36. Волоконная оптика ее использование в медицинских приборах. Эндоскоп с волоконной оптикой.

Волоконной оптикой называют раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по светопроводам.

Волоконная оптика основана на явлении полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна. Так как при полном отражении коэффициент отражения сравнительно высок (порядка 0,9999), то потери энергии в основном обусловлены поглощением света веществом внутри волокна.

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.

Примером влияния волоконной оптики на модернизацию существующих медицинских аппаратов является эндоскоп – специальный прибор для осмотра внутренних полостей (желудок, прямая кишка и др.). Он состоит из двух основных частей: источника света и смотровой части. Используя волоконную оптику, удалось, во-первых, свет от лампочки передавать внутрь органа по световоду, тем самым избегая нежелательного нагревания этого органа, которое неизбежно возникало при помещении источника света внутри полости в эндоскопах прежней конструкции; во-вторых, что самое главное, гибкость волоконно-оптических систем допускает осмотр большей части полостей, чем жёсткие эндоскопы.

С помощью световодов предполагается передача лазерного излучения во внутренние органы с целью лечебного воздействия на опухоли.

43. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом (когерентное рассеяние, фотоэффект, Комптон-эффект). Закон ослабления потока излучения. Физические основы рентгеноскопии, графии(флюрографиии), томографии, терапии.

Рентгеновская трубка представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор. Нагретый катод испускает электроны. Анод называемый часто антикатодом, имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить возникающее рентгеновское излучение под углом к оси трубки.

В результате торможения электрона (или иной заряженной частицы) электростатическим полем атомного ядра и атомарных электронов вещества антикатода возникает тормозное рентгеновское излучение.

С движущимся электрическим зарядом связно магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и в соответствии с теорией Максвелла появляется электромагнитная волна.

При торможении большого количества электронов образуется непрерывный спектр рентгеновского излучения. В связи с этим тормозное излучение называют также и сплошным.

Коротковолновое рентгеновское излучение обычно обладает большей проникающей способностью, чем длинноволновое, и называется жестким, а длинноволновое – мягким.

Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, изменяют спектральный состав излучения, и увеличивают жесткость.

Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, можно заметить на фоне сплошного спектра появление линейчатого, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению.

Он возникает вследствие того, что ускоренное электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободные места переходят электроны с верхних уровней, в результате высвечиваются фотоны характеристического излучения.

Закон Мозли:

где v – частота спектральной линии; Z – атомный номер испускающего элемента; A и B – постоянные.

Характеристический рентгеновский спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит. Особенность рентгеновского спектра атома послужила основанием и для названия характеристическое.

44. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность. Альфа-распад атомных ядер. Спектр альфа-излучения. Электронный и позитронный распад атомных ядер. Спектр бета-излучения. Гамма-излучение атомных ядер.

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.

В зависимости от соотношения энергии фотона энергии ионизации (энергия необходимая для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы) имеют место три главных процесса.

Когерентное (классическое) рассеяние. Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его называют когерентным. Оно возникает если энергия фотона меньше энергии ионизации : .

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона). Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны называют некогерентным, а само явление – эффектом Комптона. Он возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии ионизации: .

Фотоэффект. При фотоэффекте рентгеновское излечение поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, а атом ионизируется (фотоионизация).

Рентгеноскопия – изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография – изображение фиксируется на фотопленке.

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия).

Интересным и перспективным вариантом рентгенографии является метод, называемый рентгеновской томографией, и его «машинный вариант» - компьютерная томография.