ИК излучение в медицине

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2013 в 18:24, курсовая работа

Описание работы

Несовершенство собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.
Расширение диапазона зрения для визуализации недоступной для глаз информации является одной из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах XX века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны.

Содержание работы

I Введение 3

II Физика инфракрасного излучения: 4
– Источники излучения 5
– Основные свойства ИК излучения 6
– Характеристики ИК излучения 7
– Особенности изображений объектов в ИК диапазоне 10

III Воздействие на человека: 11
– Биологическое воздействие ИК излучения 12
– Инфракрасное (ИК) излучение в медицине 13
– Влияние инфракрасного излучения на организм человека 17

IV Защита от инфракрасного излучения 20

V Заключение 21
VI Список литературы 22

Скачать архив (1.21 Мб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

ИК излучение.doc

— 5.47 Мб (Скачать файл)

                                                    Содержание:

 

 

I    Введение                                                                                                    3

 

II   Физика инфракрасного излучения:                                                        4

    – Источники излучения                                                                5

    – Основные свойства ИК излучения                                                     6

    – Характеристики ИК излучения                                                           7

    –  Особенности изображений объектов в ИК диапазоне                       10

 

III  Воздействие на человека:                                                                       11

    –  Биологическое воздействие ИК излучения                                         12

    –  Инфракрасное (ИК) излучение в медицине                                        13

    –  Влияние инфракрасного излучения на организм человека               17

 

IV  Защита от инфракрасного излучения                                                     20

 

V Заключение                                                                                               21

VI  Список литературы                                                                                  22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 Список литературы

 

1. Леконт Ж.,  Инфракрасное излучение. М.: 2002

2. Дерибере М., Практические применения инфракрасных лучей, пер. с франц., М.—Л., 1959

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/

4. http://www.genon.ru/

5. http://www.elcer.com.ua/

6. http://www.tstecoline.ru/news

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Несовершенство  собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало  человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.

Расширение диапазона  зрения для визуализации недоступной  для глаз информации является одной  из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах XX века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны.

Естественно, усилия, затраченные  в этом направлении, привели к  прогрессу в научных исследованиях, медицине, техники связи и других областях.

 

ФИЗИКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение , занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны ( = м) и коротковолновым радиоизлучением( = м).Открыто инфракрасное излучение было в 1800 г. английским ученым У. Гершелем. Спустя 123 года после открытия инфракрасного излучения советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны равной приблизительно 80 мкм, т.е. располагающиеся в инфракрасном диапазоне длин волн. Это доказало, что свет, инфракрасные лучи и радиоволны имеют одинаковую природу, все это лишь разновидности обычных электромагнитных волн.

Инфракрасное излучение  также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасном спектре.

 

ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ  ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ

 Инфракрасное излучение  баллистических ракет и космических  объектов

 Инфракрасное излучение  самолетов

Инфракрасное излучение  надводных кораблей

 

•  Факел маршевого 

  двигателя, предста- вляющий собой поток горящих газов, несущих взвешенные твердые частицы золы и сажи, которые образуются при сгорании ракетного топлива.

•  Корпус ракеты.

•  Земля, которая отражает часть солнечных лучей, попавших на нее.

•  Сама Земля.

• Отраженное от планера самолета излучение Солнца, Земли, Луны и других источников.

•  Собственное тепловое излучение удлинительной трубы и сопла турбореак-тивного двигателя или выхлопных патрубков поршневых двигателей.

• Собственное тепловое излу-чение струи выхлопных газов.

•   Собственное тепловое излучение обшивки самолета, возникающее за счет аэродинамического нагрева при полете с большими скоростями.

• Кожух дымовой трубы.

• Выхлопное   

    отверстие   дымовой трубы


 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь,

         дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

5. Невидимо.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

7.      Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и

         фотографическими.

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ


 

 

   Собственное      Отраженное        Ослабление              Физические

   тепловое     объектами ИК   ИК излучения           особенности ИК

   излучение     излучение          в атмосфере             излучения фонов

 

Характе-ристики

Осн. понятия

Собствен-ное тепловое излуче-ние нагретых тел

Фундаментальное понятие - абсолютно черное тело. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее все падающие на него излучения на любых длинах волн. Распределение интенсивности излучения черного тела (з/н Планка): , где -спектральная яркость излучения при температуре Т, -длина волны в мкм, С1 и С2 - постоянные коэффициенты: С1=1,19* Вт*мкм *см *ср ,

С2=1,44* мкм*град. Максимум длины волны(закон Вина): , где Т-абсолютная температура тела.

