Волоконная оптика и лазерное излучение в медицине

 

Для передачи больших световых потоков и сохранения гибкости светопроводящей системы отдельные волокна собираются в пучки (жгуты) – световоды.

 

В медицине световоды используют для решения двух задач: передачи световой энергии, главным образом для освещения холодным светом внутренних полостей, и передачи изображения. Для первого случая не имеет значения положение отдельных волокон в световоде, для второго существенно, чтобы расположение волокон на входе и выходе световода было одинаковым.

 

 

Терапевтические лазеры – небольшие настольные приборы, они воздействуют на организм человека электромагнитным излучением и оказывают комплексные эффект:

● снимают воспалительный процесс;

●  обезболивают;

● нормализуют кровообращение;

● оказывают общеукрепляющее и иммуностимулирующее действие.

 

Терапевтический лазер воздействует на клетки и ткани импульсом небольшой мощности – в среднем, 12 Вт. Продолжительность воздействия на каждую проблемную зону – 2-3 минуты. Во время процедуры лазерный импульс проникает в ткани на глубину до 13 см, стимулируя клеточный обмен веществ и кровообращение.

 

Терапевтические лазеры сегодня успешно применяются для профилактики и лечения следующих заболеваний:

● ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда,ревмокардит;

● гипертоническая болезнь;

● раны, ожоги, угревая сыпь, другие кожные патологии;

●  радикулит, остеохондроз;

● бронхит, пневмония, бронхиальная астма;

● тонзиллит, ринит, гайморит, аденоидит;

● стрессы, депрессии, головные боли.

 

Хирургический лазер – это высокомощный и высокоинтенсивный лазерный скальпель, предназначенный для рассечения, удаления, облучения, испарения, коагулирования тканей.

 

Такие приборы используются в операционных медицинских центрах и клиниках – в домашних условиях применять хирургический лазер, в отличие от терапевтического, не получится.

 

Мощность лазеров, используемых в общей хирургии, составляет 50-100 Вт, в микрохирургии – 10-20 Вт. Лазерные установки характеризуются высокой точностью – они отсекают только пораженные ткани, не затрагивая здоровые. Лазерный скальпель воздействует точечно – не только на внутренние органы, а и на отдельные клетки.

 

 Преимущества операционного лазера:

● абсолютная стерильность;

● бескровное рассечение тканей;

● отсутствие кровотечений во время операции;

● уничтожение инфекции и снижение риска гнойных осложнений;

 

 Лазерный поток рассекает ткани, не контактируя с сосудами и внутренними органами, четкая направленность луча минимизирует риск травматизации. Благодаря этому восстановительный период после операции переносится безболезненно и существенно сокращается по времени.

 

Хирургические лазеры активно используются при проведении операций на глазах, удалении бородавок и других доброкачественных кожных образований. С их помощью нейрохирурги делают точные разрезы и обеспечивают эндоскопический контроль при операциях на головном и спинном мозге. В стоматологии лазерные скальпели используют в хирургии десен, при проведении челюстно-лицевых операций.

Вопрос

Оптическая система глаза- состоит из светопроводящей (преломляющей) части, которая содержит роговицу, переднюю камеру, хрусталик и стекловидное тело, и световоспринимающей части, которая представлена сетчаткой глаза

Оптическая сила глаза- равна алгебраической сумме оптических сил роговицы (~ 40 дптр) и хрусталика (~ 20 дптр) около +60дптр (диоптрий).

Угол зрения - угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через узловую точку (оптический центр глаза)

.

                                                                                       Вопрос 8

К самым распространенным дефектам зрения относятся близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия), связанные с излишней или недостаточной выпуклостью хрусталика.

При близорукости (хрусталик излишне выпукл, т.е., избыточная оптическая сила глаза) положение заднего фокуса при ненапряженной кольцевой мышце оказывается перед сетчаткой.

Такой глаз не может четко видеть удаленные предметы. Для компенсации близорукости используют очки с рассеивающими линзами.

При дальнозоркости (хрусталик недостаточно выпукл, т.е., недостаточная оптическая сила глаза) положение заднего фокуса при ненапряженной кольцевой мышце оказывается за сетчаткой.

Дальнозоркий глаз может четко видеть удаленные предметы только при напряжении кольцевой мышцы (это быстро утомляет). Для компенсации дальнозоркости используют очки с собирающими линзами.

