Специальные приемы оптической микроскопии

111.

107.

105.

104.

103.

Принцип работы мед. приборов, регистр. биопо-тенциалы.

Датчики параметров сердечно - сосуд. системы.

Для оценки деятельности сердечно-сосуд. системы используются такие хар-ки: частота сокращений серд. мышцы, давление, тоны, шумы сердца, импенданс тканей и др. Для регистрации частоты периодического пульса используются пьезо-электрические преобразователи, использ. пьезо-эффект. Пьезоэффект состоит в возникновении эл. зарядов разных знаков на противопол. по-верхностях некоторых кристал. тел при их механ. деформациях (растяжении, изгибе). Датчики, работающие на основе пьезоэл. эффекта→актив. биоуправляемые датчики. Для исследования токов и шумов сердца и записи фонокардио-грамм→электродинамические и пьезоэлектричес-кие микрофоны. Принцип работы: акустические колебания возд-ют на эластичную мембрану, кот. крепится к корпусу микрофона на жестком основании - цилиндре, крепятся витки провода катушки. Под д-вием звук. волн катушка дви-жется в сил. магнит. поле, обр-ным коль-цевым магнит. сердечником. В результате такого движения в катушке индуцируется ЭДС звук. час-тоты. Для измерения абсолют. давления широко исп-ся емкостные и индуктив. датчики. Индуктив. датчик содержит: 1. Кольцо; 2. Внутри в эластичной основе расположена катушка индук-тивности; 3.на одной пов-сть кольца → отверстие, в кот. помещается сердечник.

 

99. . Аналоговые регистрирующие устройства. Устройство отображения →предо-ставляет врем. информ.(амперметр,вольтметр). Стрелочный амперм.→ сила тока в данный момент, но не фиксируется. Регистрирующие приборы → фикси-руют информ. на носителе. Они делятся на: аналоговые (самописцы), дискретные, комбини-рованные. Самописцы→ кимограф или электроки-мограф. Идея кимографа→равномерное вращение или перемещение поверхности носителя. Самописцы преобразуют эл. сигнал в механ. перемещение. Физически они гальванометры→ высокочувствит. электроизмер. приборы. В этих приборах ток взаимод. с магн. полем постоян. магнита→магнит отклоняется пропорц. силе тока. С магнитом соедин. пишущий элемент, остав-щий след на носителе записи. Могут возникать погрешности. Причины: неточность работы мех-ма перемещения бумаги, изм-ние р-ров бумаги, неточность отметки времени.

 

 

Биоэл. пот-лы → существенные диаг-ност. показатели многих заболеваний. Очень важ-но:1.правильно регистрировать потенциалы; 2. уметь извлекать необходимую мед.информ. Схема: эл. сигнал→ электроды→усилитель→регистрир. устройство. В пра-ктике биопотенц. отводят по-верхностными накожными электродами, запись осуществ. аналоговыми регистрир.устройствами. В приборах обычно используют усилители постоян. тока (т.к. биопотенц. медленно изменяются со временем). Биопотенц., применяемые в электро-кардиографии, имеют величины ≈ нескольких милливольт, в электроэнцефалографии – микро-вольт, поэтому необходимо их усиление для ре-гистрации. При снятии и регистрации биопотенц. используют и вспомогательные устройства (отметчики времени, которые определяют масштаб оси t). В тех случаях, если лентопротяжный меха-низм обеспечивает строгое постоянство скорости перемещения носителя, необходимости в отметчике времени нет.

 

101. Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные искаже­ния и их предупреждение.

Ампл-ые иска-жения и их предупреждение. Рассмотрим усиление гармон. сигнала. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэф-ент усиления должен быть равным для разных напряжений в пределах изм-ния вход. с-ла. В этом случае U_{вых m} =(U _{вх m}), называемая амплитуд. хар-кой усилителя, им. линейный вид U _{вых m} = k U _{вх m.} На самом деле линей. зав-ть вып-ся в огранич. области изм-ния вход. напряжения, при выходе за пределы этой области линейность нарушается (штрих. линия).

Если вход.гармон. сигнал выйдет за пределы линейной части амплитуд. хар-ки, то выход. сигнал не будет гармон.(возникнут амплит. искажения).При нелинейной хар- ке выход. сигнал периодический, но не синусоидальный→ проис-ходит искажение сигнала при усилении. Период. сигнал может быть представлен суммой гармоник. Чем больше гармоник, чем выше их амплитуда, тем силене линейные искажения.

Проблема	решение
Биопотенц.(бп) малые по амплит. эл. сигнала	Использован. много-каскадного усилителя
Бп низкочастотные эл. сигналы	Использовать усилите-ли постоян. тока
Большое сопрот. на границе кожа-электрод и малое вход. сопрот. усилителя	Использовать промежуточное звено

 

102. 65. Частотная хар-ка ус-теля. Линейные искажения.

Ч.х. = это зависимость коэф.усиления от частоты сигнала :

Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, его можно разложить на отдельные гармонические составляющие, хар-щиеся соответ. частотой. Коэф. ус-я для разных гармоник может оказаться разным. => необх.учитывать частот.хар-ку ус-ля. Для того чтобы несинусоид. с-л был усилен без ис­кажения, нужно, чтобы коэф-нт ус-я не зависел от частоты, т.е. K(v) = const. В общем случае это усло-вие не вып-ся, что приводит к искажениям формы сигнала, кот. наз. частотными.

В интервале v_2-v₃ коэф.усил. практич. постоянен и форма сигнала при усилении не искажается.

В радиотехнике считается, что в области, где k искажения не существенны. => диапазон частот v₃-v₄ = полоса пропускания ус-теля- интервал частот, в кот. коэф.ус-я const ( она опред-cz задачами усиления)

 

 

106. Геометрическая оптика - раздел, в кот. изу­чают законы распр-ния света на основании представления о световом луче как линии, вдоль кот. распространяется энергия световой волны

Законы отражения и преломления света.

Законы отражения. Отражение волн - явление, про­исходящее на границе раздела двух сред, в рез-те кот. волна изменяет направление своего распр-ния, оставаясь в первой среде. Отражение света бывает: 1).диффузное (рассеянное), при кот. отраженные от ше­роховатой поверхности лучи распр-ся в этой же среде по различным направлениям; 2).зеркальное, при кот. отраженные от гладкой поверхно­сти лучи распр-ся по одному направлению. В дальней­шем будет рассматриваться зеркальное.

Угол падения α - угол м/у падающим лучом и перпен­дикуляром к границе раздела сред. Угол отражения β - угол м/у отражен. лучом и пер­п-ром к гр. раздела сред.

При отражении выполняются следующие законы отраже­ния:

1.Падающий и отраженный луч и перп-­ляр к гр.раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. 2.Угол отражения равен углу падения: α=β

Законы преломления. Когда световой луч падает на прозрачное в-во, то на границе раздела двух сред он делится на два луча: отраженный и преломлен­ный. Каждая среда харак-ся абсолютным показате-лем преломления, кот. равен отношению скорости света в ваку­уме к скорости света в этой среде: n = c/v.

Преломление волн - явление, происх. на границе раз­дела двух сред, в рез-те кот.волна измен.направле­ние своего распр-ния,переходя из I среды в другую.

Угол преломленияr - угол м/у преломленным лучом и перп-ром к границе раздела сред. Законы: 1. Падающий и преломленный луч и перп-ляр --//-- (как в 1законе отраж-я) 2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, равная отношению абсолютных показателей преломления II и первой сред:

 

108. Явление полного внутреннего отражения. Волоконная оптика

Рассмот­рим переход света из среды с большим показателем преломле­ния n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показа­телем преломления n₂ (оптически менее плотную). На рис.показаны лучи, падающие на границу стекло-воздух. Для стекла показатель преломления n ₁ =1,520; для воздуха n₂=1,000

Увеличение угла падения приводит к увел-ю угла пре­ломления до тех пор, пока угол прелом-я не станет равным 90°. Далее при увел-и угла падения пада­ющий луч не прелом-ся (угол падения превышает предельный для данных сред угол), а полностью отражается от границы раздела (поверхность раздела в этом случае выступает как зеркало). Это явление наз. полным внутренним отражением. Предельным углом полного отражения явл. угол паде­ния , при кот. угол преломления равен 90°. Относительный показатель прелом-я II среды относительно первой:

Волоконная оптика.

