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光學診斷技術范文1
【關鍵詞】 光電子技術 光醫學 光保健 學科現狀 發展趨勢
一 引言
生物醫學光學與光子學是光學或者說光子學現展的一個分支學科。由于光學與光子學是具有極強應用背景的學科，所以“生物醫學光子技術”這一多學科交叉的新興研究領域在20世紀末葉也隨之應運而生。
激光技術作為一項重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發生、發展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動人類科學技術進入新的發展階段。
可以把與光的產生、傳播、操縱、探測和利用有關的物理現象和技術包括在內的科學及工程籠統地簡稱為光學。用光學最廣的含義來概括各研究領域及其相關交叉分支時必然包括了激光和光電子技術。運用光學及其技術研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內的傳播規律以及有關組織光學特性的測量方法的一門新興交叉學科，是光醫學（光診斷和光治療）的理論基礎。經過40多年的發展，激光與光電子技術在人類的保健、醫療以及生命科學中產生了很大影響。
在醫學領域，光電子技術使各種新療法，包括從激光心臟手術到用光學圖像系統的關節內窺鏡進行微損膝關節修復等，成為可能或得以實現。目前，科學家們正致力于研究光學技術在非侵入式診斷和檢測上的應用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監控等。激光在醫學上的最早應用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅動力之一，其中在物理學中高度發展的光譜技術有望在診斷醫學中得到應用。利用光纖把光傳輸到身體內部的能力，可以完成膀胱、結腸和肺等器官的檢查。隨著醫學診斷方法向無損化方向發展，利用光電子學技術對組織體進行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。
隨著現代醫學模式的轉變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀80年代后期起，“激光美容術”在世界各地包括在我國各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術應用越來越活躍的領域。激光技術應用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡易有效。到20世紀末，人們又開發了一種稱為光子嫩膚術的新美容技術。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質地和彈性，達到美容的效果。之所以用激光或強脈沖光進行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因為這類手術具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術者容易接受的優點。
國家自然科學基金委員會先后二次在“光子學與光子技術”以及“生物醫學光學”優先資助領域戰略研究報告中分別指出：近年來生物醫學光學與光子學的迅猛興起，令人矚目，并因而引發出一門新興的學科－生物醫學光子學（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優先研究領域包括生物光子學、醫學光子學基礎研究、醫學臨床的光學診斷和激光醫學中的重要課題等諸方面。
福建師范大學在1974年成立了“醫用激光及其應用技術”研究組，以激光與光電子技術為基礎，圍繞激光醫學應用的核心技術開展研究與開發。至二十世紀九十年代，跟隨該領域的國際走向，轉入激光醫學技術的基礎理論研究工作，在國內率先開展了生物組織光學與光劑量學的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準立項建設醫學光電科學與技術教育部重點實驗室。
二 國內外現狀
光學在生命科學中的應用，在經歷了一個緩慢的發展階段后，由于激光與新穎的光子技術的介入，進入了一個迅速發展的新階段。與光學有關的技術沖擊著人類健康領域，正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段，并為醫療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學術研究活動相對應，國際上出現了專門的研究性學術雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發行了“Bio-Photonics”新雜志。美國光學學會重要的會刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關生物醫學光學的論文專集。SPIE亦于1996年創辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達3.541。當前，發達國家普遍對生物醫學光子學學科給予了高度重視。例如，在美國國家衛生研究院（NIH）新成立的國家生物醫學影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫學光子學也成為其主要資助的領域。近三年中，美國NIH已經召開過4次研討會，認為新的在體生物光子學方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測、診斷和治療。新一代的在體光學成像技術正處在從實驗室轉向癌癥臨床應用的重要時刻。在NIH的支持下，美國國家癌癥研究所（NCI）正在計劃5年投資1800萬美元，招標建立“在體光學成像和/或光譜技術轉化研究網絡（NTROI）”，其研究內容主要包括：光學成像對比度的產生機理、在體光學成像技術與方法、臨床監測、新光學成像方法的驗證、系統研制與集成等五個方面。2000年底，在美國NIBIB的首批支持項目中，光學成像方法約占30%。2000年7月，美國NIH投資2000萬美元，開展小動物成像方法項目（SAIRPs）研究，受到生命科學界的高度關注，其中光學成像方法是研究重點之一。美國國家科學基金會（NSF）在2000-2002年了4次關于生物醫學光子學研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標指南?！?.11”事件后，美國國防部啟動了“應激狀態下的認知活動”(Cognition under stress)項目，采用的研究方法就是光學成像技術。美國加州大學Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內，將投資5200萬美元建立生物醫學光子學科學技術中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學術交流活動方面，國際光學界規模最大西部光子學會議（Photonics West）上，每年的四個大分會之一即是生物醫學光學會議（BiOS），論文均超過大會總數的三分之一，如，2003年關于BiOS的專題為19個，占整個會議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會議專題為20個，占整個會議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫學光子學會議。除疾病早期診斷、生理參數監測外，在基因表達、蛋白質―蛋白質相互作用、新藥研發和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權威刊物發表的論文表明，光子學技術也正在發揮至關重要的作用。在某些領域，如眼科，光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現，并以最小的無損或微損療法代替外科手術，如膝關節的修復?，F在，用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段，包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。光學技術還為生物學研究提供了新的手段，如人體內部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細的生物結構的三維圖象展現出來，在亞細胞層次監測化學組成和蛋白質相互作用空間和時間特征。以雙光子激發熒光技術為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細胞內進行高度定位的光化學療法。近場技術將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學結構排序系統的關鍵組成部分。光學在生物技術方面的其它應用還包括采用“DNA芯片”的高級復雜系統，和采用傳輸探針的簡單系統。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環境中實現細胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內實現力學參數的測量。結合光子學和納米技術已經可以探測細胞機械活動，揭示細胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測和操縱原子和分子，這可以應用在細胞水平的醫學領域。高技術的進步，如：微芯片極大地加速了生物光子學的發展進程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫學光子學技術已經在臨床上應用于早期疾病監測或生理參量的測量，如血壓，血液化學，pH，溫度，或測量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學相干成像）的各種光學概念出現在功能成像的重要領域。從大腦到竇體再到腹部，精確導位和追蹤，對于精確定位醫療儀器在三維手術空間的位置具有重要的作用?；诜肿犹结樀墓庾蛹夹g可以識別發生疾病時產生的分子報警，將真正實現令人激動的、個人的、分子水平的醫學。
