Микроскоп, как оптический прибор. Разрешающая способность микроскопа. Классификация световых микроскопов. Увеличение микроскопа 5 от чего зависит разрешающая способность микроскопа

Технически возможно создать оптические микроскопы, объективы и окуляры которых дадут общее увеличение 1500-2000 и больше. Однако это нецелесообразно, так как возможность различить мелкие детали предмета ограничивается дифракционными явлениями. Вследствие этого изображение мельчайших деталей предмета теряет резкость, может возникнуть нарушение геометрического подобия изображения и предмета, соседние точки будут сливаться в одну, возможно полное исчезновение изображения. Поэтому в оптике существуют следующие понятия, которые характеризуют качество микроскопа:

Разрешающая способность микроскопа - свойство микроскопа давать раздельно изображение мелких деталей рассматриваемого предмета.

Предел разрешения - это наименьшее расстояние между двумя точками, которые видны в микроскопе раздельно.

Чем меньше предел разрешения, тем выше разрешающая способность микроскопа!

Предел разрешения обусловливает наименьший размер деталей, которые могут различаться в препарате с помощью микроскопа.

Теорию разрешающей способности микроскопа разработал директор завода К.Цейса в Йене профессор-оптик Э.Аббе (1840-1905). В качестве простейшего микропрепарата он взял дифракционную решетку (рис. 2), изучил механизм формирования изображения в микроскопе и показал следующее.

Введем понятиеапертурного угла - это угол между крайними лучами конического светового пучка, идущего от середины объекта в объектив (рис. 3,а ). Для создания изображения, то есть для разрешения объекта, достаточно, чтобы в объектив попали лучи, образующие максимумы только нулевого и первого порядка хотя бы с одной стороны (рис. 2 и 3,б ). Участие в образовании изображения лучей от большего количества максимумов повышает качество изображения, его контраст. Поэтому лучи, образующие эти максимумы, должны быть в пределах апертурного угла объектива.

а) б) в) г)

1- фронтальная линза объектива, 2 - объектив

Таким образом, если объектом является дифракционная решетка с периодом d и свет падает на нее нормально (рис.2 и 3,б ), то в формировании изображения обязательно должны участвовать лучи, образующие максимумы нулевого и первого порядков с обеих сторон, а угол j 1 - угол отклонения лучей, образующих максимум первого порядка, соответственно должен быть, в крайнем случае, равен углу U /2.

Если же взять решетку с меньшим периодом d ’, то угол j’ 1 будет больше угла U /2 и изображение не возникнет. Значит период решетки d можно принять за предел разрешения микроскопа Z . Тогда, используя формулу дифракционной решетки, запишем для k =1:

Заменяя d на Z , а j 1 на U /2, получим

. (6)

Во время микроскопии световые лучи падают на объект под разными углами. При наклонном падении лучей (рис.3,г ) предел разрешения уменьшается, так как в формировании изображения будут участвовать только лучи, образующие максимумы нулевого порядка и первого порядка с одной стороны, а угол j 1 будет равен апертурному углу U . Расчеты показывают, что формула для предела разрешения в этом случае принимает следующий вид:

. (7)

Если пространство между объектом и объективом заполнить иммерсионной средой с показателем преломления n , который больше показателя преломления воздуха, то длина волны света l n = l ¤ n . Подставляя это выражение в формулу для предела разрешения (7), получим

, или . (8)

Таким образом, формула (7) определяет предел разрешения для микроскопа с сухим объективом, а формула (8) -для микроскопа с иммерсионным объективом. Величины sin 0,5U и n× sin0,5U в этих формулах называют числовой апертурой объектива и обозначают буквой А . Учитывая это, формулу предела разрешения микроскопа в общем виде записывают так:

Как видно из формул (8) и (9), разрешающая способность микроскопа зависит от длины волны света, величины апертурного угла, показателя преломления среды между объективом и объектом, угла падения световых лучей на объект, но она не зависит от параметров окуляра. Окуляр никакой дополнительной информации о структуре объекта не дает, качества изображения не повышает, он лишь увеличивает промежуточное изображение.

Разрешающая способность микроскопа может быть повышена за счет использования иммерсии и уменьшения длины волны света. Повышение разрешающей способности при использовании иммерсии можно пояснить следующим образом. Если между объективом и объектом находится воздух (сухой объектив), то световой луч при переходе из покровного стекла в воздух, среду с меньшим показателем преломления, значительно изменяет свое направление в результате преломления, поэтому меньше лучей попадает в объектив. При использовании иммерсионной среды, показатель преломления которой приблизительно равен показателю преломления стекла, изменение хода лучей в среде не наблюдается и большее количество лучей попадает в объектив.

В качестве иммерсионной жидкости берут воду (n =1,33), кедровое масло (n =1,515) и др. Если максимальный апертурный угол у современных объективов достигает 140 0 , то для сухого объектива А =0,94, а для объектива с масляной иммерсией А =1,43. Если при расчете использовать длину волны света l = 555 нм, к которой наиболее чувствителен глаз, то предел разрешения сухого объектива составит 0,30 мкм, а с масляной иммерсией - 0,19 мкм. Значение числовой апертуры указывается на оправе объектива: 0,20; 0,40; 0,65 и др.

Повышение разрешающей способности оптического микроскопа за счет уменьшения длины волны света достигается при использовании ультрафиолетового излучения. Для этого имеются специальные ультрафиолетовые микроскопы с кварцевой оптикой и приспособлениями для наблюдения и фотографирования объектов. Так как в этих микроскопах используется свет с длиной волны примерно в два раза меньше, чем у видимого света, то они способны разрешать структуры препарата размерами около 0,1мкм. Ультрафиолетовая микроскопия имеет еще одно преимущество - с ее помощью можно исследовать неокрашенные препараты. Большинство биологических объектов прозрачны в видимом свете, так как не поглощают его. Однако они обладают избирательным поглощением в ультрафиолетовой области и, следовательно, легко различимы в ультрафиолетовых лучах.

Наибольшая разрешающая способность у электронного микроскопа, так как длина волны при движении электрона в 1000 раз меньше длины световой волны.

Полезное увеличение микроскопа ограничено его разрешающей способностью и разрешающей способностью глаза.