Явление полного внутр. от­ражения исп-ся в гибких световодах. Если свет направить на конец тонкого стеклян. стержня (волокна), то углы, под кот. лучи падают на стенки стержня, превысят предельный угол. => претерпевая полное отражение, лучи будут распр-ся в стержне даже в том случае, если он изогнут. При этом имеют место потери энергии, обусл-ные поглощением света в-вом внутри стержня. Такие стержни (каналы) наз. световодами = рис1. Устройства, в кот. осущ-тся передача света по световодам наз. общим термином- волоконная оптика. Она широко исп. в медицине: для визуального исслед-я внутр. полых органов исп. гибкие гастроскопы, эндоскопы

С помощью световодов осущ-ся передача лазерного излучения во внутр. ткани и органы с целью лечебного воздействия. На рис2 показаны различ. способы подве­дения лазер. излучения к ткани: 1-лазер.луч нацелен на ткань ч/з систему диафрагм и линз; 2-луч подводится ч/з с-му подвижных зеркал; 3-луч проводится по гибкому пустотелому световоду с внутр. зеркальной поверхностью; 4-луч проводится ч/з гибкий кварцевый световод и дистан­ционно нацелен на ткань. Примером природной волоконнооптической системы явл. сетчатка чел. глаза. Попадая на сетчатку, свет восприн-тся светочувствит. элементами (палочками и колбочками). Этот слой подобен волоконнооптич. устройству. У травянистых растений стебель играет роль световода, под­водящего свет в подземную часть растения. Глубина, на кот. идёт свет, ≈ 4-5 см.

109. Линзы. Аберрация линз

Линза - прозрачное тело, огранич. обычно двумя сфе­рич. поверхностями, каждая из кот. может быть вы­пуклой или вогнутой. Прямая, проход. ч/з центры этих сфер, наз. главной оптической осью линзы

Проходя ч/з линзу, световой луч отклоняется. Если отклонение происх. в сторону оптической оси - линза наз. собирающей, а если нет - рассеивающей.

Любой луч, падающий на собир. линзу параллельно оптич. оси, после преломления прох. ч/з точку опти­ч. оси (F), наз. главным фокусом. Для рассеив. линзы ч/з фокус прох. продолжение преломлен. луча

Рис : 1-собир. и 2-рассеив.

У каждой линзы им. два фокуса, распол. по обе стороны. Расст-е от фокуса до центра линзы - главное фокусное расстояние (берется со знаком «+» для собир. линзы и со знаком «-» для рассеив.

Величина, обратная фокус. расст-ю - оп­тич. сила линзы: D=1/f. (1дптр(диоптрия)-это оптич. сила линзы с фокус­. расст-ем 1м) Линзы исп. для получения изображений. Рассмот­рим предмет, распол. перпенд-но оптич. оси собир. линзы, и построим изобр. его верхн. точки(А). В завис-сти от положения предмета возможны 2 случая: а и б.

Рассеив. линза дает мнимое изобр. предмета при всех его положениях. Для расчета изображения исп. формула линзы, ко­т. устанавл. связь м/у положениями точки и ее изоб­р-ем: , где f- фокусное расст-е, α₁- расстояние от предмета до линзы; α₂ – расст-е от изобр. до линзы

Аберрации линз

Аберрации — общее название для погрешностей изображения, возникающих при использовании линз.

1.Сферическая аб-ция: пери­ферич. части линзы сильнее отклоняют лучи, чем центральные.

2. Астигматизм [в глазу обр. при асимметрии в кривизне систем хрусталика и роговицы]: недостаток

оптич. системы, при кот. сферич. световая волна, проходя оптическую систему, деформируется.

3. Дисторсия (искажение)-нарушается геометрич. подобие м/у объектом и изобра­жением. .

4. Хроматическая аб-ция - пучок белого света, идущий параллельно главной оптич.оси, будет фокусир-ся

в раз­ных ее точках, разлагаясь в спектр.

110. Оптическая система глаза

Строение глаза. 1.Склера -прочная внеш.оболочка (защита глаза и постоян. форма). 2.Роговица – перед. часть склеры, наиболее сильно пре­ломляющая часть (до 75 % фокусирующей способ­ности глаза).

3.Сосудистая оболочка - с внутр. стороны склеры (темные пигмент. клетки, пре­пят-щие рассеи-ю света в глазу). 4. Радужная об-ка – в неё переходит сосуд.об-ка. 5. Зрачок - круглое отверстие в радужке, d≈2-8 мм (регул-ние доступа света внутрь глаза). 6. Хрусталик –прозрач. двояковыпуклая лин­за d≈8-10мм, им. слоистую структуру. 7.Кольцевая мышца - она охватывает хрусталик и может изм. кривизну его поверхностей. 8.Перед.камера - камера с водянистой массой. 9.Зрительный нерв -подходя к глазу, разветвляется, обр. сетчатку. 10.Сетчатка – светочувствит. слой: колбочки служат для различения мелких деталей предмета и восприятия цветов; палочки же различ. слабый свет. Пал. и колб. очень малы. В сред. части сетчатки преобл. колб, а по краям - пал. 11. Стекловид. тело - объем части глаза м/у хрус-ком и сетчаткой, заполн. прозрач­. стекловид. в-вом.

12. Желтое пятно - самое чувствит. место на сет­чатке, т.е. чел видит ясно те предметы, изобр-е кот. проектируется на пятно. 13. Центральная ямка - наиболее чувствит. часть жел­того пятна; палочек нету, а колбочки расп. очень плотно (различие деталей здесь наилучшее). 14. В том месте, где зрит. нерв входит в глаз, нет ни палочек, ни колбочек, и лучи, попад. на эту область, не вызывают ощущения света ( «слепое пятно»). 15. Конъюнктива – наруж. об-ка глаза (барьер. и защит. роль) Свет, дей-щий на колбочки и палочки, вызыв. в них хим. превращения. => в нервном волокне, соед. светочувств. клетки глаза с мозгом, воз­н. электрич. импульсы, кот. передаются в мозг, пока свет действует на глаз.

Рассматривание предмета: изобр. отдельных деталей предмета фиксир. на желтое пятно и даже на центр.ямку. Поле зрения этих предметов не велико: из всей фигуры чела, на расст. 1 м, глаз может фиксир. на желтое пятно его лицо, а на центр.ямку – мален.поверхность. Все остальные части фигуры проектир. на периферич. часть сетчатки в виде смутных деталей. Однако глаз может быстро поворач-ся в своей орбите, => фиксир. боль­ш. пов-сть. Светопроводящая часть глаза обр. роговицей, жид­костью перед.камеры, хрусталиком, стекловид. телом.(глаз-центрированная оптич.систе­ма) = первые три среды подобны собирающ. линзам, последн - рассеив. Световосприн-щая часть- сетчатка.

Аккомодация -приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов. Её можно осущ. II способами: измен. расстояние от хрусталика до сетчатки; измен. кривизну хрусталика, меняя фокусное расстояние глаза. Расстояние наилучшего зре­ния - до 25см - акк-ция соверш. без особ. напряжения. [такжэ :глаз хорошо при­спосабл. к различ. яркостям]

Угол зрения. Размер изобр на сетчатке зав. от размера предмета и его удаления от глаза, т.е. от угла, под кот. он виден (угол зрения - это угол м/у лучами, ид. от крайних точек предмета ч/з узловую точку)

Разным телам (Ви В') может соответ. один и тот же угол зрения. Формулу для размера изображения:

Разрешающая способность -это способность глаза различать две близкие точки предмета раздельно.

Наименьший угол зрения - угол, при кот. чел. глаз еще различает две точки предмета по раздельности.

(для этого: их изображения попадают в соседние колбочки сетчатки, расст.м/у ними 5мкм. Если короче 5 мкм, то эти точки глаз не различит). [Норма:β=1угловая минута]. Предел разрешения глаза Z- это наименьшее расст-е м/у II точками предмета, при кот.они различимы.

Недостатки оптической системы глаза. Глаз почти не имеет аберраций, свойственных линзам (сферич., хроматич. аб-ций, астигматизма косых лучей нету). В норме в глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой. Такой глаз наз. эмметропическим. Если нет - аметро-/-. Видами аметропии явл. близорукость и дальноз-ть. Близор. глаз не может видеть четко далекиеобъекты - задний фокус лежит внутри глаза перед сетчаткой (расст-е наилучш. зрения<25см). Исправление:исп.рассеив.линзы. Дальноз.глаз -не может видеть четко близкие объек­ты - задний фокус лежит за сетчаткой (расст-е наилуч. зрения > 25 см). Исправл: исп. собирающ. линзу.

Острота зрения. Недостатки оптич. с-мы зре­ния => наимен. угол зрения оказ-ся больше 1 угловой мин. => изобр. точки на сетчатке пол. в виде размытого пятна. Разрешающую способ-ть глаза оцен. остротой зрения (V)- вел-на,

обратная наимен. углу зрения Для нормал. глаза острота зрения =1

112. . Увеличение и предел разрешения оптических микроскопов. Формула Аббе.

Оптическая схема микроскопа состоит из двух частей: объектива(ОБ) и окуляра(ОК). Ход лучей через объектив строится по общим правилам. Если увеличение микроскопа

 

Где L-оптическая длина тубуса, 5=25 см - расстояние наилучшего зрения, тогда

 

Из-за дифракции света на мельчайших деталях предмета наиименьшее возможное расстояние между точками предмета, изображенис которых можно видеть раздельно (предел разрешении), имеет ограничение. Поэтому, например, в оптическом микроскопе невозможно видеть фильтрующиеся вирусы, отдельные белковые

молскулы. Как показал Аббе, предел разрешения микроскопа Z численно равен

где альфа- длина волны, п - показатель преломления среды между предметом и объективом, и - апертурный угол, т.е. угол, Иразованный крайними лучами, попадающими в объектив.

Произведение п*sin u/2 называют числовой апертурой.

Измерение размеров микроскопических объектов с по­мощью микроскопа. Для этого применяют окулярный микро­метр — круглую стеклянную пластинку, на которой нанесена шкала с делениями. Микрометр устанавливают в плоскости изображения, получаемого от объекти­ва. При рассматривании в окуляр изображения объекта и шкалы на­кладываются и можно отсчитать, ка­кое расстояние по шкале соответст­вует измеряемой величине. Отсчет по шкале еще не дает размера объекта, так как совмещаемое со шкалой изо­бражение не равно размеру предмета. Надо найти цену одного деления оку­лярного микрометра, для этого при­меняют объектный микрометр — шкалу с делениями по 0,01 мм. Рассматривая объектный микрометр как предмет, совмещают в одном поле зрения две шкалы — объектную и окулярную — и оп­ределяют цену деления окулярного микрометра.Вместо объектного микрометра можно применить любой пре­парат, размер которого известен, или использовать счетную каме­ру Горяева, употребляемую в медицинских измерениях.

В настоящее время широко применяют окулярно-винтовой мик­рометр. Этот прибор устанавлива­ют вместо окуляра. При вращении винта перемещается перекрес­тие, что позволяет отсчитывать доли делений микрометра. Окуляр­но-винтовой микрометр нуждается в предварительной градуировке.