Transcript Chapter9 ทัศนศาสตร์

ทัศนศาสตร์
•
•
•
•
•
ธรรมชาติของแสง
เซลล์ สุริยะ
เลเซอร์ และการประยุกต์ ในการรักษาในการรักษาพยาบาล
เส้ นใยนาแสงและการประยุกต์ ในการตรวจวินิจฉัยโรค
การเกิดภาพของกระจกและเลนส์
– กระจกเว้ ากับชีวติ ประจาวันและการแพทย์
– เลนส์ และการประยุกต์ ใช้ ประจาวันและการแพทย์
• สี
• นัยน์ ตาและการมองเห็น
• ทัศนอุปกรณ์ ทางการแพทย์ ทศั นอุปกรณ์ ทางการแพทย์
คุณสมบัตขิ องแสง
•
•
•
•
•
การสะท้ อนของแสง
การหักเหของแสง
การแทรกสอดของแสง
การเลีย้ วเบนของแสง
การมี polarization ของแสง
การแทรกสอด (Interference)
คลื่นอาพันธ์ ตั้งแต่สองคลื่นเคลื่อนที่มาซ้อนทับกัน ผลรวมของแอมพลิจูดของคลื่นลัพธ์ จะเปลี่ยนแปลง
ไปและขึ้นกับ เฟสและแอมพลิจูดของคลื่นที่เข้ามารวมกัน เป็ นไปตามหลักการซ้อนทับ (superposition
principle)
การแทรกสอดแบบเสริ มกัน (constructive
interference) เมื่อเฟสต่างกัน 0, 2p, 4p,…
การแทรกสอดแบบหักล้างกัน (destructive
interference) เมื่อเฟสต่างกัน p, 3p, 5p,...
การเลี้ยวเบน (Diffraction)
• แสงผ่านช่องเปิ ดขนาดเล็ก อธิบายโดย
เส้นรังสี ตามแนวคิดแบบทัศนศาสตร์
เรขาคณิ ต
• แสงผ่านช่องเปิ ดขนาดเล็ก แล้วแผ่ออก
ด้านข้าง เรี ยกว่า “การเลี้ยวเบน” ยิง่ ช่อง
เปิ ดแคบ ยิง่ เกิดการเลี้ยวเบนมากขึ้น
โพลาไรเซชันของแสง Polarization
ระนาบการสัน่ (plane of oscillation) ของการโพลาไรส์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า
กาหนดโดย ระนาบการสั่ นของสนามไฟฟ้ า เรี ยกว่า ระนาบโพลาไรส์
สัญลักษณ์แสดง
ระนาบการโพลาไรส์ของแสง
ในปัจจุบันนีป้ ริมาณนา้ มันดิบมีจานวนลดลงและราคานา้ มันเชื้อเพลิงก็เพิม่ สู งขึน้ มากกว่าเดิมหลายเท่ าตัว ทาให้ ต้องมีการ
ค้นหาพลังงานในรูปอืน่ ๆ ขึน้ มาทดแทน เช่ น พลังงานแสงอาทิตย์ โดยนักวิทยาศาสตร์ จะสร้ างเซลสุ ริยะ ( Solar cell )
แล้วนาไปรับพลังงานแสงอาทิตย์ เพือ่ เปลีย่ นพลังงานแสงเป็ นพลังงานไฟฟ้า การกระทาดังกล่าวนอกจากมีพลังงานไฟฟ้าไว้ใช้
ในชีวติ ประจาวันแล้วยังไม่ ก่อให้ เกิดปัญหาเรื่องมลภาวะอีกด้ วย
แม้ ว่าการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้ วยวิธีนีจ้ ะเกิดผลดีดงั กล่าว
ข้ างต้ น แต่ ประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับราคายังไม่ เป็ นที่น่าพอใจ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ จงึ ดาเนินการศึกษาค้นคว้ าพัฒนาเซลล์
สุ ริยะแบบใหม่ ๆอย่ างต่ อเนื่อง เพือ่ ให้ ได้ เซลล์สุริยะที่มีประสิทธิภาพสู งและราคาถูก ไม่ เพียงแค่นีน้ ักวิทยาศาสตร์ ยงั มีแนวคิด
ที่จะสร้ างโรงงานไฟฟ้าในอวกาศ แล้วส่ งไฟฟ้าในรูปคลืน่ ไมโครเวฟมายังโลก ต่อจากนั้นจะมีกระบวนการเปลีย่ นสั ญญาณ
คลืน่ ไมโครเวฟเป็ นพลังงานไฟฟ้าซึ่งอันนีเ้ ป็ นเทคโนโลยีช้ันสู งที่นักวิทยาศาสตร์ กาลังศึกษาค้นคว้าวิจยั อยู่ในห้ องปฏิบัตกิ าร
นับว่าเป็ นความก้าวหน้ าของวงการวิทยาศาสตร์ แม้ ว่าจะยังไม่ สามารถนามาใช้ งานในชีวติ ประจาวันอย่ างเป็ นรูปธรรม แต่
เชื่อว่าในระยะเวลาอันใกล้นีค้ งจะได้ มีการนามาใช้ ได้ จริงอย่ างแน่ นอน
พลังงานแสงอาทิตย์
• แหล่งพลังงานทดแทนทีศ่ ึกษาวิจัยกันมาก
• แนวทางการนามาใช้ ประโยชน์
(1) ความร้ อน-แสงสว่ างจากดวงอาทิตย์
•ในเขตร้ อน ใช้ อบ / ตากผลผลิตการเกษตร(กล้วย,
มันสาปะหลัง ,ข้ าว, ข้ าวโพด) , เสื้อผ้ า ให้ แสงสว่ าง
(ภูมิปัญญาท้ องถิ่น, สถาปัตยกรรม)
•ในเขตอบอุ่น นิยมใช้ การออกแบบทางสถาปัตยกรรม
เพิม่ ความอบอุ่นในตัวอาคาร หรือใช้ ให้ แสงสว่ างแทนไฟฟ้า(รูป)
ฤดูร้อน
ฤดูหนาว
ถิ่นอาศัยของ
อินเดียนแดงเผ่ า Anasazi
(2) เครื่องเก็บพลังงานความร้ อนแสงอาทิตย์
• ขดลวดทองแดงบนพืน้ ผิวโลหะทาสี ดา ปิ ดทับด้ วยกล่องกระจก /
พลาสติก มีหม้ อเก็บความร้ อนหุ้มฉนวน
• เพิม่ อุณหภูมิได้ ถึง 80 องศา C
• ใช้ ความร้ อนส่ วนนีเ้ ป็ นประโยชน์
- เครื่องทานา้ อุ่น
- อุตสาหกรรมต้ ม-กลัน่ / อบแห้ งผลผลิตเกษตรกรรม
- ให้ ความอบอุ่นตัวอาคาร
ฝากระจก
พืน้ สี ดา
ทางนา้ /อากาศเย็นเข้ า
ทางนา้ /อากาศร้ อนออก
เครื่องเก็บพลังงานความร้ อนแสงอาทิตย์
(3) เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า
• แสงอาทิตย์ เพิม่ ระดับพลังงานให้ กบั อิเลคตรอนในวัตถุบางชนิด
เพือ่ ผลิตกระแสไฟฟ้า
• เซลสุ ริยะ(Solar Cell) คือ อปุ กรณ์ ทสี่ ามารถผลิตกระแสไฟฟ้ าจากพลังงาน
แสงอาทิตย์ ได้ โดยตรง
• มีผลดีต่อสิ่ งแวดล้อมอย่ างมากเพราะ
1) ไม่ มีวันหมด
2) ปราศจากมลภาวะ ทั้งในด้ านเสี ยง อากาศ หรือผลกระทบอืน่
•อุปสรรค
1) ต้ นทุนสู ง***
2) ปริมาณที่ได้ ไม่ พอเพียง
เซลล์สุริยะ ( Solar
cell)
เลเซอร์ และการประยุกต์ ในการรักษาในการรักษาพยาบาล
เลเซอร์ เป็ นแหล่งกาเนิดแสงที่ทรงพลังและมีคุณสมบัติพิเศษที่มีประโยชน์ใช้งานอย่าง
กว้างขวาง ผูท้ ี่คิดค้นเลเซอร์ได้คือ ซี . เอช.ทาวน์ส (C.H. Townes)
ในปี ค.ศ. ๑๙๕๔ โดยได้เสนอเป็ นหลักการหรื อทฤษฎีเลเซอร์ไว้ ซี .เอช.ทาวน์ส
ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิ สิ กส์ในปี ค.ศ. ๑๙๖๔ สาหรับการคิดค้นเรื่ องเลเซอร์ น้ ีเอง
คาว่า "เลเซอร์" เป็ นคาทับศัพท์ จากภาษาอังกฤษ คือ "LASER" ซึ่ งเป็ นคาย่อของ
"Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“
จึงหมายถึง การแผ่รังสี ของการเปล่งแสงแบบถูกเร้าด้วยการขยายสัญญาณแสง
ดังนั้นกลไกพื้นฐานของเลเซอร์ จึงได้แก ่่ การเปล่งแสงแบบถูกเร้า และ
การขยายสัญญาณแสง กลไกทั้งสองนี้เป็ นสาเหตุที่ทาให้เลเซอร์ มีคุณสมบัติพิเศษต่าง ๆ เช่น
เป็ นลาแสงขนานที่มีความเข้มสู ง และมีคลื่นแสงที่เป็ นระเบียบด้วยค่าความยาวคลื่นที่ตายตัว
ทีมแพทย์เฉพาะกิจพร้ อมเครื่องฉายแสงเลเซอร์ ลบรอยสั กนักเรียน 125 คน
ทีโ่ รงพยาบาลวังนา้ เย็น
การรักษาเบาหวานในจอประสาทตา
แสงเลเซอร์ สามารถนามาใช้รักษาเบาหวานขึ้นจอประสาทตาในทุกๆระยะดังนี้
ในระยะที่1 เมื่อจุดศูนย์กลางของจอรับภาพบวม การใช้แสงเลเซอร์ ต่อจอประสาทตา
ที่ขาดเลือดมาเลี้ยงจะช่วยยับยั้งการสร้างเส้นเลือดฝอยที่ผิดปกติ
ในระยะที่2 ใช้แสงเลเซอร์ ต่อเส้นเลือดฝอยที่เกิดใหม่ ลดปริ มาณเส้นเลือดฝอยที่เกิดใหม่
ป้ องกันการแตก และการเจริ ญของเส้นเลือดฝอยผิดปกติเข้าไปในน้ าวุน้ ลูกตา
เป็ นการลดโอกาสการเกิดตาบอดได้
การผ่ าตัดตกแต่ งเพดานอ่ อนโดยเลเซอร์
การใช้แสงเลเซอร์ แทนการใช้มีด ข้อแตกต่างคือ วิธีน้ ี สามารถทาได้โดยการใช้ยาชาเฉพาะที่
ไม่ตอ้ งอยูโ่ รงพยาบาล สามารถกลับบ้านได้หลังผ่าตัดเสร็ จ ค่าใช้จ่ายถูกกว่า
แต่ขอ้ เสี ยเปรี ยบคือ แผลผ่าตัดจากเลเซอร์ จะเป็ นแผลชนิ ดเปิ ด ทาให้หายช้า
และมีอาการเจ็บได้มากและนานกว่าวิธีปกติ นอกจากนี้วธิ ี เลเซอร์ ยงั ได้ผลไม่ดีนกั
ในกรณี ที่เป็ นการนอนกรนชนิดอันตราย (มีการหยุดหายใจ) แพทย์จะแนะนาเฉพาะ
กรณี ที่เป็ นการนอนกรนชนิ ดไม่อนั ตรายเท่านั้น
การรักษาโรคต้ อหิน
รักษาด้ วยแสงเลเซอร์ วิธีและชนิดของเลเซอร์ ที่ใช้รักษาขึ้นกับชนิ ดของต้อหิ นที่เป็ น
เลเซอร์ เป็ นวิธีที่ง่ายใช้เวลาไม่นานสามารถให้การรักษาแบบผูป้ ่ วยนอกได้
แต่ผลการรักษาอาจไม่แน่นอนขึ้นกับชนิดของต้อหิ น มักจะต้องใช้การรักษาด้วยยา
ควบคู่กนั ไปด้วย
การกาจัดขนด้ วยเลเซอร์
การทาลายเส้นขนแบบถาวรแสงเลเซอร์ จะต้องทาลายเส้นขนในระยะเจริ ญเติบโตอย่างสมบูรณ์
ไม่เหลือเนื้อเยือ่ ต่อมขนที่จะงอกเป็ นขนเส้นใหม่ แต่ธรรมชาติของเส้นขนแต่ละเส้นจะอยูใ่ น
ระยะเจริ ญหรื อพักตัวแตกต่างกัน เส้นขนในแต่ละแห่งจะมีอายุของการเจริ ญของแต่ละเส้นแตก
ต่างกัน บางแห่งอาจอยูใ่ นระยะพักตัวนานกว่าระยะเจริ ญ และยังมีความแตกต่างของธรรมชาติ
