detekováno pomocí fotoreceptorů, které mění světelný signál na elektrický signál, který je zpracovávaný několika druhy buněk, např. horizontálními, bipolárními, amakrinními a gangliovými buňkami. Každý z těchto druhů těchto buněk zpracovává signál jiným způsobem. Ukázka různých druhů buněk společně s fotoreceptory, které jsou tvořeny tyčinkami a čípky, a neurony, které zpracovávají výsledný signál, je uvedena na obr. 2. Výsledný signál je poté optickým nervem přiveden do mozku. [1]

RetinaObr. 2: Ukázka stavby sítnice – různé druhy buněk pro zpracování signálu, fotoreceptory – světlocitlivé tyčinky (rods) a čípky (cones), neurony pro zpracování signálu [2]

Při pohledu na stavbu sítnice nás možná napadne, kolik fotocitlivých prvků (tyčinek a čípků) má lidské oko a jak na tom vlastně je ve srovnání se současnými fotoaparáty. Počet detekčních elementů fotoaparátů se v dnešní době pohybuje mezi 10 a 14 Mpx, tj. 10-14 milionů pixelů. Ale oko dosahuje počtu cca 130 milionů fotocitlivých prvků, takže je podstatně lepší ve srovnání s fotoaparátem. [3]

Nyní se podívejme blíže na fotocitlivé prvky, tj. na čípky (cones) a tyčinky (rods). Čípky jsou prvky, které jsou barvocitlivé (citlivost na jasné světlo). Nacházejí se hlavně v oblasti žluté skvrny. Každý z čípků je připojen ke svému vlastnímu nervu. Čípků máme 5-7 milionů v každém oku. Zbývajících cca 125 milionů fotocitlivých prvků je tvořeno tyčinkami. Tyčinky jsou zodpovědné za celkový vzhled zorného pole, ale nijak se neuplatňují při vnímání barev. Na rozdíl od čípků, které mají každý svůj nerv, sdílí několik tyčinek jeden nerv. Tyčinky jsou citlivé na nízkou intenzitu světla – na tlumené světlo. [3]

Při pohledu na Polárku dopadá na naši žlutou skvrnu přibližně 100 tisíc fotonů za 1 s. 25% těchto fotonů dopadá na malou část žluté skvrny, na kruhovou plochu o průměru 5-50 mikrometrů. V této malé části je soustředěno nejvíce čípků. Prostorové uspořádání (hustota rozmístění) čípků je uvedeno na obr. 3. Nejvíce čípků je soustředěno uprostřed žluté skvrny. Z obr. 3 je zřejmé, že jejich hustota uprostřed žluté skvrny je až 160 tisíc na 1 mm2, směrem od středu jejich hustota klesá. [3]

Distribution_conesObr. 3: Prostorová distribuce světlocitlivých čípků v oku [3]

Prostorové rozložení tyčinek je velmi odlišné od rozložení čípků. Rozložení tyčinek je uvedeno na obr. 4. Uprostřed žluté skvrny je pouze velmi málo tyčinek, naopak směrem od středu jejich hustota narůstá a dosahuje podobně jako u čípků hustoty až 160 tisíc na 1 mm2. Rozložení tyčinek i čípků lze samozřejmě přepočítat i na úhel. Největší hustota tyčinek odpovídá úhlu 15°[3]

Distribution_rodsObr. 4: Prostorová distribuce světlocitlivých čípků v oku [3]

Jas neboli množství fotonů, které vstupují do oka, je ovlivněn zejména zornicí. Zornice je schopná reagovat na velký rozsah jasu, hodnoty jasu se pohybují od 10^-7 až po 10^5 cd/m2. To je umožněno tím, že citlivost tyčinek je až 100x vyšší než citlivost čípků, takže tyčinky reagují i při velmi malém jasu. Ukázka šířky zornice a variabilita této hodnoty pro různé hodnoty jasu pro lidskou populaci je uvedena na obr. 5. [3]

Jas_sirka_zorniceObr. 5: Šířka zornice v závislosti na jasu [3]

Jak bylo zmíněno výše, velká citlivost tyčinek umožňuje i vnímání světla při velmi malé intenzitě. Rozložení tyčinek (okolo centrální části, která je vyplněna čípky) je pak i podstatou toho, proč např. při pohledu na hvězdy vidíme nejjasněji hvězdy mimo střed pole, nejjasněji vidíme hvězdy pod úhlem 15° a zdají se nám jasnější než hvězdy v centrální části pole viděné díky čípkům. Proto jsou i dalekohledy ve hvězdárnách nastaveny tak, že nejjasnější hvězdy jsou pod úhlem 15°. [3]

O čípcích je známo, že nejsou saturovány, tj. na každé zvýšení jasu reagují, ale naopak u tyčinek je známo, že nad určitou hladinu jsou saturovány. Z toho je zřejmé, že oko umožňuje detekovat interakce jednotlivých fotonů až po velké kupy fotonů. Oko je např. schopné fungovat i při tak nízkém jasu, kdy jsme stěží schopní rozeznat ve tmě stromy od zamračené oblohy. [3]

Použitá literatura:
[1] https://cs.wikipedia.org/wiki/Lidské_oko
[2] http://www.faculty.virginia.edu/ASTR3130/lectures/humaneye/humaneye.html
[3] Bochud F. Basics of human vision. Mechanics of the eye. EUTEMPE-RX, Module 08, 14.-18.3.2016, Lausanne, Switzerland

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *