Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Основы медвизуализации_chast_1

.pdf
Скачиваний:
416
Добавлен:
26.04.2016
Размер:
1.53 Mб
Скачать

41

27. Решение.

Дано: Учтём, что матовое стекло одновременно диффузно отражает I = 100 кд и диффузно пропускает свет. При диффузном пропускании d = 5 см. (в отличие от направленного пропускания) происходит Найти: увеличение телесного угла, в котором распространяется

R -?

световой поток. Другими словами, матовая сферическая колба создаёт равномерно (изотропно) распределённый световой поток, что позволяет

записать: = , где — равномерно распределённый полный световой поток, исходящий от источника = ∙ .

— поверхность матовой сферической колбы =

2

 

 

 

 

=

 

=

∙ ∙

=

=

=

 

лм

= ∙

лм

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

м

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: = ∙ лмм .

28. Решение.

Дано: Учтём, что матовое стекло одновременно диффузно отражает I = 100 кд и диффузно пропускает свет. При диффузном пропускании d = 5 см. (в отличие от направленного пропускания) происходит Найти: увеличение телесного угла, в котором распространяется

B -?

световой поток. Другими словами матовая сферическая колба создаёт равномерно (изотропно) распределённый световой поток, что позволяет

записать: = , где — равномерно распределённый полный световой

поток, исходящий от источника = ∙ . — поверхность матовой сферической колбы. = =

В данном случае светимость и яркость B связаны соотношением

= ∙ , откуда =

 

,

=

 

=

.

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя числовые данные, получим

=

 

∙ кд

 

 

, ∙

кд

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

, ∙ ∙

м

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: , ∙ мкд.

42

29. Решение.

Дано:

Яркость лампы

 

 

— площадь проекции

=

 

, где

I = 85 кд

 

излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную

d = 3 мм

направлению наблюдения. Если пренебречь поглощением в

D = 6 см

стекле колбы лампы, то при прозрачной для света колбе

 

Найти:

 

 

 

 

 

B -?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

излучающей поверхностью является поверхность вольфрамого шарика

∙ ∙ ( ) . Тогда, как площадь проекции излучающей поверхности на

плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∙ (

)

=

.

 

Таким образом =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

∙кд

 

 

, ∙

кд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

, ∙ ∙

м

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: , ∙ мкд.

30. Решение.

Дано:

I = 85 кд d = 3 мм D = 6 см

Найти:

B -?

Матовое стекло одновременно диффузно отражает и диффузно пропускает свет.

Другими словами матовая сферическая колба создаёт равномерно (изотропно) распределённый световой поток, и излучающей поверхностью является поверхность лампы —

∙ ∙ ( ) .

Тогда, как площадь проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения

 

 

 

 

 

= ∙ (

)

=

.

 

 

 

 

 

 

Таким образом = .

=

 

∙кд

 

 

кд

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

, ∙ ∙

м

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: мкд.

31. Решение.

43

Дано:

h = 1 мм

Найти:

-?

Предел разрешения глаза минимальное расстояние между двумя точками в пространстве, которые он видит раздельно. Если поместить перед глазом точки А и В, то их изображение будет на сетчатке

т. «а» и т. «в», т.е. в точках пересечения сетчаткой прямых линий, проведённых через точки А, В и узловую точку К, находящуюся в хрусталике. Точки А и В будут видны раздельно только при том условии, если расстояние между ними (R = h = АВ) и, следовательно, расстояние между их изображениями (ав) на сетчатке будет не меньше определённой величины. В то же время величина изображения точек А и В зависит от угла АКВ и равного ему вКа, под которым они видны.

Этот угол называется углом зрения (angulus visorius). В основе метода исследования остроты зрения находится определение минимального угла зрения, под которым может быть раздельно воспринято два световых изображения сетчатой оболочкой. Многочисленными измерениями было установлено, что нормальный глаз человека может раздельно видеть две

точки в пространстве под углом зрения не менее одной угловой минуты.

Принято остроту зрения оценивать: =

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

где разрешаемый

глазом предельный

угол в минутах ( =

 

 

=

ф

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиспыт

 

 

В норме равна единице. Для практических

диагностических целей в медицине при

44

исследовании остроты зрения были предложены таблицы, состоящие из нескольких рядов специально подобранных знаков (оптотипов). Знаки могут быть буквами алфавита, картинками, кольцами с разрезом.

Острота зрения при использовании оптотипа Ландольта (кольца Ландольта) может быть вычислена по формуле:

= ,

где (visus) — острота зрения; — расстояние, с которого производится исследование; — расстояние, на котором глаз с нормальным зрением

должен видеть разрыв кольца под углом зрения в одну угловую минуту.

В таблицах для проверки остроты зрения величина D указана для каждого ряда знаков и обычно расположена с правой стороны. Величина d при исследовании остроты зрения по таблицам чаще всего равна 5 метрам, так как с этого расстояния лучи, попадающие в глаз, идут практически параллельным пучком.

Из рисунка видно,

что из-за малости угла ф =

 

и

=

 

 

ф

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда: ф =

 

и ф

 

=

 

 

 

 

=

 

=

 

фиспыт

=

ф

 

. Так как,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

испыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

углы очень небольшие, то

=

 

ф

=

ф

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно: =

ф

=

 

ф

 

= , что и требовалось доказать.

 

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиспыт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

Предел разрешения глаза минимальное расстояние

 

 

 

 

между двумя точками в пространстве, которые он

 

 

 

 

видит раздельно. Если поместить перед глазом точки

 

 

 

А и В, то их то изображение будет на сетчатке а и в,

 

 

 

т.е. в точках пересечения сетчаткой прямых линий,

 

 

 

проведённых через точки А, В и узловую точку К,

 

 

 

 

находящуюся в хрусталике. Точки А и В будут видны

 

 

 

раздельно только при том условии, если расстояние

 

 

 

между ними (R = h = АВ) и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

расстояние между их изображениями (ав) на сетчатке

h = 1 мм

 

будет не меньше определённой величины. В то же

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= , м

= , м

Найти:

-?

-?

45

время величина изображения точек А и В зависит от угла АКВ и равного ему вКа, под которым они

видны. Этот угол называется углом зрения (angulus visorius). В основе метода исследования остроты зрения находится определение минимального угла зрения, под которым может быть раздельно воспринято два световых изображения сетчатой оболочкой.

Многочисленными измерениями было установлено, что нормальный глаз человека может раздельно видеть две точки в пространстве под углом зрения не менее одной угловой минуты. Острота зрения при использовании оптотипа Ландольта (кольца Ландольта) может быть

вычислена по формуле:

=

 

,

где (visus) —

 

 

 

 

острота зрения; —

расстояние, с которого производится исследование;— расстояние, на котором

глаз с нормальным зрением должен видеть разрыв кольца под углом зрения в

одну угловую минуту. Задача сводится к отысканию расстояния D. Из рисунка видно, что из-за малости угла ф = ф. = ф , ∙мм

, м = = ,, мм = и = = ,, мм = ,

Ответ: = , = , .

33. Решение.

Дано:

э = мкм

D = 250 мм

Задача сводится к определению предела разрешения в линейной мере на расстоянии наилучшего зрения для нормального глаза минимальный угол зрения для которого составляет одну угловую минуту. Обозначим

46

Найти:

Г -?

это расстояние между двумя разрешаемыми глазом

точками h. Из рисунка видно, что: = ∙ ф.

Максимально возможное увеличение в данном случае

определяется тем соображением, что зерно будет не заметно для глаза в том случае, если оно окажется после увеличения меньше, чем предел разрешения. Г ∙ э ≤ = ∙ ф

Г ≤ ∙ фэ

 

∙ф

 

 

м∙ (

 

 

)°

 

м∙ , ∙

 

 

 

 

 

Г ≤

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: Г ≤ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

Считая, что освещённость равномерна и яркость не

E= 50 лк

зависит

 

от

 

направления будем

последовательно

использовать формулы : = ∙ , R = . Откуда:

 

 

 

ρ = 0,8

∙ = ∙ и =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B -?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

, ∙ лк

, нт ,

кд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

м

 

Ответ: ,

кд

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

 

В

 

оптической

 

системе

схематического

глаза по

 

 

 

 

a = 5 мкм

 

 

Гульстранду

задняя

узловая

точка

Кˈ располагается

 

 

внутри

глаза

на

расстоянии f,

равном

переднему

 

 

 

 

 

f = 17,1 мм

 

фокусному расстоянию, от заднего фокуса. Задний фокус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47

Найти: глаза располагается на сетчатке

-?

Тогда минимальный угол зрения определяется из тех соображений, что изображение двух ещё раздельно воспринимаемых человеком точек должно приходиться на две колбочки, между которыми находится по крайней мере одна не засвеченная клетка. Случай CD на рис.2 , но не AB и тем более не EQ. Другими словами, при минимальном угле зрения (являющегося угловой мерой предела разрешения) протяжённость изображения на сетчатке должна быть равна размеру колбочки

( NM = a). = .

 

 

 

=

 

 

=

 

м

= ( , ∙ ) =

 

 

 

 

, ∙м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ° = , ´

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

´

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

анатомический

предел

глаза

практически

равен

дифракционному пределу и составляет

 

´

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36.

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Искомое число

фотонов n можно найти,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 3,22 ∙10-16 Вт

 

разделив

значение

потока

на энергию одного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ = 491 нм = 491∙10-9 м

фотона.

Энергию

одного

кванта

видимого

Найти:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

света (фотона)

можно

 

найти по

формуле

n - ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Планка = ∙ = ∙ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.о.

 

=

 

=

 

 

 

 

 

. Подставив числовые данные получим:

 

 

 

 

 

 

 

∙с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

 

 

, ∙Вт ∙ ∙м

квантов

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

∙с

, ∙Дж∙с ∙ ∙

м

с

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

квантов

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

37. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

 

 

 

 

Полезным увеличением микроскопа будет

 

 

 

 

 

λ = 555 нм

 

 

 

такое увеличение, при котором расстояние

βмин = 2´

 

 

 

 

между двумя точками, равное пределу

n = 1,5

 

 

 

 

разрешения микроскопа окажется больше

U = 40о

 

 

 

 

или равно пределу разрешения глаза,

Найти:

 

 

 

 

выраженному в линейной мере.

Гпол -?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теория дифракции даёт для предела разрешения объектива микроскопа

формулу: =

, ∙

, где А =

называется числовой

 

 

 

(нумерической) апертурой объектива. Микроскоп с увеличением Г даст возможность глазу человека рассматривать увеличенное изображение с расстояния наилучшего зрения L = 0,25 м. Микроскоп увеличивает предел разрешения объектива в Г раз. Предел разрешения глаза в линей ной мере: z = L·tg βмин. Полезным увеличением микроскопа будет такое, при котором: Г· z. Для оценки ограничимся равенством:

Гпол· = z.

Гпол =

 

=

· мин

=

· мин∙ ∙

=

(

· мин

) ∙ А .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ∙

 

, ∙

, ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим числа и получим оценку:

 

 

 

 

 

 

 

 

Гпол =

· мин∙ ∙

= (

· мин

) ∙ А = (

, · ,

) ∙ А ( ) ∙ А

 

, ∙

 

 

 

 

, ∙

 

 

 

 

 

 

, ∙ ∙

 

 

 

 

( ) ∙ , ∙ (о) ( ) ∙ , .

Ответ: Гпол .

38. Решение.

 

 

 

 

Дано:

 

Световые

потоки оцениваются

по

 

= , мкм

 

зрительному

впечатлению и

это

 

впечатление определяется спектральной

 

 

= , мкм

 

зависимостью чувствительности глаза

= , мкм

 

человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, = 2 Вт

, = 2 Вт

, = 2 Вт.

= 680 лм/Вт

, -?

, -?

, -?

49

Учёт спектральной зависимости связан с использованием Спектральной световой эффективности излучения .

= ,, откуда: , = ∙ ,.

,

Для монохроматического излучения с= 0,555 мкм, к которому глаз

обладает максимальной чувствительностью максимальная световая эффективность

= 680 лм/Вт. Отношение для какойлибо длины волны излучения к называется относительной спектральной световой

эффективностью

 

 

=

 

 

. Для приближённых

расчётов

можно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формулу ( ) = [− ( − ) ],

использовать

аппроксимирующую

где = , мкм, = 275 мкм-2.

 

 

 

 

− ( − )

 

 

 

Итак:

 

=

 

 

=

 

 

 

 

 

,

 

 

 

,

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

,

 

Подставляя числовые значения, получим:

 

 

 

 

 

 

− ( − )

 

 

 

, ∙680 лм/Вт∙2 Вт 48,8 лм;

,

− ( − )

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1360 лм;

 

 

,

− ( − )

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ∙680 лм/Вт∙2 Вт 146,6 лм.

,

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

48,8 лм;

 

 

 

1360 лм;

 

 

146,6 лм.

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

Раздел.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДИАГНОСТИКИ

 

 

 

 

 

 

1. Решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

 

 

Акустическое сопротивление по определению –

 

 

 

 

 

ρ1 = 0,1кг/м3

 

 

 

произведение плотности среды на скорость

 

с1 = 330 м/с

 

 

 

распространения звука :

=

 

кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соответственно заданным числовым значениям

 

 

 

 

 

акустическое сопротивление воздуха:

 

 

Найти:

 

 

 

= , ∙ = кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

-?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: = кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

Акустическое сопротивление по определению –

 

ρ1 = 1300 кг/м3

произведение плотности среды на скорость

 

с1 = 1920 м/с

распространения звука : =

 

кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти:

Соответственно заданным числовым значениям

 

акустическое сопротивление глицерина:

 

 

 

=?

 

 

 

= ∙ = , ∙ кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: = , ∙ кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

Акустическое сопротивление по определению –

 

ρ1 = 1000 кг/м3

произведение плотности среды на скорость

 

с1 = 1480 м/с

распространения

звука

:

=

 

 

 

кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соответственно

заданным числовым

значениям

 

 

 

=?

акустическое

 

 

сопротивление

 

 

 

воды:

 

 

= ∙ = , ∙ кг⁄м с.

 

 

 

 

Ответ: = , ∙ кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

Акустическое сопротивление по определению

 

 

 

ρ1 = кг/м3

 

– произведение плотности среды на

 

с1 = м/с

 

скорость распространения звука :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти:

 

=

 

 

кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

=?

 

Соответственно

заданным

 

числовым

 

 

 

значениям

 

акустическое

 

сопротивление

 

 

 

кварца:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∙ = , ∙ кг⁄м с.

 

 

Ответ: = , ∙ кг⁄м с.

5. Решение.

 

 

 

 

 

 

 

Дано:

 

Акустическое сопротивление по определению –

 

ρ1 = кг/м3

 

произведение плотности среды

на скорость

с1 = м/с

 

распространения звука : =

 

кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

Соответственно заданным числовым значениям

Найти:

 

 

акустическое сопротивление моторного

масла:

=?

 

 

= ∙ = , ∙ кг⁄м с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: = , ∙