Медицинские приборы, функционирующие на принципах геометрической оптики.

План лекции 1. Основные законы геометрической оптики. 2. Законы отражения и преломления света. 3. Полное внутреннее отражение. 4. Линзы и их характеристики. 5. Интерференция волн. 6. опыт Юнга. 7. опыт Ньютона. 8. Явление дифракции. 9. Принцип Гюйгенса-Френеля. 10. Дифракционная решетка. 11. Глаз, как оптическая система

1 В начале сотворил Бог небо и землю. 2 Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водою. 3 И сказал Бог: "Да будет свет" И стал свет. 4 И увидел Бог свет, что он хорош, - и Бог свет от тьмы. 5 И назвал Бог свет "День", а тьму "Ночь". И был вечер, и было утро - день первый.

Раздел оптика Оптика изучает природу света, световые явления и законы, установленные для них и взаимодействие света веществом. Глаз воспринимает свет с длиной волны от 380 до 760 нм.

Шкала электромагнитных волн

В геометрической оптике свет рассматривается как совокупность световых лучей - линий, вдоль которых распространяется энергия электромагнитных волн. Общий критерий применения законов геометрической оптики:, где D - линейный размер препятствия, L - расстояние от препятствия до экрана, - длина волны. Критерий применение законов геометрической оптики

Законы отражения света. В однородной среде свет распространяется прямолинейно. углом падения называется угол, образованный падающим лучом с перпендикуляром, поставленной к поверхности в точке падения луча. Угол отражения - угол образован отраженным лучом с тем же перпендикуляром. На рис. 1 - угол падения, - угол отражения.

12

Отражение света поверхностью воды

Отражение света полированными поверхностями

Свет отражается по следующим законам: 1. Падающий и отраженный лучи вместе с перпендикуляром в точке падения лежат в одной плоскости. 2. Угол падения равен углу отражения.

Ход лучей на границе раздела двух сред

Явление рефракции При прохождении света из одной среды в другую имеет место явление рефракции - изменение направления распространения света. На границе двух сред с разной оптической плотностью изменяется скорость света. Это свойство веществ характеризуется показателем преломления n.

Абсолютный показатель преломления Абсолютный показатель преломления определяется отношением скорости света в вакууме к скорости света в данном веществе. n=c/v

1 Закон преломления света 1. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, поставленной с точки падения луча к границе раздела двух сред.

Закон преломления света Отношение синуса угла падения ( ) к синусу угла преломления ( ) является величиной постоянной и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой

Полное внутреннее отражение света на границе вода- воздух; S – точечный источник света.

Предельный угол полного внутреннего отражения Наименьший угол падения, при котором наступает полное внутреннее отражение, называют предельным углом полного внутреннего отражения.

Распространение света в волоконном световоде

эндоскоп

Рефрактометр Используя зависимость показателя преломления от концентрации с помощью рефрактометра определяют концентрацию растворов. В медицине с помощью этого метода определяют концентрацию белка в сыворотке крови, а также используют для анализа желудочного сока, мочи и других биологических жидкостей.

Строение рефрактометра

Оптическая схема рефрактометра 1 - источник белого света, 2 - линза, 3 - осветительная призма, 4 - мерная призма, 5 - дисперсионный компенсатор, 6 - объектив, 7 - возвращающая призма, 8 - стеклянная пластина, 9 - шкала

ЛИНЗЫ Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой. Линзы входят в состав практически всех оптических приборов. Линзы бывают сборными и рассеивающей.

СБОРНЫЕ (А) И рассеивающие (Б) линзы

Оптическая ось линзы Точка которая находится посередине линзы, называется оптическим центром линзы. Прямая, проходящая через геометрические центры сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы, а всякая другая прямая, проходящая через оптический центр называется побочным оптической осью.

ФОКУС ЛИНЗЫ Главным фокусом линзы называется точка, в которой пересекаются после преломления в линзе лучи, падающие на нее параллельным пучком в главной оптической оси. Расстояние от оптического центра до фокуса называется фокусным расстоянием (F). Для собирающей линзы F> 0, для рассеивающей F

Формула линзы

Построение изображения в сборной линзе

Построение изображения в рассеивающей линзе

Оптическая сила линзы

Оптическая сила глаза Оптическая сила глаза около дтп. При максимальной аккомодации глаза радиус его передней поверхности, глаза уменьшается от 10 до 5,5 мм, задней с 6 до 5,5 мм. Оптическая сила глаза увеличивается при этом до дтп.

Оптическая сила линзы

Основное свойство линз Это способность давать изображения предметов. Изображение бывают прямыми и перевернутыми, действительными и мнимыми, увеличенными и уменьшенными. Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен.

Преломление параллельного пучка лучей в уборочной (a) и рассеивающей (b) линзах.

Границы применимости геометрической оптики Законы геометрической оптики выполняются достаточно точно только в том случае, если размеры препятствий распространении света намного больше от длины световой волны.

Оптическая система микроскопа

Cтроение микроскопа

Разрешение расстояние микроскопа Разрешение характеризуется разрешением расстоянием z под которой понимают наименьшее расстояние между двумя точками предмета, при котором их изображение видно раздельно. Где - длина волны света, которым освещается препарат, n - показатель преломления среды между препаратом и объективом микроскопа, -апертурный угол объектива микроскопа - угол между оптической осью объектива и лучом, проведенный из центра рассматриваемого предмета до края отверстия объектива.

Определение разрешающей расстояния микроскопа

Глаз, как оптическая система 1 - склера, 2 - роговица 3 - радужная оболочка, 4 - эластичное линзовидные тело, 5 - мышца, 6 - сетчатая оболочка, 7 - зрительный нерв.

Изображение, выходит на сетчатке глаза, - действительное, перевернутое, уменьшенное

У человека с нормальным зрением фокус оптической системы глаза находится на сетчатке

Исправление близорукости и дальнозоркости

Эндоскопия 1 История эндоскопии 2 Использование методов эндоскопии в медицине 3 Виды эндоскопии 4 Эндоскопическая хирургия литература

Гибкий эндоскоп

Гастрофиброскоп

Бронхофиброскоп

Дуоденофиброскоп

1. История эндоскопии В своем развитии эндоскопия прошла через несколько стадий, характеризовались совершенствованием оптических приборов и появлением новых методов диагностики и лечения. До определенного времени осмотр внутренних органов без хирургического вмешательства был невозможен.

Первые попытки применения эндоскопии были сделаны уже в конце XVIII века, но это были опасные и невыполнимые попытки. Только в 1806 Филипп Боззини (Ph.Bozzini), считающийся в настоящее время изобретателем эндоскопа, сконструировал аппарат для исследования прямой кишки и полости матки. Аппарат был жесткую трубку с системой линз и зеркал, а источником света была свеча.

В дальнейшем свечу в эндоскопии изменила спиртовая лампа, а вместо жесткой трубки вводился гибкий проводник. Однако, главными осложнениями обследования оставались ожоги, от которых медики частично избавились только с изобретением миниатюрных электроламп, которые укреплялась на конце вводится в полость аппарата. В закрытые полости, не имеющие естественной связи с внешней средой, аппарат вводился через создаваемое отверстие ( прокол в стенке живота или грудной клетки). Тем не менее, до появления волоконно - оптических систем эндоскопическая диагностика не получила широкого применения.

Возможности эндоскопии существенно расширились с второй половины XX века с появлением стеклянных волоконных световодов и на их основе - приборов волоконной оптики. Учитывая стали доступны почти все органы, увеличилась освещенность исследуемых органов, появились условия для фотографирования и киносъемки (Эндофотография и эндокинематография), появилась возможность записи на видеомагнитофон черно-белого или цветного изображения (используются модификации стандартных фото-и кинокамер).

Документирование результатов эндоскопического исследования помогает объективно изучать динамику патологических процессов, происходящих в любом органе.

2. Использование методов эндоскопии в медицине В настоящее время эндоскопические методы исследования используются как для диагностики, так и для лечения различных заболеваний. Современная эндоскопия играет особую роль в распознавании ранних стадий многих заболеваний, особенно - онкологических заболеваний (рак) различных органов (желудок, мочевой пузырь, легкие). Чаще эндоскопию сочетают с прицельной (под контролем зрения) биопсией, лечебными мероприятиями (введение лекарств), зондированием.

3. Виды эндоскопии Бронхоскопия - обзор бронхов Гастроскопия - обзор желудка Гистероскопия - осмотр полости матки Колоноскопия - слизистой оболочки толстой кишки Кольпоскопия - входа во влагалище и влагалищных стенок Лапароскопия - брюшной полости Отоскопия - наружного слухового прохода и барабанной перепонки Ректороманоскопия - прямой кишки и дистального отдела сигмовидной кишки Уретероскопия - мочеточника

Холангиоскопия - желчных протоков Цистоскопия - мочевого пузыря Эзофагогастродуоденоскопия - обзор пищевода, полости желудка и двенадцатиперстной кишки Фистулоскопия - исследование внутренних и наружных свищей Торакоскопия - грудной полости Кардиоскоп - полостей (камер) сердца Ангиоскопия - сосудов Артроскопия - суставов Вентрикулоскопия - желудочков мозга

4. Эндоскопическая хирургия Прогресс в развитии эндоскопической аппаратуры и создание микроскопического инструментария привел к появлению нового вида оперативной техники - эндоскопической хирургии. В полые органы или в брюшную полость во время такой операции через эндоскоп и гибкие фиброаппараты вводятся специальные инструменты-манипуляторы, управляемые хирургом, наблюдающим за своей работой на мониторе.

Эндоскопическая хирургия сейчас позволяет избежать больших полостных операций при болезнях желчного пузыря, аппендиците, удалении лимфоузлов, опухолей, при устранении склеротической патологии в сосудах, при шунтировании в случае ишемической болезни сердца при удалении грыж межпозвонковых дисков. Сейчас это наиболее щадящая, малотравматична, бескровная хирургия, дающая минимальный процент осложнений в послеоперационный период. Возможно, эндоскопическая хирургия станет одним из основных хирургических принципов в недалеком будущем.

Эндоскопическая диагностика Эндоскопическая диагностика Инструментальная диагностика (УЗИ) Компьютерная томография (КТ) Магнитно-резонансная томография (МРТ) Рентгенологические исследования Функциональная диагностика (ЭКГ, допплерография)

Эндоскопические исследования - это обзор внутри органов, имеющих хотя бы минимальное пространство - полость. К таким органам относятся пищевод, желудок и кишечник, желчный пузырь, бронхи. Есть брюшная полость, полость плевры, полость суставов. Современные технические средства дают возможность осмотреть все эти полости и дать характеристику тем тканям, которые видны при осмотре.

Для эндоскопических исследований используются два вида приборов - « жесткие» и « гибкие ». Первые представляют собой металлические трубки небольшой длины и разного диаметра, на одном конце которых находится осветительная лампочка или внутренний волоконный осветитель, на другом окуляр позволяет увеличивать изображение. Жесткие эндоскопы короткие, потому что вводить их можно на короткие расстояния, чтобы не искажалось изображение. С помощью « жестких » приборов исследуются прямая кишка, мочевой пузырь, брюшная полость. Настоящую революцию в медицине принесли « гибкие » эндоскопы. В них изображение передается по пучку специальных оптических волокон. Каждое волоконце в пучке дает изображение одной точки слизистой органа, а пучок волокон - изображение целого участка. При этом изображение остается четким при изгибе волокон и передается на большую длину. Применение гибких эндоскопов позволило исследовать практически весь желудочно - кишечный тракт - пищевод, желудок, тонкую и толстую кишку, а также бронхи, суставы.

Цели исследования: С помощью эндоскопических методов исследования можно распознавать опухолевые и воспалительные заболевания желудка, кишечника, печени и желчных путей, бронхов, суставов, мочевого пузыря. В ходе исследования является возможность проведения биопсии подозрительных на опухоль участков слизистых органов. При эндоскопического исследования можно проводить операционные вмешательства. Все чаще методы эндоскопического исследования используются при проведении профилактических осмотров, поскольку позволяют выявлять ранние признаки заболеваний. Эти методы позволяют также контролировать эффективность лечения заболеваний.

Как выполняется исследование?

Общим принципом выполнения эндоскопических исследований является введение аппарата для эндоскопии через естественные отверстия организма. При исследовании пищевода, желудка, тонкой кишки эндоскоп вводится через рот. При бронхоскопии аппарат вводится через рот и далее в дыхательные пути. Прямая и толстая кишка исследуется путем введения эндоскопов через задний проход. Исключение составляют лапароскопия, артроскопия - исследование брюшной полости и суставов - здесь путем прокола создаются искусственные отверстия для ввода аппаратов. Естественно, что данные процедуры создают субъективные неудобства для больных и требуют применения тех или иных манипуляций для обезболивания, чаще всего это не очень обременительно для больных. После введения эндоскопов они продвигаются в направлении исследуемого органа, участке органа. Осматривается полость и слизистые оболочки, в большинстве случаев можно сделать фотографические снимки тех участков, которые « заинтересовали » врача. С прогрессом техники появилась возможность записать весь процесс исследования на видеопленку. В ходе исследования, особенно при подозрении на опухолевый процесс проводится биопсия (взятие маленького кусочка ткани на исследование ).

