вход Вход Регистрация



Основные направления медико-биологического использования лазеров можно разделить на две основные группы:

1) лазер – инструмент воздействия на биологические структуры и процессы. Например, для коагуляции тканей (офтальмология, онкология, дерматология и др.), для рассечения тканей (хирургия), для биостимуляции (физиотерапия);

3) лазер - инструмент исследования биологических структур и процессов (допплеровская спектроскопия, релеевская спектроскопия, голография, микрохирургия клетки, комбинационное рассеивание света, лазерная микроскопия, эмиссионный микроспектроанализ).

 

Глубина проникновения лазерного излучения (ЛИ) в биологическую ткань – один из факторов, определяющий границы возможного применения лазеров в медицине. Существует ряд причин, ограничивающих глубину проникновения лазерного излучения: поглощение лазерного излучения биологическими тканями (начальное звено, предшествующее цепи изменений, развивающихся в облученном организме), отражение света от поверхности между двумя средами (способствует ослаблению ЛИ при прохождении его через ткани), преломление при прохождении границы, разделяющей две оптически разнородные среды и рассеяние света частицами ткани. Поглощательная способностью определяется как отношение энергии, поглощенной в среде, к энергии излучения, падающей на поверхность среды

.

Глубина поглощения характеризует пространственное распределение поглощенной энергии в среде, и зависит от расстояния L, на котором мощность излучения Р уменьшается в 2,718 раза по отношению к мощности излучения поверхности среды Р0.

Величина, обратная глубине поглощения называется коэффициентом поглощения Т [см-1].

Если наряду с поглощением происходит рассеяние света, то расстояние, на котором в результате совместного действия этих процессов излучение затухает в е раз, называется глубиной ослабления или проникновения излучения.

Количественными характеристиками процесса ослабления излучения является пропускание и поглощение

Если излучение представляет собой плоскую волну, падающую на ровную поверхность объекта, а коэффициент поглощения a на всем облучаемом участке одинаков и не зависит от интенсивности света, тогда теоретически энергия (мощность) излучения по мере увеличения глубины будет уменьшатся экспоненциально и ее распределение выражается [17]:

P = P0 exp-aL .

При монохроматичном излучении

a = 4pnk/l ,

где:

P – мощность излучения на глубине L ,

P0 – мощность излучения, падающего на поверхность ткани,

a - коэффициент поглощения ткани( без учета потерь на отражение),

n – показатель преломления для данной среды,

k – показатель поглощения для данной среды.

В реальных условиях это соотношение нарушается за счет ряда причин:

· различий в коэффициентах поглощения разных участков облучаемой ткани (например [17], a мелаиновых гранул сетчатки глаза в 1000 раз больше, чем окружающей ткани);

· поглощение является функцией длины волны, т.е. a изменяется для лазеров, излучающих в различных областях спектра (например [17]: излучение рубинового лазера (l » 694,3 нм). Поглощается опухолевыми клетками примерно в 2 раза интенсивнее, чем излучение неодимового лазера l»1060 нм.. Излучение красной области спектра проникает на большую глубину, чем сине – зеленое. Эта граница резко выражена при прохождении через васкуляризованные (васкулит – от лат. – сосудик) органы с обильным кровенаполнением. Для зеленого света (l = 514 нм) – L = 0,5 мм, для красного (l = 630 нм) – L = 1-2 мм, для ближнего ИК (лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом) (l = 1060 нм) – L = 3 – 9 мм.;

· поглощение ЛИ зависит от степени окрашенности ткани: обильно пигментированная ткань поглощает излучение интенсивнее, чем ткань мышцы;

· поглощение ЛИ зависит от ширины спектра и поляризации и не зависит от пространственной когерентности. Поляризованное излучение поглощается менее активно, чем неполяризованное;

· СО2-лазерное излучение, генерируемое в инфракрасной области l=10600нм интенсивно поглощается Н2О, которая составляет 80% массы большинства клеток, т.е. излучение практически полностью поглощается поверхностными слоями клеток;

· излучение ослабляется из-за отражения от поверхности ткани, например: от белой кожи человека.

Потери на отражение уменьшаются по мере увеличения длины волны.

Глубина проникновения ЛИ в биологические ткани не превышает нескольких миллиметров [17], из этих данных исходят при практическом применении.

Случайные новости

2.4. Типичные звенья и их свойства

Существует шесть стандартных базовых звеньев. Рассмотрим их.

Усилительное звено реализует без опоздания следующий закон , где - коэффициент передачи или коэффициент усиления. Она также называется безинерционной и пропорциональной.

Рисунок 2.12 – Динамические характеристики пропорционального звена

(кривая разгона)

 

Получим передаточную функцию:

Построим АЧХ с учетом того, что . АЧХ приведенная на рисунке 2.13.

Полоса пропуска равняется . Фазочастотная характеристика приведена на рисунке 2.14.

 

Рисунок 2.13 – АЧХ пропорционального звена

 

Рисунок 2.14 – ФЧХ пропорционального звена

 

Соответственно получаем АФХ, которая приведена на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 - АФХ пропорционального звена

 

Примеры реализации пропорционального звена – редуктор, электронный усилитель.

Идеальное интегрируемое звено (астатическое звено) – это звено, которое реализует закон , где - коэффициент передачи интегрируемого звена.

 

Рисунок 2.16 – Динамические характеристики интегрируемого звена

(кривая разгона)

 

Получим передаточную функцию, но при этом выполним операцию дифференцирования:

Согласно преобразованию за Лапласом операция деления на р означает операцию интегрирования в функции с временными сменными.

Построим АЧХ с учетом того, что

.

То есть АЧХ отвечает . АФХ приведенная на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17 – АЧХ интегрального звена

 

Интегрируемое звено является фильтром низких частот – хорошо пропускает низкие составу сигнала и неважно высокие.

Определим логарифмическую зависимость:

 

.

 

Логарифмически-частотная характеристика приведена на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 – Логарифмически-частотная характеристика

Полоса пропуска равняется . Фазочастотная характеристика приведена на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 – ФЧХ интегрального звена

Соответственно получаем АФХ, которая приведена на рисунке 2.20.

Рисунок 2.20 - АФХ интегрируемого звена

Идеальное дифференциальное звено реализует следующий закон . Где - стала дифференцирование. Это звено также имеет название нивки опережения.

Получим передаточную функцию:

Согласно преобразованию за Лапласом операция умножения на р означает операцию дифференцирования в функции с временными сменными.

Рисунок 2.21 – Динамические характеристики дифференциального звена

(кривая разгона)

 

Построим АЧХ с учетом того, что

.

То есть АЧХ отвечает . АФХ приведенная на рисунке 2.22.

Рисунок 2.22 – АЧХ дифференциального звена

 

Определим логарифмическую зависимость:

.

Логарифмически-частотная характеристика приведена на рисунке 2.23.

Рисунок 2.23 – Логарифмически-частотная характеристика

 

Полоса пропуска равняется . Фазочастотная характеристика приведена на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 – ФЧХ дифференциального звена

 

Соответственно получаем АФХ, которая приведена на рисунке 2.25.

Рисунок 2.25 - АФХ дифференциального звена

 

 

 

Инерционное звено первого порядка реализует следующую зависимость

.

Где - стала времени звена, - коэффициент передачи данного звена. Это звено также имеет название апериодической. Такое звено описывает дифференциальные уравнения первой степени. После выполнения преобразований получаем:

 

.

 

Если перейдем к изображениям за Лапласом, то получим:

 

 

Получим АЧХ и ФЧХ:

 

.

 

Рисунок 2.26 – Динамические характеристики апериодического звена 1-го порядка (кривая разгона)

Рисунок 2.27 – АЧХ апериодического звена 1-го порядка

 

На рисунке 2.27 приведенная АЧХ апериодического звена. АЧХ 2 имеет большую постоянную времени а чем АЧХ 1.

Фазочастотная характеристика приведена на рисунке 2.28.

Рисунок 2.28 – ФЧХ апериодического звена 1-го порядка

 

Логарифмически-частотная характеристика приведена на рисунке 2.29.

Рисунок 2.29 – Логарифмически-частотная характеристика

Соответственно получаем АФХ, которая приведена на рисунке 2.30.

Рисунок 2.30 - АФХ апериодического звена 1-го порядка

 

Апериодическое звено второго порядка реализует следующее дифференциальное уравнение:

.

В этом уравнении стали и характеризуют емкости. Таким образом, если есть две емкости то такой объект характеризуется уравнением второго порядка.

Определим возможные варианты решения такого уравнения:

У этого уравнения есть два варианта решения:

1. Если тогда . На рисунке 2.31 такому решению отвечает беспрерывная прямая. А решение уравнения равняется :

.

2. Если тогда . На рисунке 2.31 такому решению отвечает прерывчатая прямая.

А решение уравнения равняется :

.

Рисунок 2.31 - Динамические характеристики апериодического звена 2-го порядка (кривая разгона)

 

В зависимости от соотношения постоянных и такое звено может быть апериодическим или колебательной.

Передаточная функция такого звена:

.

Соответственно получаем АЧХ и ФЧХ, которые приведены на рисунках 2.32 и 2.33.

Рисунок 2.32 – АЧХ апериодического звена 2-го порядка

Рисунок 2.33 – ФЧХ апериодического звена 2-го порядка

 

Если дифференциальное уравнение первой степени то АФХ расположенная только в одном квадранте, если второго – то АФХ проходит два квадранта, если n степени – n квадрантов. АФХ апериодического звена 2-го порядка приведенная на рисунке 2.34.

Рисунок 2.34 – АФХ апериодического звена 2-го порядка

 

Рисунок 2.35 – ЛЧХ апериодического звена 2-го порядка

 

Получим зависимость для ЛЧХ:

.

Звено транспортного опоздания – это такое звено, у которого исходный сигнал полностью повторяет входной сигнал, но спустя некоторое время.

Рисунок 2.36 - Динамические характеристики звена транспортного опоздания

 

Математически звено транспортного опоздания описывается .

При преобразовании за Лапласом получаем - трансцендентная передающая функция. Получим выражения для АЧХ и ФЧХ :

.

АЧХ и ФЧХ приведенные на рисунках 2.37 и 2.38.

Рисунок 2.37 – АЧХ звена транспортного опоздания

Рисунок 2.38 – ФЧХ звена транспортного опоздания

Рисунок 2.39 – АФХ звена транспортного опоздания

 

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру