Использование высокочастотных токов в медицине

Прогревание тканей высокочастотными токами используют в следующих физиотерапевтических процедурах.

Диатермия - метод электролечения, заключающийся в местном воздействии на организм переменным током высокой частоты и большой силы, приводящем к повышению температуры тканей.

При диатермии применяют ток частоты 1-2 МГц и силы 1-1,5 А. Свинцовые электроды накладывают на тело пациента так, чтобы прогреваемый участок находился между ними. Величина напряжения 100-150 В. Плотность тока определяется площадью электродов и общим сопротивлением ткани между ними. Сильнее нагреваются ткани с большим удельным сопротивлением (кожа, жир, мышцы). Меньше нагреваются органы, богатые кровью или лимфой (легкие, печень, лимфоузлы).

Недостаток диатермии - непродуктивное выделение теплоты в слое кожи и подкожной клетчатке.

Местная дарсонвализация - метод электролечения, заключающийся в местном воздействии на организм слабым импульсным током высокой частоты и высокого напряжения.

При дарсонвализации применяют ток частотой 100-400 кГц и напряжением в десятки кВ. При этом к телу пациента прикладывается только один стеклянный электрод, заполненный графитом (рис. 17.2).

1. Гальванизация и электрофорез. Физические процессы в тканях при гальванизации

2. Аппарат гальванизации. Принцип действия и устройства.

40-41

Гальванизация - лечебное воздействие на организм постоянным электрическим током невысокого напряжения и небольшой силы.Название метода связано с устаревшим названием постоянного тока - «гальванический ток».При гальванизации различных участков тела используют следующие токи:

В результате гальванизации в тканях активизируются системы регуляции локального кровотока. Происходит расширение просвета дермальных сосудов и возникает гиперемия кожных покровов. Расширение капилляров и повышение проницаемости их стенок происходит не только в месте наложения электродов, но и в глубоко расположенных тканях.

Постоянный ток получают с помощью аппаратов для гальвани­зации. Для гальванизации используются, в частности, следующие аппараты: АГН-1, АГН-2,Поток-1,Поток-01М,Поток-Бр, Элфор-Проф.

Для примера прведем описание одного из аппаратов.

Терапевтический аппарат Эльфор-Проф предназначен для осуществления процедур гальванизации и электрофореза. Он является улучшенным функциональным аналогом физиотерапевтического аппарата для электрофореза Поток-1.

Основным узлом аппарата является выпрямитель со сглаживающим фильтром.

Выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов, сглаживающего фильтра (С₁, С₂ и др.) и потенциометра R_н. Переменное напряжение сети преобразуется трансформатором в нужное по величине напряжение, которое снимается с вторичной обмотки и подается на диоды, включенные по мостовой схеме.

42.УВЧ – терапия. Физические процессы в проводящих и диэлектрических тканях при воздействии электрическим полем УВЧ – диапазона.

Одним из распространенных методов высокочастотной терапии является воздействие высокочастотным электрическим полем УВЧ.

Ультравысокочастотная (УВЧ) терапия - лечебное использование электрической составляющей переменного электромагнитного поля ультравысокой частоты.

Для проведения лечебной процедуры участок тела, на который оказывается воздействие, помещается между двумя электродами, которые являются выносными пластинами конденсатора, входящего в электрическую схему аппарата УВЧ. На эти пластины подается генерируемое переменное напряжение, и между ними возникает переменное электрическое поле, оказывающее лечебное воздействие (рис. 17.10).

Нагревание органов и тканей под действием электрического поля УВЧ вызывает стойкую, длительную и глубокую гиперемию тканей в зоне воздействия. Особенно сильно расширяются капилляры, диаметр которых увеличивается в несколько раз. Под воздействием УВЧ-поля существенно ускоряется и региональная лимфодинамика, повышается проницаемость эндотелия и других тканевых барьеров.

Аппараты для УВЧ-терапии используют частоты 40 и 27 МГц. Последняя частота является международной. Ей соответствует длина волны 11 м.

