Индуктивность– индуктивные датчики.

2) Закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность и коэффициент пропускания вещества. Закон независимости коэффициента поглощения от концентрации анализируемых веществ в растворе называется законом Бугера-Ламберта-Бера.Если пропустить через раствор пучок света интенсивностью , то после прохождения через этот слой его интенсивность уменьшится до I. Отношение характеризует пропускание света или прозрачность среды(потерями на отражение и рассеяние света пренебрегаем). Пропускание отнести к толщине слоя в 1 см, поэтому можно определить как коэффициент пропускания. Для светового потока, поглощенного веществом, характерной величиной является оптическая плотностьD. Связь между пропусканием и оптической плотностью устанавливается соотношением:

Оптическая плотность может принимать любые положительные значения (от 0 до ), но современные приборы позволяют измерять лишь . Изменение интенсивности I монохроматического света после прохождения его через слой поглощенного вещества d и концентрацией С выражается следующим образом:

- закон Бугера-Ламберта-Бера; где k – коэффициент поглощения (ослабления), состоящий из двух компонентов, коэффициента поглощения и коэффициента рассеяния ,,

С – концентрация исследуемого вещества,

d– толщина слоя.

Иногда этот закон записывается в виде: Коэффициенты k и связаны между собой соотношением: Исходя из (1) получаем:; (2)

Отсюда: k = D /CdЕсли светопоглощение раствора подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то оптическая плотность раствора прямопропорциональна концентрации вещества в растворе. В этом случае график зависимости оптической плотности выражается прямой линией, идущей из начала координат. Если же соотношение (1) не выполняется, то прямолинейный характер зависимости нарушается.Из закона Б-Л-Б непосредственно вытекает, что: 1. Отношение интенсивности светового потока, прошедшего через слой раствора к интенсивности светового потока не зависит от абсолютной интенсивности падающего света.2. Интенсивность светового потока уменьшается в геометрической прогрессии, в то время как толщина слоя, через который проходит свет, растет в арифметической прогрессии:

3) 70.Работа сердца.

Работа, совершаемая сердцем, в основном складывается из работы при сокращении желудочков, главным образом левого. (Работа правого желудочка принимается равной 0, 2—0, 15 от работы левого.) Работа сердечной мышцы при каждом сокращении левого желудочка затрачивается на сообщение объему выталкиваемой крови энергии, необходимой для его продвижения по всему кругу кровообращения. Эта энергия состоит из потенциальной энергии давления, которое должно быть создано вначале для преодоления сопротивления движению крови по всему ее пути, и кинетической энергии для сообщения массе крови необходимой скорости движения. На основании данных эта энергия может быть представлена формулой

где р — среднее давление, под которым кровь выбрасывается в аорту, р = 100 мм рт. ст=105 100/760 =1, 3•104 Па; ρ = 1, 05• 103 кг/м3 — плотность крови; — скорость крови в аорте, в состоянии покоя; ударный объем крови в покое в среднем, Аж= 0, 95

Дж. Учитывая работу правого желудочка, для сердца в целом найдем Ас=1, 2∙ Аж=1, 14 Дж. Время сокращения желудочков. Тогда мощность, развиваемая сердцем при сокращении, будет NC= Ас/tж=3, 4 Вт. Считая в среднем 60 сокращений сердца в 1 мин, получим, что за 1 мин оно совершает работу. При расчете работы сердца можно вместо ударного учитывать минутный Vмин объем крови, равный произведению ударного объема на число N сокращений сердца в 1 мин: В нашем примере мл/мин, или 4, 2 л/мин.При мышечной работе средней интенсивности минутный объем крови увеличивается примерно в пять раз, т. е. 20 л/мин. При этом соответственно возрастает скорость течения крови в аорте:. Тогда работа, совершаемая сердцем в 1 мин, будет Ас≈ 360 Дж.

Билет12

1) Природа рентгеновских лучей, их место в шкале электромагнитных волн.

Уже после первых опытов Рентген твердо установил, что Х-лучи отличаются от катодных, они не несут заряда и не отклоняются магнитным полем, но возбуждаются катодными лучами. Они невидимы для глаза, действуют на магнитное поле и т.д. Таким образом, возникает и распространяется короткий электромагнитный импульс, т.е. электромагнитная волна. Рентгеновские лучи, являющиеся электромагнитной волной длиной волны от 80 нм до 0, 0001 нм, в шкале электромагнитных волн со стороны длинных волн граничит с ультрафиолетовыми лучами оптического диапазона, а со стороны коротких волн – с γ лучами.

Источники рентгеновского излучения.Источников рентгеновского излучения можно разделить на две группы: естественные и искусственные.

Естественные источники излученияЕстественные источники рентгеновского излучения, генераторы рентгеновского излучения, находятся вне Земли. Один из них - Солнце. Его рентгеновская радиация настолько огромна, что способна в считанные минуты уничтожить все живое на Земле. Но на наше счастье, рентгеновский квант по дороге к Земле бесчисленное множество раз поглощается и испускается частицами атмосферы, в итоге он приходит на поверхность Земли «обессиленным».Существуют " рентгеновские" звезды, хотя они достаточно редки. К 1977 году было обнаружено приблизительно 200 рентгеновских звезд. Пульсары - невидимые в обычный телескоп " маяки", которые регулярно, нередко с удивительной правильностью через равные промежутки времени изменяют интенсивность своего излучения, радиоволнового или рентгеновского. Пульсар - это нейтронная звезда, которая действует не в одиночку, а вдвоем с напарником, подобным нашему Солнцу только во много раз больше. Будучи сравнительно с ним карлицей, но зато сверхплотной и весьма массивной, она непрестанно перетягивает на себя вещество своего компаньона - раскаленного газообразного шара. При этом выделяется огромное количество лучистой энергии в рентгеновском диапазоне.

Искусственные источники излученияНаиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор: подогревный катод 1, раскаленная вольфрамовая спираль, испускает электроны 4, анод 2, называемый часто антикатодом, имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить возникающее рентгеновское излучение 3 под углом к оси трубки. Анод изготовлен из теплопроводящего материала для отвода теплоты, образующейся при ударе электронов. Поверхность анода выполнена из тугоплавких материалов, имеющих большой порядковый номер атома в таблице Д.И. Менделеева, например из вольфрама. В отдельных случаях анод специально охлаждают водой или маслом.Диагностические рентгеновские трубки имеют рабочее напряжение от 100 до 120 кВ.Терапевтические рентгеновские трубки имеют более высокое рабочее напряжение (160 - 200 кВ) и работают при малых силах токаВ медицине используется рентгеновское излучение с длиной волны порядка от 1, 0 до 0, 006 нм.

2) Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Поэтому для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора — вектора напряженности Е электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равнове­роятными колебаниями светового вектора (рис. 272, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е — одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление коле­баний вектора Е (рис. 272, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 272, в), называется плоско поляризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называетсяплоско­стью поляризации. Плоско поляризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света — света, для которого векторЕ (вектор Н) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпен­дикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается в прямую (при разности фаз , равной нулю или ), то имеем дело с рассмотренным выше плоско поляризованным светом, если в окружность (при = ± /2 и равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.

Степенью поляризации называется величина

где I_max, и I_min — соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света I_max=I_min и Р=0, для плоско поляризованного I_min =0 и Р=1.

Естественный свет можно преобразовать в плоско поляризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направле­ния (например, пропускающие колебания, параллельные главной плоскости поляриза­тора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости). В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например кристаллы (их анизотропия известна). Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризатора, следует отметить турмалин.

Рассмотрим классические опыты с турмалином (рис. 273). Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина T₁, вырезанной параллельно так называемой оптической оси ОО'. Вращая кристалл T₁ вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не наблюдаем. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина T₂ и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла к между оптическими осями кристалловпо закону Малюса*:

(190.1)

где I₀ и I — соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него.

* Э. Малюс (1775—1812) — французский физик.

Следовательно, интенсивность прошедшего через пластинки света изменится от минимума (полное гашение света) при  = /2 (оптические оси пластинок перпендикулярны) да максимума при  =0 (оптические оси пластинок парал­лельны). Однако, как это следует из рис. 274, амплитуда Е световых колебаний, прошедших через пластинку Т₂, будет меньше амплитуды световых колебаний Е₀, падающих на пластинку T₂.

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, то и получается выражение (190.1).

Результаты опытов с кристаллами турмалина объясняются довольно просто, если исходить из изложенных выше условий пропускания света поляризатором. Первая пластинка турмалина пропускает колебания только определенного направления (на рис. 273 это направление показано стрелкой AВ), т. е. преобразует естественный свет в плоско поляризованный. Вторая же пластинка турмалина в зависимости от ее ориен­тации из поляризованного света пропускает большую или меньшую его часть, которая соответствует компоненту Е, параллельному оси второго турмалина. На рис. 273 обе пластинки расположены так, что направления пропускаемых ими колебаний АВ и А'В'перпендикулярны друг другу. В данном случае Т₁ пропускает колебания, направленные по АВ, а Т₂ их полностью гасит, т.е. за вторую пластинку турмалина свет не проходит.

Пластинка Т₁, преобразующая естественный свет в плоско поляризованный, являетсяполяризатором. Пластинка Т₂, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы (их можно поменять местами).

Если пропустить естественный свет через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол , то из первого выйдет плоско поляризованный свет, интенсив­ность которого I₀=¹/₂I_ест, из второго, согласно (190.1), выйдет свет интенсивностью I=I₀cos².Следовательно, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора,

откуда I₀=¹/₂I_ест (поляризаторы параллельны) и I_min = 0 (поляризаторы скрещены).

3).Систолический и минутный объем кровотока

Основной физиологической функцией сердца является нагнетание крови в сосуди­стую систему.

Количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в минуту, является одним из важнейших показателей функционального состояния сердца и называется минутным объемом кровотока, или минутным объемом сердца. Он одинаков для правого и левого желудочков. Когда человек находится в состоянии покоя, минутный объем составляет в среднем 4, 5—5, 0 л. Разделив минутный объем на число сокращений сердца в минуту, можно вычислить систолический объем кровотока. При ритме сердечных сокращений 70—75 в минуту систолический объем равен 65—70 мл крови. Определение минутного объема кровотока у человека применяется в клинической практике.

Наиболее точный способ определения минутного объема кровотока у человека пред­ложен Фиком (1870). Он состоит в косвенном вычислении минутного объема сердца, которое производят, зная: 1) разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови; 2) объем кислорода, потребляемого человеком в минуту. Допустим,
что в 1 мин через легкие в кровь поступило 400 мл кислорода, каждые
100 мл крови поглощают в легких 8 мл кислорода; следовательно, чтобы усвоить все
количество кислорода, который поступил через легкие в кровь за минуту (в нашем при­
мере 400 мл), необходимо, чтобы через легкие прошло 100*400/8= 5000 мл крови. Это

количество крови и составляет минутный объем кровотока, который в данном случае ра­вен 5000 мл.

При использовании метода Фика необходимо брать венозную кровь из правой поло­вины сердца. В последние годы венозную кровь у человека берут из правой половины сердца при помощи зонда, вводимого в правое предсердие через плечевую вену. Этот метод взятия крови не имеет широкого применения.

Для определения минутного, а следовательно, и систолического объема разработан ряд других методов. В настоящее время широко применяют некоторые краски и радиоактив­ные вещества. Введенное в вену вещество проходит через правое сердце, малый круг кровообращения, левое сердце и поступает в артерии большого круга, где и определяют его концентрацию. Сначала она волнообразно нарастает, а затем падает. Через некото­рое время, когда порция крови, содержавшая максимальное его количество, вторично пройдет через левое сердце, его концентрация в артериальной крови вновь немного уве­личивается (так называемая волна рециркуляции). Замечают время от момента введе­ния вещества до начала рециркуляции и вычерчивают кривую разведения, т. е. измене­ния концентрации (нарастания и убыли) исследуемого вещества в крови. Зная количе­ство вещества, введенного в кровь и содержащегося в артериальной крови, а также время, потребовавшееся на прохождение всего количества введенного вещества через систему кровообращения, можно вычислить минутный объем (МО) кровотока в л/мин по формуле:

МО=60*I/C*T

где I — количество введенного вещества в миллиграммах; С — средняя концентрация его в миллиграммах на 1 л, вычисленная по кривой разведения; Т — длительность первой волны циркуляции в секундах. В настоящее время предложен метод интегральной реографии. Реография (импендансография) — это метод регистрации электрического сопротивления тканей человече­ского тела электрическому току, пропускаемому через тело. Чтобы не вызвать повреж­дения тканей, используют токи сверхвысокой частоты и очень небольшой силы. Сопро­тивление крови значительно меньше, чем сопротивление тканей, поэтому увеличение кровенаполнения тканей значительно снижает их электрическое сопротивление. Если регистрировать суммарное электрическое сопротивление грудной клетки в нескольких направлениях, то периодические резкие уменьшения его возникают в момент выброса сердцем в аорту и легочную артерию систолического объема крови. При этом величина уменьшения сопротивления пропорциональна величине систолического выброса.

Помня об этом и используя формулы, учитывающие размеры тела, особенности конституции и т. д., можно по реографическим кривым определить величину систоличе­ского объема крови, а умножив ее на число сердечных сокращений, — получить вели­чину минутного объема сердца

Билет13

1) Рентге́ новская тру́ бка — электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения.

Принцип действия и устройство [править]

Излучающий элемент представляет собой вакуумный сосуд с тремя электродами: катодом, накал катода и анодом.

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, U_h —напряжение накала катода, U_a — ускоряющее напряжение, W_in — впуск водяного охлаждения, W_out — выпуск водяного охлаждения.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов (характеристическое излучение). Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена илимеди

В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло. Чтобы предотвратить перегрев анода, в мощных рентгеновских трубках применяют водное охлаждение и вращающийся анод^[1].

Энергия генерируемых фотонов лежит в области рентгеновского диапазона (длина волны 0, 05 ÷ 0, 2 нм).

2) Дихрои́ зм — термин в оптике, описывающий принципиально различные явления:

Дихрои́ зм, интерференционный дихроизм — способность материала или оптической системы делить световой поток на две (и более) части по длине волны светового излучения (цвету) с малыми относительно величины исходного потока его потерями.

Дихрои́ зм кристаллов — избирательное поглощение света различных длин волн в зависимости от направления поляризации оптически асимметричных кристаллов.

Круговой дихроизм (циркулярный дихроизм) оптически активных молекул — зависимость коэффициента поглощения света от направления круговой поляризации. Эффект открыт Эме Коттоном

Дихроизм в жидких кристаллах — наблюдается при оптической анизотропии кристаллической решетки, при наличии примесей, или при наличии дихроичного красителя. Последнее называется эффектом «гость-хозяин».

Деление светового потока на части оптической системой, содержащей абсорбционные светофильтры и полупрозрачные зеркала, дихроическим не называется, так как происходит потеря значительной (от 1/3 до 2/3 и более) части исходного потока на поглощение в фильтрах.

3).Интроскопия

Интроскопия— (лат. intro — внутри) — неразрушающее исследование внутренней структуры объекта и протекающих в нём процессов с помощью звуковых волн (в том числе ультразвуковых и сейсмических), электромагнитного излучения различных диапазонов, постоянного и переменного электромагнитного поля и потоков элементарных частиц.

Основные методы

Выделяют три основных вида интроскопических методов:

проекционные — получение теневого изображения объекта;

томографические — получение томографического изображения объекта;

эхозондирование, в том числе доплеровское.

Проекционные методы

В проекционных методах проводят зондирование (облучение) объекта с некоторого ракурса и получают его теневое изображение (проекцию). Чаще всего в качестве зондирующего используют рентгеновское излучение (рентгенография). Среди других проекционных методов можно выделить методы с использованием оптического излучения, например:

сортировка апельсинов: «с косточками» и «без косточек», сортировка яйцепродуктов.

Проекционные методы работают по принципу «один ракурс — один снимок». При этом никакие математические преобразования для получения изображения не проводятся, имеют место только методы пост-обработки (регулировка яркости-контраста, сегментация и т. д.). При увеличении количества ракурсов и, соответственно, количества снимков (многоракурсная съёмка), можно применить томографические алгоритмы реконструкции и получить уже не теневые, а томографические изображения.

Таким образом, иерархию усложнения проекционных методов можно представить следующим образом:

один ракурс — одно теневое изображение (двумерная проекция);

множество ракурсов — набор теневых изображений;

множество ракурсов плюс математическая обработка — трёхмерная томограмма (набор томографических изображений) — трёхмерное распределение некоторой физической характеристики.

Томографические методы

Томография (греч. τ ο μ η — сечение) — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством его многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях.

Томография - методика рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта. Получение послойного снимка основано на перемещении двух из трёх компонентов (рентгеновская трубка, рентгеновская плёнка, объект исследования). Преимущественное распространение получила методика, при которой исследуемый объект неподвижен, а рентгеновская трубка и кассета с плёнкой согласованно перемещаются в противоположных направлениях. При синхронном движении трубки и кассеты только необходимый слой получается четким на пленке, потому что только его вклад в общую тень остаётся неподвижным относительно плёнки, всё остальное — смазывается, почти не мешая проводить анализ полученного изображения. В настоящее время доля последнего метода в исследованиях стремительно уменьшается, в связи со своей относительно малой информативностью и высокой дозовой нагрузкой, вследствие чего такое определение морально устарело и данный метод получил название классическая томография или линейная томография.

Главное отличие методов эхозондирования от томографии состоит в том, что при эхозондировании визуализируются не области, а границы (обычно показателя преломления)

Вычислительная томография — область математики, занимающаяся разработкой математических методов и алгоритмов восстановления внутренней структуры объекта по проекционным данным.

Компьютерная томография — в широком смысле, синоним термина томография (так как все современные томографические методы реализуются с помощью компьютерной техники); в узком смысле (в котором употребляется значительно чаще), синоним термина рентгеновская компьютерная томография, так как именно этот метод положил начало современной томографии.

Анатомическая томография — основана на получении срезов тканей человека с их последующей фиксацией с помощью химических веществ и регистрация их на фотоплёнку. Классическими примерами анатомической томографии являются изображения гистологическихпрепаратов. Терминологически, в настоящее время, данные методы не относят к томографии, в силу их разрушающего характера.

Начало современной томографии было положено в 1917 г., когда австрийскийматематикИ. Радон предложил способ обращения интегрального преобразования, впоследствии получившего его имя (преобразование Радона). Однако работа Радона в своё время не попала в поле зрение исследователей и была незаслуженно забыта.

В 1963 г. американскийфизикА. Кормак повторно (но отличным от Радона способом) решил задачу томографического восстановления, а в 1969 году английский инженер-физик Г. Хаунсфилд сконструировал «ЭМИ-сканер» (EMI-scanner)

первый компьютерный рентгеновский томограф, чьи клинические испытания прошли в 1972 году. А в 2003 за изобретение метода магнитно-резонансной томографии Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур.