Книги по разным темам
Pages: | 1 | ... | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ... | 29 | Рис 2.20 - Возможная конструкция эндоскопа На рисунке 2.21(а) показана полностью закупоренная бедренная артерия. После воздействия лазерного луча, подведённого через световод от исходной закупорки остаётся примерно 30 % (рисунок 2.21 (б)). Для расширения канала кровотока в артерию вводят катетер с надувным баллончиком (рисунок 2.21(в)). После проведенных манипуляций кровоток восстанавливается.
Рис 2.21 - Рентгеновские снимки бедренных артерий а- Артерия полностью заблокирована; б- Артерия после воздействия лазерного излучения (от исходной закупорки осталось только 30 %); в- Для расширения канала кровотока в артерию вводят катетер с надувным баллончиком, после чего нормальный кровоток восстанавливается.
Волоконные световоды также применяются для обнаружения и лечения небольших опухолей. На рисунке 2.22 (а) показана опухоль, закупорившая трахею. Больному вводят краситель, который опухолью поглощается быстрее, чем здоровой тканью. Через введённый в опухоль волоконный световод подводят лазерное излучение, воздействующее на краситель (рисунок 2.22 (б)). Через два дня (рисунок 2.22 (в)) опухоль после облучения омертвилась и теперь её можно удалить.
Рис 2.22 - Фотодинамическая терапия а- опухоль, закупорившая трахею; б- введённый в опухоль волоконный световод подводит лазерное излучение, воздействующее на краситель; в- опухоль после облучения омертвилась Описанный метод - метод фотодинамической терапии. Для осуществления этого метода применялся криптоновый лазер, генерирующий ультрафиолетовое излучение. Облучение опухоли проводилось через кварцевый световод. Краситель - производная гематопарфирина. Этот краситель сильно поглощает красный свет. Для выделения красного света на выходе жгута наблюдения помещается фильтр, пропускающий красный свет и отсекающий отражённое ультрафиолетовое излучение.
Если же поражённую ткань со введённым в неё красителем облучить лазерным излучением красного света большой интенсивности, то энергия поглощения вызывает серию фотохимических реакций, которые убивают злокачественные опухоли. Лазер на парах золота может излучать высокоинтенсивный красный свет. Присоединяя миниатюрные датчики к концам световодов, можно производить измерения физиологических параметров. Например, созданы датчики для измерения давления в артериях, мочевом пузыре, мочеиспускательном канале и в прямой кишке.
Датчик представляет собой прикреплённую к концу световода трубку, дальний конец которой герметизирован тонкой отражающей мембраной (рисунок 2.23). Работа датчика происходит следующим образом. Когда давление вне трубки больше, чем внутри (рисунок 2.23(а)), мембрана прогибается во внутрь, образуя выпуклое зеркало, отражающее в световод только часть света. Это означает, что давление высокое. Если же давление вне трубки ниже, чем внутри, то мембрана, изгибаясь наружу, образует вогнутое зеркало, которое в световод направляет больше света. В этом случае давление низкое.
Рис 2.23 - Волоконно-оптический датчик При помощи волоконно-оптических средств возможны: измерение скорости кровотока, определение содержания кислорода в крови, проведение прямого и быстрого биохимического и клинического анализов крови, а также решение других проблем физиологии человека.
азерная медицинская система 405-4А (Болгария) укомплектована световодами с соответствующими наконечниками (см. рисунок 2.24 (а)).
Рис 2.24 - Гибкие моноволоконные световоды к лазерной медицинской системе 405-4А а- световоды со специальными наконечниками; б- подвод световода к оперативному полю Световоды с фиксированным фокальным пятном серии 405-4А-100 дают возможность доводить лазерное излучение до оперативного поля и используются как лазерный скальпель (см. рисунок 2.24 (б)). Благодаря использованию моноволоконного световода лазерный скальпель (модуль) имеет малые габариты и отвечает требованиям хирургии по эргономичности. В модуль встроена линия для обдувания зоны операции буферным газом. Он комплектуется двумя типами объективов: длиннофокусными - для внешней обработки доброкачественных и злокачественных новообразований, короткофокусными - для точных разрезов с малой мощностью при обработке тонких стенок.
Технические характеристики световодов серии 405-4А-Коэффициент пропускания:
>95 % для рабочего луча (=1,мкм) для трассирующего луча >97 % (=0,63 мкм) Фокусное расстояние:
короткофокусный объектив 12,5 мм длиннофокусный объектив 18,8 мм Диаметр фокального пятна:
короткофокусный объектив 0,3 мм длиннофокусный объектив 1 мм Минимальный радиус сгиба 60 мм Рабочая длина (по заявке кли- От 2000 до ента) 4000 мм Гибкие моноволоконные световоды серии 405-4А-200 применяются в основном как коагулятор, совместимый с эндоскопическим оборудованием. Разработаны различные модификации для применения в урологии, гинекологии, нейрохирургии, для коагуляции в общей хирургии и др.