我國的研究基礎與條件雖然相對落后，研究投入不足，但生物醫學光子學是一門正在興起和不斷發展的學科，在這一新興交叉學科上國內外處于一個起跑線上。近年來，在國家自然科學基金委、省部委以及其它基金項目的資助下，我國在生物醫學光子學的研究中取得了很大的進展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫學光子學與醫學成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學”的香山會議后，有許多學校和科研單位開展了生物醫學光子學的研究工作，并初步建成了幾個具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機構或實驗室，并在生物醫學光學成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發熒光成像、二次諧波成像、光學層析成像等）、組織光學理論及光子醫學診斷、分子光子學（包括成像與分析）、生物醫學光譜、X射線相襯成像、光學功能成像、認知光學成像、PDT光劑量學、高時空譜探測技術及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發表了許多研究論文，申請了許多發明專利，有些已經獲得產業化。國家自然科學基金委員會生命科學部與信息科學部聯合發起并承辦的全國光子生物學與光子醫學學術研討會已經舉辦了六屆。這對我國生物醫學光子學學科的發展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區光子學會議中，有關生物醫學光子學的內容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國的生物醫學光子學研究和學術活動也方興未艾，呈現與國際同步的態勢。在基礎研究、應用基礎研究以及對新技術的掌握方面跟蹤國際先進水平，但國內科研經費的投入相對較小，科研隊伍規模不大，原創性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發展水平相比，我國的生物醫學光子學發展還存在以下問題：
（1）盡管從事生物醫學光子學的科研單位很多，但取得突破性、創新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國計民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復，缺乏合作，導致水平低下；
（2）和國外相比，研究經費無論在絕對值還是相對值上均投入十分不夠；
（3）缺乏研究成果產業化的引導機制。
三 醫學光電科學與技術（福建師范大學）教育部重點實驗室概況
“醫學光電科學與技術”教育部重點實驗室設立于福建師范大學物理與光電信息科技學院（激光與光電子技術研究所）內，作為本學科開展科研研究和實施建設與發展的一個基礎平臺。實驗室已有30年發展歷史，1973年成立福建師范學院物理系激光實驗室，1984年成為福建師范大學激光研究所實驗室，1995年為福建省首期211重點學科《應用光子學》學科實驗室，2003年5月26日經福建省科技廳批準成立“光子技術福建省重點實驗室”，2005年7月28日經教育部批準立項建設教育部重點實驗室。實驗室座落于福建師范大學長安山校園內。
30年多來，實驗室在生物組織光學、醫學光譜與光學成像技術、光診斷及光診療技術、信息技術光學及其生物醫學應用等四個主要方向上努力開拓，承擔并完成了數十項國家與省部重點、重大項目課題，取得一批代表我國本領域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級科技進步一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項，其它省級以上獎勵12項。在國內外重要刊物發表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。
實驗室目前承擔著國家與省級重要課題50余項，科研經費超過2000萬元。其中國家自然科學基金項目11項，國家教育部、科技部、衛生部項目9項，福建省科技重大專項1項，其它省級重要項目近30項。
中科院半導體研究所原所長王啟明院士任重點實驗室學術委員會主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔任。另有九位國內外著名的激光、光電子與醫學學科交叉的院士、專家或資深教授擔任委員，其中海外委員兩人。他們規劃、指導并檢查本學科實驗室的建設與發展。
重點實驗室主要學術帶頭人、實驗室學術委員會常務副主任謝樹森教授是中國光學學會副理事長、福建省光學學會理事長、國家有突出貢獻的中青年專家、光學工程專業博導、全國勞動模范，是我國醫學光電科學與技術領域的學術帶頭人與開拓者。實驗室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國務院特殊津貼專家，實驗室常務副主任陳建新教授來自于北京大學的優秀博士后研究員。重點實驗室擁有穩定的可持續開展高水平科研的學術梯隊，其中的中青年學術帶頭人或學術骨干包括1位閩江學者特聘教授、1位福建師范大學特聘教授、3位國務院特殊津貼專家、2位全國優秀教師、2位福建省優秀教師和15位博士。
重點實驗室與國內外學術界建立了并保持著廣泛的聯系。重點實驗室已設立面向國內外的開放課題基金。已批準并實施來自浙江大學、廈門大學、上海光機所、西安交通大學、華南師范大學、天津醫科大學、上海市激光醫學研究中心等單位知名學者的開放課題。
重點實驗室已具備良好的科研軟硬件環境?，F有面積近5000平方米，儀器設備原值2500多萬元。重點實驗室各項管理制度健全。
“醫學光電科學與技術”重點實驗室，在我國現代科學技術領域特色鮮明，在我國相關學科處于領頭地位，有較大影響。重點實驗室建設將有力促進福建省科技創新能力建設，促使福建師范大學迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學邁進。同時，重點實驗室的建設與發展將有力促進我國醫學光電科學與相關學科的發展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經濟發展做出重大貢獻。
四 發展趨勢和展望
光子學及其技術已廣泛應用或滲透到生物科學和醫學的諸多方面，被科學界所認同和重視。生物醫學光學已經成為國際光學學科重要發展方向之一。生物醫學光子學的發展，將為現代醫學和生命科學帶進嶄新的時代。本學科的發展將繼續體現了多學科交叉的特點，研究領域涉及到了生物學、醫學、和光學，還有化學等不同大學科的方方面面。技術開發與臨床應用研究的結合將越來越密切。一般認為，光學領域未來發展的重點是將各種復雜的光學系統和技術更加廣泛地應用于保健和醫療。當今世界中,與光子學有關的技術沖擊著人類對生命體的認知及人類健康領域?；诂F代激光與光電子技術的生物醫學光子學技術將為生命科學研究帶來具有原始性創新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經濟效益的產業。
在醫學領域，光子學技術正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段,并為醫療診斷提供了新方法。在某些領域,如眼科,光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現,并以無損或微損療法代替外科手術,如膝關節的修復。現在,用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段,包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。
在基礎研究方面，研究重點在于從細胞，甚至是亞細胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術開發以及應用提供理論依據。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產生的光化學、光熱和光機械效應。在技術的應用方面，研究重點轉向比較各種技術中光源（相干光源/非相干光源、波長、功率密度、偏振性、連續/脈沖光源、脈沖持續時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發病史、發病時間等）對診斷或治療結果的影響，在確定各種技術臨床適應癥的同時，進一步實用化各種技術。此外，還在不斷開發新的實用于不同疾病的診斷、治療和監測技術。
值得關注的是，國外從事“生物醫學光學”領域研究的高校或研究機構中，來自大陸的中國學者的數量越來越多。這有助于使國內外的學術交流更加有效，并可以預期國內與國外在該領域的研究水平差距將不斷縮小。
今后若干年內醫學光電科技學科需關注的重大科學問題和優先研究領域如下：
（一）醫學光子學基礎
在組織光學方面，其中最主要的有光在組織體內傳播的特殊方式、組織光學性質的描述以及有關實驗技術的開發和完善等。組織光學是醫學光子技術的理論基礎。光在生物組織中的運動學（如光的傳播）問題和動力學（如光的探測）問題是研究的主要內容，目的是要研究生物組織的光學性質和確定某靶位單位面積上的光能流率。應優先解決測量技術和實驗精度的問題，利用近場光學顯微技術、光鑷技術測量活體組織的光學參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數值模擬方法。具體開展的研究工作應包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質以及光在其中的傳播行為。建立準確的組織光學模型，使之能反映生物組織空間結構及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸的基本性質。2）光傳輸的蒙特卡羅模擬：繼續開發新的更為有效的算法以適應生物組織的多樣性和復雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學性質基本參量之間的經驗關系。另外，發展非穩態的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩態條件下更多的信息。
