Электрофизиологические, фотометрические методы
Электрофизиологические и фотометрические методы медико-биологических исследований относятся к наиболее популярным, широко распространенным на практике. Более 60 % выпуска медицинской электронной техники составляют приборы и системы, с помощью которых реализуются методы этих двух групп. Такое положение объясняется широкими диагностическими возможностями электрофизиологических и фотометрических методов, простотой и доступностью технических средств, используемых для выполнения исследований с их помощью.
Распространение этих методов объясняется также и тем, что они позволяют как сложные системы для тончайшего анализа различных сред, так и простые, компактные и дешевые приборы, которые измеряют целый ряд важнейших медико-биологических показателей, характеризующих свойства, состав или концентрацию отдельных компонентов сложных биосубстратов и жидкостей.
Большой арсенал разработанных и выпускаемых серийно радиоэлектронной промышленностью различных элементов; излучателей лучистой энергии и оптико-механических устройств для направленного изменения характеристик излучений, фотоэлектрических преобразователей для аналоговой и цифровой обработки сигналов -- делают проблему разработки фотометрических приборов и систем весьма перспективной.
Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов
Медицинскую электронную аппаратуру можно разделить на два класса: медицинские приборы и медицинские аппараты.
Медицинский прибор -- техническое устройство, предназначенное для диагностических или лечебных измерений (медицинский термометр, электрокардиограф и др.).
Медицинский аппарат -- техническое устройство, позволяющее создавать энергетическое воздействие (часто дозированное) терапевтического, хирургического или бактерицидного свойства (аппарат УВЧ терапии, аппарат искусственной почки и др.), а также обеспечить сохранение определенного состава некоторых субстанций.
Выделены следующие основные группы приборов и аппаратов, используемые для медико-биологических целей.
-- Устройство для получения (съема), передачи и регистрации медико-биологической информации. С физической точки зрения эти устройства являются генераторами различных электрических сигналов.
--Кибернетические электронные устройства. В ряде случаев электронное устройство может совмещать в себе различные группы приборов и аппаратов.
Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации
Для того чтобы получить и зафиксировать информацию о медико-биологической системе, необходимо иметь целую совокупность устройств. Структурная схема состоит из устройства съема (электрод или датчик), усилителя, передатчика, приемника, измерительного прибора.
Определение и основные категории в РТС.
Радиотехнической системой называют организованную совокупность устройств , предназначенных для извлечения, обработки, передачи информации или энергии в целях управления процессами или объектами с использованием радиоволн. Рассмотрим основные категории, вошедшие в определение РТС: информация; извлечение информации; обработка информации; передача информации; передача энергии; устройство, система; радиоволны; управляемые процессы и объекты; пользование радиоволн.
Информация - совокупность сведений:
- о наличии или отсутствии объектов в том или ином участке пространства наблюдения;
- о классе, типе наблюдаемых объектов;
- о геометрических и физических характеристиках и свойствах наблюдаемых объектов;
- о координатах и параметрах движения наблюдаемых объектов;
- о навигационных координатах и параметрах перемещения воздушного морского, наземного объекта;
- О любых характеристиках объектов, субъектов, процессов, событий, явлений природы и общества, представленных в виде сообщений, т.е. совокупности некоторых знаков и символов без учета их смыслового (семантического) содержания.
Извлечение первичной информации - процесс формирования единичных решений о наличии, классе и единичных оценок координат и параметров движения объектов при ограниченном времени и ограниченной пространстве наблюдения, координатами объекта в сферической системе являются азимут, угол места и дальность относительно пункта наблюдения. Под параметрами движения объектов понимаются производные изменяющихся координат по времени.
Первичная информация об объектах наблюдения содержится во временных, пространственных, поляризационных характеристиках принятых сигналов (электромагнитных полей) и извлекается из этих сигналов (полей) путем анализа, т.е. пространственно-временной и поляризационной обработки на фоне помех.
Обработка информации - объединении первичной информации (единичных решений и единичных оценок) по времени (вторичная обработка) и по пространству (третичная обработка) в целях улучшения характеристик обнаружения, распознавания и измерения.
Передача информации - транспортировка каких-либо сообщений из одного пункта пространства в другой с помощью радиоволн, в основном, в интересах объединения (обработки) информации и управления поведением или движением объектов и процессов с использованием дополнительных исполнительных звеньев (рулей, устройств воспроизведения звука, изображения, текста и т.п.).
Передача энергии -- транспортировка энергии с помощью электромагнитного поля в определенное место пространства, в основном, в интересах непосредственного управления физическими, химическими и биологическими процессами на основе явлений взаимодействия поля с веществом на атомном, молекулярном и клеточном уровнях.
Радиоволны различных частотных диапазонов имеют свои особенности распространения, затухания и отражении (рассеяния) при взаимодействии с объектами наблюдения, земной поверхностью, атмосферой, неоднородными слоями тропосферы и ионосферы. Это во многом определяет возможности их использования в РТС различного назначения.
Устройство..система. два иерархических уровня радиотехнических средств: элемент, узел, каскад, блок. устройство, система. комплекс.
Управляемые объекты- движущиеся и неподвижные; космические, воздушные, морские и наземные; эргатические (с участием человека) и автоматические (без участия человека). Управление может быть связано с требуемым перемещением или с определенным поведением объекта.
Управляемые процессы - физические (управление на атомном уровне), химические (управление на молекулярном уровне), биологические (управление на клеточном уровне), психологические (управление на уровне индивидуального ощущения и сознания), социальные (управление на уровне коллективного сознания). Суть управления состоит в развитии процесса в нужном направлении.
Использование радиоволн подразумевается не только на этапе извлечения, обработки и передачи информации, но и на этапе управления процессами или объектами. Дело в том, что управление предполагает, но пользование не только информации, но и энергии, которая может доставляться к месту её потребления различными способами, в том числе и с помощью электромагнитного поля. Таким образом, в радиотехнических системах электромагнитное поле используется, в первую очередь, как информационное средство, но оно может быть использовано и как средство непосредственного энергетического воздействия на управляемые объекты или процессы.
Состав и классификация РТС и их применение.
Радиотехнические системы с учетом особенностей их функционального назначения можно разделить на 4 группы:
- радиолокационные системы (РЛС);
- радионавигационные системы (РНС);
- РТС передачи информации (РТС ПИ);
- РТС передачи энергии (РТС ПЭ).
Радиолокационная система в общем случае состоит из одного или нескольких радиопередающих устройств, обеспечивающих формирование зондирующего сигнала (сигнала подсвета), одного или нескольких радиоприемных устройств, обеспечивающих либо приём рассеянного (отраженного) объектом наблюдения зондирующего сигнала (сигнала подсвета), либо прием собственного радиоизлучения объекта наблюдения, и устройства пространственно-временной и поляризационной обработки сигнала и извлечения информации об объекте наблюдения для некоторого потребителя.
Радионавигационная система в общем случае состоит из одной или нескольких радионавигационных точек (РНТ) с априорно известными координатами и параметрами движения, излучающих согласованные по времени, частоте и фазе некоторые сигналы, радиоприёмного устройства объекта навигации и расположенного там же устройства пространственно-временной и поляризационной обработки сигналов от различных РНТ извлечения информации о навигационных параметрах, координатах и параметрах движения объекта навигации в интересах управления его поведением и движением.
Радиотехническая система передачи информации (РТС ПИ) в общем случае состоит из устройства объединения (уплотнения) сообщений от нескольких источников, устройства кодирования, т.е. преобразования группового сообщения в сигнал, канала связи, состоящего из радиопередающего и радиооприёмного устройств с антеннами, среды распространения радиоволн, устройства декодирования, т.е. преобразования принятого сигнала в групповое сообщение, и устройства разделения сообщений по каналам (адресатам или получателям сообщений (рис. 0.3). Здесь пространственно-временная и поляризационная обработка сигнала с целью извлечения информации осуществляется в антенне, РПрУ декодере и устройстве разделения каналов.
Радиотехническая система передачи энергии (РТС ПЭ) в общем случае состоит из совокупности радиоприёмных устройств - рецепторов, устройства пространственно-временной и поляризационной обработки сигнала и извлечения информации о координатах источника излучения иди рассеяния (отражения), совокупности радипередающих устройств и излучателей, формирующих сигнал с амплитудно-фазовым распределением, которое обеспечивает когерентное сложение излучаем и т.д.
48.Электрический диполь – это совокупность двух равных по величине разноименных точечных зарядов q, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, малом по сравнению с расстоянием до рассматриваемой точки поля называется электрическим диполем.
Электрический дипольный момент — физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Для системы из N частиц дипольный момент равен
,
где
qi — заряд частицы с номером i, а
- её радиус-вектор;
—
число положительно/отрицательно
заряженных частиц, N = N + + N − ,
—
их заряды.
Дипольный момент нейтральной системы зарядов не зависит от начала координат, а определяется относительным расположением (и величинами) зарядов в системе. В случае диполя (две частицы с разноимёнными зарядами) электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному. Дипольный момент определяет электрическое (магнитное) поле диполя на большом расстоянии от него, а также воздействие на диполь внешнего электрического (магнитного) поля. Дипольный момент молекул измеряется в дебаях — 10-18 единиц СГСЭ момента электрического диполя. 1Д = 3,336 10-30 Кл×м.
Методы регистрации биопотенциалов:
1.Электроэнцефалография (ЭЭГ) - метод регистрации электрической активности (биопотенциалов) головного мозга. Разность потенциалов, возникающая в тканях мозга, очень мала (не более 100 мкВ), и потому может быть зарегистрирована и измерена только при помощи специальной электронно-усилительной аппаратуры - электроэнцефалографов. Электроэнцефалографические исследования, проводимые на современных многоканальных электроэнцефалографах, позволяют записывать одновременно биотоки, получаемые от многих отделов головного мозга. Выявленные нарушения электрической активности мозга носят различный характер при тех или других патологических состояниях и нередко помогают при диагностике эпилепсии, опухолевого, сосудистого, инфекционного и других патологических процессов в головном мозге. Применение электроэнцефалографии помогает определить локализацию патологического очага, а нередко и характер заболевания. В «спонтанной» ЭЭГ здорового взрослого человека, находящегося в состоянии бодрствования различают два вида ритмических колебаний потенциала - альфа- и бета-активность. Кроме того, различают тэта- и дельта-активность, острые волны и пики, пароксизмальные разряды острых и медленных волн.
Признаками патологии на ЭЭГ покоя считаются следующие изменения:
- десинхронизация активности по всем областям мозга, исчезновение или значительное уменьшение альфа-ритма и преобладание бета-активности высокой частоты и низкой амплитуды;
- гиперсинхронизация активности, проявляющаяся доминированием регулярных альфа-, бета-, тета-ритмов чрезмерно высокой амплитуды;
- нарушение регулярности колебаний биопотенциалов, проявляющееся наличием альфа-, бета- и тета-ритмов, неодинаковых по длительности и амплитуде, не формирующих регулярный ритм;
- появление особых форм колебаний потенциалов высокой амплитуды - тета- и дельта-волн, пиков и острых волн, пароксизмальных разрядов обычно на середине или между верхней и средней третью катакротической фазы РЭГ.
2.Реовазография - метод изучения сосудистой системы с использованием высокочастотного переменного тока для определения сопротивляемости участков тела. В момент притока крови сопротивление увеличивается и регистрируется кривая, совпадающая со сфигмограммой (записью пульса), но отличающаяся от последней формой. В неврологической практике часто производят реовазо-графию конечностей (при радикулите, неврите, невралгии, полиневрите и т. д.).