Интегральная плотность  излучения- закон Стефана - Больцмана:

Отраженное  объек-тами ИК излуче-ние

Максимум  солнечного излучения, определяющий отраженную составляющую, соответствует длинам волн короче 0,75 мкм, а 98% всей энергии излучения Солнца приходится на участок спектра до 3 мкм. Часто эту длину волны считают граничной, разделяющей отраженную (солнечную) и собственную составляющие ИК излучения объектов. Следовательно, можно принять, что в ближней части ИК спектра (до 3 мкм) определяющей является отраженная составляющая и распределение лучистости по объектам зависит от распределения коэффициента отражения и облученности. Для дальней части ИК спектра определяющим является собственное излучение объектов, а распределение лучистости по их площади зависит от распределения коэффициентов излучения и температуры.

В средневолновой части ИК спектра необходимо учитывать все четыре параметра.

Ослабле-ние ИК излуче-ния в атмосфе-ре

В ИК-диапазоне длин волн имеется несколько окон прозрачности и зависимость пропускания атмосферы  от длины волны имеет весьма сложный  вид.  Ослабление ИК излучения определяется полосами поглощения водяных паров и газовых составляющих, главным образом углекислого газа и озона, а также явлениями рассеивания излучения. См. рисунок «Поглощение ИК излучения».

Физи-ческие особен-ности ИК излуче-ния фонов

ИК излучение имеет  две составляющие: собственное тепловое излучение и отраженное (рассеянное) излучение Солнца и других внешних источников. В диапазоне длин волн короче 3 мкм доминирует отраженное и рассеянное солнечное излучение. В этом диапазоне длин волн, как правило, можно пренебречь собственным тепловым излучением фонов. Наоборот, в диапазоне длин волн более 4 мкм преобладает собственное тепловое излучение фонов и можно пренебречь отраженным (рассеянным) солнечным излучением. Диапазон длин волн 3-4 мкм является как бы переходным. В этом диапазоне наблюдается ярко выраженный минимум яркости фоновых образований.


 

 

ПОГЛОЩЕНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Спектр пропускания  атмосферы в ближней и средней  инфракрасной области  
(1,2-40 мкм) на уровне моря (нижняя кривая на графиках) и на высоте 4000 м (верхняя кривая); в субмиллиметровом диапазоне (300-500 мкм) излучение до поверхности Земли не доходит.

 

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла  или, говоря научным языком, инфракрасного  излучения.

В инфракрасном спектре  есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по - настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё». Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле - это Солнце, а самый известный на Руси искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей - это русская печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Приготовление пищи с помощью инфракрасных волн делает пищу особенно вкусной, сохраняет витамины и минералы, при этом не имеет ничего общего с микроволновыми печами.

Воздействуя на организм человека в длинноволновой части  инфракрасного диапазона, можно  получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя  энергия будет активно поглощаться  организмом. В результате этого воздействия  повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.

 

 

ОСОБЕННОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ В ИК ДИАПАЗОНЕ

Инфракрасные изображения  имеют непривычное для наблюдателя  распределение контрастов между  известными предметами вследствии иного  распределения оптических характеристик  поверхностей объектов в ИК диапазоне  по сравнению с видимой частью спектра. ИК излучения позволяют обнаружить на ИК снимках предметы, не заметные на обычных фотоснимках. Можно выявлять участки поврежденных деревьев и кустарников, а также вскрывать факты использования свежесрезанной растительности для маскировки объектов. Различная передача тонов на изображениях, привела к созданию так называемой многозональной съемки, при которой один и тот же участок плоскости предметов одновременно фотографируется   в   разных   зонах   спектра   многозональной   камерой.

Другая особенность  ИК изображений, свойственная тепловым картам, состоит в том, что в их формировании кроме отраженного излучения участвует и собственное, а в ряде случаев лишь оно одно. Собственное излучение определяется излучательной способностью поверхностей предметов и их температурой. Это дает возможность выявлять на тепловых картах нагретые поверхности или их участки, совершенно не обнаруживающиеся на фотоснимках, и использовать тепловые изображения как источник информации о температурном состо-янии предмета.

ИК изображения позволяют получать информацию и об объектах, которые уже отсутствуют в момент съемки. Так, например, на поверхности площадки в месте стоянки самолета сохраняется в течение некоторого времени его тепловой портрет, который может быть зарегистрирован на ИК снимке.

Четвертой особенностью тепловых карт является возможность регистрации объектов как при отсутствии падающего излучения, так и при отсутствии температурных перепадов; только за счет различий в излучательной способности их поверхностей. Это свойство позволяет наблюдать объекты в полной темноте и в таких условиях, когда темпе-ратурные различия выравнены до невоспринимаемых. В таких условиях особенно четко выявляются неокрашенные металлические поверхности, имеющие низкую излучательную способность, на фоне неметаллических предметов, выглядящих более светлыми ("темными"), хотя их температуры одинаковы.