組織光學參數的測量方法和技術方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數據。發展和完善活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。
（二）醫學光子學光譜診斷技術
醫學光子學光譜（非成像）診斷技術實質上是利用從組織體反射、散射、發射出來的光，經過適當的放大、探測以及信號處理，來獲取組織內部的病變信息，從而達到診斷疾病的目的。
生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術，內容涉及光敏劑的吸收譜、激發與發射熒光譜以及各種波長激光激發下正常組織與病變組織內源性熒光基團特征光譜等?，F在人們所謂的特征熒光峰實際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標準是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進入臨床試用，自體熒光的應用尚處于摸索之中。需要開展激光激發生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發組織自體熒光與癌組織病理類型的相關性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產額和最佳激發波長等方面的研究，以期獲得極其穩定、可靠的特征數據，為診斷技術的發展提供科學依據。
近年來，拉曼光譜技術應用于醫學中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優勢。應開發并完善重要醫學物質拉曼光譜數據庫，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內的醫用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫學臨床獲得更廣泛的應用。
超快時間分辨光譜比穩態光譜在技術上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用于醫學受到廣泛重視，其一，應發展超快時間分辨熒光光譜技術，用于測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學性質等，為進一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎數據；其二，應發展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。
（三）醫學光子學成像診斷技術
發展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實時、安全的光子學成像診斷技術，并具有經濟、小型、且能監測活體組織內部處于自然狀態化學成分等特點的醫療診斷設備。主要的醫學光子學成像診斷技術包括：
超快時間分辨成像技術：以超短脈沖激光作為光源，根據光脈沖在組織內傳播時的時間分辨特性，使用門控技術分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機、克爾門、電子全息等。
散射成像技術：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測量以及復合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達幾個毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達30mm。
紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測器測量人體和動物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現已在醫學診斷中得到廣泛的應用，如乳腺腫瘤的診斷。
光學相干層析成像技術：一種非侵入式無損成像技術，并且可以與顯微鏡、手持探針、內窺鏡、醫用導管、腹腔鏡等相結合使用，從而具有廣闊的應用領域。而且，OCT能進行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術結合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術。
熒光壽命成像：受超短光脈沖激發后，熒光團，包括自體熒光團如NADH、FAD等和外源熒光團，如有機熒光染料、熒光蛋白等，所發出熒光的壽命取決于熒光團的分子種類及其所處的微環境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內窺鏡結合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準確性的早期癌癥診斷方法。
光聲作用成像：利用超聲場在生物組織中的優良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術和光學高靈敏度檢測技術結合,以實現無損傷臨床醫學的結構和功能層析診斷。預期成像深度遠好于目前的光學成像方法,對于較厚生物組織成像及臨床應用特別具有吸引力,可為及早發現一些特殊病變提供一種無損、有效、高準確度的方法。
非線性光學成像：雙光子激發熒光顯微成像、二次諧波等成像技術由于具有三維高空間分辨率，對比度高、對生物組織的損傷小等優點，研究工作重點是擴展成像技術在生物醫學領域的應用范圍，重點解決研制小型化內窺型診斷設備所面臨的相關技術問題。
人體經絡的光學表征及其調控功能：已經用不少事實證明了經脈循行路線的現象，也初步顯示了人體體表沿十四經脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫的形態學或生理學方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經絡”的實質?？梢岳靡寻l展的生物醫學光子學諸多成像技術為工具，研究這個具有中國特色的中醫學中的重大問題。
4.醫用激光治療技術（激光醫學）
強激光治療：是當前激光醫學中最成熟和最重要的領域。隨著新型醫用激光器的不時出現，如：鈦激光、鉺激光、準分子激光等，強激光治療技術的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關于這些新型激光器及新的工作方式對人體組織的作用特點的認識還相對不足，基本沒有適合國人組織特性的治療參數。為此需加強研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數（包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等）對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統的數據，同時也有必要加強新型激光器及新的工作方式的臨床適應證的研究。
低強度激光治療：非熱或低強度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機理尚不清楚。對弱激光治療機理的認識有待于整個基礎醫學的提高，如充分認識細胞基因表達與調控、細胞代謝的調控、免疫反應的調控等，同時還需研究不同弱激光劑量對這些調控的影響，這才能提高弱激光治療的針對性和療效。針對目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴重混亂的局面，建議重點扶持2-3個弱激光研究中心，集中財力與人力進行弱激光的細胞生物學效應研究；弱激光生物調節作用和細胞生物學現象（基因調控和細胞凋亡）的量效關系、弱激光鎮痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關系及其機制。尋求弱激光生物刺激效應的可能機制與量效關系；規范臨床治療參數與操作等。
光動力學治療（PDT）是當前激光醫學中最具活力且發展迅速的領域。光動力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風濕性關節炎等常規手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進展，并結合內鏡技術的發展等，其應用領域得到很大的延伸和擴展。這些都說明發展光動力療法具有重要的社會和經濟效益。應當重點資助PDT相關產品的國產化，扶持新一代國產光敏劑的開發及相應激光器的產業化，資助新一代光敏劑光動力學治療的機理研究。作用機理、光動力療法各要素對光動力學效應的影響、建立數學模型、新型光敏劑光動力學效應的研究，為開拓光動力療法新的應用領域取得系統的數據。
激光美容與光子嫩膚術：利用激光或強脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應，即靶組織（病灶）和正常組織對光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時避免正常組織的損傷這一原則，達到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達到美容的效果。
五 結論
醫學光子學及其技術的學科發展，對生命科學有重要且積極的意義。在醫學領域，將為解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術在人類文明進步史上的重要推動作用，在知識經濟崛起的時代還可能產生和帶動一批高新技術產業。
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〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.
