Download - K6 Biooptika.2009 2
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
1/36
BIO-OPTIKA
DR. ZAIRUL ARIFIN, SpA,DAFK
DEPARTEMEN FISIKAKEDOKTERANFK-USU
MEDAN
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
2/36
FISIKA PENGLIHATAN DAN MATA
I. Cahaya di bidang medis
1.1.Sumber dan sifat cahaya
Sumber cahaya : alami (matahari), buatan
Sifat cahaya :
1.Kecepatan cahaya berubah melalui beda medium
2.Cahaya bisa sebagai gelombang maupun partikel
3.Bila diserap energi umumnya sebagai panas4.Bila foton diabsorbsi, keluar energi, fluoresensi
5.Pantulan cahaya: difus (kasar), spekular (halus)
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
3/36
1.2. Mengukur dan unit cahaya
Cahaya: ultra violet tampak,infra merah tergantung panjang gelombang,
satuannya nanometer.
UV 100-400 nm, tampak 400-700 nm, IR 700-1000 nm
Cahaya tampak diukur dg unit fotometrik.
Bagaimana cahaya dilihat rata2 mata manusia:Kuantitas cahaya ke permukaan:iluminansi,
Intensitas sumber cahaya : luminans,
Radiasi cahaya diukur dengan unit radiometrikPada radiometri:
Kuantitas cahaya ke permukaan : Irradians,
Intensitas sumber cahaya : radians
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
4/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
5/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
6/36
1.3.Aplikasi cahaya tampak di medis
Senter dan kaca pembesar
kelainan kulit, mata(ophthalmoscope), telinga (otoscope)dll
Endoscopeuntuk melihat didalam tubuhcystoscope, proctoscope, bronchoscopedll
Transilluminationtransmisi cahaya melalui
jaringan tubuhbayi : hydrocephalus,pneumothorax, sinus,mammae, testesdll
phototherapypada bayi icterus, dengan sinar biru,
lebih kurang 450 nm
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
7/36
2. FISIKA MATA DAN PENGLIHATAN
2.1.Pembentukan bayangan di mata
Indra penglihatan :1.Mata : memfokuskan bayangan ke retina
2.Sistem syaraf : menyalurkan informasi ke otak
3.Korteks penglihatanSalah satu tak berfungsi, gangguan penglihatan/buta
Persamaan mata dgn TV berwarna sirkuit tertutup :
-Lensa kamera TV ~ kornea dan lensa mata-kabel sinyal ~ saraf optikus
-monitor ~ korteks penglihatan
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
8/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
9/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
10/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
11/36
Kornea bekerja seperti lensa yang biasa dimanasinar cahaya menembus permukaan dan merobahindeks refraksi yang menyebabkan sinar terang
untuk bengkok menuju ke permukaan yangnormal.Prinsip ini dinamakan sebagai hukum fisikadan dikenali sebagai Snells Law.Bentuk korneamenentukan derajat fokusnya.Permukaan korneadibentuk oleh lapisan permukaan selepitel.membran basal(Bowmans Layer),lapisanstroma yang tebal yang terdiri dari helaian kollagendan satu lapisan sel yang tunggal yang terdiri darisel-sel endotel.Helaian kolagen pada stroma kornea
terdiri dari kira-kira setengah dari panjanggelombang cahaya yang berada jelas secara optikdengan memancarkan dan bukan menyebarkancahaya.Sedangkan lapisan permukaan sel epitelmemantulkan lekukan permukaan dari stroma
kornea yang dibawahnya.
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
12/36
Beda mata dengan kamera :
-Mata mengamati pada sudut sangat besar
-Berkedip : pelumas built-inbagi kornea, komunikasi-Pemfokusan otomatis cepat, 1dtk : 20 cm sampai ~
-Efektif menerima intensitas cahaya sangat lebar, siangterik sampai malam gulita, 10 milyar : 1
-Sistem penyesuaian bukaan lensanya otomatis, iris
-Sistem pengendali tekanannya otomatis,
1,6 kPa = 12 mmHgmempertahankan bentuk bolamata
-Terletak di wadah pelindung tulang, bersandar pada
bantalan lemak, peredam goncangan keras
-Bayangan terbalik di retina, otak mengoreksinya
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
13/36
-Otak memadu bayangan kedua mata3 dimensi-Otot mata : mata bergerak fleksibel sampai mutar
mata menggunakan sistem lensa konveks untukmenghasilkan bayangan nyata diretina(kornea,lensa)
Pusat bayangan jatuh di bagian sensitif retina, fovea
Pembukaan irismengatur cahaya yang masuk,pupil
Kornea membelokkan cahaya, selebihnya, lensa
Cahaya melewati lapisan : udara, kornea,aqueous
humor, lensa depan,inti, belakang, vitreous humor
Tiap lapisan membiaskan cahaya sampai ke retinaAkomodasi, mengatur jarak fokus agar jarak
bayangan = jarak lensa-retina tetap jelas di retina
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
14/36
2.2.Sistem optik mata
Refractive power : 1 D(Dioptri) : 1 / jarak fokus (m)
Daya pada mata tak berakomodasi 59 D, refraksi terbesaroleh kornea sampai 46 D, lensa 18 D
Amplitudo akomodasi, selisih penglihatan jauh danpenglihatan dekat, anak : 29 D-18 D=11 D, pada orang
tua bisa mendekati nolKedalaman fokus, bila 2 titik sumber cahaya diamati
dengan pupil yang kecil, bayangan di retina tak banyakberubah dengan range yang besar dari posisi bayangan,
kedalaman fokus besar,sebaliknya bila pupil besar,kedalaman fokus kecil, bisa kabur,
Pupil konstriksi pada cahaya terang dan objek dekat
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
15/36
2.3.Elemen pemfokus mata
Kornea, pemfokusan mata, terfiksasi, besar refraksi
tergantung kelengkungannya dan kecepatan cahaya dilensa dibandingkan dengan benda sekitar (n relatif)
Dalam air, kornea kehilangan daya pemfokusan, karena nnya mirip; seperti ikan di luar air penyelam pakaitopeng untuk pertahankan udara
Kornea terlalu melengkung penglihatan dekat,Kornea kurang melengkung penglihatan jauhKelengkungan tak merata astigmatisme
Tergores, sembuh sendiri, radiasi UV,neutron, sinar Xkornea dapat keruhmenghambat masuknya sinar
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
16/36
Myopia
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
17/36
-MYOPIA
Satu kondisi dimana kornea terletak sangat
dalam.
Cahaya difokus di depan retina menyebabkanpenglihatan menjadi kabur.
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
18/36
Hypermetropia
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
19/36
-HIPERMETROPI
Suatu kondisi dimana terjadi karena kesalahan refraktifdan kornea sangat mendatar
Menyebabkan penglihatan kabur dari jarak dekat karena
cahaya difokus di belakang retina dan bukan tepat di
retina.
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
20/36
H i f k di k d k
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
21/36
Hampir semua pemfokusan di permukaan depan karena
permukaan belakang n nya hampir sama dengan
aqueous humor
Lensa, belakang lebih lengkung, bisa berubah, dayakelengkungan rendah dari lensa, kerena dikelilingi
cairan yang n nya hampir sama. N efektif 1,07, ber-lapis-
lapis,beda-beda n nya
Otot, memfokus bayangan agar lensa gepeng atau bulat,
untuk lihat jauh atau dekat
Orang tuahilang kemampuan akomodasi, titik dekat
menjauh (presbyopia), titik jauh bila mendekat(myopia).
Ikan memfokus dengan maju-mundur lensa ~ kamera
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
22/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
23/36
2.4.Elemen lain pada mata
Pupil, lubang ditengah iris, hitam karena semua cahaya
masuk diserap dalam mata, cahaya biasa 4 mm,variasi 3-8 mm
Perlu 300 detik iris membuka penuh dan 5 detik iris
menutup secepat mungkin
Cahaya sangat terang, iris mengurangi defek lensa
Aqueous humor, salurkan gizi ke kornea dan lensa,
mempertahankan tekanan internal mata
Vitreous humor, mirip jel, pertahankan bentuk mataSklera,penutup seluruh mata kecuali kornea, putih, kedap
cahaya, dilindungi selubung konjungtiva
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
24/36
2.5. Retina-detektor cahaya pada mata
Peka cahaya, mengubah bayangan cahayaimpulslistrik saraf (tranduser)
ke otak
Analogi dengan bagian peka cahaya kamera TV
Penyerapan foton cahaya oleh fotoreseptor memicu
sinyal listrik ke otaksuatu potensial aksiEnergi foton 3 eV,potensial aksi energinya jutaan kali
Foton harus > energi minimum untuk hasilkan reaksi
Retina menutupi separuh belakang bola mata, penglihatan
sebagian besar terbatas di makula lutea (bintik kuning),
penglihatan tajam di bagian kecil bintik kuning, di fovea
sentralis, 0,3 mm
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
25/36
Bayangan di retina sangat kecil, persamaan untuk
ukuran bayangan, dengan ratio panjang sisi segitiga
sebangun
Bila O ukuran benda, I ukuran bayangan, P jarak
benda, Q jarak bayangan biasanya 0,02 m, maka :
O / P = I / Q I = (Q/P)OReseptor cahaya di retina : kerucutdan batangKerucut, 6,5 juta tiap mata,untuk penglihatan siang
Fotopik, terutama di fovea sentralis, tiap kerucut di
Fovea punya sambungan tersendiri di otak, sensitivi-tas maksimum pada 550 nm di regio kuning-hijau,
Sesuai dgn spektrum maksimum matahari di bumi
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
26/36
Batang,penglihatan malam, skotopik, dan
penglihatan perifer, 120 juta tiap mata. Kepadatanmaksimum di sudut 200, sensitif cahaya biru-hijau
510 nm, lebih pendek dari cahaya optimum kerucut
Batang dan kerucut sama sensitif untuk sinar
merah :
650-700 nm
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
27/36
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
28/36
3.1 Ambang Penglihatan
Minimum foton yang menghasilkan sensasi pengli-
hatan dalam 60 % kali perlu ditentukan :
1.Warna optimum pada uji sorot
2.Lokasi paling sensitif di mata
3.Diameter terbaik yang digunakan dalam uji sorot
4.Lama waktu terbaik yang digunakan untuk uji sorot
Jawabannya :
1.Batang paling sensitif pada 510 nm
2.Batang terbanyak disekitar 200 sumbu penglihatan
3.Daya deteksi tak tergantung diameter senter
4.Waktu sorotan 0,1 dtk lama penyinaran tak penga-
ruhi daya deteksi, diatasnya perlu lebih banyak cahaya
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
29/36
Hasilnya 90 foton masuk mata pada kondisi optimum
cahaya terlihat dalam 60% waktu. Hanya 10 foton
yang benar-benar diserap batang. Cahaya tersebar di>350 batang,diperlukan 2 foton untuk menimbulkan
sinyal visual.senter dengan batere baru keluarkan
100 foton / detik
1 foton tak dapat dilihat terutama karena electrical noise .Tiap
batang mengirim noise tiap 5 menit, ada 120 juta tiap
matahampir 3 milyar pulsa/jmKerucut lebih besar lagi. Dari 90 foton ke mata, 10 ke
Fotoreseptor, 3% dipantulkan kornea, 50% diserap
10% diserap batang, binatang ada pemantul lagi
RADIASI ULTRA VIOLET (UV)
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
30/36
RADIASI ULTRA VIOLET (UV)
Bagian dari spektrum elektromagnetik yang terletak antara
panjang gelombang 200 nm400 nm
Efek biologis dan kimia :
-Mata, acute photokeratitis, api las, 288 nm
-Erythermal region 280-320 nm, 290-295 nm efek
maksimal efek karsinogenik pada kulit-Germicidal band 220-280 nm,265 nm efek maksimal
-250 nm dan 280 nm ada beberapa efek erythermal
-Ozone region 170-220 nmSumber radiasi : cahaya matahari, api las,lampu
buatan , plasma torch (alat operasi dari metal panas)
K ntr l d n Pr t k i UV
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
31/36
Kontrol dan Proteksi UV:
1.Sun screens, kimia PABA, ZnO, TiO2, bedak
2.Baju/pakaian, flanel, poplin3.Bahan transparan untuk mata dan kulit :
-Kaca jendela > 2 mm untuk UV < 300 nm
-Plexiglass, UV 253,7 nm-Flintglass, untuk semua panjang gelombang
-Norviolglass/polaroid UV filtercahaya las4.Refleksi dari radiasi UV :
-Kaca,metal yang dipolis, permukaan keramik,
permukkaan yang dicat dapat berbahayaZ O refleksi han a 3 UV white lead 60
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
32/36
RADIASI INFRA RED (IR)
700-10 nm, Near IR, batasnya 1400 nm
Far IR, > 1400 nmAsal : panas di alam, obor plasma, lampu quartz-
halogen, kaca panas putih, membuat kaca,
pemanas IREfek Biologis :
-Mata : Near IR sampai retina, tembus kulit padakeadaan tertentu, katarak di penutup lensa, padapeniup gelas : merusak retina
Far IRefek termis pada kornea
Kriteria Pemaparan IR :
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
33/36
Kriteria Pemaparan IR :
-Dasar : merancang perlindungan timbulnya katarak
-Kontrol : gelas penutup denganvNeopynium, dapat
mencegah near IR
RADIASI MCRO-WAVE (M-W)
Spektrum dari 10 nm, dinyatakan dengan frekuensi
MW / Radar : 30-3.10 MHzRadio Frekuensi :
-TV,VeryHighFrequency(VHF) 54-88MHz,174-216MHz
Ultra High Frequency (UHF) : 470-890 MHz- Radio FM:88-100MHz, Short Wave(SW): 1,8-30 MHz
-Radio Band : 0,55-1,6 MHz
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
34/36
Komunikasi & Radar : didepan antena bengkel dgn
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
35/36
-Komunikasi & Radar : didepan antena, bengkel dgn
tester,menara pemancar,mobil pemancar komunikasi
Efek Biologis Radiasi M-W :
-Frek. > 10 GHz : diabsorbsi komplit oleh lapisan luar
kulit efek panas pada kulit1-10GHz:penetrasi kulit,mencapai lapisan lemak
< 1 GHz : penetrasi ke otot, bertambah dalam
dengan menurunnya frekuensi
100-300MHz:penetrasi dalam,panas keseluruh tubuh
Efek Thermal :
-Pada terapi diatermi Power Density 100 mW/cm
-Hati-hati mata dan testis
Irradiasi < 100 mW/cm2 dalam beberapa menit pada
-
7/30/2019 K6 Biooptika.2009 2
36/36
Irradiasi < 100 mW/cm dalam beberapa menit pada
10 MHz-100GHz efek termal yang berbahayaEfek Non Thermal :
-Kekeruhan lensa didapati pada pekerja M-W
-Takada efek nontermal padaP.Density