A látás és látásjavítás fizikai alapjai. Optikai eszközök az orvoslásban. Orvosi fizika és statisztika Varjú Katalin 202. október 5.
Vizsgára készüléshez ajánlott: Damjanovich Fidy Szöllősi: Orvosi biofizika (3. kiadás) II/2.. fejezet A fény IV/2.2. A látás biofizikai alapjai (részletek) Előadás (intézeti honlap, CooSpace) Optika tankönyvek Internet
A látás és látásjavítás
Optikai eszközök az orvoslásban
Az elektromágneses spektrum transzverzális hullám c hullámhossz (m) 8 c0 30 c c n 0 0 0 c0 frekvencia (Hz) m s vákuumban n törésmutatójú közegben energia Planck állandó hullámhossz frekvencia c E h h 34 h 6,6 0 Js
A napfény látható fény: a szem érzékenységi görbéje UV: bőrrák D-vitamin IR: melegít nagy behatolási mélység E,6 ev nagy energiájú fotonok E 3 ev
Optika = fénytan Geometriai optika Hullámoptika
Közeghatárra érve... visszaverődés törés (Snellius-Descartes) sin sin 2 c c 2 n n 2
Diszperzió a törésmutató hullámhosszfüggése miatt a spektrális komponensek elkülönülnek
Teljes visszaverődés
Alkalmazás: az optikai szál
Az optikai szál orvosi alkalmazásai a fény odavezetése vagy fogászat a fény elvezetése optikai szenzor endoszkóp sebészet
Teljes visszaverődés II: Abbe-féle refraktométer
Képalkotás A fény a tárgyról nem közvetlenül jut a szemünkbe... (ahol a fénysugarak vagy meghosszabbításaik metszik egymást) Kép jellemzői: valódi / virtuális kicsinyített / nagyított egyenes vagy fordított állású
Gömbtükrök képalkotása homorú domború fókusztávolság görbületi sugár f R 2 törőerősség D f k t t k t k képtávolság, tárgytávolság
Törés gömbi felületen n n2 n2 n D t k r f t k
Lencsék fajtái gyűjtőlencse D f k t nevezetes sugármenetek szórólencse f>0 gyűjtőlencse, f<0 szórólencse k>0 valódi kép, k<0 virtuális kép
Lencsekészítők egyenlete két gömbfelületen történő törés D f n n 0 R R 2 n lencse n 0 közeg R és R 2 pozitív, ha konvex a határoló felület Gyűjtőlencsék f>0 Szórólencsék f<0 Példa:,5 törésmutatójú üvegből lencsét készítünk, melynek görbületi sugarai 0 cm illetve 5 cm. A lencse 4 féle lehet, gyűjtővagy szóró lencse, 2cm vagy 60cm fókusztávolsággal
A relatív törésmutató hatása D f n n 0 R R 2 a lencse anyaga optikailag sűrűbb a környezet optikailag sűrűbb
Leképezési törvény D f k t nagyított, valós, fordított állású nagyított, virtuális, egyenes állású kicsinyített, virtuális, egyenes állású Milyen kép keletkezik a retinán? valós, fordított állású, kicsinyített
A kép jellege - gyűjtőlencse a 2F ponton kívül pl. szem a 2F pontban F és 2F között F pontban F ponton belül pl. egyszerű nagyító
A kép jellege - szórólencse a kép mindig kicsinyített és virtuális
Lencsehibák szférikus aberráció kóma asztigmatizmus színi hiba
Lencse rendszerek ha a lencsék közel vannak egymáshoz
Damjanovich Fidy- Szöllősi
Fénytörés a szemben n2 D n R törőerősségek az egyes felületeknek megfelelő törőerősségek összeadódnak legnagyobb a levegő cornea felület törőerőssége változtatható a szemlencse törőerőssége f,6cm D törésmutatók Damjanovich Fidy- Szöllősi
Akkomodáció a szemlencse törőerősségét (D,f) változtatva különböző tárgytávolságokat (t) tudunk a retinára (azonos k távolságban) leképezni t k f D 2 0 R R n n f D Damjanovich Fidy- Szöllősi
Példa Feltételezve, hogy a retina a szemlencsétől állandó k=,8 cm távolságban van, mekkora kell a szem fókusztávolságának lennie, hogy különböző távolságokban levő tárgyakról éles képet alkosson? D f k t tárgy távolság fókusztávolság törőerősség 0, m,53 cm 65,6 dptr 0,25 m,68 cm 59,6 dptr m,77 cm 56,6 dptr 00 m,80 cm 55,6 dptr dptr 0dptr 0 dptr megfelelő alkalmazkodóképesség az akkomodációs képesség az életkor előrehaladtával csökken: öregkori távollátás Damjanovich Fidy- Szöllősi szürkehályog műtét során beültetett lencse fix fókuszú
Damjanovich Fidy- Szöllősi A szem törőhibái
Damjanovich Fidy- Szöllősi A szem törőhibái
Damjanovich Fidy- Szöllősi A szem törőhibái
Asztigmatizmus a szem törőerőssége az egyik irányban nagyobb, mint a rá merőleges irányban korrekció: hengerlencse (cilinderes lencse)
Látásjavítás I. Szemüveg-típusok kicsinyített kép rövidlátás henger lencse: egyik irányban nagyított kép távollátás nagyított kép: nagyobb dioptria, erősebb nagyítás Damjanovich Fidy- Szöllősi
Látásjavítás II: LASIK a cornea lézeres alakformálása a szem törőerősségének javítása céljából LASer In-situ Keratomileusis n2 D n R
Pupilla adaptációja 0-6 cd/m 2 -től 0 5 cd/m 2 -ig: nagyságrend (hallás: 8 nagyságrend) Mélységélesség is változik!
A fény hullámtermészete Huygens-Fresnel elv: a hullámfront minden pontjából elemi gömbhullámok indulnak ki, és a hullámtér egy adott pontjában az amplitúdót ezek interferenciája adja meg c c 2
Hullámtulajdonságok I. polarizáció polarizációs szűrő
visszaverődéskor a fény részlegesen polárossá válik
Optikai kettős törés a kétféle polarizációs állapotú fény különböző törésmutatójú anyagot lát
Polarizációs mikroszkóp csont harántcsíkolt izom
Hullámtulajdonságok II: Interferencia hullámok találkozásánál erősítések és gyengítések figyelhetők meg vékony hártya két oldaláról visszaverődő fény interferenciája
Diffrakció geometriai terjedés Airy gyűrű sugara hullám terjedés
A szem feloldóképessége Damjanovich Fidy- Szöllősi
Optikai rács A szomszédos karcolatokból származó sugarak közötti úthosszkülönbségtől függ az erősítés vagy gyengítés. Maximális erősítés iránya: Hullámhossz-függő!
Röntgen diffrakció DNS nyers diffrakciós kép rekonstruált tárgy bleomycin-dns kötés
Optikai eszközök: Egyszerű nagyító egy tárgy nagysága a látószögtől függ ha közelítjük a tárgyat, egyre nagyobbnak tűnik a szem közelpontjánál közelebb nem hozhatjuk a nagyítóval nagyított képet hozunk létre (a tárgy a fókuszon belül van)
Mikroszkóp Az első lencse által létrehozott kép a második lencse fókuszpontján belül helyezkedik el:
Lézer (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) monokromatikus koherens kicsi a divergenciája jól fókuszálható h E x E 0
Lézerek alkalmazásai Doppler áramlásmérő pletizmográf diabéteszes retinopátia kezelése refraktív szemsebészet
Kő fragmentáció Bőrgyógyászat Fogászat Sebészet
Spektroszkópia abszorpció emisszió
Emisszió Abszorpció Damjanovich Fidy- Szöllősi
A szín a zöldön kívül mindent elnyel, a zöldet visszaveri csapok és pálcikák spektrális érzékenysége Damjanovich Fidy- Szöllősi szín változtatása szűrővel vörös színszűrő fehér fény
Endoszkópia narrow band imaging