課題組成員：
1.謝樹森：教授、博士導師，中國光學學會副理事長，福建省光學學會理事長
2.李 暉：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室
3.陳 榮：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室
光學診斷技術范文2
關鍵詞： 物理學 現代醫學 關系 應用
隨著近代物理學和醫學的迅速發展，人們對生命現象的認識逐步深入，醫學的各分支學科已愈來愈多地把它們的理論建立在精確的物理科學基礎上，物理學的技術和方法，在醫學研究和醫療實踐中的應用也越來越廣泛。光學顯微鏡和X射線透視對醫學的巨大貢獻是大家早已熟悉的。光導纖維做成的各種內窺鏡已淘汰了各種剛性導管內鏡，計算機和X射線斷層掃描術（X-CT）、超聲波掃描儀（B超）和核磁共振斷層成像（MRI）、正電子發射斷層顯像術（PET）等的制成和應用，不僅大大減少了病人的痛苦和創傷，提高了診斷的準確度，而且直接促進了現代醫學影像診斷學的建立和發展，使臨床診斷技術發生質的飛躍。物理學的每一新的發現或是技術發展到每一個新的階段，都為醫學研究和醫療實踐提供更先進、更方便和更精密的儀器和方法。現代的醫學研究和醫療單位都離不開物理學方法和設備，隨著醫學科學的發展，物理學和醫學的關系必將越來越密切。
一、光學對醫學的影響
激光在醫學上已廣為應用，它是利用了激光在活體組織傳播過程中會產生熱效應、光化效應、光擊穿和沖擊波作用。紫外激光已用于人類染色體的微切割，這有助于探索疾病的分子基礎。在診斷方面，隨著各項激光光譜技術在醫學領域運用研究的廣泛開展，比如生物組織自體熒光、藥物熒光光譜和拉曼光譜在癌腫診斷及白內障早期診斷等方面的研究正在發展之中。激光光學層析（斷層）造影（OT）技術正在興起，它是替代X-CT的新興的醫療診斷技術。在治療方面，激光手術已成為常用的實用技術，人們可選用不同波長的激光以達到高效、小損傷的目的。激光已用于心血管斑塊切除、眼角膜消融整形、結石粉碎、眼科光穿孔、子宮肌瘤、皮膚痣瘤、激光美容和光動力學治癌（PDT）等方面。
在診斷中使用的內窺鏡如胃鏡、直腸鏡、支氣管鏡等，都是根據光在纖維表面多次發生全反射的原理制成的。醫用無影燈、反光鏡等也是利用光學原理制成的。近場光學掃描顯微鏡可直接在空氣、液體等自然條件下研究生物標本等樣品，分辨率高達20nm以上，已用于研究單個分子，有望在醫學領域獲得重要應用。利用橢圓偏振光可以鑒定傳染病毒和分析細胞表面膜。全息顯微術在醫學上的應用也很廣泛。
二、放射性對醫學的影響
放射性在臨床診斷上的應用已很普及，例如X光機和醫用CT。1895年倫琴在研究稀薄氣體放電時發現X射線。X射線發現后僅3個月就應用于臨床醫學研究，X射線透視是根據不同組織或臟器對X射線的衰減本領不同，強度均勻的X射線透過身體不同部位后的強度不同，透過人體的X射線投射到照相底片上，顯像后就可以觀察到各處明暗不同的像。X射線透視可以清楚地觀察到骨折的程度、肺結核病灶、體內腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內異物的位置等。
放射性在臨床中主要用于癌腫治療，針對常規外科手術來說困難的疾病和部位（如腦瘤）而設計的粒子手術刀已得到了推廣，其中常用的有X光刀和γ光刀。快中子、負π介子和重離子治癌也在進行，它們對某些抗拒γ射線的腫瘤有良好的效果，但是價格高昂，世界上已有許多實驗室在臨床使用。其次，粒子手術刀對許多功能性疾病，如腦血管病、三叉神經病、麻痹、惡痛、癲癇等也有很好的療效。另外，利用放射性可對醫療用品、器械進行輻射消毒，具有殺菌徹底、操作簡單等優點。
三、電磁學對醫學的影響
磁共振斷層成像是―種多參數、多核種的成像技術。目前主要是氫核（H）密度弛豫時間T的成像。其基本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場中的人體照射，人體中各種不同組織的氫核在電磁波作用下，會發生核磁共振，吸收電磁波的能量，隨后又發射電磁波，MRI系統探測到這些來自人體中的氫核發射出來電磁波信號之后，經計算機處理和圖像重建，得到人體的斷層圖像。由于氫核吸收和發射電磁波時，受周圍化學環境的影響，因此由磁共振信號得到的人體斷層圖像，不僅可以反映形態學的信息，還可以從圖像中得到與病理有關的信息。經過比較和判斷就可以知道成像部分人體組織是否正常。因此MRI被認為是一種研究活體組織、診斷早期病變的醫學影像技術。MRI與X-CT和B超比較，X-CT及B超只能顯示切面的密度分布圖像，而MRI圖像可以顯小切面的某一原子核同位素的濃度分布或某一參量（如弛豫時間）分布。因此MRI要比X-CT和B超獲得更多的人體內部信息，尤其是對于腦部病變和早期腫瘤病變的診斷，MRI更具有優越性。
由于人體內存在電磁場，可為醫學疾病的診斷提供重要的檢測依據。故腦電圖、心電圖早已用于腦部疾病、心臟疾病的診斷，與之相對應的腦磁圖、心磁圖在醫學診斷上更為準確有效，但由于技術和價格等原因在臨床診斷上尚未得到廣泛應用。對肺磁圖的認識則較晚，它對肺部疾病（如塵肺病等）的診斷比X射線更為有效。目前，有些發達國家已把它作為肺部疾病診斷的重要手段。另外，在醫學中利用電磁原理可改善人體內部的微循環，達到治病保健的作用，如血液循環機和各種磁療儀等；根據人體與電磁波的相互作用，在醫學上利用電磁能的熱效應進行腫瘤的高溫治療和一般熱療。粒子加速器在醫學中用來產生用于診斷或治療的射線，也可用來生產注入人體內利于顯像的放射性物質，它是利用帶電粒子在磁場中的運動規律制成的。
電子顯微鏡在醫學中應用廣泛，可用來觀察普通光學顯微鏡不能分辨的精細結構。如生物中的病毒、蛋白質分子結構等。電子顯微鏡根據電子束照射物體井成像的原理，利用電子束通過磁透鏡（基于磁聚焦原理）進行聚焦，然后通過加速電壓能產生波長很短的電子波，其放大倍數是普通光學顯微鏡的幾十倍甚至幾十萬倍。
四、聲學對醫學的影響
超聲在醫學中用于診斷和治療，由此形成了超聲醫學。超聲波在臨床診斷上的應用相當廣泛，它主要是利用超聲良好指向性和與光學相似的反射、散射、衰減和多普勒效應等物理規律，利用超聲發生器把超聲波發射到體內，并在組織內傳播。病變組織的聲阻抗與正常組織有差異，用接收器把反射和散射波接受下來，經過處理顯像后就可對病變進行診斷，比如A超、B超和多普勒血流儀等。B超與X射線透視相比其結果的主要差別是：X射線透視所得出的是體內縱向投射的陰影像，而B超得出的是縱切面的結構像，在切面方向沒有重疊，可以準確判斷切面的情況。
超聲在治療方面的應用是基于超聲在人體內的機械效應、溫熱效應和一些理化效應。有超聲碎石，超聲升溫治癌，超聲外科手術刀，以及超聲藥物透入療法，超聲可用于治療硬皮癥、血管疾患、腰腿疼、精神病等許多種疾病。臨床上使用的有多種超聲治療機。另外，超聲在美容中用于超聲潔牙、超聲減肥等。
物理學在醫學應用中的深度和廣度正在進一步拓展，往往需要綜合利用多種知識，比如能迅速緩解疼痛病狀的聲電療法，就是綜合利用了超聲和交流電。在其他方面，液晶在醫學上已用于醫療熱譜圖（診斷乳癌、血液疾病等）和其他顯像技術中。超導等技術在醫學中也有應用。目前，在醫學上用來進行活體觀察的聲學顯微鏡，是利用聲波來獲得微觀物質結構的可見圖像技術，它是集聲學、壓電、光學、電子學和計算機等成果于一體的高科技儀器。
總之，物理學不僅為醫學中病因、病理的研究和預防提供了現代化的實驗手段，而且為臨床診斷和治療提供了先進的器械設備。由此可見，物理學的研究成果推動了醫學向前發展；物理學研究成果在疾病預防、診斷、檢驗、治療的運用中與越來越廣泛；物理學研究成果在藥品的研制和生產中的應用越來越多；在臨床醫學工作中要用到許多物理知識，現代醫學對物理學的依賴程度也越來越高。我們相信物理學在醫學中將會獲得更多的應用，并為醫學的發展作出更大貢獻?？梢哉f，沒有物理學的支持，就沒有現代醫學的今天。
參考文獻：
[1]樓渝英.物理學.人民衛生出版社，2010，06.
光學診斷技術范文3
關鍵詞： 視光學 斜視弱視學 課程設置
眼視光學是于上世紀80年代在我國創立并迅速崛起的新興學科，眼視光學作為眼科學的分支，并逐漸與眼科學的思想與教學實踐及服務內容出現差異，為了更好地服務于人力的健康，視光學教育的發展開始空前繁榮。溫州醫學院于1988年率先建立我國第一個眼視光學專業，1993年起招收臨床醫學眼視光學專業本科生。目前我國已有溫州醫學院、中山大學、四川大學、復旦大學、中國醫科大學、首都醫科大學等近20余所高校先后建立或正籌建眼視光學系或專業［1］，該專業在全國每年招生已達數百人。由于我國眼視光學的高等教育從上世紀末才剛起步［2］，因此在教學廣度和深度上不能充分反映眼視光學或眼科學專業的特點，并不同程度地影響眼科學的教學效果和學生動手能力的培養?，F階段由于社會和國家對于眼視光專業人才的需求，我國的視光學教育呈現出兩種不同的模式，一種以溫州醫學院的醫學視光教育類型為代表，另一種以在綜合性理工科院校開設的視光學技術為代表。我校的視光學教育就是在3年制視光學技術教育的基礎上逐漸提升為以視光材料為方向的材料學專業。自2005年以來，我校已在2003級―2007級4個年級眼視光學技術專業400余名?？粕鷨为氃O置了《斜視弱視學》課程。實踐表明，開設這門課程，對完善眼視光技術專業課程建設、轉換教學模式和提高教學質量等方面均有重要的意義。我將4余年來的教學改革與實踐經驗報告如下。
一、課程設置與教學情況
1.教學目的
本課程主要介紹眼外肌的解剖生理，常見斜視、弱視的臨床表現，檢查與診斷的基本方法和基本原則，先天性眼球震顫的基本知識及其常用的治療方法。要求學生能夠熟練掌握斜視、弱視檢查與診斷的基本方法和基本原則，以及斜視、弱視引起的雙眼視覺異常及簡要處理，以適應視光學臨床工作的需要，為由基礎的眼鏡驗配工向視光師的角色逐漸轉變奠定扎實的專業基礎。
2.教學對象
3年制眼視光專業?？粕?005年將本課程列為選修課程，后調整為必修課程，一般開課于修完《眼科學》、《眼屈光學》、《雙眼視覺學》后，進入臨床實習前的第3學年第1學期。
3.內容與學時分配
主要講授內容為眼外肌的解剖生理，斜視弱視的基本理論知識、斜視弱視常見類型的處理原則，簡要介紹具有代表性的常用斜視手術方法，理論教學20學時，實踐教學12學時，共計32學時。為了便于教學，取得更好的教學效果，理論教學與實踐教學的比例分配在開設課程的第二年進行了調整，增加了實踐教學的課時量，編寫并修訂了《斜視弱視學》實驗指導。內容與學時分配見表1。
表1 斜視弱視學教學內容與學時分配
4.教學方法
（1）實現理論教學手段現代化。由于斜視弱視學的基本理論知識特別是眼外肌生理比較抽象、枯燥，單純的文字教材和口頭講授很難將復雜的原理講解清楚，不易激發學生學習和參與的積極性與主動性。而且考慮到學生的基礎不同，對于前期基礎課程知識掌握不牢固的學生而言，本課程的內容更不易于理解和掌握。因此，本課程的理論教學全部采用圖文并茂、動畫制作的多媒體進行課堂教學，同時輔以實物演示、操作錄像觀摩等手段講解，必要時結合臨床典型病例引導學生參與思考和討論，使課堂教學更加生動、活潑，具有直觀化、形象化和啟發性等特點。
