パート2。視神経を通過できるメガビット数/秒と網膜の解像度は何ですか？ 理論のビット

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レーザー視力矯正技術に関する以前の出版物は興味をそそられました。 そのため、この記事を全サイクルの形で続けることに決めました。その中で、レーザー眼科手術の基礎となる技術をより詳細に検討します。 この記事でレーザー自体を直接見ると予想される場合は、少しがっかりします。 生物学的なトピックを回避するために長い間努力しましたが、最終的には、視覚の構造と機能の基本を明らかにせずにレーザー視力矯正について話すことができないことに気付きました。

ITのプリズムを通して人間の視覚を見ようとします。 視覚の生物学的側面に専念している部分を読むことにあまり興味がない人は大丈夫です。 目の光学系から始めてセクションをスキップし、すぐに私たちの女の子からの伝統的なコンテストに行きます。 しかし、レーシック、フェムトレーシック、ReLEx SMILE、およびその他のレーザー眼科手術の方法を検討する次の記事をよりよく理解するために、この資料を読むことをお勧めします。

あなたは、白衣を着たこれらのあいまいな人々が正確に何を言っているのかを考え、あなたの試験の結果を思慮深く見て気分がいいですか？ ユニークな自然の贈り物であるビジョンについて少し新しいことを学びたいですか？ 次に、habracutの下で歓迎します。 いつものように-多くのイラストとトラフィック（≈5MB）。

目次：

ビジョンとIT

• 小さな紹介
• 網膜とメガビット
• カメラと比較しますか？

目の光学系

• 角膜
• フロントカメラとリアカメラ
• 虹彩と瞳孔
• レンズ
• 硝子体

よく見えないのはなぜですか？ 屈折異常

• 近視
• 宿泊施設のけいれん
• 乱視
• 遠視
• 老眼

ボーナス

• レーザー外科医とのミニインタビュー
• 私たちの女の子からの別のコンテスト

参加する代わりに

目は自然によって作成された複雑な光学機器です。 多くの点で、人間は単なる模倣者であり、自分の作品を作成していました。 光学は、プリズムとしてのニュートンの実験から、ユニークなレーザー、暗視装置などの興味深いものの開発まで、科学として長い道のりを歩んできました。 しかし、人類の研究に大きな影響を与え、多くの現代的なもののプロトタイプになったものを詳しく見てみましょう。 人間の目。

網膜と視神経

通常、光を検出できるデバイスには、感光性マトリックスの1つまたは別のバージョンがあります。 その生物学的対応物は目の網膜です。

スペクトルのさまざまな部分に対するさまざまなタイプのヒト錐体細胞（K、C、D）およびrod体細胞（P）の感度の正規化されたグラフ。 このグラフの波長の軸は対数です。


網膜の電子顕微鏡写真。 スティックは灰色で、コーンは紫色です。 図は、円錐上の単色棒の明確な優位性を示しています

たとえば、人間の目の網膜には、色覚に関与する約700〜800万個の錐体と、約1億2000万個のrod体（白黒視力）があります。 コーン/スティックをピクセルと同一視することは完全に正しいとは限りませんが、大まかな推定によると、その数は両目からのパノラマの約250メガピクセルに相当します。 網膜の光受容細胞の励起後、信号は生物学的CPU / GPUに送信されなければなりません。 この機能は、視神経によって正常に実行されます。 視覚器官が送信する最大フレームレートが影響するボトルネックは、神経シナプス （化学物質の放出と捕獲によってインパルスが送信されるニューロン間の通信サイト）のレイテンシです 。 さまざまな推定によると、これは約100〜150 Hzであり、脳の視覚皮質への画像伝送速度の限界です。 視神経の神経線維の数は約120万です。サイクルあたり1本の線維が1ビットの情報を伝送できると仮定すると、視神経の合計スループットは約1.2 * 10 ⁶ * 150ビット= 180メガビット/秒になります。 固体の流れ。 私たちの脳は、ビジュアルアナライザーからの合計360メガビット/秒のストリームを処理する必要があります。 しかし、聴覚、嗅覚、触覚、体温および痛みの受容体、バランス感覚、固有受容感覚（宇宙空間での自分の身体の感覚）はまだあります。 この負荷はすべて、他の多くの機能を除き、わずか25ワットのTDPに収まります。

ところで、ここには、バイオインフォマティクスの分野にある多くの問題があります。 たとえば、約125 * 10 ^6個の受容体細胞が約1.2 * 10 ^6個の伝導ニューロンに情報を伝達する方法は完全には明らかではありません。 つまり、脳への送信前であっても、視覚情報の特定のフィルタリングと前処理が発生します。 ちなみに、「ビート」では、網膜は1.2メガピクセル以上を送信できません。 別のことは、脳内の一連のそのような「画像」を処理した結果、何が起こっているのかというはるかに明確な画像が形成されることです。 人間の視覚のもう一つの興味深い特性は、私たちが常に過去を見るという事実です。 治療センターへの神経インパルスの伝導の遅延は、さまざまな推定によると、約150〜180ミリ秒です。 ちなみに、プロスポーツでは、0〜100 msの間隔で選手のジャークが時期尚早に開始されると考えられています。 人は、生理学的な制限のためにそれほど速く反応する時間がないと考えられています。 これらの値は、ストレス、精神情動状態、神経伝達物質のレベルに応じて一定の範囲内で変化する可能性があると言わなければなりませんが、一般的には状況は非常に安定しています。

カメラと比較しますか？

感光性は、25,000ルクス（正午）での通常の視界から、暗闇での最大の順応を伴う個々の光子の登録まで、最も広い範囲で変化します。 また、目のダイナミックレンジは、従来のカメラの背景（約24 f-steps）に対して顕著です。 比較のために、写真素材の最大ダイナミックレンジには白黒フィルムがあり、約10 fステップです。 カラーフィルムの範囲は約7で、最新のカメラの平均マトリックスは4〜6です。したがって、目のダイナミックレンジは平均カメラを2 ^（24-6） = 262,144倍超えます。

このような適応には時間がかかることに注意してください。 明るい部屋に移動するときに慣れるまでの時間-ほんの数秒。 暗闇に入るとき、この時間は数分まで長くなります。 これは主に、破壊されたロドプシンの合成が必要なためです。 ロドプシンは、視覚覚醒の発生に直接関与する視覚タンパク質です。 光束はカメラと同様に調整されます-絞り。 この機能は、瞳孔と呼ばれる穴によって行われます。 目の焦点距離が約22 mmであることを知って、瞳孔の横隔膜数を計算できます。8mmの最も拡張した瞳孔-22/8 = 2.75、最も狭い瞳孔-22 / 1.1 = 20。

実際、私たちの目は、周辺に歪みの特徴がある広角レンズです。 ただし、脳内の3次元画像を再構築する場合、これは補正されます。 また、かなり具体的な角度寸法（約1.3º）にもかかわらず、 死角に気付きません。

目の光学系

光線を正しく集束させるには、要素のサイズと形状だけでなく、光の屈折係数も重要です。 各ライトガイド要素には、明確に定義された独自の係数があることを理解する必要があります。 ちなみに、これは魚とは異なり、水の下であまりよく見えない理由を説明します。私たちの目は、陸をはっきりと見るための器官として進化しました。 これはすべて、レンズの屈折力が媒質の屈折率に依存するために起こります。



ガラスレンズは、別のIORを使用してメディアに転送すると、光の焦点を合わせる能力を著しく失います

目は、バランスの取れた光学システムです。 その要素の比率のわずかな変化は、網膜上の最終画像の違反につながります。 撮影した瞬間を想像して、カメラのレンズに任意の焦点を手動で設定します。 この方法では、鮮明な画像が得られないことに同意します。 光が網膜への経路上を移動する経路をより詳細に検討してみましょう。

角膜

スリット検眼鏡による角膜


あまりフレンドリーではない環境の猛攻撃に対処する最初の要素は角膜です。 角膜は目の外殻に属し、保護機能と光屈折機能を果たします。 ほこり、斑点、日光、および他の多くの要因の絶え間ない悪影響に直面しているのは、この目の殻です。 角膜上皮は絶えず更新され、その完全性と保護特性を提供します。 興味深いことに、角膜の光学部分には血管がありません-これは透明性を侵害します。 これらの領域の食物とガスの交換は、外側からの涙液と内側からの前房の房水による拡散によって行われます。

フロントカメラとリアカメラ

目の前房は写真にあり、角膜のすぐ下にあり、特別な液体-房水で満たされています。 背面カメラは虹彩と瞳孔の後ろにあります。

虹彩と瞳孔

一人一人が、アイリスの美しさとパレットパターンのユニークな所有者です。 ITプロフェッショナルにとって、虹彩は主に生体認証の重要な要素です。 医師にとって、これは、ダイヤフラムのように、入射光の流れを調整する非常に重要な要素です。 虹彩の穴は瞳孔と呼ばれます。 虹彩の立体的な起伏がかなりはっきりしていることを知っている人はほとんどいません。 角膜のまぶしさを抑えるために、偏光フィルターがよく使用されます。

ところで、多くの人は、画像の被写界深度と開口部の直径の依存性が瞳孔にまで及ぶとは考えていませんでした。 暗闇では、虹彩瞳孔が増加すると被写界深度が急激に減少します。

レンズ

レンズは、非常に重要な特性を備えたユニークな生体レンズです。 最も重要なものの1つは、毛様体筋の影響下で曲率を変更する能力です。 このプロセスは調節と呼ばれ、遠くのオブジェクトと非常に近いオブジェクトの両方に集中することができます。 若い男の目の光学システムの調節能力は14ジオプターで、年齢とともに徐々に低下し、60〜65歳までに実質的に失われます。 ちなみに、眼の光学系は、例えば一眼レフカメラに比べてとてもコンパクトなのはレンズのおかげです。

硝子体

目はわずかな穿刺で漏れる液体で満たされているという一般的な考えに反して、目の主な部分は硝子体です。 この物質は、粘性ゲルのようなもので、その機械的特性は主にヒアルロン酸によって決まります。 硝子体の主な機能は、眼の安定した形状を維持し、必要な弾力性を与えることです。 硝子体はそれ自体を通って伝導し、光を屈折させます。

屈折異常

上記の要素はすべて、目の屈折系に関連しています。 そのため、それらに関連する違反は屈折と呼ばれます。 このタイプの病理学は、私たちが病気の原因であった間違った要素に作用して、光線の正しいコースを回復することができるという点で興味深いです。 たとえば、追加のレンズとして眼鏡を使用すると、目の中心光軸の増加によって引き起こされる近視を矯正します。 光の屈折に関連する主な問題を考えてみましょう。
ansaril3ハラッサーは、そのような違反の物理的正当性を記事に追加することを提案しました。 残念ながら、私の医学教育ではそのようなことの意味を完全に理解することはできませんが、興味のある人にはリンクを残します。
ゼルニケ多項式と波面収差 ：

近視（近視）

多くのIT専門家の惨劇。 この病気の原因について話す前に、簡単に芸術に戻りたいと思います。 フィリップ・バーロウは才能のある南アフリカのアーティストであり、近視眼の人の目を通して世界を映し出すことができました。


近視の原因は、光軸に沿った眼球のサイズの増加です。

この病気は、体の急速な成長期の思春期に最も頻繁に顕著です。 過剰な眼精疲労とコラーゲン合成の遺伝的障害を結びつける観察結果があります。 コラーゲンは、結合組織の形成に重要な構造タンパク質です。 その過度の弾力性により、眼球の不均衡な成長が起こります。 成長段階では、 強膜およびコラーゲン形成術を使用して、近視のさらなる成長を止めることができます。 これらの方法の本質は、特別な材料の移植により、目の外殻- 強膜 -の強度を高めることです。 この病理の治療は、非手術方法（眼鏡、コンタクトレンズ）と手術（さまざまな種類のレーザー視力矯正）から成ります。



Femto-LASIKテクノロジーを使用して同様の問題を修正する機会があります。今後数週間のうちに、ReLEx SMILEテクノロジーを使用して作業できるようになります。 眼科手術用レーザーの最新世代は、仕事で使用されます：
Femto-LASIKの場合、これらはSchwindのAmaris 750S（補正自体用のエキシマレーザー）およびZeissのVisuMax（フラップ切断用のフェムトレーザー）です。
ReLEx SMILEの場合、これはVisuMaxのみです（テクノロジーは、そのすべての操作のみを実行することを意味します。詳細は、次の記事で説明します）

宿泊施設のけいれん

真の近視といわゆる調節のけいれんを区別する必要がありますが、それは偽近視でもあります。 専門職のために、私たちの多くは絶えずモニターを見て膨大な時間を費やしていると思います。 先に述べたように、必要に応じて水晶体を変形させる毛様体筋が調節に関与しています。 一定の視覚的緊張があり、視界の焦点が長時間近くなると、この筋肉はけいれんを起こし、リラックスできなくなります。 その結果、目は遠くの物体に正常に焦点を合わせる能力を失いますが、これは調節の観点からの一時的な現象によるものであり、目の形の変化によるものではありません。 この状況では、毛様体筋の一時的な麻痺を引き起こし、それが弛緩するのを助ける特別な薬が処方されます（トロピカミド、アトロピンなど）。 光学体操と職業衛生（職場の照明、休憩など）が役立ちます。

乱視

この病状はしばしば他のものと組み合わされます。 その原因は、角膜または水晶体の非対称な湾曲です。 結果は、異なる軸に関して異なる屈折です。 その結果、人は、たとえば水平線をはっきりと見ることができ、垂直線はぼやけます。

遠視（遠視）

近視の逆の状態。 目の光軸は本来あるべきよりも短く、その結果、画像は網膜の後ろに焦点を合わせられます。
この病気はしばしば老視と混同されます（加齢性遠視）
眼科手術用レーザーによる治療は、近視による治療とほぼ同じです。

老眼（遠視）

この屈折障害の特徴は、人が年齢とともに順応する能力を失うことです。 水晶体はより硬くなり、毛様体筋はより変形しにくくなります。 その結果、冗談めかして「短腕症候群」と呼ばれることがあります（視力は悪くありませんが、腕は短いです！）。 レンズは「無限遠に焦点を合わせる」位置に固定され、近くの物体に対応する能力を失います。 治療として、人は近くの何かを考慮する必要があるときに眼鏡をかけることで自然なメカニズムを置き換えます。 光パワーの正確な動的キャリブレーションについて話していないことは明らかです。 プログレッシブレンズには複雑なオプションがありますが、他の多くの方法がありますが、いずれにしても自然なメカニズムを完全に置き換えるものではありません。

レーザー眼科手術の実践

視力矯正のための手術用レーザーの機能をより詳細に明らかにするために、私たちの眼科外科医の一人、MD、ボイコ・アレクサンダー・アレクサンドロヴィッチから、それらについていくつかの言葉を書いてもらいました。 彼は絶え間ない仕事量のために、Habréに代わって答える時間がないのではないかと心配していますが、私の要求で、彼はここで彼の印象を共有するのに数分かかりました。

