Các tật quang hình của mắt và cách sửa chữa

5. Các bƣớc thực hiện đề tài

8.3. Các tật quang hình của mắt và cách sửa chữa

8.3.1. Cận thị và cách sửa

Mắt cận thị ở trạng thái nghỉ (không điều tiết) có mặt phẳng tiêu nằm trước võng mạc do đó khi nhìn vật ở vô cực ảnh của vật ở trước võng mạc (Hình 8.3a).

Viễn cận điểm của mắt gần hơn so với mắt bình thường. Trong khoảng từ viễn điểm đến cận điểm, mắt cận cũng điều tiết như mắt bình thường và khi vật ở sau cận điểm mắt cận không còn khả năng điều tiết. Để sửa tật cận thị phải dùng thấu kính mỏng phân kỳ làm dụng cụ bổ trợ.

Khi đó ánh sáng qua hệ quang học gồm thấu phân kỳ ghép đồng trục với mắt sẽ tác dụng lên võng mạc và ảnh của nó sẽ hiện đúng trên võng mạc (hình 8.3b). Tác dụng của thấu kính phân kỳ làm giảm độ tụ của mắt cận.

8.3.2. Viễn thị và cách sửa

Ở trạng thái nghỉ mắt viễn thị có mặt phẳng tiêu nằm sau võng mạc nên khi nhìn vật mà không điều tiết thì ảnh của vật sẽ hiện ở sau võng mạc. Nếu tiêu điểm không ở xa võng mạc quá thì mắt tự điều tiết để làm tăng độ tụ sao cho ảnh của vật hiện rõ nét trên võng mạc. Trường hợp mắt viễn nặng (tiêu điểm ở xa võng mạc quá) thì có điều tiết cũng không nhìn thấy vật ở xa. Khi đưa vật lại gần thì ảnh càng lùi xa võng mạc. Như vậy viễn thị sẽ không thấy vật ở xa cũng như gần. Trong trường hợp các tia sáng có phương thích hợp vẫn hội tụ trên võng mạc lúc đó đường kéo dài của tia gặp trục chính ở điểm sau võng mạc, điểm này gọi là viễn điểm ảo.

Muốn sửa tật viễn thị phải dùng thấu kính mỏng hội tụ bổ trợ, thấu kính này sẽ làm tăng độ tụ của mắt làm cho ảnh của vật hiện lên trên võng mạc. Thấu kính sửa phải có độ tụ thích hợp để cho mặt phẳng tiêu của hệ trùng với võng mạc (Hình 8.4b).

Hình 8.3a. Mắt cận thị [1]. Hình 8.3b. Mắt cận thị đã được sửa [1].

b

a

c

Cận, viễn thị có thể do nhiều nguyên nhân gây nên nhưng về cơ bản chúng ta thấy nếu trục của mắt dài, ngắn hơn mắt bình thường, bán kính cong của lưỡng chất cầu lớn nhỏ hơn so với mắt bình thường và sự thay đổi chiết suất của môi trường và mắt có thể mắc các chứng cận thị hoặc viễn thị.

Khi bệnh đục thuỷ tinh thể mới phát sinh, môi trường tạo nên thuỷ tinh thể đặc lại, tỉ trọng, chiết suất tăng làm tăng độ tụ dẫn đến mắt bị cận. Sau khi cắt bỏ thuỷ tinh thể, độ tụ sẽ giảm đi nhiều dẫn đến mắt bị viễn rất nặng.

8.3.3. Loạn thị

Loạn thị là tật của mắt trong đó độ tụ không đều theo mọi phương do các mặt cầu khúc xạ trong

mắt không phải hoàn toàn hình cầu, do vậy ảnh của vật hiện trên võng mạc là ảnh nhoè.