Основные технические характеристики световодов серии 405-4А-Диаметр кварцевого волокна 0,6 мм Коэффициент пропускания: >95 % Расходимость излучения по<сле выхода из световода Максимальное число защитных оболочек Минимальный радиус сгиба 60 мм Рабочая длина (по заказу От 1200 до клиента) 3000 мм К гибким моноволоконным световодам, в зависимости от конкретных нужд, могут присоединяться различные наконечники (см. рисунок 2.24 (а)), подлежащие стерилизации: сапфирные наконечники для обработки тромбозов в ангиопластике или специальные металлические наконечники для преобразования энергии лазерного излучения в тепловую.
Список использованных источников 1. Справочник по лазерам под редакцией А.М. Прохорова, Т. 2, М. УСоветское радиоФ,1978г., 400 с.
2. Справочник по лазерной технике. Под редакцией Ю.В. Байборадина, Л.З.
Криксунова, О.Н. Литвиненко, Киев УТехникаФ, 1978г., 288 с.
3. Основы волоконно-оптической связи. Перевод с английского. Под редакцией Е.М. Дианова, М. УСоветское радиоФ, 1980г., 230 с.
4. Лазеры в авиации. Под редакцией В.М. Сидорина, М. УВоениздатФ, 1982г., 160 с.
5. Н.Г. Басов, Ю.М. Попов УОптоэлектроникаФ. Международный ежегодник УНаука и человечествоФ, 1982г., 269Ч279 с.
6. Мартин Г. Дрексгейдж, Карнелиус Т. Мойнихэн УИнфракрасные волоконные световодыФ, Ж. УВ мире наукиФ №1, 1989г., 56Ч62 с.
7. Абрахам Картцир УВолоконные световоды в медицинеФ, Ж. УВ мире наукиФ №7, 1989г., 62Ч69 с.
8. А. Карасик, П. Мамышев УКомпрессор световых импульсовФ, Ж. УТехника молодёжиФ №1, 1986г., 21Ч23 с.
9. Ю.Б. Айзенберг, В.М. Пятигорский, Г.Б. Бухман УЩелевые световодыФ, Ж. УНаука в СССРФ №4, 1988г., 34Ч40 с.
10. А.М. Прохоров, Е.М. Дианов УВолоконная оптика: проблемы и перспективыФ, Ж. УНаука в СССРФ №3, 1987г., 22Ч31 и 81 с.
11. Проспект УЛазерная медицинская система 405-4АФ, Ф. УОптикаФ, Болгария 12. Физический энциклопедический словарь, М. УСоветская энциклопедияФ, 1983г., 928 с.
3 Звук. Ультразвук 3.1 Общие сведения Древнегреческий философ и ученый Аристотель нашел правильное объяснение физической сущности звука. Он говорил: УЗвук получается когда действуют на воздух, и дело не в том, что производится отпечаток (как думают некоторые), а в том, что вызывается соответствующее движение. Воздух сжимается и расширяется и опять сжимается и так далее ударяемый импульсами колеблющейся струны. Когда воздух движется и ударяет соседний воздух, тот перемещается вперед с импульсом; следующая часть поступает таким же образом; звук распространяется настолько далеко, насколько движение имеет место.Ф Современное физическое определение звука: УКолебательное движение частиц упругой среды, распространяющейся в виде волн в газообразной, жидкой или твердых средахФ. В безвоздушном пространстве подобные волны не возникают.
Иначе говоря, звук - это колебания плотности среды (газа, жидкости или твердого тела), распространение которого происходит за счет периодического сжатия и расширения среды, передаваемого от слоя к слою. При этом сами частицы среды не перемещаются, они только колеблются, попеременно смещаясь в одну и другую стороны на очень небольшие расстояния. Таким образом, звук - волновой процесс, распространяющийся в газообразных, жидких и твердых средах, и, осуществляющий перенос энергии без переноса вещества.
Звуковые волны относятся к упругим волнам, при распространении которых в среде возникают механические деформации сжатия, переносимые ею из одной точки тела в другую. При этом перенос энергии упругой деформации происходит без потока вещества (кроме особых случаев, например акустический ветер).
Звуковые волны являются продольными механическими волнами, представляющими собой колебательный процесс в упругих средах, которые состоят из большого числа связанных друг с другом частиц. Если в какойлибо упругой среде возбуждается колебание одной из частиц, то она становится центром распространяющейся волны. Источниками звуковых волн могут быть любые явления, вызывающие возмущения упругой среды. Искусственно созданные источники звука - это мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов, органные трубы, пьезоэлектрические пластины и т.д. Они распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний (волн) давления.
Понятие звук употребляется также в узком смысле, как определение субъективного ощущения, вызванного действием звуковых волн на органы слуха человека и животных. Обычно колебания среды называют звуковыми. Однако не все звуковые колебания мы слышим Звуки делятся на слышимые и неслышимые. Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне от 16-20 Гц до 20 к Гц. Собаки слышат более высокие звуки до 40 к Гц. Дети слышат более высокие звуки, чем пожилые люди.
Границы между слышимыми и неслышимыми звуками не строго определены и в какой-то мере условны. Неслышимые звуки ниже 16-20 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 к Гц - ультразвуком, а от 109 Гц до 1012 - Гц - гиперзвуком (рисунок 3.1).
Рис 3.1 - Шкала распределения звуковых частот Снизу область инфракрасных частот практически не ограничена. В природе встречаются инфразвуковые волны с частотой в сотые и тысячные доли Гц. Частотный режим гиперзвуковых волн имеет сверху принципиальное ограничение, обусловленное атомным и молекулярным строением сред: в газах длина упругой волны должна быть больше длины свободного пробега молекул, а в жидкостях и твердых телах - больше удвоенного межмолекулярного или межатомного расстояния. Исходя из этого положения верхняя граница гиперзвука принята: в газах - 10 Гц, а жидкостях и твердых телах - 1012 Ц10 13 Гц.
С физической точки зрения разно частотные колебательные процессы ничем специфическим не отличаются друг от друга. Поэтому в физике под словами Узвуковые колебанияФ подразумевают упругие колебания, которые распространяются в виде волнового процесса в газах, жидкостях и твердых телах. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции.
3.2 Распространение звука Распространение звуковых волн, как и всех видов волн, хорошо объясняется принципом Гюйгенса: УКаждая точка среды, вовлеченная в волновое движение, становится источником новой волны, называемой элементарной волнойФ. В результате сложения множества элементарных волн образуется волновой фронт, который представляет собой геометрическое место всех частиц, колеблющихся с одинаковой фазой (рисунок 3.2).
Рис 3.2 - Схема поясняющая принцип Гюйгенса Восстановим в памяти, что упругие поперечные волны могут распространяться только в твердых телах, а продольные волны - и в твердых телах, и в жидкостях, и в газах. Дело в том, что в поперечной волне происходит сдвиг слоев друг относительно друга, а упругие силы при сдвиге могут возникнуть только в твердых телах.
В жидкостях и газах упругие силы при сдвиге слоев не возникают в виду их свободного скольжения друг по другу. Поэтому в них возможны лишь продольные волны в которых участки тела меняют свой объем за счет их периодического сжатия и растяжения. А упругие силы, возникающие при изменении объема, равно свойственны как жидкостям и газам, так и твердым телам. Поэтому продольные волны возможны во всех упомянутых средах.
Таким образом, различие между передачей звука через жидкие и газовые среды, с одной стороны, и через твердые тела - с другой состоит в том, что в твердых телах наряду с продольными волнами могут возникнуть и поперечные. Рассмотрим некоторые явления, возникающие при распространении звуковых волн. Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука.
3.2.1 Скорость звука Рассмотрим скорость перемещения звуковой волны в упругой среде, когда форма ее профиля остается неизменной. В волновом поле различают колебательную скорость каждой его точки и скорость распространения колебаний от точки к точке. Колебательной скоростью или скоростью частиц называют скорость колебательного движения частиц среды. Точки волнового поля остаются на своих местах, от одной точки к другой переходит каждая фаза колебаний. Поэтому скорость распространения волн называют фазовой скоростью. В общем случае скорость распространения волны определяется по формуле:
= =, где: Т - период колебаний, с;
- длина волны, м;
- частота колебаний, Гц.
Фазовая скорость распространения волн в упругой среде определяется физическими свойствами и их состоянием среды. Так скорость продольной волны в твердом теле п =, где: - плотность тела, кг/ м - модуль упругости или модуль Юнга Поперечная же волна в твердом теле распространяется со скоростью равной G поп =, где: G - модуль сдвига Так как E Скорость распространения звука, например, в сталях зависит как от температуры, так и от их качественного состава. Так с повышением количества углерода в структуре сталей, позволяющего увеличить их твердость, скорость распространения звуковой волны возрастает. Скорость звука в металлах и сплавах также зависит и от их обработки (ковка, отжиг, прокат и т.д.) В жидкостях и газах изменение температуры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выровняться за период колебания. Поэтому считается, что в жидкостях и газах звук распространяется адиабатически. Скорость звука для продольной волны в жидкостях выражается: Книги по разным темам