Еще одна особенность  тепловых карт связана с динамичностью  тепловых процессов, протекающих в  течение суток. В связи с естественным суточным ходом температур все предметы на земной поверхности участвуют в постоянно протекающем теплообменном процессе. При этом температура каждого тела зависит от условий теплообмена, физических свойств окружающей среды, собственных свойств данного объекта (теплоемкость, теплопроводность) и др. В зависимости от этих факторов соотношение температур смежных предметов изменяется в течение суток, поэтому тепловые карты, полученные в разное время даже от одних и тех же объектов, отличаются друг от друга.


 

 

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В двадцать первом веке началось внедрение инфракрасных излучений в нашу жизнь. Теперь оно находит применение в промышленности и в медицине, в быту и сельском хозяйстве. Оно универсально и может применяться для самых разнообразных целей. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов. Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане.

Приборы ночного видения - история поколений

Нулевое поколение

«Стакан Холста»

Трех- и двухэлектродная системы

  1. - фотокатод
  2. - манжета
  3. - корпус
  4. - фокусирующий электрод
  5. - анод
  6. - экран

1934 год

середина 30-х годов

Холстом с соавторами в исследо-

вательском центре фирмы "Филипс", Голландия

За рубежом -  Зворыкин, Фарнсворд, Мортон и фон Арденна; в СССР - Г.А. Гринберг, А.А. Арцимович

Этот ЭОП  представлял собой два вложенных  друг в друга стакана, на плоские  донышки которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высоковольтное напряжение, создавало

электростатическое  поле, обеспечивающее прямой перенос  электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в "стакане Холста" использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод , имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 °С.

Достижения электронной оптики позволили заменить прямой перенос изображения фокусировкой электростатическим полем. Наибольшим недостатком ЭОП с электростатическим переносом изображения является резкий спад разрешающей способности от центра поля зрения к краям из-за несовпадения криволинейного электронного изображения с плоским фотокатодом и экраном. Для решения этой проблемы их стали делать сферическими, что существенно усложнило конструкцию объективов, рассчитываемых обычно на плоские поверхности.

Первое поколение

Многокаскадные ЭОП

60-е годы

СССР, М.М. Бутслов

фирмами RCA, ITT (США), Philips (Нидерланды)

На базе волоконно-оптических пластин (ВОП), представляющих собой  пакет из множества светодиодов, были разработаны плосковогнутые линзы, которые и стали устанавливать взамен входного и выходного окон. Оптическое изображение, спроецированное на плоскую поверхность ВОП, без искажений передается на вогнутую сторону, что и обеспечивает сопряжение плоских поверхностей фотокатода и экрана с криволинейным электронным полем. В результате применения ВОП разрешающая способность стала по всему полю зрения такой же, как и в центре.

Второе поколение

Вторично-эмиссионный усилитель

Псевдобинокуляр

 

1- фотокатод

2- анод

3- микроканальная пластина

4– экран

70-е годы

В 70-е годы

фирмами США

фирма "Praxitronic" (ФРГ)

Этот элемент  представляет собой сито с регулярно  расположенными каналами диаметром около 10 мкм и толщиной не более 1 мм. Число каналов равно числу элементов изображения и имеет порядок 106. Обе поверхности микроканальной пластины (МКП) полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт.

Попадая в  канал, электрон испытывает соударения со стенкой и выбивает вторичные электроны. В тянущем электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления NxlO4 раз. Для получения каналов МКП используется разнородное по химическому составу оптическое волокно.

Были разработаны ЭОП  с МКП бипланарной конструкции, то есть без электростатической линзы, своего рода технологический возврат к прямому, как и в "стакане Холста", переносу изображения. Полученные миниатюрные ЭОП позволили разработать очки ночного видения (ОНВ) псевдобинокулярной системы, где изображение с одного ЭОП разводится на два окуляра с помощью светоделительной призмы. Оборот изображения здесь осуществляется в дополнительных мини-объективах.

Третье поколение

ЭОП П+ и SUPER II+

начато в 70-х годах  до нашего времени

в основном американские компании

Длительная научная  разработка и сложная технология изготовления, определяющие высокую  стоимость ЭОП третьего поколения, компенсируется предельно высокой  чувствительностью фотокатода. Интегральная чувствительность некоторых образцов достигает 2000 мА/Вт, квантовый выход (отношение числа эмитированных электронов к числу падающих на фотокатод квантов с длиной волны в области максимальной чувствительности) превышает 30%! Ресурс таких ЭОП составляет около 3 000 часов, стоимость от 600 до 900$, в зависимости от конструкции.

Информация о работе ИК излучение в медицине