- Trường hợp độ cong của các mặt cầu khúc xạ thay đổi bất kỳ theo mọi phương thì mắt mắc chứng bệnh loạn thị không đều. Trường hợp này là do giác mạc có sẹo, do hậu quả của đau mắt hột hay bị chấn thương do dị vật bắn vào. Muốn sửa chỉ cần dùng chất dẻo trong suốt có chiết suất như của thuỷ tinh thể dán vào giác mạc.

- Trường hợp độ cong của các mặt cầu khúc xạ thay đổi đều theo mọi phương thì mắt mắc chứng bệnh loạn thị đều. Lúc này mặt cong của lưỡng chất cầu tổng hợp không phải là chỏm cầu mà là một phần của mặt elipsoid tròn xoay (Hình 8.5). Bán kính cong thay đổi đều từ kinh tuyến AOB đến kinh tuyến COD.

Loạn thị đều lại được chia làm hai loại: + Loạn thị đều theo quy tắc:

Loạn thị đều theo quy tắc chiếm 85% tổng số trường hợp loạn thị. Ở tật này kinh tuyến ngang AOB có bán kính cong nhỏ hơn bán kính cong của kinh tuyến đứng COD. Do vậy độ tụ theo phương ngang lớn hơn độ tụ theo phương đứng. Mắt loạn thị theo quy tắc tương đương với hệ quang học gồm một lưỡng chất cầu ghép với một thấu kính trụ hội tụ có trục nằm ngang hoặc tương

đương với hệ quang học gồm lưỡng chất cầu ghép với thấu kính trụ phân kỳ có trục thẳng đứng (Hình 8.6).

Một chùm tia sáng song song sau khi qua mắt sẽ hội tụ trên hai đoạn thẳng, đoạn nằm ngang ở phía trước đoạn thẳng đứng. Tuỳ theo vị trí của võng mạc mà mắt có thể nhìn rõ một trong hai đoạn

Hình 8.5. [1]

Hình 8.7 [1]. Hình 8.6. Mắt loạn thị theo quy tắc [1].

thẳng đó hoặc không nhìn rõ cả hai. Khi võng mạc ở vị trí 1 mắt mắc chứng loạn cận đơn, ở vị trí 2 là loạn viễn đơn, ở vị trí 3 là loạn cận kép, ở vị trí 4 là loạn viễn kép, ở vị trí số 5 loạn hỗn hợp (Hình 8.7).

+ Loạn thị đều không theo quy tắc

Trường hợp này chỉ chiếm 15% tổng số trường hợp loạn thị đều. ởtrường hợp này kinh tuyến đứng COD có bán kính cong

nhỏ hơn bán kính cong của kinh tuyến ngang AOB, do đó độ tụ theo phương đứng lớn hơn độ tụ theo phương ngang (Hình 8.8). Loạn thị đều không theo quy tắc tương đương với một lưỡng chất cầu ghép với một thấu kính trụ hội tụ có trục thẳng đứng hoặc tương đương với hệ quang học gồm một lưỡng chất cầu ghép

với một thấu kính trụ phân kỳ có trục nằm ngang.

Một chùm tia sáng song song sau khi qua hệ quang học này sẽ hội tụ trên hai đoạn thẳng,đoạn thẳng đứng ở phía trước đoạn nằm ngang. Tuỳ theo vị trí của võng mạc mà ta cũng có các trường hợp sau (Hình 8.9)

- Võng mạc ở vị trí 1 là loạn cận đơn - Võng mạc ở vị trí 2 là loạn viễn đơn - Võng mạc ở vị trí 3 là loạn cận kép - Võng mạc ở vị trí 4 là loạn viễn kép - Võng mạc ở vị trí 5 là loạn hỗn hợp.