43. Медицинская электроника. Классификация приборов и аппаратов медицинской электроники. Принцип действия и назначения электронных приборов и аппаратов

 

Общие характеристики методических подходов в медицине с использованием электронной измерительной аппаратуры. Понятие о точности, специфичности и чувстви- тельности методов; ложноположительные и ложноотрицательные значения. Принципы построения диагностического процесса и место электронных измерений. Базовые меди- цинские принципы компьютерной информационной технологии. 30. Инфракрасная термография. Медицинское значение регистрации температуры тела человека. Тепловое излучение человека. Приемники ИК-излучения: разновидности, характеристики. Классификация систем термографии. Диагностические возможности тер- мографии в медицине. Клинические приложения ИК-термографии. СВЧ-термография (и СВЧ томография). 31. Ультразвуковая диагностическая аппаратура. Физические основы УЗ- диагностики. Характеристики акустического поля. Принципы конструирования (построе- ния) аппаратуры УЗ визуализации. Излучатели и приемники УЗ-волн. Эхо-импульсные методы (эхография). Режимы и методы Многоэлементные преобразователи. Принципы формирования, фокусировки и сканирования. Обработка сигнала. Устройство отображе- ния эхограмм. 32. Рентгеновская диагностическая аппаратура. Общие принципы построения рент- генодиагностических систем, формирование рентгеновского изображения и основные 5 его характеристики. Рентгеновские трубки. Приемники рентгеновского изображения и их характеристики. Отображение и регистрация изображений. Характеристики систем отображений и регистрации. 33. Рентгеновская компьютерная томография. Необходимость и принципы получе- ния изображений заданных сечений. Теоретическое описание проекций. Методы рекон- струкции изображения заданного сечения. Требования к аппаратуре. 34. Радиоизотопная диагностика. Сущность РИД. Аппаратура для получения ра- диоизотопных изображений. Узлы аппаратуры. Эмиссионная компьютерная томография: варианты ЭКТ, физическая сущность, методы реконструкции изображений. Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). 35. Биомагнитные измерения и диагностика. Природа биомагнитных полей орга- низма и возможность их использования для диагностики состояния организма. Методы измерений биомагнитных полей. Применение магнитометрии. 36. Электрокардиография. Параметры ЭКГ сигнала. Требования к аппаратуре. Электроды. Распределение электрического потенциала, вызванных работой сердца, на по- верхности тела. Электрическая ось сердца и отведения ЭКГ. Размещение электродов. Стандартные типы отведений ЭКГ. Основные блоки и органы управления ЭКГрафа. По- мехи и артефакты, их устранение. Кодирование и монтаж ЭКГ. Типы электрокардиогра- фов. Обработка ЭКГ на ЭВМ. 37.Электромиографическая аппаратура. Сущность электромиографии (ЭМ). Зави- симость формы и параметров электромиограммы от двигательной активности и патало- гии. Общая структура, принципы построения ЭМ аппаратуры и требования к ней. Отво- дящие электроды для снятия ЭМГ: требования, разновидности, способы отведения ЭМГ. Зависимость ЭМГ от межэлектродного расстояния и др. факторов. Методы количествен- ного анализа ЭМГ. Способы регистрации ЭМГ. 38.Электроэнцефалография. Электрофизиологическая природа ЭЭГ. Характерные составляющие волны ЭЭГ, их параметры и условия наблюдения. Методика и аппаратура ЭЭГ. Размещение электродов и способы отведений в ЭЭГ. Блоки и узлы современной ЭЭГ-аппаратуры. Особенности ее эксплуатации. Влияние на ЭЭГ функционального со- стояния организма. Примеры ЭЭГ. Автоматизация анализа ЭЭГ. 39. Импедансная реоплетизмография (РПГ). Биофизические основы ИРПГ. Зави- симость импедансна биологических тканей (объектов) от частоты тока и свойств биоло- гического объекта. Технические методы регистрации ИРПГ. Электроды для РПГ. Уменьшение влияния помех, артефактов, повышение точности измерений. Многоканаль- ная РПГ. Принципы автоматического анализа РПГ. 40.Технические методы функциональной диагностики пищеварительной систе- мы. Методы исследования пищеварительной системы. Эндоскопия. Разновидности эндо- скопов. Волоконные эндоскопы: устройство, характеристики, применение. Особенности конструирования эндоскопов, требования к ним. Жесткие и гибкие эндоскопы. Серийно выпускаемые эндоскопы, назначение, параметры. Основные функции органов пищеваре- ния и методы их исследования. Электрогастрография: основы, техническая реализация. Устройство и характеристики электрогастрографа. 41.Физико-оптические методы и устройства для исследования зрения. Основные зрительные функции, их физический смысл. Методы исследования разрешающей спо- собности (остроты) зрения. Субъективная визометрия. Технические средства исследо- вания остроты зрения. Визоконтрастометрия. Исследование поля зрения. Периметрия. Кампиметрия и исследование КЧСМ. Методы определения световой и цветовой чувст- вительности. Измерение внутриглазного давления (ВГД). Применение компьютеров для анализа функций зрения. 42. Методы и устройства для исследования и диагностики органов слуха. Краткие сведения по физиологической акустике. Физические характеристики звуковых колеба- ний. Психоакустические характеристики слуха. Методы исследования слуха. Психоаку- 6 стические методы. Приборы и устройства для исследования слуха. Аудиометры. Объек- тивные аудиометры. Импедансометры. Акустические камеры для аудиометрических ис- следований. 43. Принципы стандартизации клинических лабораторных методов исследования. Основные области и правила проведения лабораторных исследований. Оценка надежно- сти клинических лабораторных методов исследования. Принципы определения допусти- мой аналитической вариации. Контроль качества лабораторных исследований. 44. Общая характеристика физико-химических принципов и методов диагностиче- ских лабораторий. Основные методы лабораторной диагностики. 45. Фотометрия и фотометрическая аппаратура. Флюорометрия. Пламенная фото- метрия и атомная абсорбциметрия. Исследования на светорассеивание. Поляризационная флюориметрия. Имуннохимические методы лабораторной диагностики. Обобщенная схема анализатора для лабораторной диагностики. Устройство спектральных приборов. 45. Анализ выдыхаемого воздуха в медицине. Система сбора анализов. Основ- ные элементы системы. Маркеры, ловушки. Получение диагностической информации. Приборы для измерения результатов анализов. Хроматографы газовые. Хроматографы жидкостные. 46. Основы применения лазеров в лабораторной диагностике. Схема измерений на основе инжекционного лазера. Схема измерений внутрирезонаторного поглощения на основе лазеров на красителях. Лазерное возбуждение флюоресценции. Прибор, с пере- страиваемым по длинам волн, источником возбуждения. Прибор для исследования флуо- ресценции на основе импульсного лазера. 47. Атомный флюоресцентный пламенный спектрометр. Устройство для исследо- вания атомной пламенной флюоресценции с помощью непрерывного лазера. Прибор для определения концентрации в пламени методом лазерного возбуждения флуоресценции. Методы спектроскопии и спектрометрии. Лазерно-ионизационная спектрометрия. Спек- троскопия комбинационного рассеивания. Требования к аппаратуре для регистрации ком- бинационного рассеяния. Спектроскопия методом когерентного антистоксова рассеяния. 48. Методы диагностики, основанные на использовании лазерного и других физи- ческих принципов. Лазерный магнитный резонанс. Лазерная фотоаккустическая спектро- скопия в газах. Лазерная фотоаккустическая спектроскопия жидкостей и твердых тел. Лазерный спектральный микроанализ. Селективный лазерный микроанализ. Атомная ад- сорбционная спектрометрия. Лазерный масс-спектрометрический микроанализ. Лазерный комбинационный микроанализ. Применение лазеров в хромотографии. 49. Методы обнаружения загрязнений окружающей среды лазерными установка- ми зондирования. Методы обнаружения загрязнений по поглощению. Установка лазерно- го зондирования на большой длине луча. Лазерный абсорбционный спектрометр. Ли- дар. Дистанционное измерение скорости воздушных потоков. Лидар с комбинационным рассеянием света. 50. Радиометрия ионизирующих излучений. Методы обнаружения и измерения ра- диоактивных излучений. Радиоэкология. Виды распада. Взаимодействие радиоактивных излучений с биообъектами. Измерение радиоактивности. Методы измерения активности нуклидов. Измерители радиоактивности. Комбинированный прибор для измерения иони- зирующих излучений. Гаммовизор. Измеритель радиоактивности типа КРВП-ЗАБ. 51. Потенциометрические и токовые методы в лабораторной диагностике. Потен- циометрические методы измерения рН. Элементарная схема рН - метра. Устройство и принцип работы аналогового рН-метра. Устройство и принцип работы цифрового рН- метра. Электродные системы. Стандартные электродные системы. Настройка приборов по буферным раствора

3. Аппаратура для терапии постоянным и НЧ током. Физическое обоснование гальванизации и электрофореза. Аппаратура для гальванизации и электрофореза. Струк- турные схемы аппаратов гальванизации. 54. Мышечная электростимуляция. Электровозбудимость мышц. Электростимуля- торы. СТИМУЛЯЦИ Я ТОКОМ И напряжением. 55.Сигналы электростимуляции. 56. Приборы для рефлексотерапии, рефлексодиагностики, электроанальгезии. Осо- бенности воздействия на биологически активные точки. Противоболевые электронейрос- тимуляторы. Аппараты лечебного электронаркоза, электроанальгезии. 57. Основы метода программного биоэлектрического управления движениями че- ловека. Принципы построения систем. Синтез сигналов стимуляции, биоэлектрический образ движения и программы биоуправления. Системы электростимуляции с биотехниче- ской обратной связью (БТОС). 58.Принципы построения систем с БТОС. Системы электростимуляции с автома- тическим управлением частотой заполнения стимула, длительностью стимула. Системы с биологической обратной связью. 59. Электрокардиостимуляторы. Типы кардиостимуляторов: асинхронные. Р- синхронизированные. R-запрещающие. Селектор R-зубцов злектрокардиосигналов. Ме- тоды возбуждения и генераторы импульсов. 60. Магнитотерапевтические аппараты. Механизм воздействия магнитного поля на организм. Разновидность магнитных полей. Источники магнитного поля: твёрдые магни- ты, эластичные магниты, электромагнитные аппараты, магнитные жидкости, рассасы- вающие магниты. Индукторы, электромагниты. Контроль магнитного поля. 61. Технические характеристики промышленных магнитоизмерительных прибо- ров. Особенности воздействия магнитного поля на различные участки человеческого тела. Допустимые границы применения магнитных полей в лечебной практике. Магнитотера- певтические аппараты. 62. Аппаратура для терапии постоянным электрическим полем и аэроионами. Ме- ханизмы лечебного воздействия. Франклинизация. Генераторы аэроионов: электроэф- флювиальные, радиоактивные, гидроаэроионизаторы, термические ионизаторы, фотоио- низаторы. Аппараты для терапии аэрозолями. 63. Электротерапевтические высокочастотные аппараты. Аппараты для дарсонва- лизации и терапии токами надтональной частоты. Дарсонвализация общая и местная. Аппараты для дарсонвализации. Терапия токами надтональной частоты. 64. Аппараты УВЧ терапии. Источники УВЧ излучения. Импульсная УВЧ терапия. Специфическое действие поля УВЧ. Аппаратура для УВЧ терапии. Измерение мощности УВЧ излучения. 65. Особенности воздействия высокочастотным магнитным полем. Эквивалентная схема взаимодействия с индуктором. Аппараты для индуктотерапии. 66. Ультразвуковые аппараты. Особенности использования ультразвука. Биологи- ческое воздействие ультразвука. Источники УЗ колебаний. Аппаратура для ультразвуко- вой терапии. Измеритель мощности УЗ колебаний