ของขนในแต่ละคน ส่ วนความสามารถของเครื่ องเลเซอร์ กย็ งั อยูใ่ นขั้นทดลองว่าควรจะใช้รังสี
ชนิดใด ในปริ มาณพลังงานเท่าใด ระยะความถี่ของการยิงควรเป็ นเท่าใด และการประเมินผล
จะต้องรอนานพอ เพราะขนที่ข้ ึนในระยะแรกอาจมีขนาดเล็กลงจริ ง แต่เส้นขนอาจหนาขึ้นใน
ชุดหลังได้
อาหารฉายรังสี :อีกทางเลือกหนึ่งของอาหารทีป่ ลอดภัย
การฉายรังสี เป็ นเทคโนโลยีอีกชนิดหนึ่งที่ช่วยให้อาหารปลอดภัย
ผูเ้ ชี่ยวชาญด้านสุ ขภาพจานวนมากเห็นพ้องต้องกันว่า การฉายรังสี
จะสามารถกาจัดอันตรายอันเกิดจากอาหารเป็ นพิษได้ และทาให้
ผูบ้ ริ โภคมัน่ ใจได้วา่ อาหารที่เราซื้อนั้นจะปราศจากเชื้อจุลินทรี ย ์
โดยทัว่ ไปการฉายรังสี จะสามารถทาลายเชื้อแบคทีเรี ย
ผูบ้ ริ โภคหลายคนคิดว่าอาหารที่ฉายรังสี แล้วจะทาให้เกิดสารกัมมัน ความจริ งไม่ได้เป็ นเช่นนั้น
การฉายรังสี อาหารเป็ นกระบวนการที่อาหารผ่านสนามพลังงานที่มีรังสี แกมม่า และพลังงาน
รังสี แกมม่าจะคล้ายกับรังสี อลั ตราไวโอเลต หรื อไมโครเวฟ แต่จะมีคลื่นที่ส้ นั กว่า และมี
พลังงานมากกว่า รังสี แกมม่าจะปล่อยพลังงานเข้าไปในอาหารในลักษณะที่คล้ายกับ
คลื่นไมโครเวฟ และอาหารก็จะไม่ถูกทาให้เป็ นสารกัมมัน ขณะเดียวกันก็ไม่มีรังสี ตกค้าง
ที่ทาให้เกิดโรค ดังนั้น อาหารที่ผา่ นการฉายรังสี จะเป็ นอาหารที่ปลอดภัยสาหรับผูบ้ ริ โภค
การรักษามะเร็ ง
การฉายแสง ฉายรังสี ฝังแร่ จะได้ผลดีในมะเร็ งปากมดลูก
มะเร็ งโพรงจมูก (Nasopharynx) มะเร็ งต่อมไธรอยด์
เส้ นใยนาแสงและการประยุกต์ ในการตรวจวินิจฉัยโรค
การส่ องกล้ องขูดต่ อมลูกหมากด้ วยแสงเลเซอร์
ข้ อดีของการส่ องกล้องขูดต่อมลูกหมากด้วยแสงเลเซอร์ เทียบกับการใช้ลวดไฟฟ้ าคือ
• เสี ยเลือดจากการผ่าตัดน้อยกว่า
• หลังผ่าตัดใส่ สายสวนปั สสาวะน้อยกว่า
• ใช้เวลาพักฟื้ นในโรงพยาบาลน้อยกว่า
• ไม่มีภาวะแทรกซ้อนจากการใช้น้ าล้างท่อปั สสาวะ
การเกิดภาพของกระจกและเลนส์ นัยน์ ตาและการมองเห็น
สี
ทัศนอุปกรณ์ ทางการแพทย์ ทศั นอุปกรณ์ ทางการแพทย์
ความสาคัญของกล้ องจุลทรรศน์
เป็ นอุปกรณ์ สาหรับมองดูวตั ถุทมี่ ีขนาดเล็กเกินกว่ ามองเห็นด้ วยตาเปล่า
กล้ องจุลทรรศน์
In the past
In the present
ส่ วนประกอบของกล้ องจุลทรรศน์ ใช้ แสงแบบธรรมดา
เปรียบเทียบการทางาน
กล้ องจุลทรรศน์ อเิ ล็กตรอนแบบส่ องผ่ านและแบบส่ องกราด
ก. แบบส่ องกราด
ข. แบบส่ องผ่ าน
หลักการทางานของกล้องจุลทรรศน์ แบบใช้แสงและกล้องอิเล็กตรอน
ข้ อเปรียบเทียบความแตกต่ าง
กล้ องจุลทรรศน์ ธรรมดาและกล้ องจุลทรรศน์ อเิ ลคตรอน