Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

289
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh nhằm giúp người học trình bày được cơ chế phát xạ photon cưỡng bức, mô tả được nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy phát xạ tia laser, trình bày được ứng dụng của tia laser trong chuẩn đoán và điều trị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh

KĨ THUẬT LASER VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH 6/3/2014 1
MỤC TIÊU 1. TRÌNH BÀY ĐƯỢC CƠ CHẾ PHÁT XẠ PHOTON CƯỠNG BỨC 2. MÔ TẢ ĐƯỢC NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT XẠ TIA LASER 3. TRÌNH BÀY ĐƯỢC CÁC ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ 6/3/2014 2
Những kiến thức bổKiến thức lí sinh y học: PhÇn 3, ch¬ng 4, bµi 2 trợ: Kiến thức Vật lí: Hướng dẫn: - H¹t c¬ b¶n, Nguyªn tö, ph©n tö, -Xem: “ Giáo trình&sách tham h¹t nh©n khảo”, chọn “giáo trình vật lí lí sinh Hướng dẫn: (phần 3 Chương 3 ) - Xem Giáo trình Lí sinh - Bài giảng dạng Slide và tài liệu (Phần 1. Chương 5, bài tham khảo trong 1). lisinhstudy.tnu.edu.vn - Bài giảng dạng slide -Tham khảo : Giáo trình lí sinh y trong website học lisinhstudy.tnu.edu.vn ( Phan sĩ An-NXB Y học), Li sinh - Tham khảo: Giáo trình Vật học ( Đoàn Suy Nghĩ, NXB lí đại cương ĐH Huế).
1. Khái niệm Laser là viết tắt chữ cái đầu của cụm từ tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức). 6/3/2014 4
Mẫu hành tinh nguyên tử 6/3/2014 5
2. Hiện tượng phát xạ cưỡng bức Nguyên lý phát xạ Laser Khi chiếu một chùm ánh sáng vào một môi trường vật chất sẽ có 3 hiện tượng quang học cơ bản xảy ra : hấp thụ, phát xạ tự do và phát xạ cưỡng bức.  Khi ta chiếu vào môi trường vật chất một chùm ánh sáng đơn sắc với năng lượng của mỗi photon = h thì chùm photon sẽ tương tác với các quang điện tử và cưỡng bức các quang điện tử này phát xạ photon thứ cấp có cùng năng lượng, hướng truyền, độ phân cực, pha... với photon đã gây ra cưỡng bức.  Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh 2, 2 sinh 4...Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số photon, tức là có khả năng khuyếch đại ánh sáng qua môi trường.  Đó chính là nguyên lý của hiện tượng phát tia laser. 6/3/2014 6
2. Cơ chế phát xạ cưỡng bức: 6/3/2014 7
Hiện tượng phát quang. - Khi chiếu một chùm photon vào một môi trường vật chất  truyền năng lượng của chùm phôton  môi trường chuyển sang trạng thái kích thích. - Thời gian tồn tại của điện tử ở trạng thái kích kích  10-8 s  về trạng thái có năng lượng nhỏ hơn hoặc về trạng thái cơ bản và giải phóng NL dư thừa: + Nếu năng lượng giải phóng không đủ lớn (không đạt số nguyên lần h) thì năng lượng được giải phóng ra dưới dạng nhiệt năng khi đó ta nói hệ phát xạ nhiệt hay toả nhiệt. + Nếu năng lượng giải phóng ra đủ lớn (bằng một số nguyên lần h) thì năng lượng được giải phóng ra ở dưới dạng các phôtôn thứ cấp (tức là các hạt ánh sáng). Ta nói: môi trường phát xạ photon thứ cấp hay phát quang.
=> Một cách định tính, người ta phân biệt 2 loại phát quang : * Huỳnh quang: là sự phát quang xảy ra đồng thời với thời gian chiếu sáng và chấm dứt ngay khi ngừng chiếu sáng vào môi trường. Ví dụ: sự phát xạ của bóng đèn huỳnh quang, đèn hình của tivi, máy vi tính...) * Lân quang : là sự phát quang có thể tiếp tục được duy trì một thời gian dài sau khi đã ngừng chiếu sáng vào môi trường. Ví dụ: như sự phát quang của một số loại gỗ mục, xương, xác động vật, các chất dạ quang trên các đồng hồ, la bàn ...
Sơ đồ mức năng lượng – Giải thích hiện tượng hấp thụ và phát quang. S2* S1* s0 * T S 0
Ghi chú: So : đường mức năng lượng ứng với trạng thái cơ bản. So*, S1*, S2*,… đường mức năng lượng ứng với trạng thái kích thích Singlet ( là trạng thái của 1 lớp điện tử khi mà tất cả các spin của các điện tử đều tạo thành cặp và mômen tổng cộng = 0) T : đường mức năng lượng ứng với trạng thái kích thích Triplet ( là trạng thái ứng với mức năng lượng cấm, điện tử không tạo cặp, mômen spin khác 0).
Giải thích: - Bước chuyển S0S*i (i = 1,2,3…): Hấp thụ - Bước chuyển S2*S1*, S1*S0*: Môi trường phát xạ nhiệt ( thời gian  10-1310-12 sec) - Bước chuyển Si*S0: Huỳnh quang (thời gian sống của điện tử ở mức kích thích  10-910-8 sec). - Bước chuyển Si*T: phát xạ nhiệt. - Bước chuyển TS0: Lân quang (thời gian sống ở trạng thái Triplet dài  10-3 sec  vài sec).
3. Nguyên lý máy phát xạ tia Laser Máy phát tia Laser có 3 bộ phận chính: * Môi trường hoạt chất: Để có hiệu ứng laser (chùm ánh sáng được khuyếch đại) ta phải tạo môi trường đặc biệt mà ở đấy hiện tượng phát xạ cưỡng bức phải mạnh hơn hiện tượng hấp thụ. Hiệu ứng này chỉ xảy ra ở môi trường mà các điện tử ở mức trên n2 lớn hơn số điện tử ở mức dưới n1 ( n2  n1 ). Môi trường đặc biệt như vậy gọi là môi trường đảo ngược độ tích luỹ. Môi trường này là thành phần cơ bản của mọi máy laser, có tên là hoạt chất laser. 6/3/2014 13
3. Nguyên lý máy phát xạ tia Laser * Nguồn kích thích: Ngoài hoạt chất, Máy phát tia Laser còn có một bộ phận quan trọng là nguồn kích thích (hay còn gọi là bơm năng lượng ), nhằm cung cấp năng lượng cho hoạt chất của laser. Nguồn kích thích có thể là bộ nguồn phát sáng (đèn Xênôn), máy phát cao tần, hoặc là nguồn phát điện với mật độ dòng điện rất lớn ( hàng ngàn A/ cm2) . 6/3/2014 14
3. Nguyên lý máy phát xạ tia Laser * Buồng cộng hưởng: - Buồng cộng hưởng có chức năng tăng cường sự khuyếch đại ánh sáng bằng cách làm cho ánh sáng phản xạ nhiều lần qua hoạt chất. 6/3/2014 15
SƠ ĐỒ MÁY PHÁT LASER: Các tia laser đầu tiên Bơm năng lượng sinh ra trong môi trường hoạt chất phản xạ đi lại trong môi Lối ra của trường, kích thích môi chùm laser trường làm phát ra các tia khác. Các tia laser đi qua gương phản xạ Môi trường laser một phần đi ra ngoài Gương phản xạ Gương phản xạ tạo thành lối ra của 1 phần(70-98%) chùm laser. Chùm Toàn phần laser có thể phát liên tục hoặc phát thành 6/3/2014 xung. 16
Cấu trúc điển hình của laser và quá trình hình thành tia laser 6/3/2014 17
4. Tính chất của chùm laser Bản chất của tia laser là ánh sáng, cho nên tia laser có đầy đủ các tính chất của chùm sáng: giao thoa, nhiễu xạ, phản xạ , khúc xạ... Ngoài ra chúm ánh sáng Laser còn có những tính chất sau: a. Độ đơn sắc rất cao. b. Độ kết hợp rất cao. c. Độ định hướng cao. d. Phát liên tục và phát xung cực ngắn. 6/3/2014 18
ứng dụng trong Y hoc a. ứng dụng trong chẩn đoán Người ta sử dụng laser như nguồn sáng kích thích huỳnh quang của những chất khác nhau trong các tổ chức sống. Sau đó nhờ nghiên cứu phổ huỳnh quang của chùm laser, người ta có thể chẩn đoán tình trạng bệnh lý một cách chính xác. Phương pháp chẩn đoán này thường được áp dụng trong kỹ thuật scaner và thiết bị hiển vi laser 6/3/2014 19
b. ứng dụng trong điều trị * Điều trị nhãn khoa: - Laser thường được sử dụng trong kỹ thuật hàn bong võng mạc và chữa bệnh glaucoma đã giúp cho hàng triệu người khỏi mù loà. - Laser Ecimer với bước sóng vùng cực tím giúp điều chỉnh độ cong của giác mạc, chữa các bệnh loạn thị, viễn thị và cận thị. - Laser He-Ne giúp làm giảm viêm nhiễm, đẩy nhanh quá trình biểu mô hoá, phục hồi sự nhạy cảm của giác mạc vì vậy dùng điều trị bỏng nhiệt, bỏng hoá chất, loét giác mạc mắt... 6/3/2014 20