Основные виды эндоскопических исследований: Аноскопия Бронхоскопия Видеоколоноскопия Видеофиброгастроскопия Гастродуоденоскопия Гастроскопия Колоноскопия Кольпоскопия Лапароскопия Ректороманоскопия фибробронхоскопия Фиброгастродуоденоскопия (ФГДС) Фиброколоноскопии

Фиброректосигмоскопия фотокольпоскопия Цистоскопия эзофагоскопия Эндоскопическая внутрижелудочной ph- метрия Эндоскопическая ретроградная холангиопанкреатография (ЭРХПГ) Стерилизация инструментов в эндоскопии. Обработка инструментов в операционной

Для дальнейшего хранения эндоскопов и инструментов необходимо после операции провести их очистку, дезинфекцию, предстерилизационную подготовку и стерилизацию. В таком виде они хранятся и транспортируются (при необходимости) в специальном контейнере для предотвращения повреждений. Срок хранения стерильных эндоскопов составляет не более 3 суток. Особенности обработки кабелей, Шнуров, различных дополнительных эндоскопических приборов и инструментов более подробно описывается в инструкции по их эксплуатации.

Очищение Чтобы избежать присихання крови с эндоскопов и инструментов немедленно удаляют загрязнения с внешней поверхности салфетками, из рабочих каналов - с помощью специальных ершиков, щеток, губок, их промывают водой, продувают воздухом. Эндоскопы проходят этот этап в разобранном состоянии. Дезинфекция должна проводиться в соответствии с эксплуатационными документами (паспорт, описание, инструкция по эксплуатации). Обычно используют жидкие дезинфицирующие средства. Можно применять 0,5% раствор водно спиртового хлоргексидина биглюконат, 70% спиртовой раствор, препарат «Cidex» в концентрации 25%. Специально для обработки эндоскопов разработаны дезинфицирующие растворы, например «Alydex», «Gigasept», «Korsolin». Хлорсодержащие препараты вызывают коррозию, поэтому их применение ограничивают. Время дезинфекции определяется видом дезраствора. После окончания процедуры инструменты вынимают и готовят к стерилизации.

Предстерилизационной подготовка. Сначала инструменты замачивают на 15 мин. в моющем растворе, содержащем 3% перекись водорода + моющее средство (например, «Лотос») + олеат натрия при температуре раствора 50 С. Затем их последовательно ополаскивают в проточной и дистиллированной воде, сушат.

Стерилизация. Существует множество методов стерилизации эндоскопов и эндоскопических инструментов: химическими реагентами, газовыми смесями, термической обработкой. Разработаны методики в равной степени эффективны и рекомендованы для использования в клинике. При выборе метода стерилизации нужно останавливаться в самом щадящем из них - для большей продолжительности эксплуатации инструмента.

Химическая стерилизация виду замачивания инструментария в различных растворах : 25 % « Cidex », 10 % « Korsolin », глютаровый альдегид и др. После необходимой экспозиции приборы вынимают и очищают от стерилизующего раствора. Так обычно стерилизуют гибкие эндоскопы и приборы, имеющие различные оптические и оптико - волоконные системы, которые не выдерживают высоких температур. При газовой стерилизации используют пары формальдегида в этиловом спирте в дозе 150 мг/дм 3 при температуре 422 и 80 % влажности. Инструменты упаковывают и герметизируют с помощью лейкопластыря (можно использовать вощеную бумагу, полиэтиленовую пленку и т.д.) и укладывают в портативный аппарат для стерилизации ( объемом 70 дм 3 ), плотно закрывают. Аппарат должен иметь штуцер для подачи стерилизующего агента. Для создания необходимой влажности на дно аппарата наливают 50 см 3 воды. Время стерилизации 3:00.

Термической стерилизации подвергаются инструменты, которые выдерживают высокие температуры. Они имеют специальную надтпись Autoclav. Чаще всего используют два основных метода: паровой: Стерилизация водяным насыщенным паром при температуре 132 С, под давлением 02 МПа в течение 20 мин.; воздушный: Сухим горячим воздухом при температуре 180 ° в течение 60 мин.

Литература 1. Марценюк В.П., Дидух В.Д., Ладыка Р.Б., Баранюк И.О., Сверстюк А.С., Сорока И.С. Учебник "Медицинская биофизика и медицинская аппаратура" Тернополь: Укрмедкнига, с. 2. Медицинская и биологическая физика / Под ред. О.В.Чалого, второе издание - М.: Книга-плюс, Медицинская и биологическая физика / Под ред. О.В.Чалого. т.1 - М.: Випол, 1999; т.2 - М.: Випол, 2001.