Transcript Całkowite wewnętrzne odbicie światła Autorzy: Grzegorz Długaj Aldona Kwaśniewska Krystyna Zapart Światłowody w medycynie Endoskopy, laparoskop koniec Popularne zastosowanie światłowodów.

Całkowite wewnętrzne
odbicie światła
Autorzy:
Grzegorz Długaj
Aldona Kwaśniewska
Krystyna Zapart
Światłowody w medycynie
Endoskopy, laparoskop
koniec
Popularne zastosowanie światłowodów
Całkowite wewnętrzne odbicie światła
Prawa:
odbicia i załamania światła
promień załamany
1


promień odbity
Światłowody
w medycynie

2
promień padający
Endoskopy,
laparoskop
prędkość światła

2 < 1
 =
sin 
sin 
prawo odbicia
2
1
prawo załamania
początek
koniec
Całkowite wewnętrzne odbicie światła
Kąt graniczny
2 < 1
promień załamany
1


powietrze
2
woda
promień padający
Jeśli światło pada z wody na granicę ośrodków woda/powietrze
pod kątem gr= 48°, to kąt załamania wynosi 90°.
Światłowody
w medycynie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Całkowite wewnętrzne odbicie światła
96°
Całkowite wewnętrzne odbicie
zachodzi w ośrodkach,
w których prędkość światła jest
mniejsza od jego prędkości
na zewnątrz.
W wodzie prędkość światła jest mniejsza niż w powietrzu,
dlatego wszystkie promienie padające z wody na granicę
ośrodków woda/powietrze pod kątem większym niż 48° (kąt
graniczny), są od niej odbijane.
W szkle otoczonym przez powietrze kąt graniczny wynosi 43°.
Światłowody
w medycynie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Całkowite wewnętrzne odbicie światła
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia
znalazło zastosowanie w światłowodach.
Cienkie włókna światłowodowe (o średnicach ok.
10÷200 m) mają idealnie wypolerowane
powierzchnie czołowe.
Wiązka światła wnikająca do
włókna nie może wydostać się na
zewnątrz, nawet gdy włókno
jest zakrzywione. Tłumienie
sygnału świetlnego jest bardzo
małe.
Światłowody
w medycynie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Całkowite wewnętrzne odbicie światła
Światłowód
płaszcz
1
1 > 2
2
rdzeń
Światłowody
w medycynie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Światłowody w medycynie
Krótka historia diagnozowania chorób narządów wewnętrznych.
Narządy jamy brzusznej
Przed zastosowaniem
światłowodów:
diagnozowanie chorób narządów
wewnętrznych polegało na wykonaniu
zdjęcia rentgenowskiego, po podaniu
choremu kontrastu. Badanie było mało
dokładne, a pacjent dostawał
niepotrzebną dawkę promieniowania X;
natomiast wzierniki (endoskopy)
stosowane w diagnostyce medycznej
były sztywne, co ograniczało zakres
obserwacji.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Światłowody w medycynie
Krótka historia diagnozowania chorób narządów wewnętrznych.
Pierwszy sztywny endoskop zbudował wiedeński lekarz Philip Bozzini w 1806r.
Środowisko lekarskie nie zaakceptowało wtedy jego pomysłu, zarzucając mu zbytnią
ciekawość.
W 1960r. skonstruowano insufflator - urządzenie do utrzymywania stałego ciśnienia
w jamie brzusznej (badanie endoskopowe wymaga wpompowania powietrza).
Endoskopia przy użyciu giętkich instrumentów rozwinęła się na
początku lat 60-tych XX wieku, dzięki zastosowaniu
światłowodów.
Na początku lat 80-tych XX w. wprowadzono miniaturowe kamery video,
które przekazując obraz narządów wewnętrznych na ekran monitora,
umożliwiły zaangażowanie do zabiegu większej liczby specjalistów.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Endoskopy,
laparoskop
początek
koniec
Endoskopy, laparoskop
Wzierniki medyczne o średnicy od 9 do 20 mm, zbudowane z włókien np.
szklanych (światłowodów) noszą nazwę
Wprowadzenie giętkich
endokopów (fiberoskopów)
zrewolucjonizowało diagnozowanie
i leczenie wielu chorób narządów
wewnętrznych.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Światłowody
w medycynie
początek
koniec
Endoskopy, laparoskop
giętkie -fiberoskopy
wzierniki z włókien
światłowodowych
zaopatrzone w źródło
światła i układ optyczny,
wzierniki do
oglądania
wewnętrznych
jam ciała
sztywne
(np. rektoskop),
zwykle także zaopatrzone w źródło
światła i układ optyczny.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Światłowody
w medycynie
początek
koniec
Endoskopy, laparoskop
Fiberoskopy
przykłady
przełyk
ezofagoskop
żołądek
gastroskop
dwunastnica
jelito grube
duodenoskop
kolonoskop
Laparoskop
służy do wziernikowania jamy otrzewnowej.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Światłowody
w medycynie
początek
koniec
Podsumowanie
Wykorzystanie światłowodów do oświetlenia badanego obszaru umożliwia
stosowanie silnych źródeł światła (halogenowych 150 W i ksenonowych 300W).
Można fotografować wybrane miejsca.
Endoskopy umożliwiają:

oglądanie, diagnozowanie i usuwanie zmian chorobowych w narządach
wewnętrznych bez operacji,




pobranie materiału do badania histopatologicznego,
wielokrotne powtarzanie tego typu badań niezależnie od wieku pacjenta,
skrócenie czasu badania,
skrócenie okresu pobytu w szpitalu.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Światłowody
w medycynie
początek
koniec
Źródła informacji
 „Fizyka dla uczniów liceów ogólnokształcących”, K. Chyla, Wyd.
DEBIT 1999 r.
 „Fizyka wokół nas”, Paul G. Hewitt, Wydawnictwo Naukowe PWN W-wa 2000
r.
 „Encyklopedia naukowa dla dzieci i młodzieży”, Wyd. MUZA S.A. ,
W-wa 1999 r.
 „Wiedza i Życie”, październik 2002 r.
 INTERNET.
Całkowite
wewnętrzne odbicie
Światłowody
w medycynie
początek
koniec