生物医学光子学第一章绪论.ppt

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1、生物医学光子学BiomedicalPhotonics1绪论生物医学光子学(biomedicalphotonics)生物光子学(biologicalphotonics）医学光子学(medicalphotonics)组织光(tissueoptics)Chapter1绪论生物医学光子学？Chapter1绪论生物医学光子学NOT生物医学光学？波粒二象性波动理论量子力学Chapter1绪论生物医学光子学的定义Chapter1绪论为什么学习生物医学光子学?现在和未来医学上的新需求:早期诊断无创伤日常监控Chapter1绪论CT当前的成像技术Chapter1绪论无创伤检测Chapter1绪论Hitachi

2、,2004，无创血糖检测掌上型血氧仪（oximeter）,测量动脉血的含氧量手指血氧仪Chapter1绪论激光诱导荧光检测器（LaserInducedFluorescenceDetector，LIF）Chapter1绪论Chapter1绪论信息载体检测光源模型结果Chapter1绪论纲要第一章　绪论第二章　光与生物组织体的相互作用第三章　描述光在组织体中传播的数学模型第四章　生物医学光子学中的测量技术第五章　参数提取的定量数学方法第六章生物医学光子学在人体成分浓度检测方面的应用第七章　生物医学光子成像技术第八章　生物医学光子学其它研究热点介绍§2光与生物组织体的相互作用§2光与生物组织体的相

3、互作用2.1光与生物组织体相互作用的基本形式2.2组织体对光的吸收效应2.3组织体对光的散射效应2.4组织体发光2.5光热效应和光声效应2.6光化学效应§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式图2.1光与组织体的相互作用1.光与生物组织体相互作用的表现形式或现象§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式吸收—光强随着光在组织体中的传播距离的增加而不断减小，未被吸收的光经组织体边界出射。基本形式反射、折射和散射—组织体的宏观或微观的不均匀性导致光传播方向的改变偏振态及偏振效应光声效应光致发热光致发光光化学效应§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式宏观现象是通过微观的物理变化产生的！§2.1

4、光与生物组织体相互作用的基本形式光和组织相互作用过程的能级表示2.组织体内部的各种微观物理过程——不同能级之间的跃迁对应着不同的物理过程§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式光辐射入射到组织体，电子向上跃迁到不同电子激发态的不同振动能级上，或实现不同振动能级之间的跃迁——吸收过程、吸收光谱电子从高能级向低能级的衰变过程中可分别以无辐射跃迁的方式向周围发出热而将多余的能量消耗掉——光热、光声、光电导等现象电子从最低激发态的最低振动能级开始的向下跃迁过程可能采取发出一个光子但不改变其自旋的过程——荧光产生、荧光光谱分子从受激虚态向下跃迁时回到电子基态中的其他振动能级时，产生和入射光同频率的光以

5、及比入射光频率大或小的光——Raman散射、Raman光谱§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式研究光散射、反射和折射——经典麦克斯韦尔电磁理论研究光吸收、发光及接收——量子理论描述（组织光学）———光学特性参数：吸收系数、散射系数、折射率等§2.1光与生物组织体相互作用的基本形式组织光学（tissueoptics)——研究可见光和近红外光在生物组织体中的传播特点和规律的一门学问，其基本任务是确定在一定条件下光辐射能量在组织体内的分布，进而发展活体组织光学特性参数的测量方法。§2光与生物组织体的相互作用2.1光与生物组织体相互作用的基本形式2.2组织体对光的吸收效应2.3组织体对光的散射效

6、应2.4组织体发光2.5光热效应和光声效应2.6光化学效应2.2.1吸收效应和吸收系数2.2.2分子吸收种类2.2.3生物组织中的吸收物质2.2.4朗伯-比尔定理§2.2组织体对光的吸收效应2.2组织体对光的吸收效应§2.2组织体对光的吸收效应光的吸收:光在通过生物组织体时由于部分光能转换成热运动或分子的某种振动从而导致光强度的衰减。§2.2组织体对光的吸收效应人角膜和晶状体在可见光波段近似于透明体，但在红外波段却表现出强烈的吸收。§2.2组织体对光的吸收效应描述组织体吸收能力的光学参数:吸收系数---absorptioncoefficient吸收截面----absorptioncross-

7、sectionalarea§2.2组织体对光的吸收效应吸收截面吸收截面具有面积的单位吸收的定义abs§2.2组织体对光的吸收效应§2.2组织体对光的吸收效应sa=QaA[cm2][-][cm2]QaA：geometricalarea：efficiency§2.2组织体对光的吸收效应吸收系数光子组织体内的吸收体§2.2组织体对光的吸收效应吸收系数：单位:1/cm,1/mm吸收粒子密度吸收截面Theabsorpt