LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU máy nội SOI OLYMBUS – GIFT – 2t10 và ỨNG DỤNG TRONG y học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.82 MB, 95 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
Bộ môn Vật lý

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Sư phạm Vật lý
Đề tài:
TÌM HIỂU MÁY NỘI SOI OLYMBUS – GIFT –
2T10 VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC

GVHD: Ths. Hồ Hữu Hậu

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn
MSSV: 1090192
Lớp: SP Vật Lý K35

Cần Thơ, 2013

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

LỜI CẢM ƠN

Một chữ cũng là thầy, nửa chữ cũng là thầy huống hồ gì những người đã có công
dạy dỗ tôi từ lúc mới tập tành viết chữ, mới tập đánh vần từng chữ một đến lúc ta
chuẩn bị bước vào đời, thầy cô không những truyền đạt cho tôi kiến thức mà còn dạy
tôi đạo lý làm người và dạy tôi luôn cách sống. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy,
cô giáo, những người đã không ngại vất vả dạy dỗ tôi từ lúc ngỡ ngàng mới bước chân
vào trường lớp đến tận bây giờ.

Để có thể hoàn thành đề tài này ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân tôi cũng
nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô, người thân và bạn bè.
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi luôn nhận được sự hướng dẫn tận tình
và cũng rất nhiệt tình, sự quan tâm, động viên không ngừng từ thầy Hồ Hữu Hậu –
giáo viên hướng dẫn của tôi. Tôi xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành và lòng biết
ơn sâu sắc.
Cảm ơn gia đình, nguồn động viên lớn nhất, là chỗ dựa, là hậu phương vững chắc
giúp tôi vượt qua những khó khăn và tin tưởng vào bản thân mình. Gia đình luôn luôn
khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt công việc của mình.
Cảm ơn thầy Hồ Hữu Hậu, bạn Nguyễn Đức Phong đã cung cấp tài liệu cho tôi.
Cảm ơn bạn bè đã ủng hộ, không ngừng động viên và luôn bên tôi trong suốt quá trình
thực hiện đề tài.
Vì còn nhiều hạn chế trong quá trình thực hiện nên không tránh khỏi những thiếu
sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các bạn để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả những người thân bên cạnh
tôi và chúc mọi người lời chúc sức khỏe và thành công.
Xin chân thành cảm ơn.

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang i

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày……. tháng 5 năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

Thầy Hồ Hữu Hậu

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang ii

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1

.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày……. tháng 5 năm 2013
Giáo viên phản biện 2

Thầy Phạm Văn Tuấn

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang iv

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI............................................................................................. 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................ 2
3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................ 2
4. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................... 2
5. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ............................................ 2
6. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .......................................................................... 2

PHẦN NỘI DUNG ...................................................................................................... 3
A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................. 3
CHƯƠNG I: QUANG HÌNH HỌC .............................................................................. 3
1.1.

Bản chất của ánh sáng......................................................................................... 3

1.1.1.

Thuyết sóng điện từ về bản chất của ánh sáng .............................................. 3

1.1.2.

Thuyết photon .............................................................................................. 6

1.2.

Những định luật cơ bản của quang hình học ....................................................... 7

1.2.1.

Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng.................................................... 7

1.2.2.

Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng .............................................. 7

1.2.3.

Hai định luật của Descartes .......................................................................... 7

1.2.3.1.

Định luật phản xạ ánh sáng .................................................................... 7

1.2.3.2.

Định luật khúc xạ ánh sáng .................................................................... 8

1.2.3.3.

Dạng đối xứng của định luật Descartes .................................................. 9

1.2.4.
1.3.

Hiện tượng phản xạ toàn phần ...................................................................... 9

Các dụng cụ quang học ..................................................................................... 10

1.3.1.

Mặt cầu khúc xạ ......................................................................................... 10

1.3.1.1.

Định nghĩa ........................................................................................... 10

1.3.1.2.

Công thức mặt cầu khúc xạ .................................................................. 10

1.3.1.3.

Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm của mặt cầu khúc xạ ...................................... 11

1.3.1.4.

Độ phóng đại ảnh ................................................................................ 13

1.3.2.

Thấu kính mỏng ......................................................................................... 13

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang v

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

1.3.2.1.

Định nghĩa ........................................................................................... 13

1.3.2.2.

Công thức của thấu kính mỏng ............................................................ 14

1.3.2.3.

Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm của thấu kính mỏng ....................................... 15

1.3.2.4.

Vẽ ảnh qua thấu kính mỏng. Độ phóng đại .......................................... 17

1.3.2.5.

Trục phụ, tiêu điểm phụ, tiêu diện, mặt phẳng chính ............................ 18

1.3.3.

Hệ đồng trục .............................................................................................. 19

1.3.3.1.

Định nghĩa ........................................................................................... 19

1.3.3.2.