Астигматизм(в офтальмологии) – глаз не способен видеть взаимно перпендикулярные линии одинаково резко (человек видит искаженное изображение, в котором одни линии четкие, другие — размытые). Это обусловлено нарушением формы роговицы (реже – хрусталика). Астигматизм вызван преломлением лучей в различных сечениях неодинаково. Лучи проецируются на сетчатку не в одной, а в нескольких точках и получается нечеткое изображение. Для компенсации астигматизма используют «цилиндрические» линзы, асимметрия которых противоположна асимметрии глаза.

Гимнастика «Зоркость» академика Ю.А. Утехина

Для снижения близорукости

Суть методики заключается в том, что необходимо читать одним глазом. Один глаз нужно закрыть. Читать надо на максимально возможном расстоянии от глаз.

Каждые пять минут 2–3 раза приближайте книгу к глазу наполовину и продолжайте читать (это обеспечит своеобразный массаж хрусталика).

Длительность чтения одним глазом – от 15 до 30 минут. Затем открытый глаз нужно закрыть, а закрытый – открыть и продолжить читать. Затем снова поменять и т. д. Таким образом можно читать несколько часов подряд.

При выполнении гимнастики очки должны быть слабее обычных очков на 3 диоптрии для детей и 2,5 диоптрии для подростков и взрослых. Если ваша близорукость от 2,5 до 5 диоптрий, гимнастикой можно заниматься и вовсе без очков, главное – выдерживать максимальное расстояние до книги.

Если один глаз имеет бо? льшую степень близорукости, тогда его следует тренировать дольше и активнее (например, читая им 30 минут, а лучшим – 15).

Для снижения дальнозоркости

Тот же самый принцип, что и выше, но с одной поправкой: читать книгу необходимо на минимально возможном расстоянии от глаз.

Научная подоснова гимнастики: два открытых глаза не могут работать центрами сетчаток одновременно, так как это вызвало бы двоение. Поэтому один глаз неизбежно перестает работать центром сетчатки, что вызывает снижение общей остроты зрения. В некоторых случаях оба глаза не работают центрами сетчаток. Таким образом, если читать то одним, то другим глазом попеременно, то работающий глаз устанавливает свою сетчатку именно центром, так как второй глаз ему не мешает. Привыкание каждого глаза к такому режиму повышает остроту зрения.

Склеропластика (англ. Scleroplasty) — операция по укреплению склеры глазного яблока. Проводится с целью остановки прогрессирования близорукости, если последняя происходит вследствие изменения размеров глазного яблока. Показания для этой операции обычно возникают, когда близорукость увеличивается со скоростью больше 1 диоптрии в год. Зрение после склеропластики не улучшается, смысл операции — не допустить дальнейшего ухудшения зрения и стабилизировать близорукость.

Технически операция заключается во введении за заднюю стенку глаза через небольшие разрезы полосок специальной склеропластической ткани. Полоски спаиваются со склерой и укрепляют заднюю стенку глаза, предотвращая его дальнейший рост. Кроме того, улучшается кровоснабжение глазного яблока.

Операция практически не имеет противопоказаний, относительно проста в исполнении и не имеет серьёзных побочных эффектов. С подросткового возраста и старше склеропластика проводится под местной анестезией.Склеропластика может быть дополнена лазерной коррекцией зрения для устранения близорукости

Очки — оптический прибор для компенсирования недостатков оптической системы глаза (корригирующие очки) или для защиты глаз от различных воздействий (защитные очки).

Для исправления близорукости применяются очки с рассеивающими линзами (), которые уменьшают оптическую силу преломляющей системы глаза. Оптическая сила таких очков отрицательна (например, d = -2,5 дптр). Для исправления дальнозоркости применяются очки с собирающими линзами (), которые увеличивают оптическую силу преломляющей системы глаза.

Световые лучи, идущие в глаз, испытывают первое преломление, проходя через роговицу, далее в передней глазной камере, хрусталике, задней глазной камере. Преломлённые лучи собираются на сетчатке. Если изображение предмета получается не на сетчатке (перед ней или за ней), то человек видит предмет нечётким, размытым, без деталей. Контактные линзы, как и очки, корректируют близорукость, дальнозоркость, астигматизм. Контактные линзы имеют форму «чаши», изготавливаются из проницаемого для кислорода материала. Поверхность, контактирующая с роговицей, соответствует форме роговицы, передняя поверхность исправляет неправильную оптическую систему глаза, фокусирует изображение на сетчатке, не искажает форму предметов. Контактные линзы соприкасаются через слёзную плёнку с роговицей глаза и находятся с ним «в контакте». Глаза дальнозоркие исправляются контактными собирающими линзами, глаза близорукие — контактными рассеивающими линзами. Диапазон коррекции контактных линз достаточно широкий: от +20 до -20 диоптрий.

