นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 246

ปีที่ 52 ฉบับที่ 246 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2567 23 ภาพ 4 การเดินทางของแสงภายในเอนโดสโคป มุมบีตาและมุมแกมมาคือ มุมตกกระทบครั้งที่ 1 มุมตกกระทบครั้งที่ 2 และมุมตกกระทบครั้งที่ 3 ตามลำ �ดับ ที่มา: Young, H. D., Freedman, R. A., & Ford, A. L. (2013). University Physics with Modern Physics Technology Update. Pearson Education. ภาพที่ 5 แผนภาพรังสีของแสงแสดงมุมวิกฤตและการสะท้อนกลับหมด เอนโดสโคปจะเกิดขึ้นไม่ได้เลยถ้าเราไม่มีความรู้ในเรื่องการสะท้อน กลับหมด (Total Internal Reflection) ลองพิจารณาภาพประกอบ บทความ เมื่อแสงเดินทางจากแหล่งกำ �เนิดแสงที่อยู่ในตัวกลางที่ 1 ไปยัง ตัวกลางที่ 2 โดยที่ตัวกลางที่หนึ่งมีดัชนีการหักเห (Index of Refraction) มากกว่าตัวกลางที่สอง เช่น จากแก้วไปอากาศ จะทำ �ให้ลำ �แสงหักเห เบนออกจากเส้นแนวฉาก โดยมุมหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ และเมื่อ มุมตกกระทบมีค่าเพิ่มขึ้น จนถึงที่ค่ามุมตกกระทบหนึ่งจะทำ �ให้ลำ �แสงที่หักเห เคลื่อนที่ไปในทิศทางขนานกับขอบของรอยต่อระหว่างตัวกลางทั้งสองชนิด หรือ มุมหักเหเท่ากับ 90 ° เราเรียกมุมตกกระทบนี้ว่ามุมวิกฤต (Critical Angle, θ c ) ซึ่งสำ �หรับมุมตกกระทบที่มากกว่ามุมวิกฤต ลำ �แสงจะสะท้อน กลับทั้งหมดภายในตัวกลางที่หนึ่ง โดยไม่มีการหักเหไปยังตัวกลางที่สองเลย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนกลับหมด จากข้อมูลดังกล่าวเราสามารถ เขียนเป็นสมการความสัมพันธ์ได้ดังนี้ n 1 sin θ c = n 2 sin90 ° = n 2 ฉะนั้น n 1 , n 2 , θ c คือดัชนีการหักเหของวัสดุตัวกลางที่หนึ่ง ดัชนีการหัก เ หของวัสดุตัวกลางที่สองและมุมวิกฤตตามลำ �ดับ โดยสมการนี้มาจากกฎของสเนลล์ (Snell’s Law) เป็นกฎที่แสดง ความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบและมุมหักเหในปรากฏการณ์การหักเห ของคลื่นผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกันในกรณีมุมหักเหเท่ากับ 90 ° เกิดมุมวิกฤต ซึ่ง sin 90 ° = 1 เราสามารถเขียนสมการใหม่ได้ sin θ c = สำ �หรับในกรณีที่ n 1 มากกว่า n 2 เอนโดสโคปใช้หลักการดังกล่าว เมื่อลำ �แสงเข้าไปที่ปลายด้านหนึ่ง ของท่อ แสงจะสามารถสะท้อนกลับหมดภายในท่อ ถ้าดัชนีการหักเหของวัสดุ ภายในท่อมากกว่าวัสดุที่หุ้มท่อไว้ และมุมตกกระทบที่เกิดขึ้นในท่อมากกว่ามุม วิกฤตดังตัวอย่างในภาพ 4 เมื่อแพทย์ใช้เอนโดสโคป แสงจากปลายด้านหนึ่ง จะสะท้อนกลับหมดและเดินทางไปยังที่ปลายอีกด้านหนึ่งที่อยู่ข้างในร่างกาย ของผู้ป่วย (ถึงแม้ว่าท่อจะโค้งไปมาก็ตาม) ทำ �ให้แพทย์สามารถมองเห็น รายละเอียดภายในร่างกายผู้ป่วยสำ �หรับทำ �การวินิจฉัยและรักษาได้ถูกต้อง จะเห็นได้ว่าการนำ �ความรู้ทางฟิสิกส์เรื่องการสะท้อนกลับหมด มาประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ สร้างประโยชน์ช่วยให้แพทย์สามารถมองเห็น อวัยวะภายในร่างกายของผู้ป่วยได้แบบทันที (real-time) สำ �หรับการพัฒนา เอนโดสโคปในอนาคตเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้นอาจทำ �ได้หลายวิธีด้วยกัน เช่น การทำ �ให้อุปกรณ์มีราคาถูกลง ใช้พลังงานน้อยลง มีขนาดเล็กลง โดย n 2 n 1 Halliday, D. & Resnick, R. & Walker, J. (2013). Fundamentals of physics. John Wiley & Sons. Serway, R. A. & Jewett, J. W. (2018). Physics for scientists and engineers . Cengage learning. Young, H. D. & Freedman, R. A. & Ford, A. L. (2013). University Physics with Modern Physics Technology Update . Pearson Education. บรรณานุกรม สำ �หรับการพัฒนาในส่วนที่เกี่ยวข้องการการแสดงผล อาจจะเป็นการพัฒนา เพื่อเพิ่มความละเอียดของภาพให้มีความคมชัดมากยิ่งขึ้น รวมไปถึงการใช้ เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์เข้ามาเพื่อช่วยวิเคราะห์ภาพเพื่อช่วยวินิจฉัยและ รักษาผู้ป่วย ลดความเสี่ยงของความผิดพลาดอันอาจเกิดเพราะละเลยหรือไม่ สังเกตหรือการวินิจฉัยผิด ซึ่งในปัจจุบันยังจำ �เป็นต้องใช้แพทย์ผู้เชี่ยวชาญที่มี ประสบการณ์มาก ถ้าทำ �ได้สำ �เร็จเทคโนโลยีนี้จะเป็นประโยชน์ทำ �ให้มนุษย์มี สุขภาพดี ลดการเจ็บป่วยและเสียชีวิตในแต่ละปีได้จำ �นวนมาก