Các phương pháp nghiên cứu hệ đồng trục .......................................... 19

1.3.3.3. Các tiêu điểm chính, mặt phẳng chính, điểm chính, tiêu cự của hệ
đồng trục……… .................................................................................................. 19
1.3.3.4.

Vẽ ảnh của vật qua hệ đồng trục .......................................................... 22

1.3.3.5.

Các công thức của hệ đồng trục ........................................................... 23

1.3.4.

Những sai sót của một hệ quang học .......................................................... 25

1.3.4.1.

Cầu sai dọc .......................................................................................... 25

1.3.4.2.

Sắc sai ................................................................................................. 26

1.3.4.3.

Cosma (sao chổi) ................................................................................. 27

1.3.4.4.

Độ cong trường ................................................................................... 27

1.3.4.5.

Méo ảnh .............................................................................................. 27

CHƯƠNG II: SỢI QUANG VÀ TRUYỀN SÓNG ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG ... 28

2.1.

Sợi quang ......................................................................................................... 28

2.1.1.

Cấu tạo cơ bản của sợi quang ..................................................................... 28

2.1.2.

Khẩu độ số NA (Numerical Aperture) ........................................................ 29

2.1.3.

Phân loại sợi quang .................................................................................... 30

2.2.

2.1.3.1.

Sự phân bố chiết suất trong sợi quang.................................................. 30

2.1.3.2.

Sợi chiết suất bậc SI (Step - Index) ...................................................... 30

2.1.3.3.

Sợi chiết suất biến đổi GI (Graded - Index).......................................... 31

2.1.3.4.

Sợi đa mode (Multi – Mode), sợi đơn mode (Single - Mode) ............... 31

Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang .............................................................. 34

2.2.1.

Phương trình truyền dẫn sóng..................................................................... 34

2.2.2.

Phương trình sóng đặc trưng cho sợi quang ................................................ 37

CHƯƠNG III: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN .................................. 38
3.1.

Sơ lược về cảm biến ......................................................................................... 38

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang vi

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

3.1.1.

Khái niệm .................................................................................................. 38

3.1.2.

Phân loại cảm biến ..................................................................................... 38

3.1.3.

Các đại lượng đặc trưng ............................................................................ 39

3.1.3.1.

Độ nhạy của cảm biến ......................................................................... 39

3.1.3.2.

Sai số và độ chính xác ......................................................................... 39

3.1.3.3.

Độ nhanh và thời gian hồi đáp ............................................................. 40

3.1.3.4.

Giới hạn sử dụng cảm biến .................................................................. 40

3.1.4.

3.2.

Mạch đo ..................................................................................................... 41

3.1.4.1.

Sơ đồ mạch đo ..................................................................................... 41

3.1.4.2.

Một số phần tử cơ bản của mạch đo ..................................................... 41

Cảm biến hình ảnh ............................................................................................ 44

3.2.1.

Vài nét về cảm biến hình ảnh ..................................................................... 44

3.2.2.

Cấu tạo cảm biến hình ảnh ......................................................................... 45

3.2.3.

Cảm biến hình ảnh CCD ............................................................................ 45

B: ỨNG DỤNG .......................................................................................................... 47
CHƯƠNG IV: MÁY NỘI SOI OLYMBUS – GIFT – 2T10 ...................................... 47
4.1.

Tổng quan về máy nội soi ................................................................................. 47

4.1.1.

4.1.1.1.

Lịch sử phát triển Thế Giới .................................................................. 47

4.1.1.2.

Lịch sử và tình hình phát triển ở Việt Nam .......................................... 48

4.1.2.

4.2.

Lịch sử phát triển máy nội soi tiêu hóa sợi mềm......................................... 47

Tổng quan về máy nội soi tiêu hóa dạ dày .................................................. 50

4.1.2.1.

Giới thiệu chung .................................................................................. 50

4.1.2.2.

Những thế hệ máy nội soi dạ dày ống mềm tiêu biểu ........................... 51

Máy nội soi OLYMPUS – GIF – 2T10 ............................................................. 57

4.2.1.

Sơ đồ mặt trước .......................................................................................... 57

4.2.2.

Các thông số kĩ thuật .................................................................................. 58

4.2.3.

Sơ đồ khối chức năng ................................................................................. 59

4.2.4.

Chức năng của ống nội soi ......................................................................... 60

4.2.5.

Chức năng một số thành phần khác ............................................................ 63

4.2.5.1.

Khối điều khiển chính.......................................................................... 63

4.2.5.2.

Khối bảng mạch nguồn ........................................................................ 64

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang vii

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

4.2.5.3.

Động cơ chắn sáng .............................................................................. 65

4.2.5.4.

Hệ thống bơm khí ................................................................................ 65

4.2.5.5.

Hệ thống đèn chiếu sáng ...................................................................... 65

4.2.6.

Nguyên lí hoạt động của máy nội soi.......................................................... 65

CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG NỘI SOI DẠ DÀY – TÁ TRÀNG TRONG Y HỌC .... 66
5.1.

Sinh lý dạ dày – tá tràng ................................................................................... 66

5.1.1.

Chức năng .................................................................................................. 66

5.1.2.

Cấu tạo dạ dày – tá tràng ............................................................................ 66

5.1.2.1.

Cấu tạo dạ dày ..................................................................................... 66

5.1.2.2.

Cấu tạo tá tràng ................................................................................... 67

5.1.3.

5.2.

Một số bệnh lý thường gặp ở dạ dày – tá tràng ........................................... 68

5.1.3.1.

Những bệnh lý dạ dày thường gặp ....................................................... 68

5.1.3.2.

Nguyên nhân bệnh dạ dày - tá tràng ..................................................... 68

Nội soi dạ dày – tá tràng ................................................................................... 70

5.2.1.

Khái niệm nội soi dà dày – tá tràng ............................................................ 70

5.2.2.

Những trường hợp cần thực hiện nội soi..................................................... 70

5.2.3.

Chống chỉ định của phương pháp soi dạ dày – tá tràng ............................... 70

5.2.3.1.

Chống chỉ định tuyệt đối...................................................................... 70

5.2.3.2.

Chống chỉ định tương đối .................................................................... 71

5.2.4.

Đơn vị nội soi tiêu hóa ............................................................................... 71

5.2.5.

Trang thiết bị của phòng nội soi ................................................................. 71

5.2.6.

Công tác chuẩn bị....................................................................................... 71

5.2.7.

Các bước làm thủ thuật .............................................................................. 72

5.2.8.

Lưu trữ và xuất kết quả nội soi ................................................................... 72

5.2.9.

Những ích lợi và hạn chế của phương pháp nội soi dạ dày – tá tràng .......... 73

5.3.

5.2.9.1.

Lợi ích về chuẩn đoán.......................................................................... 73

5.2.9.2.

Lợi ích về điều trị ................................................................................ 73

5.2.9.3.

Hạn chế ............................................................................................... 74

5.2.9.4.

Một số biến chứng sau quá trình nội soi............................................... 74

5.2.9.5.

Tai biến ............................................................................................... 74

Nội soi với dải tần ánh sáng hẹp ....................................................................... 74

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang viii

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

5.3.1.

Sơ lược về nội soi với dải tần ánh sáng hẹp ................................................ 74

5.3.2.

Nội soi dải tần ánh sáng hẹp cho hình ảnh ưu việt hơn ............................... 76

5.3.3.

Ích lợi của nội soi dải tần ánh sáng hẹp ...................................................... 76

5.4.

Nội soi viên nang .............................................................................................. 78

5.4.1.

Tìm hiểu về viên nang nội soi .................................................................... 78

5.4.2.

Ưu điểm của nội soi viên nang ................................................................... 79

PHẦN KẾT LUẬN .................................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 81

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang ix

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sóng điện từ ..................................................................................................... 4
Hình 1.2 Hiện tượng phản xạ ánh sáng ........................................................................... 7
Hình 1.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần .......................................................................... 9
Hình 1.4 Sự khúc xạ qua mặt cầu .................................................................................. 10
Hình 1.5 Tiêu cự, tiêu điểm của mặt cầu khúc xạ ......................................................... 12
Hình 1.6 Độ phóng đại .................................................................................................. 13
Hình 1.7 Hình dạng của thấu kính ................................................................................. 13
Hình 1.8 Thấu kính mỏng ............................................................................................. 14
Hình 1.9 Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính mỏng ....................................................... 14
Hình 1.10 Tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính mỏng ......................................................... 16
Hình 1.11 Vẽ ảnh qua thấu kính mỏng (a. hội tụ; b. phân kỳ)........................................ 18
Hình 1.12 Hệ đồng trục lý tưởng................................................................................... 19
Hình 1.13 Tiêu điểm ảnh của hệ đồng quy .................................................................... 19
Hình 1.14 Tiêu điểm vật của hệ đồng trục ..................................................................... 20
Hình 1.15 Đường truyền tia sáng qua hệ đồng trục ....................................................... 21
Hình 1.16 Ảnh của một vật qua hệ đồng trục ................................................................ 22
Hình 1.17 Hiện tượng cầu sai dọc ................................................................................. 25
Hình 1.18 Hiện tượng sắc sai ........................................................................................ 26
Hình 1.19 Hiện tượng Cosma........................................................................................ 26
Hình 1.20 Hiện tượng độ cong trường........................................................................... 27
Hình 1.21 Hiện tượng méo ảnh ..................................................................................... 27
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản sợi quang, gồm lõi (core) và lớp bọc (cladding) .................... 28
Hình 2.2 Ánh sáng lan truyền trong sợi quang .............................................................. 28
Hình 2.3 Khẩu độ số sợi quang ..................................................................................... 29
Hình 2.4 Dạng phân bố chiết suất trong lõi sợi SI ......................................................... 30