44. Общая схема съема, усиления, передачи, приема и регистрации медико-биологической информации. Классификация устройств съема

Первичный элемент этой совокупности - чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством съема, - непременно контактирует или взаимодействует с самой системой, остальные элементы находятся обычно обособленно от медико-биологической системы, в некоторых случаях части измерительной системы могут быть даже отнесены на значительные расстояния от объекта измерений.

Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы: электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик — устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством измерения.

7. 45. Требования, предъявляемые по технике безопасности при работе с электронной аппаратурой. Деление приборов и аппаратов медицинской электроники в зависимости от способа защиты от поражения электрическим током.

8. Главное требование при обеспечении безопасности аппаратуры - сделать невозможным случайное касание ее частей, находящихся под напряжением.

9. Для этого прежде всего изолируют друг от друга и от корпуса части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением. Однако это еще не обеспечивает полной безопасности по двум причинам.

10. 1. Сопротивление приборов и аппаратов переменному току небесконечно. Не является бесконечным и сопротивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки.

11. При конструировании аппаратуры учитывают допустимую силу тока утечки, которая различна в разных типах электромедицинских приборов и аппаратов.

12. Допустимая сила тока утечки - безопасная для человека сила тока, который может проходить через его тело в результате касания корпуса и других частей медицинского прибора или аппарата.

13. В зависимости от типов электромедицинских изделий эта величина изменяется в пределах 0,05-0,25 мА.

14. 2. Из-за порчи рабочей изоляции может возникнуть электрическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом («пробой

15. на корпус»). При этом доступная для касания часть аппаратуры - корпус - окажется под напряжением.

16. В обоих случаях должны быть приняты меры, которые исключали бы поражение током человека при касании корпуса аппаратуры.

17. Одним из основных способов защиты от поражения электрическим током при работе с аппаратурой является заземление. Термин «заземление» означает электрическое соединение элементов электрической аппаратуры с землей или техническое устройство, обеспечивающее такое соединение.

18. Однако не всякая электромедицинская аппаратура надежно защищена заземлением. Существуют дополнительные способы защиты, которые не рассматриваются в данном курсе.

46. Разновидности поражения электрическим током. Пороги ощутимого и не отпускающего токов и их зависимость от частоты

перь небольшие пояснения:

• ощутимый ток - ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения
• неотпускающий ток - ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник (самому разжать руки невозможно)
• фибрилляционный ток - ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца (мышцы сокращаются разрозненно и нескоординированно, вследствие чего сердце теряет способность совершать согласованные сокращения)

47.Природа света. Явления взаимодействия света с телами.

Свет имеет электромагнитную природу, и распространение света - это распространение электромагнитных волн. Все оптические эффекты, наблюдаемые при распространении света, связаны с колебательным изменением вектора напряженности электрического поля Е, который называют световым вектором. Для каждой точки пространства интенсивность света I пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора волны, приходящей в эту точку: I ~ Е_m².

При прохождении света через вещество часть энергии расходуется на возбуждение атомов или молекул. Некоторая доля этой энергии возвращается излучению в виде вторичных волн. Однако другая доля переходит во внутреннюю энергию вещества. В результате световая энергия уменьшается. Этот процесс называют поглощением света.

Поглощение света - уменьшение его интенсивности при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

При прохождении света через вещество уменьшение его интенсивности обусловлено совместным действием поглощения и рассеяния. Общее ослабление света вследствие совместного действия поглощения и рассеяния описывается формулой

При прохождении естественного света через неоднородную среду световые волны дифрагируют на имеющихся неоднородностях и дают дифракционную картину с довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию называют рассеянием.

Рассеяние света - явление, при котором свет, распространяющийся в среде, отклоняется по всевозможным направлениям.

Теорию рассеяния света разработал английский физик Дж. Релей (1842-1919 г.).

1. 48. Классификация оптических методов и исследования диагностики, основанных на явлениях взаимодействия света с телами.

Оптика — раздел физики, в котором изучаются вопрос о природе света, закономерности световых явлений и процессы взаимодействия света с веществом.

Если честно, понятия не имею.

1. 49. Поглощение света прозрачными растворами. Закон поглощения света (закон Бугера-Бэра). Коэффициент пропускания, оптическая плотность растворов. Фотоэлектроколориметрия.

2. При прохождении света через вещество часть энергии расходуется на возбуждение атомов или молекул. Некоторая доля этой энергии возвращается излучению в виде вторичных волн. Однако другая доля переходит во внутреннюю энергию вещества. В результате световая энергия уменьшается. Этот процесс называют поглощением света.

3. Поглощение света - уменьшение его интенсивности при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

4. Рассмотрим закономерности уменьшения интенсивности света в однородной среде вследствие поглощения (рис. 28.1).

5. При прохождении монохроматического света через тонкий слой вещества толщины dl изменение интенсивности света dI будет пропорционально толщине этого слоя и интенсивности подающего света I:

6. Коэффициент пропорциональности k_λ характеризует поглощающую способность данной среды и называется натуральным показате-

7. Рис. 28.1. Поглощение света веществом

8. лем поглощения. Его величина зависит от длины волны света (λ), но не зависит от его интенсивности. Знак «-» означает, что интенсивность света уменьшается.

9. Индекс λ подчеркивает, что натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света. В задачах этот индекс обычно не пишется (k).

10. Дифференциальное уравнение (28.1) решается методом разделения переменных:

11. где I₀ - интенсивность падающего света; I - интенсивность света после прохождения слоя вещества толщины l.

12. Формула (28.2) выражает закон поглощения света (носящий имя одного из основоположников фотометрии - французского ученого Пьера Бугера, получившего его еще в 18 веке).

13. Интенсивность света при поглощении в веществе убывает экспоненциально в зависимости от пройденного пути.

19. 50. Лазеры. Устройства и принцип действия газового (или рубинового) лазера.

 

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»).

Современные газовые лазеры — газодинамические, электродинамические и электроионизационные генерируют более мощное излучение, чем твердотельные (до 2000 Дж). Перспективны химические лазеры, которые могут работать в диапазоне от 0,34 до 11 мкм и позволяют изменять длину волны излучения. Они обладают высоким (до 50%) кпд.

51. Особенности лазерного излучения. Медицинские приложения лазеров

Три свойства, присущие лазерному излучению делают его уникальным:

1. Когерентность. Пики и спады волн располагаются параллельно и совпадают по фазе во времени и пространстве.

2. Монохромность. Световые волны, излучаемые лазером, имеют одинаковую длину, именно ту, которая предусмотрена используемой в лазере средой.

3. Коллимация. Волны в луче света сохраняют параллельность, не расходятся, и луч переносит энергию практически без потерь.