（2）注重動手能力的培養。培養學生動手能力和解決實際問題的能力，是本課程的教學關鍵。根據各章節內容的特點，編寫了操作性和實用性很強的實驗手冊，對斜視弱視常用的檢查方法和基本技能操作進行詳盡的介紹。同時增加課內實驗課時數，進行分組實踐教學，給學生充足的時間進行動手操作或實況觀摩，讓每位學生都獲得充分的動手能力培訓機會。在課內實踐教學中力爭讓每位學生掌握基本的斜視、弱視及與斜弱視有關的雙眼視覺異常的檢查方法及判斷標準。另外，在實際的教學中考慮到工科學生與醫科學生知識背景和就業需求的差異，更加注重用光學手段解決斜視弱視等雙眼視覺問題。
（3）理論與實踐相結合。在實踐教學中，設立雙眼視覺與斜視弱視學專業實驗室，配置10余臺功能齊全的綜合驗光儀，8臺裂隙燈顯微鏡，2臺同視機，若干臺綜合弱視治療儀，以及雙眼視覺檢查儀器及棱鏡、筆燈等若干小設備供學生實踐操作。實驗室實行業余時間開放，并安排具有豐富臨床實踐經驗的教師現場指導。同時安排學生進入眼科臨床接觸斜視弱視的患者，并對斜弱視的患者進行檢查和初步診斷，嘗試用非醫療的光學手段進行治療，做到學以致用。
5.考核要求
理論與技能相結合進行考核。其理論考核內容主要為眼外肌生理，斜視弱視的基本臨床表現及常見斜視弱視的治療方法，斜視弱視常用診斷實踐操作技術的應用及檢查結果的紀錄等。
二、教學效果
自2005年本課程開設以來，受到修習該課程的600名學生普遍歡迎，對600名學生進行教學情況反饋意見調查結果表明：學生對開設本課程總體評價良好，認為本課程適時、實用，能有效地提高專業學習興趣，大大增強高操作能力與應用能力，對今后的就業具有很好的指導作用。調查中本課程開設的必要性，課程是否作為前期課程的補充和延伸，教學計劃、理論實踐教學比例安排的滿意度，理論教學內容的滿意度，實踐課教學內容的滿意度，對教學方法的滿意度，考核方法的滿意度，課程講授的內容新穎度等都在85%以上，對于本課程學習感到收獲比較大的幾個方面是提高了視光學理論水平和操作能力，拓展了專業知識結構，為日后的實際工作拓寬了思路，更適應視光師的發展要求。
三、討論
1.設置本課程是眼視光學學科發展的需要
我國眼視光學成功地將傳統的醫學教育和現代的眼視光學專業進行有機整合［3］，醫學院校的視光學專業的培養目標為具有醫學背景、理工醫結合、整合眼科學和視光學等學科知識，能夠承擔視覺保健、眼病預防和臨床診治的復合型專業人才［4］。作為以理工科為背景的眼視光學技術專業學生的培養目標是以技術應用為主，面向更為廣泛的就業形式和場所，為基層的眼科視光學服務，這也是我國基礎保健眼保健的重要環節。
2.實施本教學建設與改革是完善學科建設的需要
目前，我國已開設從?？频讲┦扛鲗哟蔚难劭茖W、眼視光學專業，以培養眼科臨床醫生為目標的醫學院校達數十家，開設本課程有著較廣泛的教學對象。同時，專業分工更加細致，使得眼科學與視光學的發展面臨著不同的機遇。工科院校不具備良好的醫療背景及資源，但是在視光學技術人才的培養上具有更大的優勢。因此，在專業人才的培養方面，我們更加注重實踐能力的培養，在課時分配上增加了實踐教學的時間與內容，重點培養學生掌握斜弱視基本的檢查與操作技能。使學生的知識結構與實踐能力更貼切符合未來視光師的發展要求與發展方向。我校作為一所應用型本科院校，在注重學生實踐能力和校企結合的辦學思路得到了企業及相關教育人士的高度認同。開設本課程正是基于社會對于人類健康及眼保健的需求，在視光人才的培養途徑上作出的教學實踐的探索與完善。課程的開設有利于完善學生知識結構，提高專業素質，也有利于提高眼科視光學的教學質量，對培養實用型眼視光人才具有促進作用。
隨著該課程開設次數的不斷增加，一些問題，如理論教學的教材適用性不強，與現有的三年制工科背景學生的知識結構還有一些不符，實踐教學資源的優化問題等在實踐中得到解決。通過增加實驗儀器，與生產企業加強合作建立企業學校、共建專業實驗室等方式，不斷優化實驗室資源，為學生提供更加完善和規范的實踐環境。其他不足之處有待今后在教學改革中進一步調整、補充和完善。
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光學診斷技術范文4
關鍵詞：物理學 醫學 促進
我們國家醫學物理學的發展相對滯后，尤其是醫學電子學的發展幾乎依靠國外技術，特別是激光醫學或放射醫學領域。生物醫學與生物工程、保健物理學與粒子物理學工程力學息息相關?？梢哉f，物理學科的不斷進步，大大提高了醫學教育和臨床醫學的發展。
我們知道，醫學物理學主要研究人體器官或人體系統運行過程的物理解釋，人體組織的物理性質和物理因素對人體的作用機理，以及人體內部生物電、磁、聲、光、熱等物理現象的反應和物理儀器的測量技術在醫療中的應用。中國指導1986年才正式加入國際醫學物理學會組織。隨著計算機技術的發展，醫學物理愈來愈朝著精確物理技術延伸。光學纖維技術在導管影像的醫學領域的應用已為大家所熟知。可以說沒有物理學就沒有現代醫學。那么物理學對醫學有些什么方面的促進呢？
一、聲學對醫學的促進
聲學是物理學發展初期認識的基本規律。中意望聞問切中就唱采用敲擊聽音，腹鳴判斷等醫療診斷辦法。現代診療技術中，超聲學在醫學診斷和治療中一廣泛使用，形成了超聲醫學。超聲波在臨床診斷上利用了超聲波良好的指向性和反射、折射、衰減和多普勒效應等物理規律，利用超聲波發生器發出超聲波并發射到人體體內，在組織內傳播史，病變組織和正常組織的傳播差異，在接收器接受后經過顯示器顯影，醫生才能判斷組織現象。譬如B超儀和多普勒血流儀等。另外超聲治療應用也已很普遍。超聲醫療是基于超聲在人體內的機械反應、熱效應和理化反應。譬如超聲碎石、超聲燒癌、超聲外科手術刀、超聲藥物導入等等。這些技術在治療血管疾病、癌癥、腰腿疼、口腔疾病等方面非常廣泛。
二、電磁學對醫學的促進
電磁學發展是上個世紀至今對人類發展的貢獻可以說是最偉大。醫學物理學更是不可忽視。大家所熟知的核磁共振技術就是其一。磁共振斷層成像技術是核物理學、光學、粒子物理學、量子物理學等物理學分支在醫學中的運用。它是一種多參數、多核種的成像技術。當前醫院廣泛采用的主要是氫核密度弛豫TT成像。其基本原理就是利用一定頻率的電磁波向處于磁場中的人體照射，人體不同組織的氫核在電磁作用下發生共振，吸收部分能量后又發射電磁波，一種被稱為MRI的系統探測到這些從人體發射出的電磁波經計算機處理，特別是重建圖像而得到人體的斷層圖像，經醫生研究判斷病理信息。被廣泛采用的X-CT技術的原理與之類似。
大家知道，電子顯微鏡在醫學中可以觀察普通光學顯微鏡不能觀察到的現象。技術條件好的醫院，可以利用電子顯微鏡觀察生物病毒、蛋白分子結構、細菌細胞的精細分布等。
三、光學對醫學的促進
光學堪稱醫學發展史上最主要的物理專業知識。大家所熟知的伽馬射線刀，就是光學技術的運用。
物理學知識告訴我們，激光是60 年代初出現的一種新型光源，激光以其高亮度、高單色性、高方向性和高相干性，引起普遍重視，并很快在工農業生產、科學技術、醫療、國防等各個領域得到廣泛應用。激光在活體組織傳播過程中會產生熱效應、光化效應、擊穿和沖擊作用。激光醫學是激光技術與醫療科學有機結合的產物，激光在70 年代開始廣泛用于臨床；90 年代，隨著新型激光器的研制成功，激光與醫療、生物組織科學緊密結合，研究范圍日益擴大。Nd：YAG 激光器以其增益高、閾值低、量子效率高、熱效應小、機械性能良好、適合各種工作模式（連續、脈沖） 等特點，在當今各種固體激光器中應用物質相互作用的效果是不同的， 不同波長的Nd：YAG激光器采用連續、脈沖等方式工作使激光與不同部位的生物組織相互作用，可以獲得良好的療效。醫用Nd：YAG 激光器在外科手術、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮膚科、美容等方面應用廣泛，特別是治療皮膚色素性疾病，有創傷小、愈合好、無疤痕等獨特優點。紫外線在傳播到肌體組織時會產生殺傷性，所以紫外殺菌消毒也被廣泛采用。世界上第一臺光學顯微鏡的產生.使人們能夠觀察到肉眼不能觀察到的東西。以往研究者對于細胞結構的探討局限于固定的樣本與生物化學分析。近來，數字影像技術已經發展并可以用于活細胞的觀察。現今利用光學影像技術的觀察已經可以觀察數十納米（nm）的標本。例如；干涉差顯微鏡；熒光擷像或是活細胞的操作方面都有長足進步。美國Cutera公司研發的這項技術稱Titan技術，其光譜范圍在1100-1800nm，靶組織為水。真皮網狀層含水是最多，吸收紅外光能轉化熱能，作用于真皮促其產生膠原。此項技術也被形象地稱為“光波拉皮”。
特別值得提到的生物醫學領域的金納米棒的光學特性，具有橫向等離子共振吸收和縱向等離子共振吸收特性，這一特性在生物和化學傳感方面有著廣泛而重要的應用前景。
總之，物理學極大的促進了醫學的發展，現代醫學依賴于物理學融于物理學的程度也越來越高。作為物理學必定在醫學中運用的更加廣泛，并未人類發展做出更大的貢獻。
參考文獻：
光學診斷技術范文5
【關鍵詞】 視網膜靜脈阻塞; 黃斑水腫；光學相干斷層掃描; 曲安奈德
視網膜靜脈阻塞(retinal vein occlusion RVO)是一種以視網膜靜脈阻塞迂曲擴張及受累靜脈引流區視網膜出血、水腫、滲出等為特征的嚴重影響視功能的眼病。而黃斑水腫是視網膜靜脈阻塞最常見的并發癥，也是視力減退主要原因之一［1］。光學相干斷層成像術是近年應用于眼科臨床的一種利用近紅外光對生物組織進行高分辨率橫斷面掃描的新的影像學檢查方法?？梢郧逦@示黃斑解剖結構并能發現微小病變。因此我們對一組視網膜靜脈阻塞所致黃斑水腫的患者行曲安奈德球后注射前后采用OCT進行形態學分析及定量測量，現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料 本院2010年1月至2011年6月就診的視網膜靜脈阻塞患者30例34 眼,視網膜中央靜脈阻塞20例20眼，視網膜分支靜脈阻塞10例12眼，男19 例, 女11 例, 年齡35~69(平均45.6歲)。視力< 0.05者2眼, 0.05~0.1者8眼，0.1~0.2 者9 眼,0.2~0.5者15眼。其中18 眼晶狀體輕度混濁, 余眼前節檢查均正常, 眼底檢查見靜脈迂曲擴張，受累靜脈所轄區域見火焰狀出血，黃斑中心凹反光消失，視網膜皺褶, 周圍小血管迂曲。
1.2 檢查方法 OCT 檢查采用哥白尼3D頻域OCT儀，該儀器由掃描機頭、視頻監視器、計算機輔助處理系統及打印機等組成。檢查前患者用復方托品酰胺散瞳, 下頜置于頜架。掃描方式: 以中心凹為中心每間隔45°行放射狀掃描。掃描長度10 mm，并隨病變范圍而調整，對黃斑水腫厚度進行定量測量。
1.3 治療方法 所有患者行曲安奈德20 mg球后注射，注射前、注射后1周、2周、1個月、3個月、6個月復查視力并行OCT檢查，操作由同一名技師完成。
2 結果
2.1 視網膜靜脈阻塞OCT圖像特征 黃斑區視網膜海綿狀水腫、囊樣水腫、神經上皮漿液性脫離、黃斑區出血、滲出。
2.2 黃斑水腫的定量測量 34眼注射前黃斑水腫厚度為232~695 um, 平均378.4 um。伴神經上皮漿液性脫離10眼。
2.3 曲安奈德20 mg球后注射后1周、2周、1個月、3個月、6個月檢測視力及應用OCT測量黃斑水腫厚度，將注射前與注射后不同時間點患者視力及黃斑區厚度應用SPSS 10.0進行比較, 結果見表1。
3 討論
