Οπτικά φαινόμενα σε ιατρικές εφαρμογές και προσομοίωσή τους μέσω εργαστηριακών ασκήσεων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκτείνεται σε τρεις βασικούς άξονες, την ανάλυση συγκεκριμένων φαινομένων διάδοσης του φωτός, την εφαρμογή τους σε ιατρικές διατάξεις, και την κατανόηση αυτών μέσω εργαστηριακών ασκήσεων δομημένες με τη βοήθεια ειδικού ψηφιακού εργαλείου. Αρχικά, περιγράφονται βασικοί όροι των χαρακτηριστικών και της φύσης του φωτός, και εξηγούνται οι συνθήκες για τις οποίες συμβαίνει η ανάκλαση και η διάθλαση της φωτεινής ακτινοβολίας. Μια ακόμη περίπτωση που εξετάζεται είναι το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης και ερμηνείας του μέσω του νόμου του Snell, που αποτελεί ένα είδος συνδυασμού των δύο προηγούμενων. Στη συνέχεια παρατίθενται και εξηγούνται διάφορα οπτικά εξαρτήματα τα οποία εκμεταλλευόμενα τα φαινόμενα διάθλασης, ανάκλασης και ολικής εσωτερικής ανάκλασης, είναι ικανά να δώσουν σημαντικά αποτελέσματα πολλά εκ των οποίων εφαρμόζονται σε κλινικές πράξεις. Συγκεκριμένα, δίνονται ορισμοί και διευκρινίζεται ο τρόπος επίδρασης του φωτός σε κάτοπτρα, φακούς, πρίσματα και οπτικές ίνες, τα οποία είναι απαραίτητα στην οργανολογία πολλών ιατρικών συσκευών. Την ανάπτυξη της θεωρίας ολοκληρώνει η παράθεση ιατρικών συστημάτων στον τομέα της βιοϊατρικής οπτικής, που χρησιμοποιούνται σε διαγνωστικές και θεραπευτικές διαδικασίες και τα οποία στηρίζονται στα οπτικά εξαρτήματα που αναλύθηκαν προηγουμένως. Επιπρόσθετα παρατίθονται μερικά παραδείγματα που στηρίζονται στα φαινόμενα διάδοσης του φωτός όπως μικροσκόπια, ενδοσκόπια και πλήθος οφθαλμολογικών συστημάτων. Τέλος, μέσω επεξηγηματικής ανάλυσης του ψηφιακού εργαλείου «bending light», που προσομοιάζει τα προαναφερθέντα οπτικά φαινόμενα, δημιουργούνται δύο εργαστηριακές ασκήσεις προσαρμοσμένες σε ιατρικές εφαρμογές που αναλύθηκαν στο θεωρητικό υπόβαθρο, καθώς και η λύση αυτών.