Hình 2.5 Ánh sáng đi trong sợi SI ................................................................................. 31
Hình 2.7 Ánh sáng đi trong sợi GI ................................................................................ 31
Hình 2.8 Ánh sáng đi trong sợi đa mode ....................................................................... 33

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang x

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Hình 2.9 Ánh sáng đi trong sợi đơn mode ..................................................................... 33
Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch đo ................................................................................. 41
Hình 3.2 Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán ....................................................................... 41
Hình 3.3 Sơ đồ bộ khuếch đại đo lường gồm ba OPA ghép nối điện trở........................ 42
Hình 3.4 Sơ đồ mạch khử điện áp lệch .......................................................................... 43
Hình 3.5 Sơ đồ mạch điện áp ........................................................................................ 43
Hình 3.6 Sơ đồ mạch cầu .............................................................................................. 44
Hình 3.7 Cảm biến ảnh CCD ........................................................................................ 45
Hình 4.1 Máy nội soi video đầu tiên ............................................................................. 48
Hình 4.2 Đầu ống nội soi của máy GIF – H260............................................................. 52
Hình 4.3 Đầu ống nội soi của máy GIF – Q260............................................................. 52
Hình 4.4 Đầu ống nội soi của máy GIF – XQ260 .......................................................... 53
Hình 4.5 Đầu ống nội soi của máy GIF – XP260 .......................................................... 53
Hình 4.6 Máy nội soi GIF – 2T160 ............................................................................... 54
Hình 4.7 Máy nội soi GIF – Q160................................................................................. 54
Hình 4.8 Máy nội soi GIF – Q160Z .............................................................................. 55
Hình 4.9 Máy nội soi GIF – 1T140 ............................................................................... 56

Hình 4.10 Sơ đồ mặt trước của máy nội soi OLYMPUS – GIF – 2T10 ......................... 57
Hình 4.11 Sơ đồ khối chức năng của máy nội soi OLYMPUS – GIF – 2T10 ................ 59
Hình 4.12 Cấu tạo ống nội soi bên ngoài ....................................................................... 60
Hình 4.13 Cấu tạo ống nội soi bên trong ....................................................................... 61
Hình 4.14 Đầu nội soi ................................................................................................... 61
Hình 4.15 Quan sát ảnh với góc 0º ................................................................................ 62
Hình 4.16 Quan sát ảnh với góc 90º .............................................................................. 62
Hình 4.17 Các góc quay của đầu nội soi........................................................................ 62
Hình 4.18 Cấu tạo ống nội soi có gắn cảm biến CCD.................................................... 63
Hình 4.19 Sơ đồ khối bảng mạch điều khiển chính ....................................................... 64
Hình 4.20 Biến áp cách ly ............................................................................................. 64
Hình 4.21 Đèn Halogen sử dụng để tạo nguồn sáng ...................................................... 65
Hình 5.1 Cấu tạo dạ dày................................................................................................ 66
Hình 5.2 Cấu tạo tá tràng .............................................................................................. 67

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang xi

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Hình 5.3 Viêm dạ dày ................................................................................................... 69
Hình 5.4 Viêm hành tá tràng ......................................................................................... 69
Hình 5.5 Loét dạ dày..................................................................................................... 69
Hình 5.7 Loét hành tá tràng........................................................................................... 69
Hình 5.7 Polyp dạ dày................................................................................................... 69
Hình 5.8 Nội soi dạ dày – tá tràng ................................................................................. 72

Hình 5.9 Cơ chế lọc ánh sáng khác biệt của hệ thống NBI ............................................ 75
Hình 5.10 Viên nang nội soi ......................................................................................... 78
Hình 5.11 Tấm điện cực................................................................................................ 79
Hình 5.12 Máy thu dữ liệu ............................................................................................ 79

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang xii

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thang sóng điện từ .......................................................................................... 5
Bảng 1.2 Quan hệ giữa các màu đơn sắc và bước sóng ................................................... 6

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang xiii

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

PHẦN MỞ ĐẦU


1

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lý học là môn khoa học nghiên cứu về vật chất và sự tương tác, nó được xem
là ngành khoa học cơ bản vì các định luật vật lý chi phối tất cả các ngành khoa học tự
nhiên khác.
Vật lý ứng dụng khắp tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội, hầu hết những gì
chúng ta nhìn thấy xung quanh đều có sự hiện diện của vật lý.
Y học là một ngành khoa học quan trọng và vật lý với những đóng góp không
nhỏ trong lĩnh vực y tế đã góp phần tạo nên những thành tựu tiêu biểu trong việc bảo
vệ và chăm sóc sức khỏe cho con người. Một số ứng dụng tiêu biểu của vật lý trong y
học: dùng laser để trị tật cho mắt, cắt bỏ ung/bướu; chụp X quang; sử dụng cấu trúc
nano để trị bệnh, nghiên cứu tác động của điện từ trường lên sức khỏe của con
người,…
Ngày nay, khi khoa học ngày một tiến bộ đời sống con người ngày càng được
nâng cao thì nhu cầu về chế độ ăn uống đầy đủ của con người càng được chú trọng
hơn và phong cách sống cũng có những thay đổi. Tuy nhiên, đó cũng là nguyên nhân
dẫn đến sự xuất hiện các loại bệnh mới trong thời kì phát triển, trong đó các bệnh liên
quan đến dạ dày ngày càng gia tăng nhanh chóng. Nhiều thế kỷ trước, khi kĩ thuật còn
rất hạn chế, con người có thể chữa bệnh bằng cách vấn đáp trực tiếp về tình hình sức
khỏe của bệnh nhân sau đó tiến hành bắt mạch rồi kê toa bốc thuốc. Tiến bộ hơn một
bậc, người ta đã có thể tiến hành phẩu thuật để điều trị những bệnh lý xuất hiện bên
trong cơ thể con người. Tuy nhiên, những phương pháp chữa trị trên chưa thật sự hiệu
quả và còn nhiều hạn chế. Vì vậy phương pháp điều trị bằng nội soi ra đời, nó đánh
dấu bước phát triển vượt bậc trong việc phát hiện sớm những thay đổi bệnh lý bên
trong cơ thể con người một cách chính xác và nhanh chóng. Phương pháp nội soi giúp
cho việc điều trị tiến hành sớm hơn và mang lại kết quả cao hơn.
Đây cũng là lý do tôi chọn đề tài “ Tìm hiểu máy nội soi Olymbus – Gift – 2T10
và ứng dụng trong y học”.

Những nguyên tắc, những hiện tượng vật lý nào được ứng dụng trong máy nội
soi? Máy nội soi hoạt động như thế nào và những thành tựu mà nó đạt được là gì?

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 1

Luận văn tốt nghiệp Đại học
2

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nội soi đóng vai trò quan trọng trong y học, đặc biệt nội soi tiêu hóa lại càng
quan trọng hơn. Đề tài được xây dựng với mục đích tìm hiểu sơ lược về máy nội soi
tiêu hóa sợi mềm khi nhìn nhận ở khía cạnh vật lý để thấy được những ứng dụng vật lý
áp dụng vào máy nội soi và sau đó đưa ra những ứng dụng thực tiễn mà phương pháp
nội soi mang lại.
3

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Tìm hiểu về các dụng cụ quang học.
- Sơ lược về sợi quang và nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang.
- Một số khái niệm cơ bản về cảm biến, tìm hiểu cảm biến hình ảnh.
- Tìm hiểu máy nội soi Olympus – Gift – 2T10 và nguyên tắc hoạt động.
- Ứng dụng phương pháp nội soi trong chuẩn đoán và điều trị.

4

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Những ứng dụng vật lý trong máy nội soi rất nhiều nhưng vì thời gian và kiến
thức có hạn nên tôi chỉ tìm hiểu một số ứng dụng vật lý tiêu biểu ở phần ống soi (phần
quan trọng nhất của máy nội soi). Bên cạnh đó, máy nội soi cũng chỉ được giới thiệu
một cách tổng quan và máy nội soi Olympus – Gift – 2T10 cũng không phải là thiết bị
nội soi hiện đại nhất hiện nay.
5

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

 Phương pháp
- Tra cứu các nguồn tài liệu liên quan tới máy nội soi và phương pháp nội soi.
- Tìm hiểu về những ứng dụng của phương pháp nội soi, sưu tầm hình ảnh.
- Nghiên cứu lý thuyết chuyên ngành sau đó tìm đọc, tổng hợp, phân tích, trích
lọc,… những tài liệu có liên quan.
 Phương tiện
- Các giáo trình chuyên ngành vật lý, công nghệ thông tin và truyền thông, y
khoa.
- Các bài viết, báo cáo, đồ án nghiên cứu về thiết bị y tế.
6

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
- Nhận đề tài từ GVHD, thảo luận cùng GVHD đưa ra hướng giải quyết cho đề

tài.
- Tìm hiểu và nghiên cứu những tài liệu liên quan đến đề tài để viết đề cương sơ
bộ.
- Viết đề cương sơ bộ và nộp cho GVHD chỉnh sửa.

- Tiến hành viết báo cáo và chỉnh sửa.
- Báo cáo.
SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 2

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

PHẦN NỘI DUNG
A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I: QUANG HÌNH HỌC

1.1. Bản chất của ánh sáng
Theo nghĩa thông thường ánh sáng được dùng để chỉ năng lượng bức xạ tác động
vào mắt tạo ra cảm giác về hình ảnh, màu sắc,.. Vấn đề tìm ra bản chất của ánh sáng là
vấn đề được nhiều thế hệ nhà bác học quan tâm và nghiên cứu.
Cuối thế kỷ 18, xuất hiện đồng thời hai giả thuyết về ánh sáng. Đó là thuyết hạt
của Newton và thuyết sóng của Huyghens.
Cuối thế kỷ 19, trên cơ sở so sánh sự giống nhau giữa sóng ánh sáng và sóng
điện từ Maxwell đã thiết lập thuyết điện từ ánh sáng.
Tuy nhiên đến đầu thế kỷ 20, với việc khám phá ra hiệu ứng quang điện của
Hertz ánh sáng lại quay về với bản chất hạt. Năm 1905, với thuyết photon của mình
Einstein đã khẳng định ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt.
Ngày nay, khoa học hiện đại thừa nhận ánh sáng có tính sóng lẫn tính hạt, hay
nói cách khác ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt. Thuyết điện từ ánh sáng và thuyết
photon được coi là hai thuyết đúng đắn về bản chất ánh sáng.
1.1.1. Thuyết sóng điện từ về bản chất của ánh sáng

Từ năm 1865, Maxwell đã kết luận rằng ánh sáng là sóng điện từ. Kết luận này
được thực nghiệm chứng minh là đúng.
Theo thuyết sóng điện từ, ánh sáng truyền đến một điểm được đặc trưng bằng 2
vectơ tại điểm đó: vectơ cường độ điện trường E⃗ và vectơ cường độ từ trường H⃗. Hai
vectơ này vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền ánh sáng, chúng có giá
trị thay đổi theo thời gian. Trường hợp đơn giản nhất có thể biểu diễn:
 

E  E0cos t   

(1.1)

 
H  H 0cos t   

(1.2)

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 3

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu
y

E

O


H


v

x

z
Hình 1.1 Sóng điện từ
Giả sử trên trục toạ độ Oxyz tại O có ánh sáng truyền tới và ở đó vectơ E⃗, H⃗ thay
đổi theo quy luật trên, ánh sáng truyền đi tiếp theo phương Ox, biều diễn sự biến thiên
của E⃗ trong mặt phẳng xOy, H⃗ trong mặt phẳng xOz (Hình 1.1). E0 và H0 là biên độ
dao động của các vectơ cường độ điện trường và từ trường,

là tần số, góc α là pha

ban đầu. Khi ánh sáng truyền đến điểm M nào đó cách O một khoảng x thì tại đó
cường độ điện trường E⃗ và cường độ từ trường H⃗ thay đổi theo quy luật:
 

  x

E  E0cos   t     
  v






 

x
H  H 0cos   t     
  v


(1.3)
(1.4)

v là tốc độ lan truyền ánh sáng của môi trường chứa hai điểm O và M.
Khi ánh sáng truyền đến mắt ta chỉ có thành phần điện trường gây cảm giác sáng,
còn thành phần từ trường không gây cảm giác sáng nên khi ta xét tương tác của ánh
sáng với nguyên tử, phân tử vật chất ta chỉ cần quan tâm đến thành phần điện trường.
Biểu thức:
 

  x

E  E0cos   t     
  v


Trong đó:
f – tần số ánh sáng

  2 f

(1.5)

f v

(1.6)

 – bước sóng

⃗ khi ấy gọi là vectơ ánh sáng.
SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 4

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Khi ánh sáng truyền trong chân không, nó có tốc độ cực đại, ký hiệu là c
(c = 300.000 km/s). Gọi bước sóng ánh sáng trong chân không là ta có:

0 f  c

(1.7)

Biểu thức (1.6) và (1.7) cho ta thấy là ánh sáng có tần số càng lớn thì bước sóng
càng nhỏ và ngược lại. Từ (1.7) và (1.6) ta có:

0 f c 0
  n
f v 

(1.8)

n gọi là chiết suất của môi trường. Biểu thức này cho ta thấy bản chất của chiết suất
của môi trường. Để đơn giản sau này nói đến bước sóng ta hiểu đó là bước sóng trong
chân không.

c

Mặc khác:
Với

1
 0 0

là hằng số điện môi còn

= 8,84.10-12.SI ;

(1.9)
là độ từ thẩm của chân không.

= 1,26.10-16.SI

Cường độ trung bình tại một điểm của sóng điện từ (hoặc ánh sáng) truyền với
đặc tính theo công thức:
1
I   0 .c.E02
2

(1.10)

Trong quang phổ học, đặc biệt là quang phổ miền hồng ngoại người ta dùng một
đại lượng khác đó là số sóng, kí hiệu là f .
f 

1 1

c 

Dựa vào số đo của

(1.11)

người ta quy ước sóng điện từ chia thành thang sóng như

sau:
Bảng 1.1 Thang sóng điện từ
Loại sóng

(tính trong chân không)

Sóng vô tuyến điện

3.10-6 cm ÷ 10-1 cm

Tia hồng ngoại

10-1 cm ÷ 0,76 m

Ánh sáng nhìn thấy

0,76 m ÷ 0,39 m

Tia tử ngoại

0,39 m ÷ 10-2 m

Tia Rơnghen

10-2 m ÷ 10-5 m

Tia gama

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

10-5 m ÷ trở xuống

Trang 5

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Đối với miền ánh sáng nhìn thấy, mỗi chùm ánh sáng có bước sóng xác định gây
nên một cảm giác màu sắc nhất định, ngược lại với mỗi chùm đơn sắc tương ứng với
một vùng bước sóng hẹp. Bảng 1.2 cho ta quan hệ tương đối giữa các màu đơn sắc và
bước sóng.
Bảng 1.2 Quan hệ giữa các màu đơn sắc và bước sóng
Màu sắc

Bước sóng ( m)

Đỏ

0,76 ÷ 0,63

Da cam

0,63 ÷ 0,60

Vàng

0,60 ÷ 0,57

Lục (xanh lá cây)

0,57 ÷ 0,50

Lam (xanh da trời)

0,50 ÷ 0,45

Chàm (xanh biển đậm)

0,45 ÷ 0,43

Tím

0,43 ÷ 0,39

1.1.2. Thuyết photon
Năm 1905, Einstein đã dựa vào thuyết lượng tử của Planck để nêu lên một thuyết
mới về bản chất ánh sáng (Einstein vẫn thừa nhận thuyết điện từ ánh sáng) đó là thuyết
lượng tử ánh sáng (thuyết photon). Nội dung thuyết như sau:
Ánh sáng gồm những hạt rất nhỏ gọi là photon hay lượng tử ánh sáng. Mỗi
photon mang một năng lượng xác định là:

  hf

(1.12)

Trong đó h = 6,625.10-34 J.s gọi là hằng số Planck còn f là tần số của sóng ánh sáng
ứng với photon đó.
Trong chân không photon truyền đi với một tốc độ xác định là c = 3.108 m/s. Mỗi
photon truyền đi trong môi trường thì có lưỡng tính sóng hạt vì theo Einstein mỗi
photon có tốc độ c, năng lượng   hf , khối lượng m (khối lượng động, photon không
có khối lượng tĩnh) được xác định theo công thức   mc 2 . Kết hợp với (1.12) ta suy
ra:
p  mc 

hf
h h


c cT 

(1.13)

Với p = mc là động lượng của photon đặc trưng cho tính chất hạt,

trưng cho tính chất sóng (sóng điện từ).

là bước sóng đặc

Cường độ của một chùm tia sáng sẽ tỉ lệ với số photon phát ra từ nguồn trong
một đơn vị thời gian.
SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 6

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

1.2. Những định luật cơ bản của quang hình học
1.2.1. Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
Định luật được phát biểu:
“Trong một môi trường trong suốt đồng tính và đẳng hướng, ánh sáng truyền
theo đường thẳng”.
Khi ánh sáng truyền qua những lỗ thật nhỏ hoặc gặp những chướng ngại vật kích
thước nhỏ vào cỡ bước sóng ánh sáng thì định luật trên không còn đúng nữa.
1.2.2. Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng
Định luật được phát biểu:
“Tác dụng của các chùm sáng khác nhau thì độc lập với nhau. Nghĩa là, tác
dụng của một chùm sáng này không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm
sáng khác”.
1.2.3. Hai định luật của Descartes
Thực nghiệm xác định rằng, khi tia sáng OI tới mặt phân cách hai môi trường
trong suốt, đồng tính và đẳng hướng thì tia sáng bị tách thành hai tia: tia phản xạ IR1

và tia khúc xạ IR2 (Hình 1.2).
Chúng tuân theo hai định luật sau đây:
1.2.3.1. Định luật phản xạ ánh sáng
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (tức là mặt phẳng chứa tia tới và pháp
tuyến IN) và góc tới bằng góc phản xạ.

i1  i1

(1.14)
S

N
K
i

i

I
r
N

R

Hình 1.2 Hiện tượng phản xạ ánh sáng

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 7

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

1.2.3.2. Định luật khúc xạ ánh sáng
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ
là một số không đổi.
sin i1
 n21
sin i2

(1.15)

n21 là một số không đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường, được gọi là chiết
suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1.
Nếu n21 > 1 thì i2 < i1, tia khúc xạ gần pháp tuyến và môi trường 2 được gọi là
chiết quang hơn môi trường 1. Ngược lại, nếu n21 < 1 thì i2 > i1, tia khúc xạ lệch xa
pháp tuyến hơn và môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1.
 Chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối
Nếu gọi v1 và v2 là vận tốc ánh sáng trong môi trường 1 và 2, từ thực nghiệm
chứng tỏ:
n21 

v1
v2

(1.16)

Ngoài chiết suất tỉ đối, người ta còn định nghĩa chiết suất tuyệt đối của môi
trường:

“Chiết suất tuyệt đối của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối
với chân không”.
Nếu gọi v là vận tốc ánh sáng trong môi trường, c là vận tốc ánh sáng trong chân
không và n là chiết suất tuyệt đối của môi trường thì căn cứ vào (1.16) ta có:
n

c
v

(1.17)

Đối với không khí v ≈ c nên n ≈ 1.
Ta tìm mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối của hai môi trường và chiết suất tuyệt đối
của chúng. Từ (1.16) có thể viết:
n21 

v1 c c n2
 : 
v2 v2 v1 n1

(1.18)

Nếu môi trường thứ nhất là không khí thì n1 ≈ 1 và n21 ≈ n2. Do đó có thể coi
chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với
không khí.

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 8

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

1.2.3.3. Dạng đối xứng của định luật Descartes
Từ (1.15) và (1.18) có thể viết:
sin i
n
 n21  2
sin r
n1

(1.19)

n1.sini1 = n2.sini2

(1.20)

Hay:
Biểu thức (1.20) là dạng đối xứng của định luật Descartes.
1.2.4. Hiện tượng phản xạ toàn phần
Hai điều kiện để hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra:
- Thứ nhất là ánh sáng phải đi từ môi trường chiết quang mạnh hơn sang môi
trường chiết quang kém hơn, thí dụ đi từ nước ra không khí. Khi đó ta có:
n1.sini1 = n2.sini2
Ở đây vì n1 > n2 nên i1 < i2, tức là góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ. Khi tăng góc tới
thì góc khúc xạ cũng tăng, nhưng luôn luôn có i1 < i2. Khi góc khúc xạ i2 = 900 thì góc
tới đến một giá trị gọi là góc tới giới hạn (ig).
- Thứ hai là góc tới phải lớn hơn (hay tối thiểu là bằng) góc tới giới hạn, tức là:

i  ig

(1.21)

Khi đó thì toàn bộ tia sáng đi tới mặt phân cách hai môi trường sẽ phản xạ trở lại
môi trường thứ nhất. Hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần. Lúc đó ta có:
n1.sinig = n2.sin900
 sin ig 

n2
n1

(1.22)

Hình 1.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

Trang 9

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

1.3. Các dụng cụ quang học
1.3.1. Mặt cầu khúc xạ
1.3.1.1. Định nghĩa
Một mặt cầu ngăn cách hai môi trường đồng tính trong suốt có chiết suất khác
nhau được gọi là mặt cầu khúc xạ.

1.3.1.2. Công thức mặt cầu khúc xạ
Xét mặt cầu tâm C, bán kính R, ngăn cách hai môi trường có chiết suất n và n 
khác nhau.
+
n

n

i
P

M
i





C

O

P

Hình 1.4 Sự khúc xạ qua mặt cầu
Đặt một điểm sáng P trên trục chính của mặt cầu (trục đi qua đỉnh O và tâm C).
Ta xét sự khúc xạ của hai tia sau: tia đặc biệt PO truyền thẳng, dọc theo trục
chính và tia PM đi gần trục gặp mặt cầu tại điểm M dưới góc tới i, khúc xạ qua mặt
cầu dưới góc khúc xạ

′

và cắt tia PO tại

′

. Điểm

′

là ảnh của điểm P sau mặt cầu.

Chọn chiều dương để tính các đoạn thẳng là chiều truyền của tia sáng, góc là
đỉnh O của mặt cầu. Đặt OP  d , OP  d  và OC  R . Chú ý d, d , R là các giá trị
đại số, trên Hình 1.4 thì d có giá trị âm, d và R có giá trị dương.
Vì tia PM đi gần trục nên góc α rất bé, ta có: PO  PM và PO  PM
Từ các tam giác MPC và CMP ta có:

Từ đó suy ra:

PC MP sin i n



PM CP sin i n

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

PC sin i MP sin 


,

PM sin  CP sin i
(1.23)

Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Đại học

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Mặt khác ta có:

MP  OP  d 
PM  PO  d
PC  PO  OC  d  R
CP  CO  OP   R  d
Thay các giá trị này vào (1.23), ta có:
d  R
d
n


d  R  d  n

hay
1

n

d

Suy ra:



1
 1 1
 n   

R
 d R 

n n n  n
 
d d
R

(1.24)

(1.25)

Công thức (1.25) là công thức của mặt cầu khúc xạ và được xây dựng với giả
thiết điểm P là thật, nhưng cũng đúng trong trường hợp P là điểm ảo.
1.3.1.3. Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm của mặt cầu khúc xạ
Đối với một mặt cầu khúc xạ cho trước thì đại lượng

n  n
của công thức (1.25)

R

là một lượng không đổi. Nó đặc trưng cho khả năng khúc xạ nhiều hay ít và được gọi
là độ tụ của mặt cầu khúc xạ, ký hiệu Φ:


n  n
R

(1.26)

Đơn vị của độ tụ trong hệ SI là điốp (dp).
Từ công thức (1.25) có hai trường hợp đặc biệt:
Khi

= −∞ (vật sáng điểm P nằm trên trục chính, ở xa vô cực, chùm tia tới mặt

cầu được xem là song song với trục chính), ta có:
d  f  

nR
n

n  n 

SVTH: Trần Thị Ngọc Vấn - 1090192

(1.27)

Trang 11

LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU máy nội SOI OLYMBUS – GIFT – 2t10 và ỨNG DỤNG TRONG y học

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về