 

 

Вопрос 9

Поглощение света – это поглощение фотонов, то есть неупругое столкновение фотонов с частицами (атомами, электронами). Поглощаясь при столкновении с электроном, фотон передаѐт ему свою энергию. В результате электрон получает кинетическую энергию мгновенно, а не постепенно (этим объясняется безынерционность фотоэффекта: при освещении катода излучением сколь угодно слабой интенсивности (с частотой выше красной границы) фотоэффект начинается мгновенно – в момент включения освещения).

Основной закон светопоглощения — закон Бугера – Ламберта – Бера. При прохождении монохроматического светового потока через поглощающий раствор интенсивность прошедшего светового потока I отличается от интенсивности падающего светового потока Io на поглощение света раствором (рис.1). Отношение I/Io называют пропусканием (или прозрачностью) раствора и обозначают Т.

Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового числа, энергии кванта и т. п.) излучения. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Для различных веществ спектры поглощения различны.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 10

Рассеянием света -называют явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям.

Необходимое условие для возникновения рассеяния света — наличие оптических неоднородностей, т. е., в частности, областей с иным, чем основная среда, показателем преломления.

Рассеяние света возникает на оптических неоднородностях среды:

(явление Тинделя)

 

Закон Рэлея - интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны

Нефелометрия – это метод количественного анализа вещества, который базируется на измерении интенсивности светового потока, рассеянного взвешенными частицами мутной среды. Данный метод применяется не только в медицине, но и в геологии, минералогии.

· В медицинских целях нефелометрия применяется для проведения анализа воды, некоторых продуктов питания, форменных элементов крови, тканей глаза и др. Очень широко данный метод используется в фармацевтике – для анализа суспензий, эмульсий, экстрактов, растворов.

Для проведения анализа используют специальные приборы – нефелометры. Суть метода нефелометрии состоит в том, что с помощью прибора перпендикулярно световому потоку, который проходит через исследуемое вещество, наблюдают рассеивание света. При этом интенсивность пучка света, проходящего через исследуемую мутную среду, снижается за счет рассеивания и поглощения света взвешенными частицами. Иногда требуется удержать твердые частиц во взвешенном состоянии, это достигается при помощи различным веществ-стабилизаторов, самый простой из них – желатин

 

Вопрос 11

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными или криволинейной и плоской поверхностями.

Линза называется собирающей, если она преобразует параллельный пучок света в сходящийся (в середине такая линза толще, чем по краям). Если параллельный пучок света превращается в расходящийся, линза называется рассеивающей (в середине она тоньше, чем по краям)

Прямая, на которой лежат центры кривизны линзы, называется главной оптической осью (лучи, идущие вдоль этой оси, проходят через линзу, не преломляясь).

Точка F на главной оптической оси линзы, в которой собираются лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. У каждой линзы имеются два главных фокуса. Расстояние от оптического центра до фокуса называется фокусным расстоянием.

Единица измерения оптической силы – диоптрия. Одна диоптрия – это оптическая силы линзы, фокусное расстояние которой равно 1 метр:1 дптр =1/м

Светоси́ла — величина, характеризующая светопропускание оптической системы, то есть соотношение освещённости действительного изображения, даваемого ей в фокальной плоскости, и исходной яркости отображаемого объекта.

Оптическая система, образованная сферическими (в частности плоскими) отражающими и преломляющими поверхностями, называется центрированной, если центры кривизны всех поверхностей лежат на одной прямой.

 

 

Вопрос 12

 Фотоэффект — явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества. В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний (поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела) и внутренний (электроны, оставаясь в теле, изменяют в нём своё энергетическое состояние) фотоэффект. Фотоэффект в газах состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения.

Различают фотоэффект внешний, внутренний, вентильный и многофотонный фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению электродвижущей силы (ЭДС).

Вентильный фотоэффект является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Многофотонный фотоэффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.