Kontrastseende. Bild 1

Transkript

1 Kontrastseende Anatomi hur fungerar det? Människans näthinna innehåller 2 typer av fotoreceptorer, stavar och tappar. Dessa reagerar på ljusfotoner som omvandlas till strålningsenergi och elektrisk aktivitet. Under dunklare ljusförhållanden är stavarna känsligast, de reagerar på ljus men uppfattar inte färger och detaljer. Dagtid och i andra situationer då vi utsätts för starkare ljus är det framför allt tapparna som absorberar fotonerna. De ger oss också förmågan att uppfatta färg, form och detaljer. I de yttre segmenten på fotoreceptorerna finns diskar som innehåller ca molekyler av dess fotopigmentet. Stavarnas pigment heter rhodopsin. Ett fotopigment absorberar en ljusfoton, när detta sker bleks pigmentet och kan därmed inte absorbera fler fotoner. Stavarna har en halveringstid på ungefär 5 minuter innan den återgår till oblekt tillstånd igen. Tapparna har till skillnad från stavarna, tre olika typer av fotopigment med ökad känslighet för olika våglängder. Korta, 426nm, mellan, 530nm, och långa, 557nm. Då tapparna är känsliga för detaljer ger det oss en indikation på att de även bidrar till kontrastseendet. Informationen leds vidare från fotoreceptorerna, genom näthinnans lager till gangliecellerna. Bilden komprimeras och endast information om kanterna skickas vidare. Via gangliecellernas axon leds informationen ut genom papillen. Varje gangliecell motsvaras av ett receptivtfält som korresponderar med specifika fotoreceptorer på näthinnan. Fälten är runda och uppdelade i en central och en perifer del. Det finns två typer av ganglieceller, de förekommer i ungefär lika stort antal och alla typer av fotoreceptorer sänder signaler till dem. (Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell 1995) Bild 1 On-center celler (se bild 1) exiteras när de belyses i mitten och inhiberas när de belyses i de perifera delarna. Aktionspotentialen som skickas kan reduceras om ljus träffar en andel av on-center cellens yttre delar, eller helt upphöra om ljus träffar en stor del av periferin. Den centrala delen fungerar på samma sätt men istället för en reducering av aktionspotentialen kommer den att öka i takt med belyst del. Off-center cellerna reagerar på motsatt sätt (Eric R.Kandel) ) Gangliecellerna reagerar bara svagt när belysningen är jämnt fördelad över centrala och perifera delar av fältet. Reaktionen blir starkare när skillnaden är stor. Därför sker reaktionen på grund av en kontrast och inte en ljusstyrka. Det här kallas lateral inhibition och ger bland annat upphov till fenomenet Mach bands (se bild 2)( ). På grund av att kantinformationen är överdriven upplever vi tydliga linjer som egentligen inte finns. Var i hjärnan tolkas kontrasten? Primära synkortex kan delas upp i sex olika lager. Lager fyra kan i sin tur delas upp i två delar där den ena tar emot informationen från det magnocellulära lagret, och det andra

2 från det parvocellulära lagret. Man tror att det magnocellulära området förmedlar information om rörelsedetektion och kontrastkänslighet för låga spatialfrekvenser. För det parvocellulära området handlar det i motsats om färg och kontrastkänslighet för höga spatialfrekvenser (Lee Ann Remington, 2005) Mätning av kontrastkänslighet Kontrastkänslighet mäts framför allt för att bilda en uppfattning om patientens bildkvalitet och för att upptäcka retinala defekter i ett tidigt skede. Det finns två huvudtyper av tester som används idag, randmönstertest och lågkontrastsynskärpetavlor. Högst kontrast fås av en svart och en vit yta bredvid varandra. I takt med att kontrasten minskar blir de två ytorna allt mer lika. Ytorna är antingen helfärgade, vilket ger tydliga avgränsningar, eller modulerade, vilket ger mjuka övergångar. Randmöstertest mäter den svagaste kontrasten som går att urskilja vid olika randmönsterfrekvenser. Tätheten i mönstret kallas spatial frekvens. Bild 3 Ett exempel på en syntavla med låg kontrast och samma storlek på optotyperna är Pelli-Robson-tavlan (se bild 4), vilken vi i bilden ser vertikalt inringad. Kontrasten i bilden minskar i samband med att kontrastkänslighetskurvan ökar och når sin topp. De två inringade horisontella raderna motsvarar Baily- Lovie-tavlan, där alla optotyper har samma kontrast men olika storlek, vilket gör att vi även får fram ett visusvärde (Steven H. Schwartz, 2004). Den vanligaste syntavlan kallas för Vistech (bild 3) och går ut på att patienten får se flera olika randmönster (sinusvågmönster) med olika objektstorlekar, kontrast och frekvenser. Varje rad från vänster till höger har en egen frekvens och varje lodrät rad har en viss kontrastnivå. Kontrasten minskar från vänster till höger. Banden är även, som figuren visar, orienterade på olika sätt så att undersökaren kan vara säker på att patienten ser banden vid lägre kontraster. Utifrån det patienten kan se gör man ett diagram för kontrastkänslighet och jämför det med normalvärden. Kontrastseende Bild 4 Kontrastseendet spelar stor roll när man vill se små detaljer men kontrastseende och synskärpa är två olika saker. En person med nedsatt kontrastseende kan fortfarande ha 1.2 i visus. Synskärpan mäter högsta upplösning. Kontrastseendet beror bara på skillnaden i ljust och mörkt. Färger har inte direkt med kontrast att göra. Till vardags kan ordet kontrast definieras som skillnad. Om man pratar om kontrast och visuell perception är det skillnaden i ljus eller luminans man menar. En repetition i fysikalisk optik ger:

3 Man får då en kvot mellan ett och noll (bild 5). Ett är maximal kontrast och noll är ingen kontrast alls. Om man vill ha kontrasten uttryckt i procent så multiplicerar man bara med 100. När man mäter en persons kontrast, till skillnad från en bilds kontrast, så tar man reda på kontrastkänsligheten (mer avancerat) eller tröskelvärdet (vanligare). Kontrastkänsligheten är reciproken (inversen) till kontrasten vid tröskelvärdet (threshold), dvs ett genom den lägsta kontrast på vilken former eller linjer ännu kan urskiljas. Bild 5 Ett enkelt exempel: Man testar en patients kontrastkänslighet genom att placera personen framför en bildskärm som visar ett randmönster. Initialt verkar skärmen helt blank för att kontrasten är jättelåg/under tröskelvärdet. Sedan ökar man långsamt kontrasten i randmönstret tills personen precis ser randmönstret. Då har man fått ett tröskelvärde på kontrasten. Om man inverterar tröskelvärdet så får man kontrastkänsligheten. Om man gör flera tester med olika täta ränder (olika spatialfrekvens) så kan man rita ett diagram (bild 6) som visar kontrastkänsligheten som en funktion av spatialfrekvensen. Bild 6 Kontrastkänsligheten kan vara olika beroende vilken typ av test och förutsättningar som finns. Den kan variera beronde på vilken/vilka våglängd/våglängder ljuset har, hur hög sammanlagd luminans näthinnan träffas av, vilken spatialfrekvens som används och mycket annat. Det vanligaste är att bara göra effektiva mätningar av kontrastkänsligheten vid medelhög spatialfrekvens. Det kan göras på två olika sätt. Antingen med Bailey- Lovie s synskärpetavlor med lågkontrast eller Pelli- Robson testet (bild 7) där man mäter patientens tröskelvärde. Istället för att bokstäverna blir mindre så är de lika stora men kontrasten sjunker (David B Elliot, 2007). Man har alltså olika kontrastkänslighet beroende på spatialfrekvensen. Den högsta kontrastkänsligheten ligger runt Bild 7 4 cykler (ett svart och ett vitt streck) per grad av synfältet. Om man har ett brytningsfel så får man lägre kontrastkänslighet vid de högre spatialfrekvenserna (Ronald B. Rabbets, 2006).

4 (bild 8) Den streckade linjen beskriver kontrastkänsligheten vid ametropi. Bild 8 Kontrastseende och normalvärden Det är svårt att ge data på normalvärden. Dels testas inte kontrastseendet lika flitigt som till exempel synskärpan. Undersökning av kontrastkänslighet blev vanligare på åttiotalet men ingår än idag inte i rutinundersökning på alla oftalmologiska mottagningar. Dessutom är det inte annat än statistiskt intressant att ange precisa grafer med normalvärden hos stora demografiska grupper, det är viktigare att se individuella förändringar hos patienten. Ytterligare försvårande omständigheter för att ange specifika normalvärden för kontrastkänslighet: normalvärdena för randmösntersynskärpevärden varierar inom flera rader för både hög- och lågkontrastområden. Precis som normalvärdena för synskärpa. För normal synskärpa med kontrast 100% på optotyperna finns en variation på ungefär sex rader, dvs visus mellan (bild 9). Detsamma gäller för låg kontrast. Då normalområdet för synskärpa och randmönstersynskärpa är så stort kan kontrastkänsligheten sjunka till en tiondel och fortfarande vara inom normalområdet. Man kan säga att med kontrastvärde på 2,5% har en normalt seende person synskärpevärden på ungefär hälften av högkontrastsynskäpevärden ( Bild 9 Det skotopiska seendet har en kontrastkänslighet på låga (Weber s kvot). Man får inte glömma att Weber s kvot baseras på en logaritmisk skala. Det betyder att om en bakgrund har en ljusstyrka om 100 lumen så måste en punkt (increment) på bakgrunden ha en luminans om 138 lumen (10 upphöjt i 0,14 * 100 lumen) för att kunna upptäckas. Det fotopiska synsystemet har en högre kontrastkänslighet, 0,015. Här räcker det alltså med att öka punktens (incrementets) luminans till 103 candela (10 upphöjt med 0,015 * 100 lumen) om bakgrunden har en luminans på 100 lumen. Man har alltså mycket större kontrastkänslighet i dagsljus. Det som annars verkar ha störst påverkan på kontrastkänsligheten hos människan är ålder och olika sjukdomstillstånd (Steven H. Schwartz, 2004). Kontrastseende och ålder Människans synfunktioner utvecklas olika snabbt. Till exempel det skotopiska och fotopiska synsystemet är moget och utvecklat redan när barnet är 3-5 månader gammalt. Kontrastseendet däremot, tar längre tid att färdigutveckla, ca 6-8 år. Sedan är kontraskänsligheten relativt oförändrad tills man når en mogen ålder runt 65. Sen går det utför (bild 10) (Andrew Arch, 14 maj 2008).

5 bild 10 Både senil mios (små pupiller) och nukleär skleros (kärnkatarakt) sägs vara vanliga bidrag till sämre kontrastseende hos äldre. Degeneration av näthinnan och mer centrala delar av hjärnan tror vissa också ska verka negativt på den åldrige patientens kontrastseende. En studie har visat att de som har opererats för gråstarr och fått en intraokulär lins halverar sin risk att krocka i trafiken med hela 50 %, gentemot andra jämnåriga (Theodore Grosvenor, 2007). Kan det bero på skillnader i kontrastseendet? Figuren till höger (bild 11) visar kontrastkänsligheten vid katarakt. Kontrasten är sämre vid alla spatialfrekvenser. bild 11 Sjukdomar kan påverka kontrastseendet och normalvärdena Sjukdomar och tillstånd som påverkar kontrastkänsligheten hos människan är: refraktiv kirurgi och linskapselgrumlingar, rökning och oxidering av linsen, andra typer av katarakt, optikusneurit, multipel skleros, diabetes med eller utan retinopati och makuladegeneration. Även ärftliga sjukdomar som retinitis pigmentosa kan ge nedsatt kontrastseende. Givetvis kan man ha fullgod kontrast även om man har diabetes, men om man har normal visus men inte tillfredställande syn kan man misstänka sänkt kontrast och eventuella sjukdomar. Det allra mest vanliga symptomet vid nedsatt kontrast är oftast en generell suddighet, särskilt i dis och dimma, skarp solsken, på vintervita snöfält och i svag belysning ( Vardaliga problem som kan förekomma vid nedsatt kontrastseende kan exempelvis vara att patienten har svårt att hacka lök på ett ljust underlag eller se om skjortan de precis har strukit är skrynklig eller inte ( Bilden på näthinnan blir plattare. Kontrasten påverkar också risken att falla, balanskontrollen, läsningen och synskärpan, men oftast inte särskilt mycket mer än ett fåtal rader. Då man gör ett kontrasttest på patienten undersöker man hur känslig patienten är för luminanser i olika grad och i låga och höga spatialfrekvenser. Oftast brukar det inte skilja mer än 25% mellan ögonen. Om patienten har dålig kontrast vid lägre frekvenser tyder det på kortikala problem och vid höga frekvenser kan refraktiva problem föreligga. Dålig kontrast vid mellanliggande frekvenser kan föranledas av retinala problem. Personer med katarakt kan få problem låga, mellanliggande och höga frekvenser då katarakten ger en oskarp reducerad kontrast.

6 Skador på fotoreceptorerna resulterar i ett försämrat kontrastseende och det kan antas att vid ensidiga skador kan defekten vara monokulär. Även sjukdomar som till en början är ensidiga kan anses ge monokulära kontrastdefekter. Av: Ashkan Ahari, Linnéa Carlsson, Nerma Husic, Cecilia Haderberg, Hanna Lindqvist, Josefine Lindholm Bergström, Andrej Weissbach Källor: David B Elliot Primary Eye Care, 3 rd ed. Steven H. Schwartz Visual Perception, 3 rd ed. Ronald B. Rabbets Clinical Visual Optics, 3 rd ed. Theodore Grosvenor Primary Care Optometry, 5 th ed. Lee Ann Remington Clinical anatomy of the visual system, 2 nd ed. Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell - Essentials of neural behavior science and Andrew Arch