Этот метод был использован и в хирургии: профессор О. И. Скобелкин и его соавторы предложили при сварке тканей слегка их сдавливать, чтобы вытеснить кровь. Для осуществления нового способа был создан целый набор инструментов, который применяется сегодня в желудочно-кишечной хирургии, при операциях на желчных путях, селезенке, печени, лёгких.

· Косметическая хирургия (удаление татуажа и пр.);

· Коррекция зрения;

· Хирургия (Гинекология, урология, лапароскопия);

· Стоматология

· Диагностика заболеваний

· Удаление опухолей, особенно мозга и спинного мозга

52 Тепловое излучение тел. Законы Стефана-Больцмана, Вина.

Свечение тел при их нагревании называется температурным или тепловым излучением.

Тепловое излучение равновесно. Если нагретые тела поместить в полость ограниченную идельно отражающей оболочкой, то через некоторое время наступит равновесие, т.е. каждое тело будет в единицу времени излучать столько же энергии сколько и поглащать.

Закон Кирхгофа: Отношение спектральной плотности энергетической светимости, к спектральной поглащательной способности не зависит от природы тела. Оно является для всех тел универсальной функцией частоты и темпратуры.

Закон Кирхгофа (универсальная функция Кирхгофа; спектральная плотность энергетической светимости черного тела):

Черное тело - тело, способное плоностью поглащать, при любой температуре, все падающие на него излучения, любой частоты.

Закон (смещения) Вина: λ_max=b/T (b=2,9*10^-3 м*К)

Закон Вина: Длина волны λ_max,соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре.

Закон Стефана-Больцмана: R_e=σ*T⁴

Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

53.Физические основы термографии. Технические средства термографии

Термография – диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

1. Использование жидких кристаллов, физические свойства которых чувствительны к небольшому изменению температуры. По изменению цвета жидких кристаллов можно определить местное изменение температуры.

2. Использование приборов ночного видения, тепловизоров. В технической системе тепловизора используются электронно-оптические преобразователи, предназначенные для преобразования изображения из одной области спектра в другую. На входной элемент системы подается сигнал в области ИК излучения, а воспроизводится на экране телевизора в области видимого света. Части тела с разной температурой различаются на экране либо цветом, либо интенсивностью (тепловой портрет). Современные методы измерения позволяют отличать участки тела, разность температур которых составляет 0,2°.

Тепловизор, Болометр

54. Фотобиологические процессы. Разновидности фотобиологических процессов

Поглощение света биологическими системами может сопровождаться специфическими фотохимическими реакциями, которые дают начало различным фотобиологическим процессам.

Фотобиологические процессы - процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами и заканчиваются соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях.

К фотобиологическим процессам относятся:

• фотосинтез - синтез органических молекул за счет энергии солнечного света;

• фототаксис - движение организмов (например, бактерий) к свету или от света;

• фототропизм - поворот листьев (стеблей) растений к свету или от него;

• фотопериодизм - регуляция суточных и годовых циклов животных путем циклических воздействий «свет - темнота»;

• зрение - восприятие света глазом, сопровождающееся превращением световой энергии в энергию нервного импульса; помутнение хрусталика;

• изменения состояния кожи под воздействием света: эритема, эдема, загар, пигментация, ожог, рак кожи.

55. Строение глаза. Параметры оптической системы глаза

 

лаз - воспринимающий отдел зрительного анализатора, служащий для восприятия световых раздражений. Через глаза человек получает до 90 % информации об окружающем мире.

Строение глаза показано на рис. 24.1.

1. Склера - достаточно прочная внешняя белковая оболочка, защищающая глаз от повреждений и придающая ему постоянную форму.

2. Роговица - передняя часть склеры, более выпуклая и прозрачная; действующая как собирающая линза с оптической силой +(42-43) дптр. Склера обеспечивает до 75 % фокусирующей способности глаза. Ее толщина 0,6-1 мм, а показатель преломления n = 1,38.

3. Сосудистая оболочка - с внутренней стороны склера выстлана сосудистой оболочкой. Это очень тонкая перепонка, содержащая кровеносные сосуды. В передней части она утолщается и принимает форму кольца. Здесь-то и прикрепляется радужная оболочка и ресничная мышца.

4. Пигментная оболочка, содержащая темные пигментные клетки, препятствующие рассеиванию света в глазу.

5. Радужная оболочка - в передней части сосудистая оболочка переходит в окрашенную радужную оболочку, цвет которой определяет цвет глаз.

Рис. 24.1. Оптическая система глаза

6. Зрачок - круглое отверстие в радужной оболочке, пропускающее свет. Диаметр зрачка может изменяться от 2 до 8 мм. Радужная оболочка и зрачок играют роль диафрагмы, регулирующей поступление света внутрь глаза.

7. Х русталик - природная эластичная двояковыпуклая линза диаметром 8-10 мм и оптической силой +(20-30) дптр. Хрусталик имеет слоистую структуру с наибольшим показателем преломления n = 1,41; находится за радужной оболочкой.

8. Кольцевая мышца - мышца, которая охватывает хрусталик и может изменять кривизну его поверхностей. При сжатии кольцевой мышцы оптическая сила хрусталика увеличивается.

9. Передняя камера - камера с водянистой массой (n = п_воды), которая находится в передней части глаза между роговицей и хрусталиком, оптическая сила +(2-4) дптр.

10. Зрительный нерв, обеспечивающий передачу зрительной информации в мозг. Подходя к глазу, он разветвляется, образуя на задней стенке сосудистой оболочки светочувствительный слой - сетчатку.

11. Сетчатка - светочувствительный слой, воспринимающий свет и преобразующий его в нервные импульсы. Сетчатка представляет собой разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек.

Колбочки (их примерно 10 млн) служат для восприятия мелких деталей предмета и различения цветов; диаметр колбочки 7 мкм, а длина около 35 мкм.

Палочки (120 млн клеток) не воспринимают различия в цвете и мелкие детали, но они высокочувствительны к слабому свету. С помощью палочек человек различает предметы в сумерках и ночью. Диаметр палочки 2 мкм, а длина 6 мкм.

Палочки и колбочки распределены неравномерно: в средней части сетчатки преобладают колбочки, а по краям - палочки. Чувствительность сетчатки очень высока: свет обыкновенной свечи виден на расстоянии нескольких километров.

12. Стекловидное тело - студенистое вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и сетчаткой (задняя глазная камера). Оптическая сила -(5-6) дптр.

13. Желтое пятно (макула) - самая чувствительная область сетчатки, площадью около 3 мм²_. Человек видит ясно те предметы, изображение которых проецируется на желтое пятно.

14. Центральная ямка - наиболее чувствительная часть желтого пятна. Это область диаметром примерно полмиллиметра, в которой сетчатка углублена. Здесь палочки совсем отсутствуют, а концентрация колбочек максимальна.

15. Слепое пятно - расположено в том месте, где зрительный нерв входит в глаз. Здесь нет ни палочек, ни колбочек, и лучи, попадающие на эту область, не вызывают световых ощущений (отсюда и название «слепое пятно»).

16. Конъюнктива - наружная оболочка глаза, выполняет барьерную и защитную роль.

Свет, падающий на колбочки и палочки, вызывает в них химические превращения. Благодаря этому в нервном волокне, соединяющем светочувствительные клетки глаза с мозгом, возникают электрические импульсы.

Получение зрительной информации о рассматриваемом предмете - сложный психофизический процесс. Поле ясного зрения определяется размерами желтого пятна и составляет около 8° по горизон-

тали и 6° по вертикали. Все, что проецируется на периферическую часть сетчатки, воспринимается в виде смутных деталей. Однако глаз обладает способностью быстро перемещаться (поворачиваться) в своей орбите, сканируя рассматриваемый объект. Этот процесс протекает под управлением мозга. Поэтому глаз может задерживаться на тех деталях, которые представляют интерес, возвращаться к ним при необходимости. Благодаря этому человек, не поворачивая головы, может обозревать сектор 120-150° по вертикальному и горизонтальному направлениям. Это больше, чем у хороших оптических инструментов.

Светопроводящий аппарат глаза образован роговицей, жидкостью передней камеры, хрусталиком и стекловидным телом. Первые три элемента подобны собирающим линзам, а последний - рассеивающей. Глаз - центрированная оптическая система, главная оптическая ось (ОО) которой проходит через центры роговицы, зрачка, хрусталика. Оптическая сила глаза складывается из оптических сил всех перечисленных элементов. При полностью расслабленной кольцевой мышце оптическая сила глаза - около +60 дптр, при максимальном напряжении кольцевой мышцы (рассматривании близких предметов) D > +70 дптр.

Направление наибольшей чувствительности глаза определяет его зрительная ось (О'О'), которая проходит через центры роговицы и желтого пятна. В направлении этой оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность. Угол между оптической и зрительной осью составляет 5°.

Световоспринимающим (рецепторным) аппаратом глаза является сетчатка, в которой находятся светочувствительные зрительные клетки. Сетчатка - это часть мозга, отделившаяся от него на ранних стадиях развития, но все еще связанная с ним посредством пучка волокон - зрительного нерва. Она имеет форму пластинки толщиной приблизительно в четверть миллиметра. Светочувствительные клетки (палочки и колбочки), являющиеся фоторецепторами, расположены на задней поверхности сетчатки (рис. 24.2).

Таким образом, фоторецепторы самого глубокого слоя сетчатки воспринимают свет и передают импульсы на ганглиозные клетки. Их аксоны проходят по поверхности сетчатки и собираются в пучок у слепого пятна, образуя волокна зрительного нерва. Позади рецепторов находится слой клеток, содержащих черный пигмент меланин,

Рис. 24.2. Изображение основных слоев сетчатки и направлений нервных импульсов (жирные стрелки)

который поглощает свет, прошедший через сетчатку, не давая ему отражаться назад и рассеиваться внутри глаза.

56. Строение зрительных клеток. Физические основы зрительной рецепции.

Зрение включает поглощение энергии излучения и превращения ее в нервный импульс.

Основа механизма зрения стала хорошо известна в результате работ Уоада и других (Wald G, 1968 год). Как и в фотосинтезе, первичной стадией является поглощение энергии света подходящим хромофором. Хромофором, определяющим поглощение видимого света, служит альдегидироизводное витамина А или ретиналь. В сетчатке глаза находится около 100 млн специализированных клеток, так называемых палочек, и 5 млн колбочек. Между этими клетками и нервными волокнами, соединяющими их с мозгом, находятся синапсы, или соединительные участки (рисунок).

57.Люминисценция

Люминесценцией называют свечение тел, которое не может быть объяснено их тепловым излучением. Так, например, в видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре ~10³-10⁴ К, а люминесцировать тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Одной из причин, вызывающих люминесценцию, является внешнее излучение, которое возбуждает молекулы тела. Например, падающий свет. После прекращения процесса облучения люминесцентное свечение не прекращается тотчас же, а продолжается еще некоторое время. Это последействие отличает люминесценцию от таких явлений, как отражение и рассеяние света. В настоящее время в физике принято следующее определение люминесценции.

Люминесценция - излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний (1015 с).

Вещества, способные превращать поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение, называют люминофорами.

Люминесценция - результат квантовых переходов в возбужденных атомах, молекулах, кристаллах. По виду возбуждения различают следующие типы люминесценции:

• фотолюминесценция - возникает при возбуждении атомов светом (ультрафиолетовые лучи и коротковолновая часть видимого света);

• рентгенолюминесценция - возникает при возбуждении атомов рентгеновским и γ -излучением (экраны рентгеновских аппаратов, индикаторы радиации);

• катодолюминесценция - возникает при возбуждении атомов электронами (кинескопы, экраны осциллографов, мониторов);

• радиолюминесценция - возникает при возбуждении атомов продуктами радиоактивного распада;

• электролюминесценция - возникает при возбуждении атомов под действием электрического поля (возбуждение молекул газа электрическим разрядом - газоразрядные лампы);

• хемилюминесценция - возникает при возбуждении молекул в процессе химических реакций;

• биолюминесценция - возникает в биологических объектах в результате определенных биохимических реакций;

• сонолюминесценция - возникает под действием ультразвука.Как уже отмечалось выше, люминесценция продолжается и после прекращения внешнего возбуждения люминофора. По длительности остаточного свечения различают флуоресценцию и фосфоресценцию:

• флуоресценция - кратковременное остаточное свечение, длительность которого составляет 10^-9-10^-8с;• фосфоресценция - продолжительное остаточное свечение, длительность которого составляет 10^-4 -10⁴ с.

1. 58. Естественный и поляризованный свет. Физические основы поляриметрии. Медицинское приложение поляриметрии.

2. Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, то есть вектора и взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения. Колебания вектора происходят в одной плоскости. Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, называется плоско поляризованным светом (или электромагнитной волной). Поляризованным называется свет, в котором направления колебания вектора упорядочены каким-либо образом.

3. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают световые волна независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, харак­теризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора . Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным. Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора и незначительная амплитуда колебаний вектора в других направлениях, называется частично поляризованным. В плоско поляризованном свете плоскость, в которой колеблется вектор ,называется плоскостью поляризации, плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.

Поляриметрия — методы физических исследований, основаны на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ.

Методы исследования излучения, основанные на измерении:

· степени поляризации излучения (света, радиоволн)

· оптической активности веществ или их растворов

Поляриметрия используется для исследования излучений, а также в аналитической и структурной химии.

1. 59. Ультразвуковое, инфракрасное излучения. Медицинские приложения ультрафиолетовых и инфракрасных излучений.