Разрешающая способность глаза характеризуется наименьшим углом зрения, при котором человеческий глаз еще различает раздельно две точки предмета. Она лимитируется дифракцией на зрачке и расстоянием между светочувствительными клетками сетчатки. Для нормального глаза наименьший угол зрения равен 1 минуте. Если предмет находится на расстоянии наилучшего зрения - 25 см, то этот угол соответствует предмету размером 70 мкм. Данную величину считают пределом разрешения невооруженного глаза Z r на расстоянии наилучшего зрения. Однако показано, что оптимальная величина Z r равна 140-280 мкм. При этом глаз испытывает наименьшее напряжение.

Полезным увеличением микроскопа называют его максимальное увеличение, при котором глаз еще в состоянии различать детали, равные по величине пределу разрешения микроскопа.

Линейное увеличение микроскопа равно отношению величины изображения предмета, расположенного на расстоянии наилучшего зрения, к величине самого предмета (см. формулу 1). Если за размер предмета примем предел разрешения микроскопа Z , а за размер изображения - предел разрешения невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения Z r , то получим формулу полезного увеличения микроскопа:

Подставляя в эту формулу Z из выражения (9), получим

. (11)

Подставив в формулу (11) длину волны света 555 нм (555×10 -9 м), оптимальные величины пределов разрешения глаза 140-280 мкм (140-280×10 -6 м), найдем интервал значений полезного увеличения микроскопа

500 А < К п < 1000 А .

Например, при использовании лучших иммерсионных объективов с числовой апертурой 1,43 полезное увеличение будет составлять 700-1400, отсюда видно, что конструировать оптические микроскопы с большим увеличением нецелесообразно. Однако в настоящее время этот вопрос потерял свою остроту в связи с широким использованием в биологии и медицине электронного микроскопа, обеспечивающего увеличение до 600 000, а предел разрешения - до 0,1 нм.

Согласно определению английского физика Рэлея разрешение оптической системы естьминимальное расстояние между двумя точками формируемого ею изображения,пока они еще видны раздельно . Рэлей показал, что максимальное разрешение линзы (т.е. минимальное расстояние d между двумя соседними точками изображения) прямо пропорционально длине используемой световой волны l и обратно пропорционально показателю преломления среды n , а также углу раскрытия a :

Длина волны l равна произведению скорости света v на период колебаний T . Показатель преломления n определяется как отношение скорости света в вакууме (300000 км/сек) к скорости света v в данной среде. Для воздуха показатель преломления равен 1.0, для воды - 1.3, для кедрового масла - 1.5. Угол раскрытия a характеризует способность линзы собирать световые лучи. Он определяется как угол между двумя линиями, соединяющими край линзы с точкой ее переднего фокуса и, следовательно, зависит от диаметра линзы и ее кривизны (рис. 3). Максимальное значение a для современных объективов достигает 138 о.

Рис. 3. Угол раскрытия объектива a

Из формулы Рэлея также следует, что разрешение микроскопа можно повысить тремя способами:

1) уменьшением длины волны l (этот способ реализован в ультрафиолетовом и электронном микроскопах);

2) повышением показателя преломления среды n (иммерсионные объективы);

3) увеличением диаметра линз объектива (т.е увеличением угла a ).

Для того чтобы было удобно сравнивать разрешение различных объективов, Аббе выделил знаменатель формулы Рэлея в отдельный показатель - численную апертуру NA , после чего формула приняла следующий вид:

Численная апертура объектива NA = n * sin(a/2) характеризует его разрешающую способность вне зависимости от конструкции и применяемой длины волны. Введение усредняющего коэффициента 0.61 отражает тот факт, что максимальное разрешение обеспечивают только краевые лучи с максимальным углом a , тогда как близкие к центральному лучи дают разрешение в два раза ниже (рис 3). NA воздушных объективов всегда меньше 1
(n = 1, sin a < 1), но иммерсионные объективы могут иметь NA и больше 1. Величина численной апертуры объектива гравируется на его корпусе, что позволяет легко вычислить его номинальное разрешение, используя формулу Рэлея-Аббе. В этих расчетах обычно принимают, что средняя длина волны дневного света составляет 550 нм. Численная апертура современных иммерсионных объективов достигает значений 1.3 – 1.4. Рекорд в этой области принадлежит объективу фирмы Карл Цейсс с апертурой 1.45, который способен формировать изображения микроструктур размером 170 нм.

Кроме разрешения в плоскости препарата d (разрешения по полю), объектив микроскопа обладает также разрешением по глубине dz (Young, 1998).

Особую роль разрешение по глубине (глубина фокуса) играет в конфокальной микроскопии, где на основе оптических срезов создаются трехмерные реконструкции микроструктур и где толщина оптического среза сильно влияет на качество реконструкции. Поэтому в конфокальных микроскопах предусмотрены специальные аппаратные и программные средства, позволяющие уменьшать глубину фокуса. Как следует из формулы Янга для обычного микроскопа глубина фокуса dz почти не отличается от разрешения по полю d.

Вторым по значимости показателем объективов и окуляров является увеличение, которое также всегда указано на их оправе. Как правило, чем выше увеличение объектива, тем больше у него численная апертура (т.е. разрешение). Однако эта зависимость соблюдается не всегда - существуют объективы одного увеличения с разной и даже регулируемой апертурой, а объективы с высокой апертурой могут иметь пониженное увеличение. В связи с этим различают полезное и бесполезное увеличение , имея ввиду, что полезное увеличение связано с разрешением, а бесполезное - нет. По существу бесполезное увеличение представляет собой масштабирование изображения, при котором объем полученной информации остается прежним или даже снижается. Тем не менее, оно может понадобиться, например, при согласовании размеров поля зрения микроскопа и ПЗС-матрицы цифрового фотоаппарата.

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. В некоторых микроскопах следует учитывать также увеличение дополнительных линз, встроенных в бинокулярную насадку. В микроскопах, оборудованных телекамерами или цифровыми фотоаппаратами, к оптическому увеличению добавляется еще и электронное масштабирование. Поскольку общее увеличение микроскопа в этом случае будет зависеть от многих факторов, в научных публикациях вместо него принято указывать марку микроскопа, а также увеличение и апертуру используемого объектива (например, Zeiss Axiolab, x100/1.25).

Калибровка микроскопа . Если предполагается измерять размеры клеток и других микроструктур, микроскоп необходимо прокалибровать. Калибровка микроскопа производится с помощью специального препарата - объект-микрометра. Он представляет собой предметное стекло, в центре которого нанесена шкала с делениями ценой 10 мкм (рис. 4). Встречаются также объект-микрометры в виде металлической пластины с отверстием в центре, где укреплено стекло со светлой шкалой на темном фоне. Однако, они менее удобны из-за сложности фокусировки на шкалу, особенно при недостатке света на больших увеличениях.

Для определения размеров микрообъектов используется специальный измерительный окуляр (окуляр-микрометр), в котором также имеется шкала. Принцип калибровки заключается в определении цены деления шкалы окуляр-микрометра путем совмещения ее со шкалой
объект-микрометра. Зная цену деления объект-микрометра и число его делений, приходящихся на определенное число делений окуляр-микрометра, можно, разделив первое на второе, получить калибровочный фактор . Умножение калибровочного фактора на результаты измерений
окуляр-микрометром позволит приводить их к абсолютной величине, выраженной в микрометрах. Для повышения точности измерений применяются также усовершенствованные окуляр-микрометры, которые снабжены микрометрическим винтом, передвигающим указатель в поле зрения.

Если микроскоп имеет встроенную телекамеру или цифровой фотоаппарат, его калибровку проводят следующим образом:

1. Устанавливают объект-микрометр в микроскоп таким образом, чтобы его деления занимали строго вертикальное положение.

2. Фокусируют объектив на шкалу объект-микрометра и получают ее цифровой снимок (рис. 4).

3. С помощью программы обработки изображений Scion Image (или аналогичной) получают строго горизонтальный профиль яркости вдоль шкалы.

4. Измеряют число пикселов (элементов растра) в отрезке, соединяющем два достаточно далеко отстоящих друг от друга деления шкалы.

5. Вычисляют калибровочный фактор, разделив длину отрезка (мкм) на измеренное в нем число пикселов.

Рис. 4. Шкала объект-микрометра (слева) и ее профиль яркости (справа).

Объектив х10, цена деления 10 мкм. На шкале дополнительно показана линия профиля яркости. Расстояние между крайними делениями вдоль этой линии составляет 400 мкм или 265 пикселов. Калибровочный фактор равен 1.509 (400/265).

Этот способ калибровки микроскопа проводится быстро и обладает высокой точностью (ошибка менее 1%). Естественно, калибровка должна проводиться для каждого объектива отдельно, даже если они имеют одинаковое номинальное увеличение.

Измерение разрешающей способности микроскопа. Формула Рэлея-Аббе позволяет рассчитать только номинальное (т.е. теоретически ожидаемое) разрешение объектива. Действительное разрешение объектива (и микроскопа в целом) может значительно отличаться от номинального.

Если микроскоп оборудован телекамерой или цифровым фотоаппаратом, измерение его реальной разрешающей способности не представляет большой проблемы. Для этого, однако, необходимо более подробно рассмотреть принцип его работы.

Описанная выше диффракция Френеля в виде концентрических круглых колец (рис. 1) возникает только в том случае, если световая волна обладает полной когерентностью. Обладающая частичной когерентностью система освещения микроскопа будет формировать диффракционую картину без выраженных колец. Более того, из-за неидеальности оптики обратное преобразование Фурье также даст изображение, сглаженное по сравнению с исходным. Следовательно, микроскоп вносит погрешность в процесс формирования изображения, что приводит к снижению его разрешающей способности. Для оценки этой погрешности в микроскопии применяют функцию рассеяния точки (P oint S pread F unction, PSF ) и функцию оптической передачи (O ptical T ransfer F unction, OTF ).

Рис. 5. Функция рассеяния точки (PSF ) и функция оптической передачи (OTF ). OTF является Фурье-образом PSF.

По существу, PSF представляет собой наблюдаемое в микроскоп изображение круглого отверстия минимального диаметра, которое освещено некогерентным светом, а OTF является его Фурье-образом (рис. 5). Чем меньше PSF (и больше сопряженная с ним OTF), тем выше разрешение. Таким образом, задача измерения разрешающей способности микроскопа сводится к определению его PSF (или OTF).

Существует много различных способов прямой и косвенной оценки величины PSF. Например, ее можно вычислить, если исследовать форму перепадов яркости в окрестностях границ микрообъектов. На практике, однако, наиболее простым и точным способом оценки максимального разрешения микроскопа является анализ его OTF, а не PSF.

Для того чтобы измерить разрешающую способность микроскопа при данном увеличении по OTF, необходимо:

1. Получить цифровую фотографию цитологического препарата.

2. Чтобы была возможность применить быстрый алгоритм преобразования Фурье, вырезать из нее квадратный участок, сторона которого L (в пикселах) равна степени числа 2 (128,256,512 и т. д.).

3. Выполнить прямое преобразование Фурье этого участка с помощью программы Scion Image (или аналогичной) и получить OTF микроскопа.

4. Измерить диаметр OTF (D) в пикселах (рис. 5).

5. Используя полученные параметры L и D , а также размеры ячейки матрицы камеры C в мкм, увеличение адаптера камеры Ma иувеличение объектива Mo ,рассчитать максимальное разрешение микроскопа d в нм по формуле:

Рис. 6. Изображение анафазы митоза (256х256) и его Фурье-образ.

Цифровая фотография делящейся митозом клетки корешка лука (рис. 6, слева) снята при помощи микроскопа Zeiss Axiolab, объектив x100/1.25, камера Axiocam MR с адаптером x0.63, размер ячейки ПЗС-матрицы 6.7 мкм (указан в спецификации). Фурье-образ этого снимка (рис. 6, справа) получен в программе Scion Image после кадрирования рамкой 256х256. Измеренный с помощью программы Scion Image диаметр OTF составляет 129 пикселов, рассчитанное по приведенной формуле разрешение микроскопа - 211 нм.

Точность данного метода измерения разрешающей способности микроскопа зависит, главным образом, от корректности определения диаметра OTF. Однако, как видно из профиля яркости OTF (рис. 7), ее граница плавно снижается к уровню случайного шума, что затрудняет измерение D .

Один из способов повышения объективности определения диаметра OTF заключается в том, чтобы измерять его (или радиус OTF, который обозначается как HWHM ) на половине максимальной яркости сигнала. Оценка разрешения микроскопа при этом будет несколько ниже максимального значения.

Другой способ состоит в использовании специальных препаратов, приготовленных из диатомовых водорослей и содержащих мелкие регулярные структуры на пределе разрешения микроскопа. В этом случае в Фурье-образе появляются контрастные рефлексы, которые значительно облегчают точное измерение диаметра OTF.

Рис. 7. Профиль яркости OTF от центра к периферии. HWHM - радиус OTF на уровне половины ее максимума (H alf W idth on H alf M aximum).

PSF и OTF непосредственно связаны с формулой Рэлея-Аббе. В свободном от аберраций микроскопе PSF обладает круговой симметрией и определяется выражением

где h(r) – это PSF, J 1 - функция Бесселя первого рода, a = 2pNA/l.

Таким образом, по крайней мере, в идеальном случае форма PSF определяется только двумя параметрами - длиной волны l и численной апертурой объектива NA. Аналитическое описание PSF может использоваться для повышения разрешающей способности микроскопа путем дополнительной обработки изображений на компьютере.

Цель работы . Ознакомление с устройством микроскопа и определение его разрешающей способности.

Приборы и принадлежности : Микроскоп, металлическая пластинка с маленьким отверстием, осветительное зеркало, линейка со шкалой.

Введение

Микроскоп состоит из объектива и окуляра, которые представляют собой сложные системы линз. Ход лучей в микроскопе изображён на рис.1, на котором объектив и окуляр представлены одиночными линзами.

Рассматриваемый предмет АВ размещают немного дальше от главного фокуса объектива F об . Объектив микроскопа даёт действительное, обратное и увеличенное изображение предмета (AB на рис. 1), которое образуется за двойным фокусным расстоянием объектива. Увеличенное изображение рассматривается окуляром как лупой. Изображение предмета, рассматриваемое в окуляр, мнимое, обратное и увеличенное.

Расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра называется оптическим интервалом системы илиоптической длиной тубуса микроскопа.

Увеличение микроскопа можно определить по увеличению объектива и окуляра :

N = N об  N ок = ───── (1)

f об  f ок

где N об и N ок - увеличение объектива и окуляра соответственно; D - расстояние наилучшего зрения для нормального глаза (~25 см.) ;  - оптическая длина тубуса микроскопа; f об и f ок - главные фокусные расстояния объектива и окуляра.

При анализе формулы (1) можно сделать заключение, что в микроскопах с большим увеличением можно рассматривать любые мелкие предметы. Однако полезное увеличение, даваемое микроскопом, ограничивается дифракционными явлениями, которые становятся заметными при рассматривании предметов, размеры которых сравнимы с длинной световой волны.

Пределом разрешающей способности микроскопа называется наименьшее расстояние между точками, изображение которых в микроскопе получается раздельно.

Согласно теории Аббе предел разрешающей способности микроскопа определяет выражение:

d = ───── (2)

где d - линейный размер рассматриваемого предмета; - длина волны используемого света; n - показатель преломления среды между предметом и объективом;  - угол между главной оптической осью микроскопа и граничным лучом (рис. 2).

Величина A = nsin называется числовой апертурой объектива , а величина, обратная d, - разрешающей способностью микроскопа . Из выражения (2) следует что разрешающая способность микроскопа зависит от числовой апертуры объектива и длины волны света, которым освещается рассматриваемый предмет.

Если предмет находится в воздухе (n=1), то в микроскопе можно различить точки предмета, расстояние между которыми:

d = ─────

Для микроскопических предметов угол  близок к 90 градусам, тогда sin  1, откуда следует, что в микроскопе можно рассматривать предметы, находящиеся на расстоянии друг от друга ~ 0,61. В случае визуальных наблюдений (максимум чувствительности глаза приходится на зеленую область видимого спектра   550 нм) в микроскопе можно разглядеть предметы, находящиеся на расстоянии ~300 нм.

Как следует из выражения (2), разрешающую способность микроскопа можно увеличить путём уменьшения длины волны света, которым освещается предмет. Так, при фотографировании объектов в ультрафиолетовом свете (~ 250-300 нм) разрешающую способность микроскопа удаётся увеличить вдвое.

Предел разрешения – это такое наименьшее расстояние между двумя точками предмета, при котором эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе как две точки.

Разрешающая способность определяется как способность микроскопа давать раздельные изображение мелких деталей рассматриваемого предмета. Она задается формулой:

где А – числовая апертура, l – длина волны света; , где n – показатель преломления среды, в которой находится рассматриваемый объект, U – апертурный угол.

Для изучения структуры мельчайших живых существ необходимы микроскопы с большим увеличением и хорошей разрешающей способностью. Оптический микроскоп ограничен увеличением в 2000 раз и имеет разрешающую способность не лучше 250 нм. Эти значения не годятся для исследования мелких деталей клеток.

118. Ультрафиолетовый микроскоп. Один из способов уменьшения

предела разрешения микроскопа - использование света с меньшей длиной волны. В связи с этим применяют ультрафиолетовый микроскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах. Так как глаз непосредственно не воспринимает этого излучения, то употребляются фотопластинки, люминесцентные экраны или электронно-оптические преобразователи. Другим способом уменьшения предела разрешения микроскопа является увеличение показателя преломления среды, в которой находится микроскоп. Для этого его помещают в иммерсионную жидкость , например, кедровое масло.

119. Люминесцентная (флюоресцентная) микроскопия основана на способности некоторых веществ люминесцировать, т. е. светиться при освещении невидимым ультрафиолетовым или синим светом.

Цвет люминесценции смещен в более длинноволновую часть спектра по сравнению с возбуждающим ее светом (правило Стокса). При возбуждении люминесценции синим светом цвет ее может быть от зеленого до красного, если люминесценция возбуждается ультрафиолетовым излучением, то свечение может быть в любой части видимого спектра. Эта особенность люминесценции позволяет, используя специальные светофильтры, поглощающие возбуждающий свет, наблюдать сравнительно слабое люминесцентное свечение.

Поскольку большинство микроорганизмов не обладают собственной люминесценцией, то прибегают к их окрашиванию растворами флюоресцирующих красителей. Этот метод используется для бактериоскопического исследования возбудителей некоторых инфекций: туберкулеза (ауромин), включений в клетках, образуемых некоторыми вирусами и др. Этот же способ может применяться для цитохимического изучения живых и фиксированных микроорганизмов. В реакции иммуннофлюоресценции с помощью антител, меченных флюорохромами, выявляются антигены микроорганизмов или антитела в сыворотке больных

120. Фазово-контрастная микроскопия. При микроскопии неокрашенных микроорганизмов, отличающихся от окружающей среды только по показателю преломления, изменения интенсивности света (амплитуды) не происходит, а изменяется только фаза прошедших световых волн. Поэтому глаз этих изменений заметить не может и наблюдаемые объекты выглядят малоконтрастными, прозрачными. Для наблюдения таких объектов используют фазово-контрастную микроскопию, основанную на превращении невидимых фазовых изменений, вносимых объектом, в амплитудные, различимые глазом.