* Cách sửa tật loạn thị

Tất cả các tật loạn thị đã nêu trên đều sửa được bằng cách phối hợp các thấu kính cầu và trụ thích hợp. Ta xét hai trường hợp cụ thể:

- Sửa loạn cận đơn theo quy tắc:

Khi không điều tiết, ảnh của một điểm ở vô cực sẽ hiện trên hai đoạn thẳng (Hình 8.9). Đoạn đứng ở võng mạc, đoạn ngang ở trước võng mạc. Muốn sửa tật này phải giảm độ tụ theo phương ngang để cho đoạn ngang lùi về võng mạc [8]. Như vậy phải đeo cho mắt một thấu kính trụ phân kỳ có trục nằm ngang (Hình 8.10).

- Sửa tật loạn hỗn hợp không theo quy tắc:

Khi không điều tiết, ảnh của vật ở vô cực là hai đoạn thẳng, đoạn đứng ở phía trước võng mạc còn đoạn ngang ở phía sau võng mạc (Hình 8.11).

Hình 8.8 [1].

H×nh 6.35 Hình 8.11

Ta có thể dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để đưa về trường hợp loạn cận đơn không theo quy tắc, sau đó dùng một thấu kính trụ phân kỳ có độ tụ thích hợp, trục thẳng đứng để sửa tật loạn cận đơn. Trường hợp này cũng có thể dùng thấu kính cầu phân kỳ để đưa về loạn viễn đơn, sau đó dùng thấu kính trụ hội tụ để sửa tật loạn viễn đơn.

Tất cả các trường hợp loạn hỗn hợp và loạn kép đều có thể dùng thấu kính cầu để đưa về loạn đơn sau đó tiếp tục dùng thấu kính trụ để sửa tiếp tật loạn đơn. Thực tế thấu kính cầu và trụ được ghép chung thành một cái.

8.4. LAZER

8.4.1.Khái niệm về Laser

Laser, một trong những phát minh vĩ đại của thế kỷ XX bắt nguồn từ luận thuyết về hiện tượng phát xạ cưỡng bức của nhà Vật lý thiên tài Albert Einstein năm 1917. Nhưng tới năm 1954 các nhà vật lý Baxốp và Prokhôxốp (Liên xô) Savêlốp và Taoxơ (Mỹ) đồng thời đã công bố công trình về nguyên lý của Laser và họ cũng được tặng giải thưởng Nobel vật lý 1964. Laser là viết tắt gồm chữ cái đầu của cụm từ tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức). Máy laser đầu tiên được Meiman chế tạo năm 1960 là laser hồng ngọc (Rubi). Tiếp các năm sau người ta đã tìm ra hàng loạt các chất khác có khả năng phát tia laser như: hỗn hợp khí Heli-Neon (He-Ne) 1961, bán dẫn Gallium arsen (Ga-as) 1964, tinh thể yurium Alluminium Garnet (YAG) 1964, laser mầu 1966, laser khí Cacbonnic (CO2) 1968... Laser dần dần trở thành một nhân tố thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành khoa học, đặc biệt công nghiệp và quốc phòng [8].

Laser được ứng dụng trong y học từ rất sớm: 1966 laser Argon được dùng trong nhãn khoa thực nghiệm, 1971 Hall xác định các hiệu ứng laser CO2 trên mô sống... Đến nay, laser đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên hai lĩnh vực:

- Chẩn đoán: dựa trên cơ sở nghiên cứu phổ huỳnh quang để đánh giá chức năng của các tổ chức khác nhau.

- Điều trị: dựa trên hiệu ứng kích thích sinh học (laser công suất thấp), dựa trên hiệu ứng nhiệt trong phẫu thuật (laser công suất cao).

8.4.2.Nguồn gốc của tia Laser

* Mô hình nguyên tử của Bohr (1913).

Nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân có kích thước rất nhỏ và các điện tử quay xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo nhất định. Mỗi quỹ đạo điện tử tương ứng với một năng lượng xác định, điện tử ở lớp quỹ đạo ngoài có năng lượng lớn hơn quỹ đạo trong. Mức năng lượng thấp nhất gọi là mức cơ bản, các mức năng lượng ở trên mức cơ bản gọi là mức kích thích [1].

* Hiện tượng hấp thụ ánh sáng

Giả sử một hệ có hai mức năng lượng và được chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc. Khi photon đi vào môi trường vật chất, nó có thể bị các điện tử ở mức năng lượng thấp E1 hấp thụ và điện tử này có thể nhảy lên mức năng lượng cao E2. Hiện tượng này gọi là hiện tượng hấp thụ (8.12.a). Hấp thụ ánh sáng là quá trình các điện tử ở mức năng lượng thấp hấp thụ photon để nhảy lên mức nang lượng cao, hấp thụ làm ánh sáng yếu đi.

Hình 3.10. Loạn cận đơn theo quy tắc đã sửa [1].

* Hiện tượng phát xạ tự do

Điện tử sau khi nhảy lên mức kích thích một thời gian nhất định (gọi là thời gian sống của điện tử ở mức kích thích (108s) lại trở về mức cơ bản. Khi trở về mức cơ bản nó sẽ giải phóng ra phần năng lượng thừa mà nó nhận được do các photon truyền cho:

- Nếu năng lượng giải phóng ra không đủ lớn thì năng lượng giải phóng ra dưới dạng nhiệt năng (photon) làm cho môi trường nóng lên.

- Nếu năng lượng giải phóng ra đủ lớn thì năng lượng được giải phóng ra dưới dạng các hạt ánh sáng (photon thứ cấp).

EhE1E2 (8.1)

Trường hợp phát xạ photon gọi là hiện tượng phát xạ tự do (8.12.b) thông thường các photon sinh ra do phát xạ tự do đi theo mọi hướng.

* Hiện tượng phát xạ cưỡng bức

Cũng như hiện tượng hấp thụ, khi ta chiếu vào môi trường vật chất một chùm ánh sáng đơn sắc với năng lượng của mỗi photon = hλ, photon sẽ tương tác với các điện tử ở mức trên và có khả năng cưỡng bức các điện tử này rời bỏ mức kích thích sớm hơn thời gian sống của nó (8.12.c). Cùng với sự dịch chuyển này, nguyên tử sẽ phát xạ ra một photon có cùng năng lượng hλ và có cùngcác tính chất với photon đã gây cưỡng bức như hướng truyền, độ phân cực, pha...

Trong trường hợp này photon gây cưỡng bức không bị mất mát như trong hiện tượng hấp thụ mà vẫn tồn tại và duy trì hoàn toàn tính năng của nó đến mức ta không thể phân biệt đâu là photon gây cưỡng bức, đâu là photon sinh ra từ dịch chuyển cưỡng bức điện tử. Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh 2, 2 sinh 4... Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số photon, tác dụng ngược lại với sự hấp thụ và có khả năng khuyếch đại ánh sáng qua môi trường. Sự phóng photon cưỡng bức là nguồn gốc của chùm tia laser [8].

8.4.3. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy phát tia Laser 8.4.3.1. Cấu trúc điển hình của máy phát tia Laser 8.4.3.1. Cấu trúc điển hình của máy phát tia Laser

Như vậy khi chiếu một chùm ánh sáng vào một môi trường vật chất sẽ có 3 hiện tượng quang học cơ bản xảy ra: hấp thụ, phát xạ tự do và phát xạ cưỡng bức. Vì thế, muốn tạo được chùm tia Laser thì máy phát tia Laser cần có 3 bộ phận chính:

Hình 8.12. Các hiện tượng quang học: a-hấp thụ; b-phát xạ; c- phát xạ cưỡng bức[8]

* Môi trường hoạt chất:

