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《生物醫(yī)學光子學.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、生物醫(yī)學光子學運用光子學原理和技術(shù)，為醫(yī)學、生物學和生物技術(shù)領(lǐng)域中的問題提供解決方案即構(gòu)成生物醫(yī)學光子學的研究內(nèi)容。生物醫(yī)學光子學涉及對生物材料的成像、探測和操縱。在生物學領(lǐng)域，主要研究分子水平的機理，監(jiān)測分子結(jié)構(gòu)與功能，在醫(yī)學領(lǐng)域，主要研究生物組織結(jié)構(gòu)與功能，能對生物體以非侵入的方式，實現(xiàn)宏觀與微觀尺度分子水平的疾病探測、診斷和治療。目前，生物醫(yī)學光子學主要包含以下研究內(nèi)容：一是生物系統(tǒng)中產(chǎn)生的光子及其反映的生命過程，以及這種光子在生物學研究、醫(yī)學診斷、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、甚至食品品質(zhì)檢查方面的重要應用。利用光子及其技術(shù)對生物系統(tǒng)進行的檢測、治療、加工和改造等
2、也是一項重要的任務。二是醫(yī)學光子學基礎和技術(shù)，包括組織光學、醫(yī)學光譜技術(shù)、醫(yī)學成像術(shù)、新穎的激光診斷和激光醫(yī)療機理極其作用機理的研究。這里我主要介紹的是生物醫(yī)學光子學在醫(yī)學上的應用。1.生物醫(yī)學光子學的發(fā)展與戰(zhàn)略地位 生物醫(yī)學光子學的內(nèi)涵生物學或生命科學是光子學的一個重要應用領(lǐng)域。生物學研究與醫(yī)學研究、診斷和治療涉及到的光學及其相關(guān)的應用技術(shù)，包括其中最基礎性的光物理問題，均可列為生物醫(yī)學光子學的研究對象?！ ∫话阏J為，光學領(lǐng)域未來發(fā)展的重點是將各種復雜的光學系統(tǒng)和技術(shù)更加廣泛地應用于保健和醫(yī)療。當今世界中，與光學有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類健康領(lǐng)域，正在改變
3、著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實施手段，并為醫(yī)療診斷提供了新方法， 為生物學研究提供了新的手段，還開辟了在細胞內(nèi)進行高度定位的光化學療法?！ ≡絹碓蕉嗟氖聦嵳f明人們對采用生物醫(yī)學光子學技術(shù)解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥所起的作用寄予很大希望，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術(shù)在人類文明進步史上的重要推動作用，在知識經(jīng)濟崛起的時代還可能產(chǎn)生和帶動一批高新技術(shù)產(chǎn)2.生物醫(yī)學光子學有關(guān)醫(yī)學的的主要內(nèi)容（1）生物物組織中的傳輸理論;當前組織光學統(tǒng)一的理論架構(gòu)體系尚未建立，生物組織的光學理論遠未成熟。需要有更精細和準確的理論來替代現(xiàn)有過于簡化的模型，
4、也就是要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質(zhì)以及光在其中的傳播行為。此外，發(fā)展生物組織中光傳輸?shù)臄?shù)值模擬也是一個研究方向。應根據(jù)生物組織的多樣性和復雜性要求，除了把注意力放在開發(fā)新的更為有效的具體算法上外，還應把蒙特卡羅方法作為工具，具體應用到實際的組織光學模型上，通過計算給出關(guān)于光在生物組織中傳輸?shù)男轮R。除了了解光在組織中的分布與其光學性質(zhì)基本參量之間的確定的經(jīng)驗關(guān)系，為無損光活檢或光診斷開辟一條新的途徑?！ せ铙w組織光學參數(shù)的測量方法與技術(shù)實際應用中真正需要的是人體活體組織的光學特性。凡是與基本參數(shù)有關(guān)的關(guān)系或規(guī)律，都可以成為測量的依據(jù)和原理，
5、因而涉及到的內(nèi)容幾乎是包羅萬象的。比如，發(fā)人深思的研究內(nèi)容含蓋時間分辨、頻率調(diào)制、相干、散斑與逆求解技術(shù)，這些方法都可以用來測量和刻畫組織的主要光學性質(zhì)(吸收和散射因素)。新的手段還有相干背散射、超快時間分辨譜與空間分辨譜、光譜動力學、全息術(shù)、干涉和相干非線性光學效應、脈沖與相位調(diào)制術(shù)、甚至神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)等等?！ し瓷涔庾V學的理論與技術(shù)漫散射光譜技術(shù)作為一種無創(chuàng)檢測方法已在血氧監(jiān)測方面得到成功的應用。理論依據(jù)是:由于在近紅外光譜區(qū)生物組織具有低吸收強散射的特性，因此近紅外光能夠達到組織部一定深度，部分光被吸收，其余被散射回到組織表面，即為漫反射。根據(jù)漫反
6、射率與生物組織光學參數(shù)的關(guān)系，從測量數(shù)據(jù)中計算出吸收系數(shù)和有效散射系數(shù)等組織的光學參數(shù)，并且可以利用它們的數(shù)值的變化計算影響組織光性質(zhì)的分析物的濃度變化。將漫散射光譜技術(shù)應用于“組織光學參數(shù)測量”，或無創(chuàng)血糖和其他體液的檢測，還有許多理論和實驗研究工作需要完成。 ·生物組織的光熱響應有關(guān)光與輻照組織光熱響應理論目前尚處于初級階段，已提出的模型和公式僅能粗糙地估算組織吸收光能量后的熱響應和過量輻照造成的熱損傷。這是任何光治療和光診斷涉及的最基礎的問題之一。 因為組織對光輻射的熱響應與激光光源特性密切相關(guān)，在寬廣的光譜范圍內(nèi)連續(xù)或脈沖光均表現(xiàn)出不同的組織
7、吸收、散射行為和不同的穿透深度，進而反映出組織體內(nèi)不同的溫度響應及其熱分布特征。人體組織是一種十分復雜且多樣化的介質(zhì)，激光輻射產(chǎn)生的各種光熱現(xiàn)象與組織固有的生理屬性是互為依賴。 有需要針對每一種特定的光診斷或是光治療研究其激光輻照下熱響應的生物物理現(xiàn)象及其內(nèi)在生物作用機理，確定個體靶對象的特定波長光劑量，以期達到預定的醫(yī)學效果，又避免熱致?lián)p害。這是目前新建一項光醫(yī)療技術(shù)不可或缺的基礎性工作?！ 。?）醫(yī)學臨床(前)診斷技術(shù)主要包括熒光測量與成像技術(shù);散射成像;光譜測量與成像技術(shù);時間與偏振分辨成像技術(shù);超聲調(diào)制的光學成像技術(shù)。（3）醫(yī)學臨床治療技術(shù)(激
8、光醫(yī)學)光動力療法;激光內(nèi)窺鏡手術(shù);激光心血管病學;光子中醫(yī)學的探索;激光美容嫩
