第一章生物医学光学绪论

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1、生物医学光子学上海理工大学医疗器械工程研究所王成参考书1、《生物光子学导论》PARASN.PRASAD浙江大学出版社20062、《生物光子学》顾憔科学出版社20073、《生物医学测量与仪器》，王保华，复旦大学出版社，20034、《激光与生物组织的相互作用--原理及应用》，张镇西，西安交通大学出版社，1999第一章生物医学光子学绪论生命科学是当今世界科技发展的最大热点之一。目前几乎所有的科学技术都将围绕人与人类的发展问题，寻求自己的有意义的生长点与发展面，而生命科学的重点研究对象更是直指高等生命活体与人体本身的一些重大问题。近几年来，已形成了光学与生命科学互相

2、交叉的学科新分支——生物医学光子学(BiomedicalPhotonics)。生物医学光学包括生物光子学医学光子学生物医学光子学主要研究内容：一是生物系统中产生的光子及其反映的生命过程，以及这种光子在生物学研究、医学诊断、农业、环境、甚至食品品质检查方面的重要应用。利用光子及其技术对生物系统进行的检测、治疗、加工和改造等也是一项重要的任务。二是医学光子学基础和技术，包括组织光学、医学光谱技术、医学成像术、新颖的激光诊断和激光医疗机理及其作用机理的研究。生物医学光学（Biomedical-Optics）是光学与生命科学相互交叉又相互渗透的一个新的研究领域，是光

3、与生物组织相互作用的必然结果。早在1988年在美国举办的光学学会年会上首次对“生物医学光学”（Bio-medicaloptics）进行专题讨论，随后其地位随着激光生物医学的发展，生物组织中光的分布以及光幅射与组织的相互作用成为重要的基础问题，而这两方面是与组织体的光学特性直接相关的。生物医学光学在医学中的作用：当今，医学正处在一个重大的变革时期。医学的重点正由传统的基于症状治疗模式向以信息为依据的治疗模式转变。人们已经认识到，症状仅仅是疾病的被滞后的很粗糙的人体异常反应。当今一些重大医学课题的研究，一开始就把着眼点放在探索导致疾病的生物信息规律上，以控制生物

4、逻辑信息处于健康状态，进而达到治疗疾病的目的。为此，人们从各个学科（磁学、声学、化学、光学等）探索医学诊断和治疗的新方法。目前，人们认为光子学有希望在当今医学的大变革中扮演重要角色。认识光在生物组织中的传播规律，以及激光为代表的高性能光源和高灵敏度光学探测器的研制成功分别是这种认知的理论依据和物质基础。医学光子学（Medicalphotonics）新兴激光技术、光谱技术、显微技术以及光纤技术的发展等的光子学和现代医学相结合形成了一个新的交叉学科生长点：医学光子学（Medicalphotonics），是光学与生命科学相互交叉、相互渗透的一个边缘学科，是关于光辐

5、射与生物组织之间相互作用的学问。光在生物组织中的运动学（如传播）问题和动力学（如探测）问题是其研究的主要内容。由于激光具有单色性好、高亮度，高密度、辐射方向性强的特点，无论光诊断还是光治疗技术，多以激光为光源。随着激光器的不断发展，光子技术在生物医学领域的应用也层出不穷。医学光子学的发展动力主要来源于医学的迫切需要。许多面向临床光治疗以及光诊断的具体应用，如激光医学中的光计量学、光学成像诊断学、肿瘤诊断与治疗等所提出来的各种问题，亟待医学光子学给出满意的回答，由此极大地促进了医学光子学的迅猛发展。医学光子学研究的直接对象是生物组织，特别是活体的生物组织。它的

6、研究成果将直接服务于人类医学，并有可能创造出新的高科技产业，为人类文明和社会进步作出贡献。在医学的光诊断和治疗中,有许多理论研究需要开展，有许多新应用需要从理论上做出满意的解释，这主要有如下几个方面：(1)医学上对人体疾病的光学诊断问题。人体在不同的生理状态下，其组织光学特性参数也不相同。光子学检测和诊断与传统医学的方法相比较有许多优点，尤其是600nm至1300nm“光学窗”波长范围内的无损检测和诊断技术蓬勃发展，如组织血氧和脑血氧的检测、血氧和葡萄糖含量的监测。在取像技术方面近年发展起来的OCT技术也受到人们的高度重视，但由于生物组织的多样性和复杂性，光

7、子学检测和诊断技术在理论上尤其是如何为医学临床提供可靠的生理参数指标尚有许多问题需要加强研究。（2）光治疗中各种参量的选择。在许多临床光治疗的具体应用中,如激光手术、激光针灸、激光理疗和光子动力学治疗（PhotodynamicTherapy,简写为PDT）肿瘤,需要预先确定光剂量,即合理选定照射光源的几何形状、光束功率、照射时间、焦点深度以及周围组织的光学性质和形状等以及组织内部各部分光能流率的分布。在医学的光诊断和治疗中,有许多理论研究需要开展，有许多新应用需要从理论上做出满意的解释，这主要有如下几个方面：(3)弱光对生物组织的刺激作用机制。所谓弱光,即不

8、会造成生物组织机体不可逆性损伤的光。由于弱光对生物组