Bình thường trong cuộc sống hàng ngày hấp thụ ánh sáng và dẫn truyền ánh sáng là những hiện tượng phổ biến, hiện tượng khuyếch đại ánh sáng rất hiếm thấy vì các nguyên tử vật chất chủ yếu ở trạng thái cơ bản. Nghĩa là khi môi trường ở trạng thái cân bằng, số điện tử ở mức thấp (n1) bao giờ cũng lớn hơn số điện tử ở mức kích thích (n2). Để có hiệu ứng laser (chùm ánh sáng được khuyếch đại) ta phải tạo môi trường đặc biệt mà ở đấy hiện tượng phát xạ cưỡng bức phải mạnh hơn hiện tượng hấp thụ. Hiệu ứng này chỉ xảy ra ở môi trường mà các điện tử ở mức trên n2lớn hơn số điện tử ở mức dưới n1 (n2>n1). Môi trường đặc biệt như vậy gọi là môi trường đảo ngược độ tích luỹ. Môi trường này là thành phần cơ bản của mọi máy laser, có tên là hoạt chất laser [8].

* Nguồn kích thích (nguồn nuôi, bơm năng lượng):

Ngoài hoạt chất, mỗi laser bất kỳ phải có nguồn nuôi cung cấp năng lượng, là nơi cung cấp năng lượng cho hoạt chất của laser. Nhờ năng lượng này mà các điện tử di chuyển được lên mức kích thích và duy trì đảo ngược độ tích luỹ của điện tử trong hoạt chất của laser. Bơm năng lượng có thể là bộ phận phát sáng (đèn Xênôn cho laser Rubi), là máy phát tần số cao (laser khí), là dòng điện có mật độ dòng điện lên đến hàng ngàn A/cm2 (laser bán dẫn).

* Buồng cộng hưởng:

- Buồng cộng hưởng có chức năng tăng cường sự khuyếch đại ánh sáng bằng các làm cho ánh sáng phản xạ nhiều lần qua hoạt chất.

Cấu trúc hình dạng của buồng cộng hưởng rất đa dạng. Loại đơn giản nhất gồm hai gương ghép đối diện sao cho trục quang học của chúng trùng nhau ở hai đầu buồng quang học cho phép chùm ánh sáng qua lại hoạt chất nhiều hơn trước khi đạt trạng thái ổn định và phát ra tia laser qua gương bán mờ (gương phản xạ 70- 98%).Buồng cộng hưởng còn có ý nghĩa chỉ cho phép ánh sáng có bước sóng λ thoả mãn điều kiện sau:

= 2L/m (L: độ dài giữa 2 gương, m: số tự nhiên), vì vậy laser mang tính đơn sắc [8].

8.4.3.2. Sơ đồ mức năng lƣợng và nguyên lý hoạt động

* Tập hợp những đường ngang dưới đây là sơ đồ mức năng lượng và việc tạo thành tia laser:

Hình 8.13. Cấu trúc điển hình của lazer và quá trình hình thành lazer [8].

Trong đó:

- E1, E2, E3, E4…là các mức năng lượng có thể của các hạt tạo nên môi trường hoạt động (môi trường laser).

- Sự chuyển E4 E3 E2 không kèm theo phát quang, theo xu thế các hạt muốn chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp.

- Bước chuyển E2 E1 là bước chuyển phát tia laser.

- Bước chuyển từ E1 E2,E3,E4 thực hiện được là do quá trình cung cấp năng lượng kích thích môi trường laser (bơm năng lượng).

Các tia laser đầu tiên sinh ra trong môi trường laser phản xạ đi lại trong môi trường, kích thích môi trường làm phát ra các tia khác. Khi đạt trạng thái ổn định các tia laser đi qua gương phản xạ 1 phần đi ra ngoài tạo thành lối ra của chùm laser. Chùm laser có thể phát liên tục hoặc phát thành xung [8].

8.4.4. Lazer trong chuyên khoa mắt

Lĩnh vực chuyên khoa mắt vẫn là lĩnh vực ứng dụng có ý nghĩa lớn nhất của laser. Công nghệ hàn bong võng mạc và chữa bệnh glaucoma đã giúp cho hàng triệu người khỏi mù lòa [1].

- Laser Ecimer với bước sóng vùng cực tím xung quanh 200mm để chỉnh độ