Волоконная оптика в медицине кратко
Обновлено: 02.07.2024
2. что такое свет ? СВЕТ- Это Лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая окружающий мир видимым.
3. Законы отражения и преломления света Закон отражения. Угол падения равен углу отражения (a = b). Падающий луч AO,отраженный
ЗАКОНЫ ОТРАЖЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ
СВЕТА
ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ.
УГОЛ ПАДЕНИЯ РАВЕН УГЛУ ОТРАЖЕНИЯ (A =
B). ПАДАЮЩИЙ ЛУЧ AO,ОТРАЖЕННЫЙ ЛУЧ O
B И ПЕРПЕНДИКУЛЯР OC,ВОССТАВЛЕННЫЙ В
ТОЧКЕ ПАДЕНИЯ, ЛЕЖАТ В ОДНОЙ
ПЛОСКОСТИ. (РИС. 1)
4. Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный OB лежат в одной плоскости с перпендикуляром CD, проведенным в точке
ЗАКОНЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ.
ЛУЧ ПАДАЮЩИЙ AO И
ПРЕЛОМЛЕННЫЙ OB ЛЕЖАТ В ОДНОЙ
ПЛОСКОСТИ С ПЕРПЕНДИКУЛЯРОМ
CD, ПРОВЕДЕННЫМ В ТОЧКЕ
ПАДЕНИЯ ЛУЧА К ПЛОСКОСТИ
РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД (РИС. 2).
5. полное внутреннее отражение Угол падения, при котором свет не преломляется в другую среду, а отражается и скользит вдоль
ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ
УГОЛ ПАДЕНИЯ, ПРИ КОТОРОМ СВЕТ НЕ
ПРЕЛОМЛЯЕТСЯ В ДРУГУЮ СРЕДУ, А
ОТРАЖАЕТСЯ И СКОЛЬЗИТ ВДОЛЬ РАЗДЕЛА ДВУХ
СРЕД. УГОЛ ПРЕЛОМЛЕНИЯ РАВЕН.
НАЗЫВАЕТСЯ ПРЕДЕЛЬНЫМ УГЛОМ ПОЛНОГО
ОТРАЖЕНИЯ. ДЛЯ СТЕКЛА ПРЕДЕЛЬНЫЙ УГОЛ
ПОЛНОГО ОТРАЖЕНИЯ РАВЕН 420, ДЛЯ ВОДЫ 490
Применения волоконной оптики.
Оптические волокна используются в медицинских инструментах. Введенные
в тело пациента, они передают изображение органа или пораженного участка
на внешнюю телекамеру, исключая тем самым необходимость исследования с
помощью хирургических методов. Оптические волокна, используемые для
телекоммуникаций, должны свариваться так, чтобы швы были минимальны.
Генераторы света должны подсоединяться к концам волокна с очень высокой
точностью. Для этой цели были разработаны лазеры и светодиоды размерами
не более крупицы столовой соли.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА, технология передачи света по тонким нитям из прозрачных материалов. Этот свет используется для передачи электронных сигналов на большие расстояния. В домашних условиях или в учреждении один волоконный жгут толщиной в человеческий волос может осуществлять перенос всех сигналов, необходимых для работы телевизоров, телефонов и компьютеров. Подобные нити, называемые также оптическими волокнами или световодами, изготавливаются обычно из стекла или пластмассы.
Источниками света для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) служат лазеры и светоизлучающие диоды. Включением и выключением света кодируются биты (т.е. соответственно единицы и нули) цифровой информации. Повторители поддерживают уровень сигнала на пути следования, а приемники обнаруживают и декодируют его на другом конце линии.
Оптическое волокно состоит из светопередающей сердцевины и оболочки, которая препятствует рассеянию света. Волокна собираются в кабель, который может содержать от 72 до 144 волокон. Первые оптические волокна были многомодовыми, т.е. по ним могло проходить несколько световых волн одновременно. Многомодовые волокна требовали довольно частого расположения повторителей, чтобы компенсировать поглощение и дисперсию световых лучей на их зигзагообразном пути по стержню. Одномодовое волокно новейшей технологии имеет настолько малый диаметр сердцевины, что позволяет спрямить путь отдельного луча и намного снизить потери интенсивности сигнала. Кабели из одномодовых волокон способны передавать до 1,2 млрд. бит данных в секунду, причем расстояние между повторителями достигает 50 км.
Применения волоконной оптики.
Оптические волокна используются в медицинских инструментах. Введенные в тело пациента, они передают изображение органа или пораженного участка на внешнюю телекамеру, исключая тем самым необходимость исследования с помощью хирургических методов. В автомобилях они служат для подачи света от общего источника к различным приборным панелям. Оптические волокна связывают компьютеры, роботы, телевизионные установки и телефоны на многих заводах и в учреждениях.
Однако такие волокна не вполне прозрачны, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к ВОЛС. В таком кабеле свет должен проходить большие расстояния без каких-либо помех. Трещины, загрязнения или пузырьки в волокне приводят к поглощению или отражению тонкого луча. Уже удалось сократить в волокнах потери на передачу до величины менее 10% на километр.
Оптические волокна, используемые для телекоммуникаций, должны свариваться так, чтобы швы были минимальны. Генераторы света должны подсоединяться к концам волокна с очень высокой точностью. Для этой цели были разработаны лазеры и светодиоды размерами не более крупицы столовой соли. Оптоволоконные кабели для телефонного обслуживания на больших расстояниях работают в США, Японии, Западной Европе. Сеть трансокеанских волоконных кабелей, связывающая Северную Америку как с Европой, так и с Азией, действует с 1990. См. также ЛАЗЕР; ОПТИКА; ТЕЛЕФОН; РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ.
Саттаров Д.К. Волоконная оптика. Л., 1973
Тидекен Р. Волоконная оптика и ее применение. Л., 1973
Волоконная оптика. М., 1987
Волоконно-оптические системы передачи и кабели. М., 1993
Волоконной оптикой называется раздел оптики, в котором рассматриваются передача света и изображения по световодам. Светопроводы-волоконно-оптические детали, которые способны передавать свет по каналам.
Волоконная оптика основана на явлении полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления,
многократно отражающегося и распределяющегося вдоль этого волокна. Так как при полном отражении коэффициент отражения сравнительно высок, то потери энергии в основном обусловлены поглощением света веществом внутри волокна.
Для передачи больших свет потоков и сохранения гибкости светопроводящих систем отдельные волокна собираются в пучки - световоды. В медицине световоды используют для:
1) передачи световой энергии, главным образом для освещения холод светом внутренних полостей,
2) передачи изображения.
Эндоскоп специальный прибор для осмотра внутренних полостей, состоит из 2х частей: источника света и смотровая часть. Используя волоконную оптику, удалось свет от лампочки передавать внутрь органа по световоду, тем самым избегая нежелательного нагревания этого органа, а также гибкость волоконных оптических систем допускает осмотр большей части полостей, чем жестяные эндоскопы.
35. Устройство микроскопа. Формула для увеличения. Разрешающая способность. Предел разрешения. Полезное увеличение. Специальные приемы микроскопии.
Микроскоп- оптический прибор, предназначенный для получения увеличенного изображения микрообъектов и определения их размеров.
Оптическая система микроскопа состоит из 2х частей:
1) осветительная- осветитель, осветительное зеркало, диафрагма, конденсор (свет от осветителя попадает на зеркало и собирается конденсором).
2) наблюдательная – объектив - создает действительное увеличенное перевернутое изображение, окуляр- создание увеличенного мнимого изображения.
Увеличение микроскопа определяется по формуле: Г=∆ *S/f1*f2. f1,f2- фокусные расстояния объектива и окуляра, S- расстояние наилучшего зрения, ∆ - оптическая длина тубуса(расстояние м\у задним фокусом объектива и перед фокусом окуляра).
Разрешающая способность - способность давать раздельное изображение 2х соседних точек объекта.
Наименьшее расстояние м\у 2мя точками, при котором изображения этих точек не сливаются - предельно разрешимым расстоянием.
Увеличенное изображение на сетчатке глаза должно быт не меньше величины, разрешаемой глазом- Zгл. В связи с этим вводится понятие полезного увеличения: Г=Zгл/Z=(Zгл*2n*sinф)/λ
Специальные приемы микроскопии: метод светлого поля- поток лучей из конденсоров проходит через препарат, лучи, прошедшие препарат, не рассеянные и не поглащенные объектами, создают светлое поле. Детали препарата, отличающиеся от окружающей среды поглощающей способностью, частично поглощают, частично рассеивают попавший на них свет, что и обусловливает возникновение изображения.
В случае если детали объекта мало различимы по своим адсорбционным свойствам, применяют способ окрашивания, при котором части препарата за счет различного поглощения красителя приобретают разную оптическую плотность.
36. Индуцированное излучение. Оптически квантовые генераторы (лазеры). Основные свойства лазерного излучения. Применение лазеров в биологических исследованиях и медицине. Лазерные аппараты для коагуляции и обработке тканей.
Лазер- квантовый генератор видимого диапазона излучения (рубин в качестве рабочего вещества). Этот оптический квантовый генератор (ОКГ) создает импульсное излучение с длиной волны 694,3 нм и мощностью в импульсе 1 МВт. Возбуждение осуществляется специальной лампой.
Применение лазеров основано на свойствах их излучения: строгая монохроматичность (длина волны прим-но 0.01 нм), достаточно большая мощность, узость пучка и когерентность. Направления применения в медицине:
1) основано на свойстве разрушать биологические ткани, что совместно с коагуляцией белка позволяет производить некоторые бескровные рассечения (прибор офтальмокоагулятор, хирургический нож)
2) связано с голографией (метод получения изображения путем дифракции и интерференции) ,например гастроскоп.
Полное внутреннее отражение – это явление, в котором отсутствует преломленный луч, и свет полностью отражается от границы раздела. Луч во вторую среду не проходит. Первая среда должна быть оптически более плотной.
Явление полного отражения используется в волоконной оптике.
Волоконная оптика – это раздел оптики, в котором рассматривается передача света и изображения по светопроводам и волноводам оптического диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон.
Волоконно-оптическая связь - это вид связи, при котором информация передается по оптическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".
Оптическое волокно считается одной из самых совершенных физических сред для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших объемов информации (в основном потоковой) на большие расстояния. Оптоволокно обладает отличными физическими характеристиками, очень высокой устойчивостью к электромагнитным и радиочастотным помехам.
Оптоволокно классифицируется на одномодовое и многомодовое.
Термин "одномодовый" означает, что тонкая сердцевина световода может передавать только один световой несущий сигнал. Одномодовое оптоволокно передает свет только с одной модой, но в результате сигнал может передаваться на большие расстояния без повторителей - устройств для ретрансляции и усиления сигнала. Проблема в том, что как само одномодовое оптоволокно, так и электронные компоненты для передачи и приема света стоят дороже, чем для многомодового. Пропускная способность одномодового оптоволокна превышает 10 Гбит/с.
Многомодовое оптоволокно может передавать несколько мод (независимых световых путей) с различными длинами волн или фазами. Однако больший диаметр сердцевины приводит к тому, что вероятность отражения света от внешней поверхности сердцевины повышается, а это чревато уменьшением пропускной способности и максимального расстояния между повторителями. Грубо оценивая, максимальная пропускная способность многомодового оптоволокна составляет около 2,5 Гбит/с.
Оптические линзы. Основные определения
Линзы – прозрачные, пропускающие свет тела, ограниченные криволинейными поверхностями (n линзы ≠ nотр среды).
Различают по конструкции:
По характеру действия:
Собирающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в сходящийся.
Рассеивающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в расходящийся.
Линза определенной конструкции м/б как собирающей, та ки рассеивающей, в зависимости от n линзы и n окружающей среды.
| nЛ>nокр. ср nЛ nокр. ср |
| О F F a Фокальная плоскость т.а – побочный фокус | а О F F |
Построение изображения в линзах
| P О P` F F | P Р`` O F F а |
т. P – является изображением.
т. P` – действительное изображение т.Р, если она образована пересечением самих лучей, сходящихся в ней, после преломления в линзе.
т. Р`` - мнимое изображение т.Р, если она образована пересечением продолжения луча в обратную сторону.
Технология передачи света и изображения в эндоскопии
Свет используется для передачи электронных сигналов на большие расстояния. В домашних условиях или в учреждении один волоконный жгут толщиной в человеческий волос может осуществлять перенос всех сигналов, необходимых для работы телевизоров, телефонов и компьютеров. Подобные нити, называемые также оптическими волокнами или световодами, изготавливаются обычно из стекла или пластмассы.
Основным элементом волоконно-оптического кабеля, или в дальнейшем оптического кабеля, является волоконный световод. Волоконный световод, или оптическое волокно, — это оптический волновод, предназначенный для направленной передачи оптического излучения, выполненный в виде тонкой стеклянной нити цилиндрической формы с круглым поперечным сечением.
Из чего сделано волокно фиброскопа
Оптическое волокно состоит из светопередающей сердцевины, одного или нескольких слоев защитной-отражающей оболочки, которая препятствует рассеиванию света, а также одного или нескольких защитных покрытий. Волокна собираются в кабель, который может содержать от 72 до 144 волокон.
Кабели на основе оптических волокон используются в медицинском оборудовании и инструментах. Стандартная технология предполагает возможность введения специального аппарата с гибкими световыми волокнами, которые органах человеческого тела могут передавать сигнал на внешнюю камеру. Применяется волоконная оптика в медицине и как осветительный материал. Аппараты, снабженные волоконными модулями, позволяют безболезненно подсвечивать полости желудка, носоглотки и т.д.
Развитие современного оптоволокна в фиброскопах?
Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла. В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердцевину в таком волокне изготавливают из полиметилметакрилата , а оболочку – из фторированных (фторполимеров). Если сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии, то следующие за ней слои — для создания лучших условий отражения на границе раздела сердцевина/оболочка, защиты сердцевины волокна от механических повреждений, а также чтобы исключить излучение в окружающее пространство и поглощение нежелательного излучения извне.
Физические процессы, происходящие при распространении электромагнитных волн в волоконных световодах оптических кабелей, имеют свои особенности. В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и током проводимости, оптический кабель имеет совершенно другой механизм передачи, а именно: токи смещения на основе которых действует также радиопередача. Однако волна в оптическом кабеле распространяется не в свободном пространстве, а концентрируется в самом объеме световода и передается по нему в заданном направлении.
Преимущества оптических волокон в медицинских фиброскопах
Современное эндоскопическое оборудование (гибкие эндоскопы, фиброскопы) использует волоконную оптику. Осмотру стали доступны почти все органы, увеличилась освещенность исследуемых органов, появились условия для фотографирования и видеосъемки (эндофотография и эндокинематография), появилась возможность записи на видео (на внешний носитель) изображения. В настоящее время эндоскопические методы исследования используются как для диагностики, так и для лечения различных заболеваний.
Читайте также: