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ASPECTOS TÉCNICOS L a luz es el medio a través del cual es transmitida la información que nos permite obtener los conocimientos de la endoscopia. De ahí la importan- cia de dedicarle un capítulo a su estudio. La luz es una forma de energía. Los cuerpos de color oscuro se calientan más que los de color claro cuando reciben luz. Esto se debe a que el color que percibi- mos de los cuerpos es precisamente la parte de la luz que no han absorbido. Si vemos un objeto de color verde significa que el cuerpo refleja el color verde y absorbe los demás. Mientras más energía luminosa absorba un cuerpo, más se calentará. (1,2) Los antiguos griegos ya habían observado algunos fenómenos asociados con la luz como la propagación rectilínea, reflexión y refracción. Una idea para expli- car la naturaleza de la luz proponía que se trataba de “algo emitido por el ojo” que chocaba contra los objetos y permitía verlos. Más adelante se propuso que la luz debía proceder de los objetos que se veían y que al llegar al ojo producían el efecto de la visión. Ninguna de las dos hipó- tesis explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad, así que se planteó una nueva hipótesis que identificaba la luz como algo procedente del sol y de los cuerpos incandescentes. La cuestión de si la luz está compuesta por partículas o es un tipo de movimiento ondulatorio, ha sido una de las más interesantes en la historia de la ciencia. Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone que la luz está compuesta por par- tículas, de distinto tamaño según el color. Éstas son emitidas por los cuerpos luminosos y producen la visión al llegar al ojo (Teoría corpuscular). Newton se apoyaba en los siguientes hechos: la trayectoria seguida por los cor- púsculos es rectilínea y por ello la luz se propaga en línea recta; cuando se in- terpone un obstáculo, los corpúsculos no pueden atravesarlo y así se produce la sombra; y la reflexión se debe al rebote de los corpúsculos sobre la superfi- cie reflectora. Sin embargo, no se podía explicar que los cuerpos, al emitir corpúsculos, de- bían perder masa y esto no se había observado. Además, ya se conocía el fe- nómeno de la refracción y no podía explicarse por qué algunos corpúsculos se reflejaban y otros se refractaban. 3 CAPÍTULO 1 Bases físicas de la luz Dr. Rafael Álvarez Castelló Procedimientos Endoscópicos en Gastroenterología ©2009. Editorial Médica Panamericana

Bases físicas de la luz - Herrero Booksradiaciones como la ultravioleta, rayos X y rayos gamma son perjudiciales para los seres vivos. Todas estas radiaciones se encuentran en la

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La luz es el medio a través del cual es transmitida la información que nos permite obtener los conocimientos de la endoscopia. De ahí la importan-cia de dedicarle un capítulo a su estudio.

La luz es una forma de energía. Los cuerpos de color oscuro se calientan más que los de color claro cuando reciben luz. Esto se debe a que el color que percibi-mos de los cuerpos es precisamente la parte de la luz que no han absorbido.

Si vemos un objeto de color verde signifi ca que el cuerpo refl eja el color verde y absorbe los demás. Mientras más energía luminosa absorba un cuerpo, más se calentará.(1,2)

Los antiguos griegos ya habían observado algunos fenómenos asociados con la luz como la propagación rectilínea, refl exión y refracción. Una idea para expli-car la naturaleza de la luz proponía que se trataba de “algo emitido por el ojo” que chocaba contra los objetos y permitía verlos.

Más adelante se propuso que la luz debía proceder de los objetos que se veían y que al llegar al ojo producían el efecto de la visión. Ninguna de las dos hipó-tesis explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad, así que se planteó una nueva hipótesis que identifi caba la luz como algo procedente del sol y de los cuerpos incandescentes.

La cuestión de si la luz está compuesta por partículas o es un tipo de movimiento ondulatorio, ha sido una de las más interesantes en la historia de la ciencia.

Al iniciarse el siglo XVIII, Newton propone que la luz está compuesta por par-tículas, de distinto tamaño según el color. Éstas son emitidas por los cuerpos luminosos y producen la visión al llegar al ojo (Teoría corpuscular).

Newton se apoyaba en los siguientes hechos: la trayectoria seguida por los cor-púsculos es rectilínea y por ello la luz se propaga en línea recta; cuando se in-terpone un obstáculo, los corpúsculos no pueden atravesarlo y así se produce la sombra; y la refl exión se debe al rebote de los corpúsculos sobre la superfi -cie refl ectora.

Sin embargo, no se podía explicar que los cuerpos, al emitir corpúsculos, de-bían perder masa y esto no se había observado. Además, ya se conocía el fe-nómeno de la refracción y no podía explicarse por qué algunos corpúsculos se refl ejaban y otros se refractaban.

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CAPÍTULO 1

Bases físicas de la luzDr. Rafael Álvarez Castelló

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4 PROCEDIMIENTOS ENDOSCÓPICOS EN GASTROENTEROLOGÍA

Según Newton, la refracción se debía a un aumento de velocidad de los corpúsculos de luz. Por otro lado, Huy-gens, en la misma época, propone que la luz es una onda (Teoría ondulatoria) basándose en que la masa de los cuer-pos que emiten luz no cambia.

Además, la propagación rectilínea y la refl exión pueden explicarse ondulatoriamente. La refracción es un fenó-meno típico de las ondas. No obstante quedaban hechos sin explicar.

No se encontraba una explicación para la propagación de luz en el vacío, ya que se pensaba que todas las ondas necesitaban un medio material para propagarse. No se habían observado en la luz los fenómenos de interferencia y difracción que ya se conocían para las ondas. La teoría corpuscular de Newton fue aceptada durante todo el siglo XVIII, posiblemente por la autoridad de éste.

En el siglo XIX se observan en la luz fenómenos de inter-ferencia y difracción y se revitaliza la idea de la luz como onda. En la actualidad se acepta que la luz se comporta como onda y partícula.(3,4,5)

En el siglo XIX, Fresnel y Young observaron los fenóme-nos de interferencia y difracción para la luz, que no po-dían explicarse con la hipótesis de Newton.

Foucault midió la velocidad de la luz en diferentes medios y observó que al pasar del aire al agua disminuía su velo-cidad, tal como lo había propuesto Huygens. Estos des-cubrimientos permitieron que se consolidaran las ideas de Huygens sobre la naturaleza ondulatoria de la luz, aun-que todavía quedaban algunas cuestiones sin resolver, re-lacionadas con la propia naturaleza de la luz y su propa-gación en el vacío.

Uno de los problemas más complejos para explicar la na-turaleza ondulatoria de la luz ha sido la cuestión acerca de cuál es el medio que vibra. Podemos oír el sonido en el aire o bajo el agua porque, tanto el aire, como el agua son los medios materiales que transportan las ondas.

En el vacío no se propaga el sonido porque no hay nin-gún medio que pueda vibrar. Sin embargo, la luz sí puede viajar por el vacío y este hecho no ha resultado fácil de explicar. En un principio los físicos suponían que debía haber “algo” en el vacío que sirviera para tr0ansportar las ondas luminosas, pero nadie podía detectarlo. Se comenzó a teorizar sobre la existencia de un “éter” que ocupaba el vacío y no podía ser eliminado.

Se suponía que el éter era el medio por el que viajaba la luz. Por un lado, debía ser un medio muy rígido para po-der justifi car la alta velocidad de propagación de la luz y por otro lado, si se trataba de un medio tan rígido, no se explicaba por qué los objetos podían moverse a través de éste casi sin resistencia.

La idea del éter se mantuvo viva hasta que a principios del siglo XX, Einstein justifi có que determinados tipos de ondas, como las de la luz, podían desplazarse en el vacío. En 1860, Maxwell publicó su teoría matemática sobre el electromagnetismo que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban a la misma velocidad que la luz. Por ello, argumentó que la luz y otras ondas que se conocían, como las de radio, consistían en un mismo fenómeno: eran ondas electromagnéticas que se diferenciaban sólo en su frecuencia.

Hoy consideramos que una onda electromagnética es única, aunque se compone de dos perturbaciones: un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo magnético (Figura 1).

La radiación visible constituye sólo una pequeña parte del conjunto de ondas. La gama de longitudes de onda que corresponde a la luz visible se llama espectro visible (Figura 2).(6,7)

Aunque la teoría ondulatoria es por lo general correcta cuando describe la propagación de la luz, falla a la hora de explicar otras propiedades como la interacción de la luz con la materia. En 1887, Hertz confi rmó experimen-talmente la teoría de Maxwell, ya que también observó un

Figura 1. Naturaleza de la luz. La luz consiste en ondas electromagnéticas que se diferencian sólo en su frecuencia. Una onda electromagnética se compone de dos perturbaciones: un campo eléctrico que vibra perpendicularmente a un campo magnético.

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nuevo fenómeno, el efecto fotoeléctrico, que sólo puede explicarse con un modelo de partículas para la luz, lla-madas fotones.

Einstein ha contribuido enormemente al conocimiento so-bre la luz. No sólo demostró que la velocidad de la luz en el vacío (casi 300 000 km/s) no puede ser superada, sino

que introdujo la idea del cuanto de luz. En esencia, la idea de Einstein consiste en considerar que la luz está formada por partículas, ya que los cuantos son pequeños “paque-tes” indivisibles de energía, a los que llamó fotones.

Es importante recordar que Newton planteó la idea de la luz compuesta de partículas, a las que llamó corpúsculos.

Figura 2. Espectro visible. La radiación visible constituye sólo una pequeña parte del conjunto de ondas. La gama de longitudes de onda que corresponde a la luz visible se llama espectro visible.

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6 PROCEDIMIENTOS ENDOSCÓPICOS EN GASTROENTEROLOGÍA

Los fotones pueden tener diferente energía dependiendo de su frecuencia; así, una radiación de frecuencia elevada está compuesta de fotones de alta energía.

La relación entre la frecuencia y energía es: E = hf, donde E = energía, h = constante de Planck y f = fre-cuencia. Esta idea de Einstein explica por qué algunas radiaciones como la ultravioleta, rayos X y rayos gamma son perjudiciales para los seres vivos.

Todas estas radiaciones se encuentran en la zona de ma-yor frecuencia del espectro electromagnético, y por tanto tienen asociada una energía muy alta que puede producir alteraciones en células e incluso en el ADN.(8,9)

Se descubrió que los electrones de la superfi cie de algunos metales tenían una energía que nunca superaba una can-tidad máxima (fi gura 3). Si se usaba luz más intensa, se producían más electrones pero no se aumentaba su ener-gía. Este hecho era inexplicable con la teoría de ondas ya que, según ésta, si se utilizaba una luz de mayor frecuen-cia, debe aumentarse también la energía de los electrones desprendidos. La idea de la luz compuesta por fotones la utilizó Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico y reci-bió por ello el Premio Nobel en 1921. De esta manera, planteó que los electrones sólo absorbían un cuanto de energía, es decir, un fotón, de manera que si se aumenta la frecuencia de la luz incidente, se consigue que se des-prenda mayor número de electrones por unidad de tiempo, aunque su energía no aumentará porque todos ellos han absorbido la misma cantidad que un fotón.

El efecto fotoeléctrico permite la conversión de imáge-nes en señales eléctricas en la punta del videoendosco-pio.(10,11,12)

Cuando hacemos pasar luz a través de un prisma óptico, se produce el efecto de dispersión que consiste en la se-paración de las distintas longitudes de onda que forman el rayo incidente.

Al descomponerse, la luz blanca produce, un espectro con-tinuo que contiene el conjunto de colores correspondiente a la gama de longitudes de onda que la integran.

Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso, sometidos a temperaturas elevadas, producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden a emisiones de sólo algunas longitu-des de onda.

El conjunto de líneas espectrales que se obtiene para un elemento concreto siempre es el mismo, incluso si éste forma parte de un compuesto complejo. Cada ele-mento produce su propio espectro diferente al de cualquier otro.

Cada elemento tiene su propia fi rma espectral. Si pasa-mos luz blanca por una sustancia antes de atravesar el prisma, sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia y obtendremos el espectro de absorción de dicha sustancia.

La regularidad encontrada en espectros discontinuos su-pone un apoyo muy importante para comprender la es-tructura de los átomos. Las técnicas espectroscópicas se empezaron a utilizar en el siglo XIX y no tardaron en dar sus primeros frutos.

En 1868, el astrónomo francés Janssen se trasladó a la India con el objeto de observar un eclipse de sol y utili-zar el espectroscopio, desarrollado ocho años antes, para hacer un estudio de la cromósfera solar. Como resultado de sus observaciones anunció que había detectado una nueva línea espectroscópica, de tono amarillo, que no pertenecía a ninguno de los elementos conocidos hasta ese momento.

En el mismo año, el químico Frankland y el astrónomo Lockyer dedujeron que la citada línea correspondía a un nuevo elemento al que llamaron helio (del griego helios que signifi ca sol) por encontrarse en el espectro solar. Du-

Figura 3. Efecto fotoeléctrico. Es un fenómeno que consiste en que los electrones de la superfi cie de algunos metales se des-prenden cuando se hace incidir la luz sobre ellos.

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rante más de veinticinco años se pensó que el helio sólo existía en el sol, hasta que, en 1895 Ramsay lo descubrió en nuestro planeta.

Estas técnicas de espectroscopia empezaron a tener apli-cación dentro de la endoscopia.(13,14)

Eligiendo de forma adecuada tres colores y mezclándo-los en diferentes proporciones, se puede obtener toda la gama de colores existentes (Figura 4).

Los tres colores reciben el nombre de colores primarios. En la televisión se utilizan los colores rojo, verde y azul como colores primarios para producir la gama de colo-res que podemos ver en las pantallas. Estos tres colores se llaman primarios aditivos. Cuando mezclamos dos co-lores puros diferentes, se obtiene otro color, por ejemplo rojo mezclado con verde produce amarillo.

Podemos mezclar el amarillo con el azul y se habrá con-seguido el color blanco. Cada pareja de colores con los que puede conseguirse este efecto se llama pareja de co-lores complementarios. Los tres colores primarios, rojo, verde y azul, corresponden a radiaciones de longitud de onda diferente, pero el ojo no es un aparato de medida de la composición de la luz. Cuando percibimos una luz como amarilla es porque en su constitución predominan rojo y verde.

Se produce la sensación de color amarillo y, sin embargo, a nuestros ojos no ha llegado ninguna longitud de onda que corresponda a ese color, sino que interpretamos la mezcla de los colores como si se tratara de un solo color.

Casi todos los objetos deben su color a pigmentos o pin-turas que absorben determinadas longitudes de onda de la luz blanca y refl ejan el resto. De esta manera, lo que llega a nosotros es el conjunto de longitudes de onda que han sido refl ejadas y son éstas las que producen la sensación de color, que se denomina color pigmento.

Los colores pigmento que absorben la luz de los colores primarios aditivos se llaman colores primarios sustracti-vos.(15,16)

Una imagen es la representación visual de un objeto. En física, la imagen óptica de un objeto es la proyección de los puntos de la superfi cie visible del objeto sobre un plano.

Esta proyección debe ser ordenada a manera que se guarde relación de cada punto desde su origen hasta el plano donde es proyectado. Esta proyección utiliza la energía luminosa (luz) como medio de transporte. La luz, es una onda electromagnética compuesta por partículas energi-zadas llamadas fotones, capaz de ser percibida por el ojo humano y cuya frecuencia o grado de energía determina su color. La luz, refl ejada en los objetos, crea imágenes que son captadas por los ojos.(17,18)

La óptica es la rama de la física que estudia el comporta-miento, características y manifestaciones de la luz. Abarca el estudio de la refl exión, refracción, interferencias, di-

fracción, formación de imágenes e interacción de la luz con la materia.

Una lente es un dispositivo óptico con simetría axial casi perfecta que transmite y refracta la luz, concentrando o dispersando el rayo. Una lente simple contiene un solo ele-mento óptico. Una lente compuesta consiste en un arreglo de lentes simples con un eje común. El uso de múltiples lentes permite corregir mayor cantidad de aberraciones que con una simple. Son fabricadas con vidrio o plástico transparente. Las lentes más comunes se basan en el dis-tinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de las mismas.

Se usan lentes o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios, microscopios y endoscopios. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les deno-mina también lentes, como en los microscopios electró-nicos donde éstas son de carácter magnético.

Existen dos tipos principales de lentes, convergentes y di-vergentes. En la convergente, los rayos de luz paralelos procedentes del infi nito, convergen sobre el plano focal de la imagen. Consisten en lentes cuyo espesor disminuye del centro hacia los bordes. En este tipo de lentes, todo rayo que pase paralelamente al eje principal, al refractarse, se junta en su foco. Estas lentes forman imágenes reales de objetos. Existen tres clases de lentes convergentes: las bi-convexas, las plano-convexas y las cóncavo-convexas.

En las lentes divergentes, los rayos procedentes de un mismo punto de un objeto, divergen al atravesar la lente; el espesor disminuye de los bordes hacia el centro. En este tipo de lentes, todo rayo que pase paralelamente al eje principal, al refractarse se separa como si procediera

Figura 4. Colores primarios.

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de un foco principal. Las lentes divergentes forman imá-genes virtuales de los objetos. Existen tres clases de len-tes divergentes: las bicóncavas, las plano-cóncavas y las convexo-cóncavas.

El acomodo de lentes a lo largo de un conducto de luz, permite modifi car las imágenes, tal como ocurre en la lente del endoscopio (Figura 5).

El popularmente llamado lente telefoto permite ver a pro-fundidad un plano estrecho del plano de visión (acerca la imagen), mientras que el gran angular aumenta el plano de visión a expensas de perder profundidad en el campo de visión (aleja la imagen).(19,20)

El ángulo de visión para cada objetivo se determina por la distancia focal y el tamaño del tubo del lente. Cuando ma-yor sea la distancia focal, menor será el ángulo de visión y cuando mayor sea el tubo del lente, mayor el ángulo de visión para una distancia focal dada (Figura 6).

La formación de una imagen se debe a la integración de un conjunto de puntos (pixeles) sobre un plano. El pixel (del inglés picture element, es decir, “elemento de la ima-gen”) es la menor unidad en la que se descompone una imagen digital, ya sea una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfi co.

Cada punto tiene un color y una intensidad determina-dos. La suma de la intensidad de cada color primario del pixel determinará el color del mismo en un grado de lu-minosidad determinado.

En conjunto, los pixeles forman la imagen (Figura 7 ). A mayor cantidad de puntos, mayor resolución de imagen, lo que se manifi esta como más nitidez. La resolución es una cualidad del sistema óptico que permite diferenciar entre dos elementos pictóricos separados.

En los endoscopios de fi bra, un pixel es captado y trans-portado por una fi bra, mientras que en los videoendos-copios cada pixel es registrado por una celda fotosen-sible para ser convertido posteriormente en una señal eléctrica.(21,22,23)

La información que nuestros ojos reciben del mundo ex-terior es de dos tipos: brillo y longitud de onda. El bri-llo de los objetos nos dice qué cantidad de luz incide so-bre ellos, mientras que la longitud de onda se transmite como color.

El violeta es la longitud de onda visible de mayor longitud y el rojo, la más corta. Los demás colores visibles están distribuidos entre ellos como en el arcoiris. Es posible; sin embargo, producir cualquiera de los colores del espectro

Figura 5. Tipos de lentes. Existen dos tipos principales de lentes, las convergentes y las divergentes. En la lente convergente, los rayos de luz paralelos procedentes del infi nito, convergen sobre el plano focal de la imagen. En las lentes divergentes, los rayos procedentes de un mismo punto de un objeto, divergen al atravesar la lente.

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por la combinación de sólo tres de sus componentes: rojo, verde y azul (R, G, B) que son los colores primarios y cuya combinación forma un blanco perfecto.

En video, el tinte de un color en particular es denominado “croma”. Éste se modifi ca por su grado de brillo (luminan-cia) hacia el blanco o negro. La luminancia aislada deter-mina la imagen en blanco y negro, mientras que el croma, la de color. La luminancia, por lo tanto, también afecta el grado en el cual el color es más claro u oscuro, lo que se conoce como grado de saturación del color.

En otras palabras; rojo + verde + azul = croma. Croma + luminancia = color en su saturación, con el grado de brillo correcto. Es toda la información requerida para ver un objeto con su verdadero color.(24,25)

Las fuentes de luz o luminosas son todas aquellas capa-ces de emitir luz, es decir radiación electromagnética en el espectro visible que va de los 400 a 700 nanómetros. Las fuentes pueden ser naturales como el sol, o artifi cia-les como una lámpara. También pueden ser primarias si producen la luz que emiten o secundarias si sólo refl ejan

Figura 7. Pixel. La formación de una imagen se debe a la in-tegración de un conjunto de puntos llamados pixeles sobre un plano. El pixel (del inglés picture element, es decir, “elemento de la imagen”) es la menor unidad en la que se descompone una imagen digital.

Figura 6. Distancia focal y ángulo de visión, elementos que en endoscopia explican la amplitud del campo de visión y la percepción del tamaño de los objetos.

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10 PROCEDIMIENTOS ENDOSCÓPICOS EN GASTROENTEROLOGÍA

la luz de otra fuente. La luz blanca es la suma de todos los colores y transmite luz de todas las longitudes de onda al mismo tiempo.

La luz de color puede producirse de tres maneras:

1) mediante una fuente de luz monocromática que produce luz de longitud de onda única como la luz láser.

2) mediante el método sustractivo de producción de color, como el que ocurre cuando se utilizan pintura o coloran-tes que captan la luz blanca y sólo refl ejan la luz del color del objeto o cuando se dirige un rayo de luz blanca a tra-vés de un vidrio teñido que sólo permite el paso de luz de determinada longitud de onda, según el color del vidrio, absorbiendo el resto de longitudes de onda.

3) mediante el método aditivo, al sumar fuentes de luz de distintos colores e intensidades, con la combinación de colores primarios y su proyección sobre una misma área, como ocurre en las pantallas de los televisores.

Las distintas lámparas utilizadas como fuente de ilumina-ción para el endoscopio, emiten luz dentro de un rango que va del tinte rojizo (lámparas de halógeno a 3 700 gra-dos K) pasando por el blanco (xenón a 5 500 grados K) y al azulado (metal halogenado a 6 000 grados K).

El color de la luz emitida es modifi cado adicionalmente por las características del mecanismo que transporta la luz desde la lámpara. Para reproducir objetos blancos como puramente blancos en el monitor, independiente-mente del tinte de color generado, el sistema de video debe ajustarse al balance de blanco que se comentará posteriormente.(26,27)

El ojo funciona al proyectar imágenes del medio a la re-tina, donde son detectadas y transmitidas a través del ner-vio óptico. Para que los rayos de luz puedan transportar la imagen a la retina, deben enfocarse en la misma. Para que puedan ser enfocados, deben refractarse.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. La refrac-ción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda y sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superfi cie de separación de los dos medios con índices de refracción distintos.

La luz es refractada en el cristalino y proyectada sobre la retina. En ésta, la luz es transformada en impulsos eléctricos que el nervio óptico transmite a centros visuales de lóbu-los occipitales del cerebro. Ahí, a través de un mecanismo desconocido, se descifra la imagen y se interpreta.

La retina está compuesta por un panel de células sen-soriales que reaccionan de forma distinta a la luz y los colores. Éstas se llaman bastones y conos. Los basto-nes se activan en la oscuridad y sólo permiten distinguir negro, blanco y distintas escalas de gris. Los conos en cambio funcionan de día o en ambientes iluminados y hacen posible la visión en colores. Hay tres tipos de co-

nos. Cada tipo está adaptado a uno de los tres colores primarios.

Los conos están concentrados en el centro de la retina mientras que los bastones aumentan hacia la periferia. Por lo tanto, los segundos facilitan la visión perimetral. Cada cono está conectado de forma individual con el centro vi-sual del cerebro, lo que en la práctica permite distinguir a una distancia de diez metros, dos puntos luminosos sepa-rados por un milímetro, aproximadamente. Cada célula sensorial de la retina capta el equivalente a un pixel de información visual de la imagen.(28,29)

La interacción entre luz y materia depende de la trans-ferencia de energía entre partículas de luz (fotones) y de materia. Las partículas de materia incluyen componentes submicroscópicos como electrones, átomos y moléculas o entre partículas más grandes como los gránulos, orga-nelos y células. Tanto los fotones como las moléculas ex-hiben una naturaleza cuántica intensa al mostrar caracte-rísticas, tanto de partículas, como de ondas. Los fotones transportan energía de magnitud proporcional a su fre-cuencia (ley de Planck).

De acuerdo con la mecánica cuántica, únicamente dis-cretas cantidades de energía pueden ser almacenadas en las moléculas. Esto ocurre en las órbitas de los electro-nes, en vibraciones entre átomos y por las rotaciones en-tre moléculas.

Las interacciones entre luz y tejidos biológicos pueden ser elásticas o inelásticas dependiendo de si el tejido absorbe energía o si la rebota sin absorberla.

En la dispersión elástica de energía luminosa, la frecuen-cia de la radiación luminosa que llega al tejido y el es-tado de energía de la molécula del tejido permanecen sin cambios, pero la dirección de propagación de luz puede estar alterada.

Existen dos categorías importantes de dispersión elástica, la de Rayleigh y la de Mie. En la primera, las partículas de luz son más pequeñas que la longitud de onda, resultando en una dispersión de luz uniforme en todas direcciones.

La teoría de Mie describe la dispersión de luz a través de partículas de mayor tamaño que las longitudes de onda de la misma luz, con lo que se obtiene una señal polari-zada. En procesos de dispersión inelásticos, parte o la to-talidad de la energía transportada por el fotón puede ser absorbida por la partícula.

La energía absorbida puede ser disipada a sitios adyacen-tes en forma de calor o reemitida como otro fotón gene-ralmente de menor frecuencia. La disipación en forma de calor es la que utiliza láser para obtener cauterización de tejidos. Casos de dispersión elástica e inelástica son fre-cuentemente dependientes, por lo que midiendo las frecuen-cias que son absorbidas y dispersadas, así como la emi-sión de luz, puede obtenerse información acerca de la distribución en tamaño y composición de las partículas tisulares.

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La dispersión elástica es la interacción más frecuente que ocurre entre la luz y el tejido en el espectro visible y en el cercano al infrarrojo. Los conceptos anteriores nos ex-plican cómo se refl eja la luz en tejidos biológicos y tienen aplicación en el estudio espectroscópico del tejido nor-mal y enfermo.(30)

Al fi nal, la compresión de la luz desde sus bases físicas puede parecer compleja, pero para el endoscopista ilu-mina sus inicios porque es la materia prima que manejará siempre. Además, el conocerla permitirá comprender fu-turas tecnologías.

REFERENCIAS

(1) Hewitt P. Luz. Física Conceptual. Hewitt P. Editor. Novena Edición. Editorial Pearson - Addison Wesley. México, 2004: 495-622.

(2) Romanelli L, Fendrik A. El Espectro Electromagnético. Física. Romanelli L, Fendrik A, Editores. Primera Edición. Editorial Prentice Hall. México, 2001: 277-300.

(3) Hecht E. Una breve historia. Óptica. Hecht E. Editor. Tercera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 1-10.

(4) Mileaf H. Estructura de la Materia. Electricidad. Mileaf H, Editor. Primera Edición. Editorial Limusa Noriega. México, 2006: 1-4-1-8.

(5) Mileaf H. Teoría Atómica. Electricidad. Mileaf H, Editor. Primera Edición. Editorial Limusa Noriega. México, 2006: 1-9 - 1-13.

(6) Hecht E. El movimiento ondulatorio. Óptica. Hecht E. Editor. Ter-cera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 11-36.

(7) Hewitt P. Fisica Atómica y Nuclear. Física Conceptual. Hewitt P, Editor. Novena Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. México, 2004: 623-684.

(8) Hecht E. Teoría Electromagnética, Fotones y Luz. Óptica. Hecht E. Editor. Tercera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 37-85.

(9) Papp D, Estrella J. Teoría Cuántica. Breve Historia de las Ciencias. Papp D, Estrella J, Editores. Primera Edición. Editorial Claridad. Argentina, 1996: 72-102.

(10) Mileaf H. Efectos de la Electricidad. Electricidad. Mileaf H. Editor. Primera Edición. Editorial Limusa Noriega. México, 2006: 1-59-1-65.

(11) Mileaf H. Aplicaciones de la Electricidad y el magnetismo. Electri-cidad. Mileaf H. Editor. Primera Edición. Editorial Limusa Noriega. México, 2006: 1-90-1-100.

(12) Murphy Arteaga R. El Campo Eléctrico en Materiales Dieléctricos. Teoría Electro magnética. Murphy Arteaga R, Editor. Primera Edición. Editorial Trillas. México, 2001: 119-169.

(13) Hecht E. La propagación de la luz. Óptica. Hecht E. Editor. Tercera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 86-150.

(14) Alonso M, Finn E. Fenómenos de Transporte. Física Volumen II: Campos y Ondas. Alonso M. Finn E. Editores. Primera Edición.

Editorial Addison Wesley Longman Pearson. México, 1998: 967-1000.

(15) Máximo A, Alvarenga B. Óptica y Ondas. Física General. Máximo A, Alvarenga B, Editores. Cuarta Edición. Editorial Oxford University Press. México, 2001: 609-659.

(16) Aguilar M. Color. La Medida en las Ciencias Naturales. Aguilar M. Editor. Ediciones Rialp. Madrid, 1982: 207-211.

(17) Wilson J, Bufa A. La Visión y los Instrumentos Ópticos. Física. Wilson J, Bufa A, Editores. Quinta Edición. Editorial Pearson-Prentice Hall. México, 2003: 813-842.

(18) Daly T. Principios Básicos de la Imagen Digital. Enciclopedia de Fotografía Digital. Daly T, Editor. Primera Edición. Editorial Blume. Barcelona, 2005: 70-93.

(19) Hecht E. Óptica Geométrica. Óptica. Hecht E. Editor. Tercera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 151-249.

(20) Grob B, Hernolon C. Lentes y Valores de Luz. Televisión Práctica y Sistemas de Video. Grob B, Hernolon C, Editores. Grupo Editorial Alfaomega. México, 2006: 82-85.

(21) Hecht E. Las Bases de la Teoría de la Coherencia. Óptica. Hecht E. Editor. Tercera Edición. Editorial Pearson-Addison Wesley. Madrid, 2006: 565-586.

(22) Atherton N, Crabb S. Pixeles y Resolución. Fotografía Digital de la A a la Z. Atherton N, Crabb S, Editores. Primera Edición. Editorial Omega. Barcelona, 2005: 104.

(23) Marcelo J, Martín E. Conceptos Básicos de Imagen. Guía de Bolsillo del Video Digital. Marcelo J, Martín E, Editores. Primera Edición. Editorial Pearson Prentice Hall. España, 2007: 1-16.

(24) Cheshire D. El color y el ojo. Manual del Video Afi cionado. Adkin-son Parrish, Editor. 1a Edición Ediciones CEAC. Barcelona, 1983:20-21.

(25) Freeman M. El Lenguaje del Color. Fotografía Digital El Color. Freeman M, Editor. Primera Edición. Editorial Evergreen. Colonia, 2006: 8-59.

(26) Alfaro Fattel L, Nigl Navarrete I. Características Electrónicas del Sistema de Videoendoscopia. Procedimientos Endoscópicos en Gas-troenterología. Córdova Villalobos J, De La Torre Bravo A, Ochoa Carrillo Francisco Javier, Editores. Primera Edición. Asociación Mexicana de Endoscopia Gastrointestinal. México, 1998: 25-31.

(27) Pallás Areny R. Fuentes de Alimentación. Instrumentos Elec-trónicos Básicos. Pallás Areny R, Editor. Primera Edición. Editorial Alfaomega Marcombo. México, 2007: 53-92.

(28) Latarjet M, Ruiz Liard A. Organum Visus Oculus, PNA. Anatomía Humana, Volumen I. Latarjet M, Ruiz Liard A. Editores. Tercera Edición. Editorial Médica Panamericana. Madrid, 1999: 439-478.

(29) Miller M, Leavell L. Sentido de la Vista. Manual de Anatomía y Fisi-ología. Miller M, Leavell L, Editores. Segunda Edición. Ediciones Científi cas La Prensa Médica Mexicana. México, 2004: 322-337.

(30) Izatt J, Sivak M. Biomedical Tissue Spectroscopy. Gastroenterologic Endoscopy. Sivak M, Editor. 2ª. Edición. W. B. Saunders Company, Filadelfi a, Estados Unidos, 1987: 202-218.

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Procedimientos Endoscópicos en Gastroenterología ©2009. Editorial Médica Panamericana