Благодаря применению этого способа микроскопии контраст живых неокрашенных микроорганизмов резко увеличивается и они выглядят темными на светлом фоне или светлыми на темном фоне.

Фазово-контрастная микроскопия применяется также для изучения клеток культуры ткани, наблюдения действия различных вирусов на клетки и т. п.

121. Темнопольная микроскопия. Темнопольная микроскопия основана на способности микроорганизмов сильно рассеивать свет. Для темнопольной микроскопии пользуются обычными объективами и специальными темнопольными конденсорами.

Основная особенность темнопольных конденсоров заключается в том, что центральная часть у них затемнена и прямые лучи от осветителя в объектив микроскопа не попадают. Объект освещается косыми боковыми лучами и в объектив микроскопа попадают только лучи, рассеянные частицами, находящимися в препарате. Темнопольная микроскопия основана на эффекте Тиндаля, известным примером которого служит обнаружение пылинок в воздухе при освещении их узким лучом солнечного света.

При темнопольной микроскопии микроорганизмы выглядят ярко светящимися на черном фоне. При этом способе микроскопии могут быть обнаружены мельчайшие микроорганизмы, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности микроскопа. Однако темнопольная микроскопия позволяет увидеть только контуры объекта, но не дает возможности изучить внутреннюю структуру.

122. Тепловое излучение является самым распространенным в природе видом электромагнитного излучения. Оно совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества. Тепловое излучение присуще всем телам при любой температуре, отличной от абсолютного нуля.

Полная лучеиспускательная способность тела Е(её еще называют энергетической светимостью) - это величина энергии, испускаемой с единицы площади поверхности тела за 1с. Измеряется в Дж/м 2 с.

Полная лучепоглощательная способность тела А(коэффициент поглощения) – это отношение лучистой энергии, поглощенной телом, ко всей падающей на него лучистой энергии; А – безразмерная величина.

123. Абсолютно черное тело. Воображаемое тело, поглощающее при любой температуре всю падающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным.

Закон Кирхгофа. Для всех тел при данной температуре отношение лучеиспускательной способности E к лучепоглощательной способности A есть постоянная величина, равная лучеиспускательной способности абсолютно черного тела e при той же температуре:

e.

Закон Стефана-Больцмана. Полная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

e=sT 4 ,

где s– постоянная Стефана-Больцмана.

Закон Вина. Длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

l т ×T= в,

где в – постоянная Вина.

На законе Вина основана оптическая пирометрия – метод опре­деления температуры раскаленных тел (металла – в плавильной пе­чи, газа – в облаке атомного взрыва, поверхности звезд и т. п.) по спектру их излучения. Именно этим методом была впервые опре­делена температура поверхности Солнца.

124 . Инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красной границей видимого света (λ= 0,76 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (λ = 1 - 2 мм) называют инфракрасным (ИК). Нагретые твердые и жидкие тела испускают непрерывный инфракрасный спектр.

Лечебное применение инфракрасного излучения основано на его тепловом воздействии. Для лечения используют специальные лампы.

Инфракрасное излучение проникает в тело на глубину около 20 мм, поэтому в большей степени прогреваются поверхностные слои. Терапевтический эффект обусловлен возникающим температурным градиентом, что активизирует деятельность терморегулирующей системы. Усиление кровоснабжения облученного места приводит к благоприятным лечебным последствиям.

125. Ультрафиолетовое излучение. Электромагнитное излучение,

занимающее спектральную область между фиолетовой границей видимого света (λ = 400 нм) и длинноволновой частью рентгеновского излучения (λ = 10 нм), называют ультрафиолетовым(УФ).

Накаленные твердые тела при высокой температуре излучают

заметную долю ультрафиолетового излучения. Однако максимум

спектральной плотности энергетической светимости в соответствии с законом Вина приходится на 7000 К. Практически это означает, что в обычных условиях тепловое излучение серых тел не может служить эффективным источником УФ излучения. Наиболее мощным источником УФ излучения является Солнце, 9 % излучения которого на границе земной атмосферы составляет ультрафиолетовое.

УФ излучение необходимо для работы УФ микроскопов, люминесцентных микроскопов, для люминесцентного анализа. Главное применение УФ излучения в медицине связано с его специфическим биологическим воздействием, которое обусловлено фотохимическими процессами.

126. Термография – это регистрация излучения различных участков

поверхности тела с целью диагностической интерпретации. Определение температуры осуществляется двумя способами. В одном случае используются жидкокристаллические индикаторы, оптические свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры.

Помещая эти индикаторы на тело больного, можно визуально по изменению их цвета определить местное различие температуры.

Другой метод основан на использовании тепловизоров , в которых используются чувствительные приемники инфракрасного излучения, например, фотосопротивления.

127. Физиологические основы термографии . Физиологические процессы, происходящие в организме человека, сопровождаются выделением теплоты, которая переносится циркулирующей кровью и лимфой. Источник тепла - биохимические процессы, происходящие в живом организме. Выделяемое тепло разносится кровью по всему организму. Обладая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, циркулирующая кровь способна осуществлять интенсивный теплообмен между центральными и периферическими областями организма. Температура крови, проходящей по кожным сосудам, снижается на 2-3°.

В основе термографии лежит явление увеличения интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами (в связи с усилением в них кровоснабжения и метаболических процессов) или уменьшение его интенсивности в областях с уменьшенным региональным кровотоком и сопутствующими изменениями в тканях и органах. Обычно это выражается появлением "горячей зоны". Выделяют два основных вида термографии: телетермография и контактная холестерическая термография.

128. Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора. В качестве приемных устройств инфракрасного излучения в тепловизорах используют чувствительные фотосопротивления.

Тепловизор работает следующим образом. Инфракрасное излучение фокусируется системой линз, после чего попадает на фотоприемник, работающий при охлаждении его до –196°С. Сигнал с фотоприемника усиливается и подвергается цифровой обработке с последующей передачей полученной информации на экран цветного монитора.

129. Контактная жидкокристаллическая термография опирается на оптические свойства анизотропных холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим - синий.

Жидкокристаллическая контактная пластинчатая термография в настоящее время широко и успешно применяется в различных об­ластях медицины, однако значительно большее применение нашли дистанци­онные методы регистрации инфракрасного излучения тела человека.

130. Клинические применения термографии. Термографическая диагностика не оказывает никакого внешнего воздействия или неудобства для пациента и позволяет "увидеть" аномалии тепловой картины на поверхности кожи пациента, которые характерные для многих заболеваний и физических расстройств.

Термография, являясь физиологичным, безвредным, неинвазивным методом диагностики, находит свое применение в практической медицине для диагностики широкого круга патологий: заболеваний молочных желез, позвоночника, суставов, щитовидной железы, ЛОР органов, сосудов, печени, желчного пузыря, кишечника, желудка, поджелудочной железы, почек, мочевого пузыря, предстательной железы. Термография позволяет зафиксировать изменения в самом начале развития патологического процесса, до появления структурных изменений в тканях.

131. Резерфордовская (планетарная) модель атома. Согласно этой модели весь положительный заряд и почти вся масса (более 99,94%) атома сосредоточены в атомном ядре, размер которого ничтожно мал (порядка 10 -13 см) по сравнению с размером атома (10 -8 см). Вокруг ядра по замкнутым (эллиптическим) орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Заряд ядра равен по абсолютной величине суммарному заряду электронов.

Недостатки резерфордовской модели.

а) в резерфордовской модели атом является неустойчивым

образованием, тогда как опыт свидетельствует об обратном;

б) спектр излучения атома по Резерфорду является непрерывным, тогда как опыт говорит о дискретном характере излучения.

132. Квантовая теория строения атома по Бору. Исходя из представлений о дискретности энергетических состояний атома, Бор усовершенствовал атомную модель Резерфорда, создав квантовую теорию строения атома. В ее основе лежат три постулата.

Электроны в атоме могут двигаться не по любым орбитам, а только по орбитам вполне определенного радиуса. На этих орбитах, называемых стационарными, момент количества движения электрона определяется выражением:

где m – масса электрона, v – его скорость, r – радиус электронной орбиты, n – целое число, называемое квантовым (n=1,2,3, …).

Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением (поглощением) энергии.

Переход электрона с одной стационарной орбиты на другую

сопровождается излучением (или поглощением) кванта энергии.

Величина hn этого кванта равна разности энергий W 1 – W 2 стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения):

hn=W 1 – W 2 .

Это соотношение называют условием частот.

133. Виды спектров. Различают три основных вида спектров: сплошные, линейчатые и полосатые.

Линейчатые спектры

атомами. Излучение обусловлено переходами связанных электронов на более низкие энергетические уровни.

Полосатые спектры излучаются отдельными возбужденными

молекулами. Излучение вызвано как электронными переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов в молекуле.

Сплошные спектры излучаются совокупностями многих взаимодействующих между собой молекулярных и атомных ионов.

Основную роль в излучении играет хаотическое движение этих частиц, обусловленное высокой температурой.

134. Понятие о спектральном анализе . Каждый химический элемент

испускает (и поглощает) свет с вполне определенными, присущими только этому элементу длинами волн. Линейчатые спектры элементов получают путем фотографирования в спектрографах, в которых разложение света осуществляется с помощью дифракционной решетки. Линейчатый спектр элемента – это его своеобразный “отпечаток пальца”, который позволяет безошибочно идентифицировать этот элемент на основе длин волн излучаемого (или поглощаемого света). Спектрографические исследования являются одним из наиболее мощных имеющихся в нашем распоряжении методов химического анализа.

Качественный спектральный анализ – это сравнение полученных спектров с табличными для определения состава вещества.

Количественный спектральный анализ проводится путем фотометрирования (определения интенсивности) спектральных линий: яркость линий пропорциональна количеству данного элемента.

Градуировка спектроскопа . Для того чтобы с помощью спектроскопа можно было определять длины волн исследуемого спектра, спектроскоп необходимо проградуировать, т.е. установить зависимость между длинами волн спектральных линий и делениями шкалы спектроскопа, на которых они видны.

135. Основные характеристики и области применения спектрального анализа. С помощью спектрального анализа можно определять как атомный, так и молекулярный состав вещества. Спектральный анализ позволяет проводить качественное открытие отдельных компонентов анализируемой пробы и количественное определение их концентрации. Вещества с очень близкими химическими свойствами, которые трудно или даже невозможно анализировать химическими методами, легко определяются спектрально.

Чувствительность спектрального анализа, как правило, очень высока. Прямым анализом достигается чувствительность 10 -3 - 10 -6 %. Скорость спектрального анализа обычно значительно превышает скорость выполнения анализа другими методами.

136. Спектральный анализ в биологии. Спектроскопический метод измерения оптической активности веществ широко применяется для определения структуры биологических объектов. При изучении биологических молекул измеряются их спектры поглощения и флуоресценция. Флуоресцирующие при лазерном возбуждении красители используются для определения водородного показателя и ионных сил в клетках, а также для исследования специфических участков в белках. С помощью резонансного комбинационного рассеяния зондируется структура клеток и определяется конформация молекул белков и ДНК. Важную роль сыграла спектроскопия при изучении фотосинтеза и биохимии зрения.

137. Спектральный анализ в медицине. В организме человека присутствует более восьмидесяти химических элементов. Их взаимодействие и взаимовлияние обеспечивает процессы роста, развития, пищеварения, дыхания, иммунитета, кроветворения, памяти, оплодотворения и т.д.

Для диагностики микро- и макроэлементов, а также их количественного дисбаланса волосы и ногти являются наиболее благодатным материалом. Каждый волос хранит интегральную информацию о минеральном обмене всего организма за весь период времени своего роста. Спектральный анализ дает полные сведения о минеральном балансе за продолжительный период времени. Некоторые токсичные вещества можно обнаружить только этим способом. Для сравнения: обычные методики позволяют определять по анализу крови соотношение менее десяти микроэлементов на момент тестирования.

Результаты спектрального анализа помогают врачу в диагностике и поисках причины заболеваний, выявлении скрытых заболеваний и предрасположенности к ним; позволяют более точно назначать лекарственные препараты и разрабатывать индивидуальные схемы восстановления минерального баланса.

Трудно переоценить значение спектроскопических методов в фармакологии и токсикологии. В частности, они позволяют проводить анализ проб фармакологических препаратов при их валидации, а также определении фальсифицированных лекарственных средств. В токсикологии ультрафиолетовая и инфракрасная спектроскопии позволили проводить идентификацию многих алкалоидов из экстрактов Стаса.

138. Люминесценцией называется избыточное над тепловым излучение тела при данной температуре, имеющее длительность, значительно превышающую период излучаемых световых волн.

Фотолюминесценция. Люминесценция под воздействием фотонов называется фотолюминесценцией.

Хемилюминесценция. Люминесценция, сопровождающая химические реакции, называется хемилюминесценцией.

139. Люминесцентный анализ основан на наблюдении люминесценции объектов с целью их исследования; используется для обнаружения начальной стадии порчи продуктов, сортировки фармакологических препаратов и диагностики некоторых заболеваний.

140. Фотоэлектрическим эффектом называется явление вырывания

электронов из вещества под действием падающего на него света.

Привнешнем фотоэффекте электрон покидает поверхность вещества.

При внутреннем фотоэффекте электрон освобождается от связей с атомом, но остается внутри вещества.

Уравнение Эйнштейна:

где hn – энергия фотона, n – его частота, А – работа выхода электрона, – кинетическая энергия вылетевшего электрона, v – его скорость.

Законы фотоэффекта:

Число фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла за единицу времени, пропорционально световому потоку, падающему на металл.

Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов

определяется частотой падающего света и не зависит от его интенсивности.

Для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, т.е. максимальная длина волны l 0 , при которой еще возможен фотоэффект.

Внешний фотоэффект находит применение в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ) и электронно-оптических преобразователях (ЭОП). ФЭУ применяются для измерения световых потоков малой интенсивности. С их помощью можно определить слабую биолюминесценцию. ЭОП применяют в медицине для усиления яркости рентгеновского изображения; в термографии – для преобразования инфракрасного излучения организма в видимое. Кроме того, фотоэлементы применяются в метро при прохождении турникета, в современных гостиницах, аэропортах и т.д. для автоматического открывания и закрывания дверей, для автоматического включения и выключения освещения улиц, для определения освещенности (люксметр) и пр.

141. Рентгеновское излучение –это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,01 до 0,000001 мкм. Оно вызывает свечение экрана, покрытого люминофором, и почернение фотоэмульсии, благодаря чему его можно использовать для фотографирования.

Рентгеновские лучи возникают при резкой остановке электронов при их ударе об анод в рентгеновской трубке. Предварительно электроны, эмиттируемые катодом, разгоняются ускоряющей разностью потенциалов до скоростей порядка 100000 км/с. Это излучение, называемое тормозным, имеет сплошной спектр.

Интенсивность рентгеновского излучения определяется эмпирической формулой:

где I – сила тока в трубке, U – напряжение, Z – порядковый номер атома вещества антикатода, k – const.

Рентгеновское излучение, возникающее в результате торможения электронов, называется «тормозным».

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

При больших напряжениях в рентгеновской трубке наряду с

рентгеновским излучением, имеющим сплошной спектр, возникает рентгеновское излучение, имеющее линейчатый спектр; последний налагается на сплошной спектр. Это излучение называется характеристическим, так как каждое вещество имеет собственный, характерный для него линейчатый рентгеновский спектр (сплошной спектр от вещества анода и определяется только напряжением на рентгеновской трубке).

142. Свойства рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи обладают всеми свойствами, которые характеризуют световые лучи:

1) не отклоняются в электрическом и магнитном полях и, следовательно, не несут электрического заряда;

2) обладают фотографическим действием;

3) вызывают ионизацию газа;

4) способны вызывать люминесценцию;

5) могут преломляться, отражаться, обладают поляризацией и дают явление интерференции и дифракции.

143. Закон Мозли. Так как атомы различных веществ имеют различные энергетические уровни в зависимости от их строения, то и спектры характеристического излучения зависят от строения атомов вещества анода. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. Такая закономерность известна как закон Мозли:

где n – частота спектральной линии, Z – порядковый номер испускающего элемента, А и В – постоянные.

144. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. В зависимости от соотношение энергии фотона e и энергии ионизации А 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: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона) . В 1922 году А.Х. Комптон, наблюдая рассеяние жестких рентгеновских лучей, обнаружил уменьшение проникающей способности рассеянного пучка по сравнению с падающим. Это означало, что длина волны рассеянного рентгеновского излучения больше, чем падающего. Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны называют некогерентным, а само явление – эффектом Комптона.

Фотоэффект . При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, а атом ионизируется (фотоионизация). Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

Ионизирующее действие рентгеновского излучения проявляется в увеличении электропроводимости под воздействием рентгеновских лучей. Это свойство используют в дозиметрии для количественной оценки действия этого вида излучения.

145. Рентгенолюминесценцией называют свечение ряда веществ при рентгеновском облучении. Такое свечение платиносинеродистого бария позволило Рентгену открыть лучи. Это явление используют для создания специальных светящихся экранов с целью визуального наблюдения рентгеновского излучения, иногда для усиления действия рентгеновских лучей на фотопластинку, что позволяет фиксировать эти лучи.

146. Поглощение рентгеновского излучения описывается законом Бугера:

F = F 0 е - m x ,

где m - линейный коэффициент ослабления,

x – толщина слоя вещества,

F 0 – интенсивность падающего излучения,

F - интенсивность прошедшего излучения.

147. Воздействие рентгеновского излучения на организм . Хотя лучевые нагрузки при рентгенологических исследованиях невелики, они могут приводить к изменениям в хромосомном аппарате клеток – радиационным мутациям. Поэтому рентгеновские исследования должны регламентироваться.

148. Рентгеновская диагностика. Рентгеновская диагностика основана на избирательном поглощении тканями и органами рентгеновского излучения.

149. Рентгеноскопия. При рентгеноскопии изображение просвечиваемого объекта получают на флюороскопическом экране. Методика проста и экономична, позволяет наблюдать за движением органов и за перемещением в них контрастного вещества. Однако она обладает и недостатками: после неё не остается документа, который мог бы обсуждаться или рассматриваться в дальнейшем. На экране плохо различимы мелкие детали изображения. Рентгеноскопия сопряжена с гораздо большей лучевой нагрузкой на больного и врача, чем рентгенография.

150. Рентгенография. При рентгенографии пучок рентгеновских лучей направляется на исследуемую часть тела. Излучение, прошедшее через тело человека, попадает на пленку, на которой после её обработки получается изображение.

151. Электрорентгенография. В ней пучок рентгеновского излучения, прошедший через больного, попадает на заряженную статическим электричеством селеновую пластинку. При этом пластина изменяет свой электрический потенциал, на ней возникает скрытое изображение из электрических зарядов.

Главное достоинство метода – возможность быстро получить большое число качественных снимков без расхода рентгеновской пленки, содержащей дорогостоящие соединения серебра, и без “мокрого” фотопроцесса.