医師は、何か新しいことを学ぶのをやめた瞬間に専門家になるのをやめるといつも言いました。 薬が止まらないことは誰にとっても秘密ではなく、毎年、より完全で質の高い治療を可能にする新しい方法が登場します。 私の職業を眼科医として選んだとき、私が将来一緒に働かなければならないテクノロジーを想像することさえ困難でした。 2013年に新しい眼科用レーザーを使用するように訓練されたときに、すでに未来が訪れていることに気付きました。
これは、ドイツのイエナにあるZeiss VisuMaxフェムト秒レーザーと、アシェンゲンブルグにあるSCHWIND Amaris 500Eエキシマレーザーの使用に関するトレーニングです。 この数週間の継続的な研究、この本当に驚くべき機器を使って作業することのすべてのニュアンスについて教えてくれたプロの先生を思い出すのはとても嬉しいです。
これらのレーザーの人間工学は非常に考え抜かれているため、マシンは外科医の手と思考の自然な延長となり、医療処置を迅速かつ正確に実行できます。 Amarisエキシマレーザーを使用すると、従来のものよりも広い範囲で、さらに高い精度で視力矯正を行うことができます。 -15ジオプターまでの近視、+ 8Dまでの遠視、および円柱コンポーネントの最大±7ジオプターまでの乱視の複雑な矯正。 VisuMaxフェムトレーザーを使用すると、患者ごとに個別に計算される複雑な3次元構造のフラップを切断できます。 これにより、角膜がかなり薄い人の手術の適応を拡大する機会が与えられました。
私たちの同僚であるイヴァンと一緒に、次の記事でそれらすべてのテクニックと方法の最も完全で詳細な概要を準備しようとします。そのおかげで私たちは人々に世界の明確な見解を返す素晴らしい機会を持っています。

この記事では素材を使用しました。

• www.cambridgeincolour.com
• heck-aitomix.livejournal.com/67763.html見事なスリット検眼鏡画像
• スレン・マンヴェリャンの素晴らしいアイリス写真
• 通常の人間の生理学、眼科の教科書。

記事の編集を手伝ってくれて、貴重なコメントをしてくれた人たちに感謝します。

1. Suncheaの同僚。資料を読みやすい形式にするのを手伝い、多くの貴重なアドバイスをしました。
2. 貴重な編集のためのブラチスラバのアントン・ホレンコ
3. vvzvlad
4. アンサリル3
5. ジハルト
6. そして、材料の準備を手伝った他の皆に

グーグル

私たちの女の子からの別のコンテスト

デザイナーのターニャはタスクに取り組んでいます））

チームの女性の半分は、タスクの複雑さに関する要望を考慮に入れて、新しい何かを思いつきました））今回は、特に賞品に関しては、より多くの人々がプロセスに参加しました。したがって、サーバールームへの訪問、レーザーシステムの直接検査（もちろん営業時間後）、および受賞者のためのあらゆる範囲の視覚診断で、クリニックの完全なツアーのためにこのクエスト証明書を決定する最初の10人の賞品として。楽しんでいただければ幸いです。 多くの人々が他の都市に住んでおり、来ることができないことを理解していますが、突然私たちの地域にいる場合（クラスノダール、エッセンツキ、ペルミ）誰かに証明書を与えるか（私たちに知らせてください）、私たちを訪問することができます。

小規模な調査

テクニカルディレクターとレーザー外科医の1人が参加する小さなウェビナーを開催するというアイデアがありました。その上で、誰もが一連の記事で解決されていない興味のある質問をすることができます。したがって、私はこれについてのhabrasocietyの意見を知りたいです。また、ウェビナーを実施するために、どのプラットフォーム（無料）がより使いやすく、ほとんどの人にとって使いやすいかを明確にすることもできます。

UPD。 受賞者の発表受賞者
を遅らせたことをおizeびしますが、手紙を送ったすべての人がハブラハブルでニックネームを教えてくれたわけではありません。電子メールを公開するのは間違っています。それらをすべて入手したらすぐにリストを投稿します。 habrasocietyの活動の一般的な評価として、最初の10件の回答は公開後すでに1時間であったと言えます。カウンターには、クエストの最終リンクで約300クリックが表示されます。クエストを決めた人の約40％もイースターエッグを見つけることができました。vvzvlad
が最初に解決したのは私たちからそれほど遠くなく、クラスノダールの診療所に行くことができました。診断機器の話と検査自体を組み合わせて、私たちは正直にパートを完成させました。そしてもちろん、前の記事で説明したVisuMaxフェムトレーザーに直接触れる以外に方法はありませんでした。