- •Введение
- •Элементарные частицы атомы молекулы тела
- •Классификация медицинской электронной аппаратуры
- •Классификация медицинской электроники по функциональному назначению.
- •II. Классификация медицинской аппаратуры по принципу действия.
- •Действие электрического тока на организм.
- •От вида тока и частоты.
- •Обеспечение электробезопасности при работе с медицинской аппаратурой.
- •Классификация медицинской аппаратуры по способу дополнительной защиты от поражающего действия электрического тока.
- •Надежность медицинской аппаратуры
- •Механические колебания
- •Незатухающие колебания
- •Энергия колеблющейся точки
- •Затухающие колебания
- •Вынужденные колебания
- •Автоколебания
- •Сложение колебаний
- •I.Однонаправленные колебания.
- •2. Взаимноперпендикулярные колебания.
- •Сложное колебание. Гармонический спектр сложного колебания.
- •Механические волны.
- •Уравнение плоской механической волны.
- •Энергия волны. Поток энергии волны. Вектор Умова.
- •Эффект Доплера.
- •Акустика. Природа звука.
- •Физические характеристики звука.
- •Характеристики слухового ощущения (Физиологические характеристики).
- •Шкала уровней громкости.
- •Звуковые методы исследования в клинике.
- •Гидродинамика
- •Свойства жидкостей
- •Основные понятия гидродинамики
- •Уравнение неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли
- •Практические следствия из уравнения Бернулли.
- •Определение гидростатического давления
- •Правило Бернулли
- •4.Всасывающее действие струи – водоструйный насос.
- •Вязкость жидкости.
- •Ламинарное и турбулентное течение
- •Течение реальной жидкости по горизонтальной трубе постоянного сечения. Закон Гагена-Пуазейля.
- •Течение жидкости по горизонтальной трубе переменного сечения
- •Течение жидкости по разветвленной трубе
- •Течение жидкости по эластичной трубе
- •Биореология.
- •О т градиента скорости (скорости сдвига)
- •2) От гематокритного показателя (гематокрита) ,
- •3) От температуры
- •От диаметра сосуда, по которому течет кровь
- •Физические модели кровообращения.
- •Гидродинамическая
- •Электрическая модель.
- •Закономерности выброса и распространения крови в большом круге кровообращения.
- •Работа и мощность сердца.
- •Биологические мембраны
- •2.Физические свойства мембран.
- •Методы исследования мембран
- •4. Рентгеноструктурный анализ.
- •Диффузия в жидкостях. Закон Фика
- •Транспорт веществ через мембрану.
- •Пассивный транспорт веществ.
- •Перенос незаряженных частиц (атомов и молекул) через мембрану
- •Перенос заряженных частиц (ионов) через мембрану
- •Облегченная диффузия.
- •Активный транспорт.
- •Потенциал действия.
- •Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
- •Электромагнитные явления в биологических системах Природа биопотенциалов и способы их описания
- •Равенство Доннана.
- •Потенциал покоя
- •Потенциал действия.
- •Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
- •Биофизические принципы исследования Электрических полей в организме.
- •Электрический диполь
- •Напряженность электрического поля диполя.
- •Потенциал. Разность потенциалов.
- •Диполь в электрическом поле.
- •Токовый диполь. Эквивалентный электрический генератор.
- •Электрокардиография
- •Метод отведений Эйнтховена
- •Вектор-электрокардиография.
- •Незатухающие электромагнитные колебания.
- •Затухающие колебания
- •Вынужденные колебания.
- •Импульсные токи
- •Апериодический разряд конденсатора
- •Характеристики импульсных токов.
- •Генераторы импульсных токов.
- •Генератор на неоновой лампе
- •Блокинг-генератор
- •3. Мультивибратор
- •Изменение формы импульса.
- •Дифференцирующая цепь
- •Действие импульсного тока на ткани организма
- •Биологические основы реографии
- •Цпт, содержащая последовательно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Цпт, содержащая параллельно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Органы и ткани как элементы цптю
- •Электромагнитное поле. Электромагнитные волны Основные положения электромагнитной теории Максвелла.
- •Энергия электромагнитной волны
- •Физические процессы, происходящие в тканях организма под действием токов и электромагнитного поля
- •3. Переменное магнитное поле.
- •Поляризация света Природа света. Основные характеристики света
- •Поляризация света
- •Методы получения полностью поляризованного света
- •При отражении от неметаллического зеркала
- •При двойном лучепреломлении
- •3. Дихроизм.
- •Система поляризатор – анализатор
- •Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия
- •Поляризационный микроскоп
- •Тепловое излучение. Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения
- •Закон Кирхгофа
- •Законы излучения абсолютно черного тела
- •Формула Планка и её применение для уточнения законов теплового излучения абсолютно черного тела
- •Источники теплового излучения, применяемые для лечебных целей
- •Электронная оптика Волновые свойства частиц. Длина волны де Бройля
- •Электронный микроскоп
- •Люминесценция
- •Фотолюминесценция
- •Закон Стокса
- •Количественные оценки люминесценции
- •Применение люминесценции в медицине
- •Индуцированное излучение. Лазеры – оптические квантовые генераторы
- •Свойства лазерного излучения
- •Применение лазеров в медицине
- •Голография и возможности её применения в медицине
- •Рентгеновское излучение
- •Свойства рентгеновского излучения
- •Механизмы генерации рентгеновского излучения
- •Рентгеновская трубка
- •Зависимость энергии рентгеновского излучения от рабочих параметров рентгеновской трубки.
- •Действие рентгеновского излучения на вещество
- •Некогерентное рассеяние (эффект Комптона).
- •Применение рентгеновского излучения в медицине
- •Ионизирующее излучение
- •Строение атомного ядра
- •Энергия связи
- •Радиоактивность. Виды излучений
- •Основной закон радиоактивного распада
- •Радиоактивность в природе – естественная фоновая радиация
- •Дозиметрия ионизирующего излучения Проникающая и ионизирующая способности радиоактивного излучения
- •Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм
- •Характеристики ионизирующего излучения
- •Дозиметрическая аппаратура
- •Защита от ионизирующего излучения
- •Электронный парамгнитный резонанс
- •Ядерный магнитный резонанс
Количественные оценки люминесценции
Не все поглощенные фотоны вызывают вторичное свечение, часть их расходуется на другие внутримолекулярные процессы, например, на тепловой эффект. Поэтому вводят такие количественные оценки:
Квантовый выход
,
где - число испускаемых фотонов; - число поглощенных фотонов.
Энергетический выход
,
здесь - энергия вторичного люминесцентного излучения; - энергия поглощенного излучения.
Применение люминесценции в медицине
В медицинских и биологических исследованиях люминесценция играет существенную роль
По спектру люминесценции можно определить состав и природу вещества. Этот анализ называется люминесцентным анализом и исполняется на приборах, спектрофотометрами (источник – ртутная лампа, светофильтры, выделяющие только УФ – излучение, приемник – фотоэлемент).
По спектру люминесценции можно провести проверку качества продуктов, фармацевтических средств, растительных волокон, кожи и др., как и всякое органическое соединение, под действием УФ – излучения дают характерное люминесцентное излучение.
По характеру люминесцентного излучения можно судить о норме и паталогии многих тканей организма: ногтей, зубов, волос, хрусталика глаза, роговой оболочки. Это связано с тем, что они по-разному святятся под действием УФ- излучения.
Можно отделить злокачественную опухоль от доброкачественной, также имеющих различный характер свечения.
Люминесценция применяется для диагностики кожных заболеваний (грибок, лишаи) – они также дают характерное свечение.
В качестве оптических источников для люминесценции в медицине применяют ртутно-кварцевую лампу ( УФ - излучение в лампе дает смесь и нескольких капель ртути).
Индуцированное излучение. Лазеры – оптические квантовые генераторы
Тепловое излучение и люминесценция осуществляются посредством спонтанных переходов атомов и молекул с более высоких энергетических уровней на низкие уровни.
В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность вынужденных переходов, которые должны сопровождаться индуцированным излучением.
Под индуцированным излучением он понимал излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света. Замечательным свойством этого излучения является то, что световая волна индуцированного излучения не отличается от волны, падающей на атом ни частотой, ни фазой, ни поляризацией.
С квантовой точки зрения это означает, что из высшего энергетического состояния атом переходит в низшее, но не самопроизвольно, как при тепловом излучении и люминесценции, а вынужденно, под действием внешней световой волны. При этом если на атом, находящийся в высшем энергетическом состоянии , подействовать одним фотоном энергией , то при переходе атома в основное состояние получается уже два фотона: падающий и индуцированный.
Е сли же из состояния перевести атомы в энергетическое состояние и собрать там большое количество атомов, а затем одновременно перевести их снова в состояние (создать переход ), то можно получить мощное усиление падающего излучения.
Но в обычных условиях с увеличением энергии уровня заселенность, т.е. число атомов на этом уровне, уменьшается. Для того, чтобы получить усиление падающей волны, нужно обратить заселенность уровней, т.е. сделать так, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией . В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную заселенность. Энергетически наиболее выгодной схемой создания инверсной заселенности является трехуровневая система, содержащая метастабильный уровень – уровень, на котором время жизни
атома составляет до .
П ервый генератор оптического излучения – лазер был создан на розовом рубине, , в котором некоторые атомы замещены ионами (именно в таком виде хром находится в кристалле рубина).
При поглощении света ионы переходят из основного состояния в
возбужденное состояние (переход ). Обратный переход квантовомеханически запрещен, но безизлучательный переход разрешен. Он происходит из-за того, что возбужденные ионы отдают кристаллической решетке рубина часть своей кинетической энергии и переходят с уровня на метастабильный уровень без излучения. Как уже отмечалось, на этом уровне ионы могут находиться в течение . Создается инверсная заселенность.
Создание инверсной заселенности называется накачкой. В рубиновом лазере накачка осуществляется с помощью мощной импульсной ксеноновой лампы. При достаточной мощности накачки число ионов на метастабильном уровне становится больше, чем на невозбужденном уровне , т.е. происходит инверсия.
С метастабильного уровня некоторые ионы хрома могут спонтанно перейти в состояние , излучая фотоны света. Под действием этих фотонов происходит каскад вынужденных переходов соседних атомов на уровень , сопровождающихся индуцированным излучением (усиление света).
Кристалл рубина исполняется в виде цилиндра, торцы которого строго параллельны друг другу. Торцы покрыты слоем серебра, причем один из торцов прозрачен. Такие торцы образуют зеркальный резонатор. Каскад фотонов, которые получаются при переходе , многократно отражаются от торцов и на своем пути вызывают вынужденное излучение все большего числа возбужденных ионов . Через прозрачный торец выходит мощный кратковременный импульс красного цвета . Рубиновый лазер является импульсным генератором света.
С уществуют лазеры непрерывного действия. В лазерах этого типа рабочим веществом является газ.
Например, гелий – неоновый лазер. Рабочим телом в гелий – неоновом лазере является смесь благородных газов и , помещенная в стеклянный баллон.
Накачка производится с помощью высокочастотного электрического поля, вызывающего в газе тлеющий разряд. Легкие атомы гелия под действием электрического поля возбуждаются и переходят на уровень . В процессе неупругого соударения атомы передают энергию атомам , которые, возбуждаясь, накапливаются на двух метастабильных уровнях и , с которых они переходят на уровень с излучением света двух длин волн: и . Мощность - го лазера невелика.
В медицине применяются также полупроводниковые лазеры, в которых возбуждение происходит под действием электрического тока, газодинамические лазеры непрерывного действия.