152. Флюорография. Её принцип состоит в фотографировании рентгеновского изображения с экрана на малоформатную роликовую пленку. Применяется при массовых обследованиях населения. Преимущества метода – быстрота, экономичность.

153. Искусственное контрастирование органов. Метод основан на

введении в организм безвредных веществ, которые поглощают

рентгеновское излучение гораздо сильнее или, наоборот, гораздо слабее, чем исследуемый орган. Например, больному рекомендуется принять водную взвесь сульфата бария. При этом на снимке появляется тень контрастной массы, находящейся в полости желудка. По положению, форме, величине и очертаниям тени можно судить о положении желудка, форме и величине его полости.

Йод используется для контрастирования щитовидной железы. Из газов для этой цели применяют кислород, закись азота, углекислый газ. В кровяное русло можно вводить только закись азота и углекислый газ, так как они в противоположность кислороду не вызывают газовой эмболии.

154. Усилители рентгеновских изображений. Яркость свечения, преобразующего рентгеновское излучение в видимый свет флюоресцентного экрана, ко­торым пользуется рентгенолог, производя рентгеноскопию, составляет сотые доли кандел на квадратный метр (кандел - свеча). Это примерно соответствует яркости лунного света в безоблачную ночь. При подобной осве­щенности человеческий глаз работает в режиме суме­речного зрения, при котором чрезвычайно плохо раз­личаются мелкие детали и слабые перепады конт­раста.

Увеличить яркость экрана нельзя из-за пропорционального увеличения дозы облучения пациента, которая и так не безвредна.

Возможность устранить это препятствие дают усилители рентгеновского изображения (УРИ), способные усиливать яркость изображений в тысячи раз за счет мно­гократного ускорения электронов с помощью внешнего электрического поля. УРИ, помимо увеличения яркости, позволяют существенно сократить дозу облучения при исследовании.

155. Ангиография – метод контрастного исследо­вания кровеносной

системы, в котором под визу­альным рентгеновским контролем с помощью УРИ и теле­видения рентгенолог вводит в вену тонкую эластичную трубку - катетер и направляет его вместе с током кровипрактически в любую область тела, даже в сердце. Затем в нужный момент по катетеру вводится рентгеноконтрастная жидкость и одновременно делается серия сним­ков, с большой скоростью следующих друг за другом.

156. Цифровой метод обработки информации. Электрические сигналы представляют собой наиболее удобную форму для последующей обработки изобра­жения. Иногда на изображении выгодно подчеркнуть линию, выделить контур, иногда высве­тить текстуру. Обработка может осуществляться как электронными аналоговыми, так и цифровыми методами. Для целей цифровой обработки аналоговые сигналы превращаются в дискретную форму с помощью аналого-цифровых преобразователей АЦП и в таком виде поступают на компьютер.

Полученное на флюороскопическом экране световое изображение усиливается электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и поступает через оптическую систему на вход телевизионной труб­ки ТТ, превращаясь в последовательность электрических сигналов. С помощью АЦП производится дискретизация и квантование, а далее запись в оперативную цифровую память – ОЗУ и обработка сигналов изображения по заданным программам. Преобразованное изображение вновь превращается в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя ЦАП и вы­водится на экран видеоконтрольного устройства ВКУ полутонового дисплея.

157. Цветовое кодирование черно-белых изображений. Большинство интроскопических изображений монохромно, то есть, лишено цвета. Но ведь нормальное зрение человека - цветное. Чтобы полностью использовать способности глаза, имеет смысл в ряде случаев искусственно раскрашивать наши интроскопические изображения на последнем этапе их преобразования.

При восприятии глазом цветного изображения появля­ются

дополнительные признаки изображения, облегчаю­щие анализ. Это

цветовой тон, насыщенность цвета, цветной контраст. В цвете во много раз повышается различаемость деталей и контрастная чувствительность глаза.

158. Рентгеновская терапия. Рентгеновское излучениеприменяется для лучевой терапии при лечении ряда заболеваний. Показания и тактика рентгенотерапии во многом аналогичны методам гамма-терапии.

159. Томография. На изображение органа или патологического образования, интересующего врача, наслаиваются тени соседних органов и тканей, расположенных по ходу рентгеновского пучка.

Суть томографии заключается в том, что в процессе съемки

рентгеновская трубка перемещается относительно больного, давая резкое изображения только тех деталей, которые лежат на заданной глубине. Таким образом, томография – это послойное рентгеновское исследование.

160. Лазерное излучение –это когерентное одинаково направленное

излучение множества атомов, создающее узкий пучок монохроматического света.

Чтобы лазер начал действовать, необходимо перевести большое число атомов его рабочего вещества в возбужденное (метастабильное) состояние. Для этого рабочему веществу передается электромагнитная энергия от специального источника (метод накачки). После этого в рабочем веществе начнутся почти одновременные вынужденные переходы всех возбужденных атомов в нормальное состояние с излучением мощного пучка фотонов.

161. Применение лазера в медицине. Высокоэнергетические лазеры

применяются в качестве лазерного скальпеля в онкологии. При этом достигается рациональное иссечение опухоли с минимальным повреждением окружающих тканей, причем операцию можно выполнять вблизи структур мозга с большой функциональной значимостью.

Кровопотеря при применении луча лазера гораздо меньше, рана полностью стерилизуется, а отек в послеоперационном периоде минимальный.

Особенно эффективен лазер в микрохирургии глаза. Он позволяет проводить лечение глаукомы посредством “прокалывания” его лучом микроскопических отверстий для оттока внутриглазной жидкости. Лазером осуществляется безоперационное лечение отслойки сетчатки.

Низкоэнергетическое лазерное излучение оказывает противовоспалительное, аналгезирующее действие, изменяет тонус сосудов, улучшает обменные процессы и т.д.; оно применяется в специальной терапии в различных областях медицины.

162. Воздействие лазера на организм. Воздействие лазерного излучения на организм во многом схоже с воздействием электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов. На молекулярном уровне такое воздействие приводит к изменению энергетических уровней молекул живого вещества, их стереохимической перестройке, коагуляции белковых структур. Физиологические эффекты лазерного воздействия связаны с фотодинамическим эффектом фотореактивации, эффектом стимуляции или угнетения биопроцессов, изменением функционального состояния как отдельных систем, так и организма в целом.

163. Использование лазеров в медико-биологических исследованиях. Одним из основных направлений лазерной диагностики является спектроскопия конденсированных сред , которая позволяет проводить анализ биологических тканей и их визуализацию на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.