EVI DIANSARI, S.Si.T., MDSc

FISIKA MEDIK

Menilik kata biooptik, tersusun atas kata bio dan optik. Bio berkaitan dengan makhluk hidup/ zat hidup atau bagian tertentu dari makhluk hidup, sedangkan optik dikenal sebagai bagian ilmu fisika yang berkaitan dengan cahaya atau berkas sinar.

BIOOPTIK

secara spesifik ada klasifikasi Optik geometri dan optika fisis. Fokus utama di biooptik adalah terkait dengan indera penglihatan manusia, yaitu mata.

Mata menjadi alat optik yang paling penting pada manusia atau makhluk hidup.

Optika GeometriBerpangkal pada perjalanan cahaya dalam

medium secara garis lurus, berkas-berkas cahaya di sebut garis cahaya dan gambar secara garis lurus.

Optika Geometri dan Optika Fisik

Gejala cahaya seperti dispersi, interferensi dan polasisasi tidak dapat di jelaskan malui metode optika geometri. Gejala-gejala ini hanya dapat dijelaskan dengan menghitung ciri-ciri fisik dari cahaya tersebut. Sir Isaac Newton (1642-1727), cahaya itu menggambarkan peristiwa TEORI KORPUSKULER cahaya sebagai sebuah aliran dari butir-butir kecil

teori kwantum yang dipelopori Plank (1858-1947), cahaya itu terdiri atas kwanta atau foton-foton,

teori Max Plank dapat menjelaskan mengapa benda itu panas apabila terkena sinar.

Optika Fisik

Thomas Young (1773-1829) dan August Fresnel (1788-1827), dapat menjelaskan bahwa cahaya dapat melentur berinterferensi.

James Clark Mexwell (1831-1879) berkebangsaan Skotlandia, dari hasil percobaannya dapat menjelaskan bahwa cepat rambat cahaya (3 X 10 m/detik) sehingga berkesimpulan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Huygens ( 1690) menganggap cahaya itu sebagai gejala gelombang dari sebuah sumber cahaya menjalarkan getaran-getaran ke semua jurusan. Setiap titik dari ruangan yang bergetar olehnya dapat dianggap sebagai sebuah pusat gelombang baru. Inilah prinsip dari Huygens yang belum bisa menjelaskan perjalanan cahaya dari satu medium ke medium lainnya.

Dari hasil percobaan Einstein (1879-1955) dimana logam di sinari dengan cahaya akan memancarkan electron (gejala foto listrik). Hal ini dapat disimpulkan bahwa cahaya memiliki sifat fartikel dan gelombang magnetic.

Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat materi (partikel) dan sifat gelombang.

Berdasarkan bentuk permukaannya, lensa dibagi menjadi dua, yaitu:

Lensa yang mempunyai permukaan sferis, dibagi menjadi dua macam pula, yaitu:

Lensa Cembung/ Konvergen/ PositifSebuah lensa positif atau lensa pengumpul

adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dari bagian tepinya. Cahaya sejajar yang datang pada sebuah lensa positif difokuskan pada titik focus kedua yang berada pada sisi transmisi lensa tersebut.

Macam-macam Bentuk Lensa

 Lensa Cekung/ Divergen/ NegatifSebuah lensa negative atau lensa menyebar

adalah lensa yang bagian tepinya lebih tebal daripada bagian tengahnya. Cahaya sejajar yang datang pada sebuah lensa negative memancar seolah-olah dari titik focus kedua, yang berada pada sisi datang lensa.

Lensa yang mempunyai permukaan silindrisAdalah lensa yang mempunyai silinder, lensa

ini mempunyai fokus yang positif dan ada pula yang mempunyai panjang fokus negatif.

INSTRUMEN OPTIK Banyak instrumen yang digunakan saat ini sangat canggih. Prinsip

kerjanya sering sangat sederhana, tetapi penggunaan imajinatif prinsip-prinsip ini telah melipatgandakan kemampuan kita untuk melihat dan memahami dunia yang melingkupi kita.

Mata Mata merupakan alat optik yang paling dekat dengan kita dan

merupakan sistem optik yang paling penting. Dengan mata, kita bisa melihat keindahan alam sekitar kita.

Bagian-bagian Mata Mata memiliki bagian-bagian yang memiliki fungsi-fungsi tertentu

sebagai alat optik, yaitu: a)      Kornea, merupakan selaput kuat yang tembus cahaya dan

berfungsi sebagai pelindung bagian dalam bola mata. Kornea memiliki inervasi saraf tetapi avaskuler (tidak memiliki suplai darah).

b)      Iris, merupakan selaput berbentuk lingkaran yang menyebabkan mata dapat membedakan warna.  Iris adalah diafragma yang melingkar dan berpigmen dengan lubang yang agak di tengah yakni pupil. Iris terletak sebagian dibagian depan lensa dan sebagian di depan badan siliaris. Iris terdiri dari serat otot polos. Fungsi iris yakni mengendalikan jumlah cahaya yang masuk.

c)      Pupil, merupakan celah lingkaran pada mata yang dibentuk oleh iris, berfungsi mengatur banyaknya cahaya yang masuk ke mata.

d)     Lensa mata, merupakan lensa cembung yang terbuat dari bahan bening, berserat dan kenyal, berfungsi mengatur pembiasan cahaya.

e)      Retina, merupakan lapisan yang berisi ujung-ujung saraf yang sangat peka terhadap cahaya. Retina berfungsi untuk menangkap bayangan yang dibentuk oleh lensa mata. Retina merupakan bagian saraf  pada mata, tersusun oleh sel saraf dan serat-seratnya. Retina berperan sebagai reseptor rangsang cahaya. Retina tersusun dari sel kerucut yang bertanggung jawab untuk penglihatan warna dan sel batang yang bertanggung jawab untuk penglihatan di tempat gelap.

f)       Aquaeuos humor, merupakan cairan mata. g)      Saraf optic, merupakan saraf yang menyampaikan informasi

tentang kuat cahaya dan warna ke otak. Banyak pengetahuan yang kita peroleh melalui suatu penglihatan.

Untuk membedakan gelap atau terang tergantung atas penglihatan seseorang.

.         Pembentukan Bayangan Pada MataMata bisa melihat benda jika cahaya yang

dipantulkan benda sampai pada mata dengan cukup, kemudian lensa mata akan membentuk bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperkecil pada retina. Ada tiga komponen penginderaan penglihatan, yaitu:

Mata memfokuskan bayangan pada retinaSistem saraf mata yang member informasi ke

otakKorteks penglihatan salah satu bagian yang

menganalisa penglihatan tersebut

Cahaya memasuki mata melalui bukaan yang berubah, lapisan serat saraf yang menutupi permukaan belakangnya. Retina berisi struktur indra-cahaya yang sangat luas yang disebut batang (rod) dan kerucut (cone) yang menerima dan memancarkan informasi di sepanjang serat saraf optic ke otak. Bentuk lensa kristal dapat diubah sedikit oleh kerja otot siliari. Apabila mata difokuskan pada benda yang jauh, otot akan mengendur dan sistem lensa kornea berada pada panjang fokus maksimumnya, kira-kira 2 cm, jarak dari kornea ke retina. Apabila benda didekatkan, otot siliari akan meningkatkan kelengkungan lensa, yang dengan demikian akan mengurangi panjang fokusnya sehingga bayangan akan difokuskan ke retina. Proses ini disebut akomodasi.

Ketajaman PenglihatanKetajaman penglihatan digunakan untuk

menentukan penggunaan kacamata, di klinik dikenal dengan istilah visus. Sedangkan dalam fisika, ketajaman penglihatan ini disebut resolusi mata.

Visus penderita bukan saja member pengertian tentang optiknya (kacamata), tetapi mempunyai arti yang lebih luas yaitu memberi keterangan mengenai baik buruknya fungsi mata secara keseluruhan. Oleh karena itu definisi visus adalah: nilai kebalikan sudut (dalam menit) terkecil di mana sebuah benda masih dapat dilihat dan dapat dibedakan.

Medan Penglihatan Untuk mengetahui besar kecilnya medan penglihatan seseorang

dipergunakan alat Perimeter. Dengan alat ini diperoleh medan penglihatan vertikal 130º, sedangkan medan penglihatan horizontal 155º.

e.         Tanggap Cahaya             Bagian mata yang tanggap cahaya adalah retina. Ada dua tipe

fotoreseptor pada retina yaitu Rod (batang) dan Cone (kerucut). Rod dan Cone tidak terletak pada permukaan retina melainkan beberapa lapis di belakang jaringan saraf. Tiap mata memiliki 6,5 juta cone yang berfungsi untuk melihat siang hari, disebut penglihatan fotopik. Melalui cone kita dapat mengenal beberapa warna, tetapi hanya sensitive terhadap warna kuning, hijau (panjang gelombang 550 nm). Cone terdapat terutama pada fovea sentralis.

            Rod dipergunakan pada waktu malam atau disebut penglihatan skotopik, dan merupakan ketajaman penglihatan dan dipergunakan untuk melihat ke samping. Setiap mata terdapat 120 juta rod. Distribusi pada retina tidak merata, pada sudut 20º terdapat kepadatan yang maksimal. Batang ini sangat peka terhadap cahaya biru dan hijau (510 nm).

            Tetapi rod dan cone sama-sama peka terhadap cahaya merah (650-700 nm), tetapi penglihatan cone lebih baik terhadap cahaya merah jika dibandingkan dengan rod.

    Penyesuaian Terhadap Terang dan GelapDari ruang gelap masuk ke ruangan terang kurang

mengalami kesulitan dalam penglihatan. Tetapi apabila dari ruangan terang masuk ke dalam ruangan gelap akan tampak kesulitan dalam penglihatan dan diperlukan waktu agar memperoleh penyesuaian.

Apabila kepekaan retina cukup besar, seluruh objek/benda akan merangsang rod secara maksimum sehingga setiap benda bahkan yang gelap pun akan terlihat terang putih. Tetapi apabila kepekaan retina sangat lemah, ketika masuk ke dalam ruangan gelap tidak ada bayangan yang benderang yang merangsang rod dengan akibat tidak ada suatu objek pun yang terlihat. Perubahan sensitivitas retina secara automatis ini dikenal sebagai fenomena penyesuaian terang dan gelap.

a)      Mekanisme Penyesuaian Terang (Cahaya)Pada kerucut dan batang terjadi perubahan di bawah

pengaruh energy sinar yang disebut foto kimia. Di bawah pengaruh foto kimia ini rhodopsin akan pecah, masuk ke dalam retina dan skotopsine. Retina akan tereduksi menjadi vitamin A di bawah pengaruh enzim alcohol dehydrogenase dan koenzym DPN-H + H+ (=DNA) dan terjadi proses timbale balik (visa verasa).

Rushton (1955) telah membuktikan adanya rhodopsin dalam retina mata manusia, ternyata konsentrasi rhodopsin sesuai dengan distribusi rod. Penyinaran dengan energi cahaya yang besar dan dilakukan secara terus menerus, konsentrasi rhodopsin di dalam rod akan sangat menurun sehingga kepekaan retina terhadap cahaya akan menurun.

b)     Mekanisme Penyesuaian GelapSeseorang masuk ke dalam ruangan gelap yang tadinya berada di

ruangan terang, jumlah rhodopsin di dalam rod sangat sedikit sebagai akibat orang tersebut tidak dapat melihat objek/benda di ruang gelap. Selama berada di ruangan gelap, pembentukan rhodopsin di dalam rod sangatlah perlahan-lahan, konsentrasi rhodopsin akan mencapai kadar yang cukup dalam beberapa menit berikutnya sehingga akhirnya rod akan terangsang oleh cahaya dalam waktu singkat.

Selama penyesuaian gelap, kepekaan retina akan meningkat mencapai nilai 1.000 hanya dalam waktu beberapa menit saja.kepekaan retina mencapai 1.000, waktu yang diperlukan 1 jam. Sedangkan kepekaan retina akan menurun dari nilai 100.000 apabila seseorang dari ruangan gelap ke ruangan terang. Proses penurunan kepekaan retina hanya diperlukan waktu 1 sampai 10 menit. Penyesuaian gelap ini ternyata cone lebih cepat daripada rod. Dalam waktu kira-kira 5 menit fovea sentralis telah mencapai tingkat kepekaan. Kemudian dilanjutkan penyesuaian gelap oleh rod sekitar 30 sampai 60 menit, rata-rata terjadi pada 15 menit pertama.

     Tanggap Warna Salah satu kemampuan mata adalah tanggap warna, namun mekanisme

tanggap warna tersebut belum diketahui secara jelas. Tetapi dengan menggunakan pengamatan fotopik dapat melihat warna namun tidak dapat membedakan warna pada objek yang letaknya jauh dari pusat medan penglihatan.

a)      Teori Tanggap Warna Cone berbeda dengan rod dalam beberapa hal, yaitu cone member jawaban

yang selektif terhadap warna, kurang sensitif terhadap cahaya dan mempunyai hubungan dengan otak dalam kaitan ketajaman penglihatan dibandingkan dengan rod. Ahli faal Lamonov, Young Helmholtz berpendapat ada tiga tipe cone yang tanggap terhadap tiga warna pokok yaitu biru, hijau dan merah.

1)      Cone biru, mempunyai kemampuan tanggap gelombang frekuensi cahaya antara 400-500 millimikron. Berarti cone biru dapat menerima cahaya ungu, biru dan hijau.

2)      Cone hijau, berkemampuan menerima gelombang cahaya dengan frekuensi antara 450 dan 675 millimikron. Ini berarti cone hijau dapat mendeteksi warna biru, hijau, kuning, orange dan merah.

3)      Cone merah, dapat mendeteksi seluruh panjang gelombang cahaya tetapi respon terhadap cahaya orange kemerahan sangat kuat daripada warna-warna lainnya.

   Buta Warna Jika seseorang tidak mempunyai cone merah, ia masih dapat

melihat warna hijau, kuning orange dan warna merah dengan menggunakan cone hijau, tetapi tidak dapat membedakan secara tepat antara masing-masing warna tersebut oleh karena tidak mempunyai cone merah untuk kontras/membandingkan dengan cone hijau. Demikian pula jika seseorang kekurangan cone hijau, ia masih dapat melihat seluruh warna, tetapi tidak dapat membedakan antara warna hijau, kuning, oranye dan merah. Hal ini disebabkan cone hijau yang sedikit tidak mampu mengkontraskan dengan cone merah. Jadi tidak adanya cone merah atau hijau akan timbul kesukaran atau ketidakmampuan untuk membedakan warna antara warna merah dan hijau, keadaan ini disebut buta warna merah-hijau. Kasus yang jarang sekali, tetapi bisa jadi seseorang kekurangan cone biru, maka orang tersebut sukar membedakan warna ungu, biru dan hijau. Tipe buta warna ini disebut kelemahan biru (blue weakness).

Pada suatu penelitian diperoleh 8% laki-laki buta warna, sedangkan 0,5% terdapat pada wanita dan dikatakan buta warna ini diturunkan oleh wanita. Ada pula orang buta terhadap warna merah disebut protanopia, buta terhadap warna hijau disebut deuteranopia dan buta warna terhadap warna biru disebut tritanopia.

h.         Daya AkomodasiDalam hal memfokuskan objek pada retina, lensa mata

memegang peranan penting. Kornea mempunyai fungsi memfokuskan objek secara tepat, demikian pula bola mata yang berdiameter 20-23 mm. Kemampuan lensa mata untuk memfokuskan objek disebut daya akomodasi. Selama mata melihat jauh, tidak terjadi akomodasi. Makin dekat benda yang dilihat, semakin kuat mata/lensa berakomodasi. Daya akomodasi ini tergantung kepada umur. Usia semakin tua daya akomodasi semakin menurun, hal ini disebabkan kekenyalan/elastisitas lensa semakin berkurang.

ika benda terlalu dekat ke mata, lensa mata tidak dapat memfokuskan cahaya pada retina dan bayangannya menjadi kabur. Titik terdekat di mana lensa mata memfokuskan suatu bayangan pada retina disebut titik dekat (punctum proksimum). Pada saat ini mata berakomodasi sekuat-kuatnya (berakomodasi maksimum). Jarak dari mata ke titik dekat ini sangat beragam pada tiap orang dan berubah dengan meningkatnya usia. Pada usia 10 tahun, titik dekat dapat sedekat 7 cm, sementara pada usia 60 tahun titik dekat ini telah menjauh ke 200 cm karena kehilangan keluwesan lensa akibat elastisitas lensa semakin berkurang, disebut mata presbyop atau mata tua dan bukan merupakan cacat mata. Nilai standar yang diambil untuk titik dekat ini adalah 25 cm, dan dianggap sebagai mata normal.

Jarak terjauh benda agar dapat dilihat dengan jelas, dikatakan benda terletak pada titik jauh (punctum remotum). Pada saat ini mata tidak berakomodasi.lepas akomodasi.

Jenis-jenis Mata dan Teknik Koreksia)      Mata NormalSering disebut juga mata emetrop. Mata normal memiliki titik

dekat 25 cm dan titik jauh tak terhingga. Apabila mata memiliki titik dekat tidak sama dnegan 25 cm dan titik jauh tidak sama dengan tak terhingga, maka dikatakan sebagai cacat mata. Hal ini mengakibatkan mata sulit melihat benda yang jauh maupun dekat karena bayangan tidak jatuh tepat pada retina.

 b)     Rabun Jauh (Miopi)Disebut juga mata terang dekat, memiliki titik dekat kurang dari

25 cm (< 25 cm) dan titik jauh pada jarak tertentu. Orang yang menderita miopi dapat melihat dengan jelas benda pada jarak 25 cm, tetapi tidak dapat melihat benda jauh dengan jelas. Hal ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi piph sebagaimana mestinya sehingga bayangan benda jatuh di depan retina, disebabkan karena mata dibiasakan melihat benda dengan jarak dekat atau kurang dari 25 cm. cacat mata ini dapat diatasi dengan memakai kacamata berlensa cekung (minus).

C) Rabun Dekat (Hipermetropi)Rabun dekat memiliki titik dekat lebih dari 25

cm (> 25 cm), dan titik jauhnya pada jarak tak terhingga. Penderita rabun dekat dapat melihat jelas benda-benda yang sangat jauh tetapi tidak dapat melihat benda-benda dekat dnegan jelas. Hal ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi cembung sebagaimana mestinya sehingga bayangan benda jatuh di belakang retina, disebabkan karena mata dibiasakan melihat benda yang jaraknya jauh. Cacat mata ini dapat diatasi dengan kacamata berlensa cembung (plus).

D) Mata Tua (Presbiopi)Jenis mata ini bukan termasuk cacat mata,

disebabkan oleh daya akomodasi yang berkurang akibat bertambah usia. Letak titik dekat maupun titik jauh telah bergeser. Titik dekatnya lebih dari 25 cm dan titik jauhnya hanya pada jarak tertentu. Pada penderita presbiopi tidak dapat melihat benda jauh dengan jelas serta tidak dapat membaca pada jarak baca normal. Jenis mata ini dapat ditolong dengan kacamata berlensa rangkap (minus di atas dan plus di bawah) yang disebut kacamata bifocal.

E) AstigmatismaCacat mata ini disebabkan oleh kornea mata

yang tidak berbentuk sferis, tapi lebih melengkung pada satu sisi daripada sisi yang lain. Akibatnya sebuah titik akan difokuskan sebagai garis pendek. Penderita astagmatisma, dengan satu mata akan melihat garis dalam satu arah lebih jelas daripada kea rah yang berlawanan. Penderita astagmatisma dapat diatasi dnegan menggunakan kacamata berlensa silindris.   

F) Mata CampuranPenderita yang matanya sekaligus mengalami

prsesbiopi dan miopi, maka memiliki titik dekat yang letaknya terlalu jauh dan titik jauh terlalu kecil, dapat ditolong dengan kacamata berlensa rangkap atau bifocal (negatif di atas dan positif di bawah)     

Dari sekian banyak peralatan mata, hanya beberapa peralatan yang akan dibahas dalam kaitan pemeriksaan mata. Ada tiga prinsip dalam pemeriksaan mata yaitu : pemeriksaaan mata bagian dalam, pengukuran daya focus mata, pengukuran kelengkungan kornea. Peralatan dalam pemeriksaan mata dan lensa ada 6 macam yaitu :

OpthalmoskopRetinoskopKeratometerTonometer dari schiotzPupilometer Lensometer

   Peralatan Dalam Pemeriksaan Mata

   OpthalmoskopAlat ini mula-mula dipakai oleh Helmholtz

(1851). Prinsip pemeriksaan dengan opthalmoskop untuk mengetahui keadaan fundus okuli ( = retina mata dan pembuluh darah khoroidea keseluruhannya).

RetinoskopAlat ini dipakai untuk menentukan reset lensa

demi koreksi mata penderita tanpa aktivitas penderita, meskipun demikian mata penderita perlu terbuka dan dalam posisi nyaman bagi si pemeriksa. Cahaya lampu diproyeksi ke dalam mata penderita dimana mata penderita tanpa akomodasi. Cahaya tersebut kemudian dipantulkan dari retina dan berfungsi sebagai sumber cahaya bagi sipemeriksa.

KeratometerAlat ini untuk mengukur kelengkungan kornea.

Pengukuran ini diperuntukkan pemakaian lensa kontak; lensa kontak ini dipakai langsung yaitu dengan cara menempel pada kornea yang mengalami gangguan kelengkungan. Ada dua lensa kontak yaitu :

Hard contact lens. Dibuat dari plastic yang keras, tebal 1 mm dengan diameter 1 cm. sangat efektif bila dilepaskan dan mudah terlepas oleh air mata tetapi dapat mengoreksi astigmatisma.

Soft contact lens adalah kebalikan dari hard contact lens. Sangat nyaman tetapi tidak dapat mengoreksi astigmatisma.

TonometerPada tahun 1900, Schiotz (Jerman)

memperkenalkan alat untuk mengukur tekanan intraocular yang dikenal dengan nama Tono meter dari Schiotz.

Pupilometer Dari EindhovenDiameter pupil dapat diukur dengan

menggunakan pupilometer dari eindhoven. Yaitu lempengan kertas terdiri dari sejumlah lubang kecil dengan jarak tertentu. Apabila melihat melalui lubang-lubang ini dengan latar belakang dan tanpa akomodasi

LensometerSuatu alat yang dipakai untuk emngukur

kekuatan lensa baik dipakai si penderita atau sekedar untuk mengetahui dioptri lensa tersebut.