3.Эхоэнцефалография является важным методом диагностики объемных процессов головного мозга (опухоли, кисты, эпи- и суб-дуральные гематомы, абсцессы) и основан на принципе ультразвуковой локации - направленные в мозг короткие ультразвуковые импульсы отражаются от его внутренних структур и регистрируются. Эхоэнцефалограмму (ЭхоЭГ) получают с помощью эхоэнцефалографа, снабженного специальным пьезоэлектрическим датчиком, работающим в двойном режиме - излучателя и приемника ультразвуковых импульсов, регистрируемых после возвращения на экране осциллографа.
В диагностике используются следующие свойства ультразвуковых колебаний:
- ультразвуковые колебания распространяются с различной скоростью в зависимости от физических свойств сред;
- ультразвук, проходя через исследуемый объект, частично отражается на границе раздела сред;
- сигнал может быть зарегистрирован в том случае, если отражающая поверхность образует с направлениями ультразвукового луча угол, близкий к прямому.
4.Электромиография - это метод регистрации колебаний биопотенциалов мышц для оценки состояния мышц и нейродвигательного аппарата в покое, при активном расслаблении, а также при рефлекторных и произвольных движениях. С помощью электромио-графии можно выявить, связано ли изменение электрической активности с поражением мотонейрона или синаптических и надсег-ментарных структур. Электромиографические данные широко используются для уточнения топического диагноза и объективизации патологических или восстановительных процессов. Высокая чувствительность этого метода, позволяющая выявлять субклинические поражения нервной системы, делает его особенно ценным.
В период функциональной активности нервов и мышц возникают чрезвычайно слабые (от миллионных до тысячных долей вольта), быстрые (тысячные доли секунды) и частые колебания электрического потенциала. Электромиография широко применяется не только в неврологической практике, но и при изучении поражения других систем, когда возникают вторично обусловленные нарушения двигательной функции (сердечно-сосудистые, обменные, эндокринные заболевания).
Элѐктрокардиогра́фия — методика регистрации и исследования электрических полей, образующихся при работе сердца. Электрокардиография представляет собой относительно недорогой, но ценный метод электрофизиологической инструментальной диагностики в кардиологии.
Прямым результатом электрокардиографии является получение электрокардиограммы (ЭКГ) — графического представления разности потенциалов возникающих в результате работы сердца и проводящихся на поверхность тела. На ЭКГ отражается усреднение всех векторов потенциалов действия, возникающих в определённый момент работы сердца.
49. Интерференция света, сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос вследствие нарушения принципа сложения интенсивностей (см. Интерференция волн). Некоторые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном, но не могли быть объяснены с точки зрения его корпускулярной теории (см. Свет, Оптика). Правильное объяснение И. с. как типично волнового явления было дано в начале 19 в. Т. Юнгом и О. Френелем. И. с. возникает только в случае, если разность фаз постоянна во времени, т. е. волны когерентны.
50. Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает. Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса (см. § 170), согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени. Дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец.
51. Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения. Обратная ему величина обычно служит количественной мерой Р. с. Вследствие дифракции света на краях оптических деталей даже в идеальной оптической системе (т. е. безаберрационной; см. Аберрации оптических систем) изображение точки есть не точка, а кружок с центральным светлым пятном, окруженным кольцами (попеременно тёмными и светлыми в монохроматическом свете, радужно окрашенными — в белом свете).
52. Оптические микроскопы. Оптический световой микроскоп состоит из механической, оптической и осветительной частей. С помощью такого микроскопа можно различать микрочастицы до 0,20 мкм, а максимальное увеличение микроскопа составляет 2000 крат. Оптические микроскопы подразделяются на подвиды в зависимости от назначения: биологические, металлографические, поляризационные.
Электронные микроскопы. Электронные микроскопы позволяют добиться гораздо большего увеличения, чем оптические. Все дело в использовании пучка электронов вместо светового потока, благодаря чему электронный микроскоп обеспечивает увеличение до 200 000 раз. Что касается разрешающей способности, то она в 1000 раз превосходит разрешающую способность оптического светового микроскопа. В конструкцию электронного микроскопа входят специальные магнитные линзы, которые управляют движением электронов.
53. Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.
В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральные анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения.
54. Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Поляризатор – вещество (или устройство) служащее для преобразования естественного света в плоско поляризованный. Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны.
Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора. В данном случае равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е - одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е называется естественным.
Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора Е, то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоско поляризованным (линейно поляризованным).
В начале XIX века, когда Т. Юнг и О. Френель развивали волновую теорию света, природа световых волн была неизвестна. На первом этапе предполагалось, что свет представляет собой продольные волны, распространяющиеся в некоторой гипотетической среде – эфире. При изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, являются ли световые волны продольными или поперечными, имел второстепенное значение. В то время казалось невероятным, что свет – это поперечные волны, так как по аналогии с механическими волнами пришлось бы предполагать, что эфир – это твердое тело (поперечные механические волны не могут распространяться в газообразной или жидкой среде). Однако, постепенно накапливались экспериментальные факты, свидетельствующие в пользу поперечности световых волн. Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO3) раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного лучепреломления.
Поляризационные устройства. Для поляризации света на практике используются специальные поляризационные устройства. В состав поляризационных устройств, как правило, входят кристаллы с оптической анизотропией. В большинстве случаев для этого применяется исландский шпат, реже кварц, натронная селитра и слюда. Поляризационное устройство, изобретенное в 1828г. шотландским физиком Николем (1768-1851). Это устройство получило название в честь своего изобретателя и известно как призма Николя.
55. Геометрическая (лучевая) оптика представляет собой простой приближенный метод построения изображений в оптических системах. Из каждой точки S светящегося предмета проводят пучок лучей и отыскивают точку их пересечения S' после прохождения оптической системы. Из этой точки лучи расходятся дальше, как будто бы точка являлась самостоятельным источником света. Поэтому она называется изображением светящейся точки S. Совокупность изображений всех точек светящегося объекта представляет собой изображение этого объекта, полученное с помощью данной оптической системы.
При построении изображений в геометрической оптике исходят из следующих приближений:
1.Свет в однородной "среде распространяется прямолинейно (т. е. явлениями дифракции пренебрегают).
2.Отдельные лучи распространяются независимо друг от друга (т. е. интерференцией лучей пренебрегают).
3.При переходе луча из среды с показателем преломления п в среду с показателем преломления п' на границе раздела выполняется соотношение
ti sin i = п' sin т (7.1)
между углом падения i и углом преломления г. Отражение рассматривается как частный случай преломления обратно в первую среду и ход лучей определяется простой подстановкой в полученные из вакона преломления (7.1) соотношения п - п. Частичное отражение лучей при преломлении и частичное поглощение их при отражении не учитываются.
Оптическая система представляет собой совокупность отражающих - и преломляющих поверхностей, отделяющих друг от друга оптически однородные среды. Обычно эти поверхности бывают сферическими или плоскими (плоскость можно рассматривать как сферу бесконечного радиуса). Реже применяются более сложные, но имеющие ось симметрии поверхности (эллипсоид, гиперболоид, параболоид вращения и др.).
Оптическая система, образованная сферическими (в частности плоскими) поверхностями, называется центрированной, если центры всех поверхностей лежат на одной прямой. Эту прямую называют оптической осью системы.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА-раздел оптики, в к-ром рассматривается передача света и изображения по световодам и волноводам оптич. диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон. В. о. возникла в 50-х гг. 20 в.
В волоконно-оптич. деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность. Поэлементная передача изображения волоконной деталью: 1 - изображение, поданное на входной торец; 2 - светопроводящая жила; 3 - изолирующая прослойка; 4 - мозаичное изображение, переданное на выходной торец. элементов изображения, каждый из к-рых передаётся по своей световедущей жиле (рис.). В волоконных деталях обычно применяют стеклянное волокно, световедущая жила к-рого (сердцевина) окружена стеклом-оболочкой из др. стекла с меньшим показателем преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи, падающие под соответствующими углами, претерпевают полное внутр. отражение и распространяются по световедущей жиле. Несмотря на множество таких отражений, потери в световодах обусловлены гл. обр. поглощением света в массе стекла жилы. При изготовлении световодов из особо чистых материалов удаётся снизить ослабление светового сигнала до неск. десятков и даже единиц дБ/км. Диаметр световедущих жил в деталях разл. назначений лежит в области от нескольких мкм до нескольких мм. Распространение света по световодам, диаметр к-рых велик по сравнению с длиной волны, происходит по законам геометрической оптики; по более тонким волокнам (порядка длины волны) распространяются лишь отд. типы волн или их совокупности, что рассматривается в рамках волновой оптики.
Для передачи изображения в В. о. применяются жёсткие многожильные световоды и жгуты с регулярной укладкой волокон. Кач-во передачи изображения определяется диаметром световедущих жил, их общим числом и совершенством изготовления. Любые дефекты световодов портят изображение. Обычно разрешающая способность волоконных жгутов составляет 10-50 лин./мм, а в жёстких многожильных световодах и спечённых из них деталей - до 100 лин./мм.
Изображение на входной торец жгута проецируется с помощью объектива. Выходной торец рассматривается через окуляр. Для увеличения или уменьшения действит. изображения применяются фоконы - пучки волокон с плавно увеличивающимся или уменьшающимся диаметром.
Медицинский эндоскоп представляет собой прибор, который предназначен для визуальной диагностики и обследования внутренних органов человека. Прибор выполнен в виде трубки, которая снабжена оптической системой и осветительным аппаратом.В зависимости от используемой системы передачи изображения, медицинские эндоскопы подразделяют на эндоскопическое оборудование с линзовой оптикой – в таком случае наблюдательная оптическая система эндоскопа которых построена с использованием линз, эндоскопы с оптикой волоконного типа, представляющие собой гибкие эндоскопы, в оптической наблюдательной схеме которых, для передачи изображения, применены гибкие волоконные световоды.
Эндоскопы с линзовой оптикой необходимо отличать от приборов с волоконным световодом, в которых исследуемый объект освещается при помощи светового потока, передаваемого по волоконному световоду от непосредственного источника света, расположенного вне наблюдаемой области. И последний тип эндоскопического оборудования — это тубусные эндоскопы, самые простейшие эндоскопы, которые представляют собой небольшую полую трубку, снабженную лупой.
56. Сферическую аберрацию принято рассматривать для пучка лучей, выходящего из точки предмета, расположенной на оптической оси. Однако, сферическая аберрация имеет место и для других пучков лучей, выходящих из точек предмета, удаленных от оптической оси, но в таких случаях она рассматривается как составная часть аберраций всего наклонного пучка лучей. Причём, хотя эта аберрация и называется сферической, она характерна не только для сферических поверхностей.
Хромати́ческая аберра́ция — паразитная дисперсия света, проходящего через оптическую систему (фотографический объектив, бинокль, микроскоп, телескоп и т. д.). При этом белый свет разлагается на составляющие его цветные лучи, в результате чего изображения предмета в разных цветах не совпадают в пространстве изображений
Астигмати́зм (медицина) — дефект зрения, связанный с нарушением формы хрусталика, роговицы или глаза в результате чего человек теряет способность к чёткому видению. Оптическими линзами сферической формы дефект компенсируется не полностью. Если астигматизм не лечить, он может привести к косоглазию и резкому падению зрения. Без коррекции астигматизм может вызвать головные боли и резь в глазах. Поэтому очень важно регулярно посещать врача-офтальмолога.
линза цилиндрическая
асферическая Л., поверхности которой являются частями боковой поверхности цилиндра; ранее применялась для коррекции зрения при астигматизме
Микроско́п (от греч. μικρός — малый и σκοπεῖν — смотрю) — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом.
57. Теплово́е излуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Характеристики:
Энергетическая светимость тела - — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.
Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).
Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.
Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры
Зако́н смеще́ния Ви́на даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела.
λmax = b/T ≈ 0,002898 м·К × T −1 (K),
где T — температура, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью. Коэффициент b, называемый постоянной Вина, в системе СИ имеет значение 0,002898 м·К.
Для частоты света (в герцах) закон смещения Вина имеет вид:
где
α ≈ 2,821439… Гц/К — постоянная величина,
k — постоянная Больцмана,
h — постоянная Планка,
T — температура (в кельвинах).
Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры.
Закон Кирхгофа Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.
59. Рентгеновское излучение – это вид электромагнитных колебаний, возникающих при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода рентгеновской трубки. Так как рентгеновские лучи возникают при бомбардировке твердой поверхности потоком быстрых электронов, то для их получения необходимо устройство, которое бы обеспечивало получение свободных электронов, ускорение этих электронов, резкое торможение ускоренных электронов препятствием из твердого вещества.
Рентгеновские аппараты состоят из одного или нескольких рентгеновских излучателей (рентгеновских трубок); питающего устройства, обеспечивающего электрической энергией рентгеновский излучатель; устройства для преобразования рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект, в видимое изображение, доступное для наблюдения, анализа или фиксации (экран, рентгеновская кассета с рентгенографической пленкой, усилитель рентгеновского изображения, телевизионное видеоконтрольное устройство, видеомагнитофон, фотокамеры, кинокамеры и др.); штативных устройств, служащих для взаимной ориентации и перемещения излучателя, объекта исследования и приемника излучения: систем защиты и управления Р. а. Для формирования потока излучения применяют диафрагмы, тубусы, фильтры, отсеивающие растры, формирующие излучение в пространстве коллиматоры; автоматические рентгеноэкспонометры и стабилизаторы яркости.
60. Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м).
Применение рентгеновских лучей в медицине для диагностики и лечения основано на их способностях:
1) проникать через вещества, не пропускающие видимого света;
2) вызывать свечение некоторых химических веществ (флюоресценцию);
3) оказывать фотохимическое действие – разлагать галоидные соединения серебра (вызывать почернение серебра);
4) вызывать физиологические или патологические изменения (в зависимости от дозы) в облученных органах и тканях, т. е. оказывать биологическое действие, на котором основано их лечебное применение;
5) передавать энергию окружающей среде, вызывая ионизацию.
61.Рентгеновская компьютерная томография — томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.
был предложен в 1972 году Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормакомю
62. 1) временные изменения в составе крови после относительно небольшого избыточного облучения; 2) необратимые изменения в составе крови (гемолитическая анемия) после длительного избыточного облучения; 3) рост заболеваемости раком (включая лейкемию); 4) более быстрое старение и ранняя смерть; 5) возникновение катаракт.
63. РАДИОАКТИВНОСТЬ
самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.
Закон радиоактивного распада
Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада.
Акти́вность радиоакти́вного исто́чника — ожидаемое число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.
ЭЛЕКТРО́ННЫЙ ЗАХВА́Т, радиоактивный распад атомных ядер (бета-распад), при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K, L, M и т. д.), чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват (см. К-ЗАХВАТ)), и одновременно испускает нейтрино (см. НЕЙТРИНО). При этом ядро с атомным номером Z превращается в ядро с Z" = Z-1, но с тем же массовым числом.
Позитро́нный распа́д — тип бета-распада, также иногда называемый «бета-плюс-распад» (β+-распад), «эмиссия позитронов» или «позитронная эмиссия». В β+-распаде один из протонов ядра превращается посредством слабого взаимодействия в нейтрон, позитрон и электронное нейтрино.