光學相干斷層掃描(OCT) 利用光反射進行測量, 其軸向分辨率可達到5 um, 可以清晰地顯示視網膜精細結構, 對于黃斑病變診斷、病情隨訪及定量評估均有重要的臨床意義。以往對于視網膜靜脈阻塞所致黃斑損害主要依靠眼底鏡及眼底血管熒光造影，而OCT能提供黃斑的斷層掃描圖像，清晰顯示黃斑解剖結構并能發現微小病變。在本組實驗中，采用OCT行黃斑形態學分析及厚度定量測量，結果表明在曲安奈德注射后1周、2周、黃斑水腫厚度較注射前減輕，視力較前提高。OCT 可在注射藥物后對黃斑中心凹恢復情況進行觀察, 動態監測黃斑部厚度及水腫的變化, 可為治療后隨訪提供更加有力的依據,同時由于此種檢測手段無創傷、無刺激、檢測時間短的優點易為患者接受。同時OCT成像簡明易讀，可以直觀向患者解釋病變改善情況及視力不能明顯提高的原因。OCT 檢測也具有局限性, 當屈光間質混濁及高度屈光不正時,將嚴重影響檢查的準確性。故臨床上應采取眼底檢查、血管熒光造影及OCT 聯合的方法對視網膜靜脈阻塞進行診斷、治療評價及視力預后預測。
光學診斷技術范文6
郭 磊 ，周書寧
河南省尉氏縣供電局 ， 河南開封 475500
摘 要 紅外診斷技術以其不斷電、直觀準確、非接觸等優點成為了對電力設備進行運行狀況檢測和判斷故障的
有效途徑。本文首先介紹紅外診斷技術的特點 ，然后結合實際工作經驗 ，重點對紅外診斷技術在電力設備診斷和維
護中的應用進行分析 ，為電力設備的實際檢修工作和紅外診斷技術的應用提供基礎。
關 鍵 詞 電力設備 ；檢修 ；紅外診斷 ；應用
0 引言
紅外診斷技術是在上世紀 60 年代進入電力設備檢修領域的 ，由于其遠距離、快速、直觀、不斷電等特點 ，可以在運行
中對設備的早期缺陷作出可靠預測 ，便于工作人員及時采取措施進行預防 ，保證了電力系統的安全可靠運行 ，在電力設備檢
修領域推廣十分迅速。我國的電力行業在 1990 年前后引入了紅外熱像儀，并開展紅外診斷技術的理論研究與探討。近年來，
紅外診斷技術作為一種無損檢測手段在電力設備狀態檢修中得到了廣泛的應用 ，在國家電網 《 輸變電設備狀態檢修試驗規
程 》 中紅外診斷被列為所有設備的例行試驗項目。
1 紅外診斷技術的原理與特點
1.1 原理概述
紅外線和人們熟知的可見光都屬于電磁波 ，只不過可見光的波長為 0.38μm~0.78μm，屬于人眼可以感受的范圍 ，但是
紅外線的頻譜范圍為 0.78μm~1000μm，人眼無法感受的。人們已經研究表明 ，自然界內一切高于絕對零度（-273℃）的物
體都在自發的、不間斷的向外輻射紅外線 ，并且輻射出的能量隨著溫度的升高而增強。而紅外診斷技術則基于這種自然界最
廣泛存在的輻射進行研究。以紅外熱像儀為例 ，其紅外探測器會將物體輻射信號轉變為電信號 ，電信號的強熱與物體所釋放
的能量成正比 ，因而熱像儀的輸出信號可以很好的模擬出被測物體表明的溫度空間分布情況。
1.2 紅外診斷技術的特點
1）沒有電磁干擾 ，無需接觸和停運設備 ，可以有效的對
電氣設備進行大范圍的檢測 ，如懸空的高壓線、大型變電站、運行中的發電機等 ；
2）檢測效率高 ，檢測結果直觀、準確 ，可以檢測出各類設備外部的接觸性過熱故障 ，而且能夠有效的設備內部絕緣、線路回路缺陷等故障 ；
3）檢測手段成熟 ，降低了勞動成本 ；
4）檢測數據存儲方便 ，有利于對已有故障進行有效分析 ，為后期的維護和建設提供可靠的依據 ，提高設備運行效益。
2 紅外診斷技術在電力設備中的應用
2.1 紅外診斷技術的常用產品
1）紅外測溫儀紅外測溫儀主要由光學系統、信號處理系統、顯示系統以
及光電探測器等部分構成。首先光學系統會將其可視范圍內的被測物所輻射的紅外能量進行匯聚 ，然后光電探測器會將該能
量轉換為相應的電信號 ，該信號會被進一步的處理而最終轉變為顯示屏幕上的溫度值。紅外測溫儀主要應用在電力設備外部
熱故障診斷 ，如接頭的接觸不良、器件表面的絕緣性能下降等。
2）紅外熱像儀
紅外熱像儀主要由光電探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統 ，顯示系統等部分構成。光機掃描系統將被測物的紅外輻
射能量分布情況傳輸給探測器 ，進而探測器對該紅外輻射能轉換為電信號 ，電信號經過進一步的處理和轉換變為顯示屏上的
紅外熱像圖。這種熱像圖最主要的特點就是能真實的反映出物體表面的熱分布場 ，能量輻射高的部分圖像就明亮 ，反之就會相對暗些。
紅外熱成像儀可以有效對電力設備內外的熱故障進行有效判斷 ，將其對設備溫度的感應形成相應的熱分布圖 ，以圖像的
明暗來反映設備內部器件溫度的高低 ，進而對導電回路連接情況、電壓分布情況、內部絕緣情況進行有效分析。
2.2 紅外診斷技術在電力設備中的運用
雖然我國的電力行業在紅外診斷技術方面起步較晚 ，但是在發電、輸電、變電各方面的應用都取得了很好的效果。在發電檢修方面 ，
紅外熱成像儀可以用來檢測鍋爐和汽機的絕熱情況 ，對發電機定子鐵芯的絕緣以及一些接觸點的焊接質量。在
變電方面可以對大型變電站進行定期巡檢 ，如可以對變壓器的各部件的熱成像情況進行比較和分析 ，及時有效的發現主變套管及
外殼漏磁等問題 ，便于維護人員及時的消除事故。輸電方面 ，紅外診斷技術可以對線路的接頭處進行可靠的診斷 ，迅速
準確的發現接線點的接觸不良、絕緣損壞或污穢以及材質工藝不良引起的局部發熱或整體發熱情況。下面對一些典型電力設備的紅
外檢測效果進行簡單介紹 ：
1）電力變壓器在端部出現局部高溫現象。這種情況套管內部件接觸不良引起的 ；
2）斷路器的一些金屬部位的瓷套出現穩定異常。這種情況可能是斷路器內的觸頭接觸不良導致的 ；
3）電力設備的避雷器型號較多 ，但它們在運行時都有輕微發熱的器件。其熱像特征的共同點是熱場的分布性對均勻 ，有時會出
現中間溫度略高、兩端穩定稍低的情形 ，但總體溫差不大。當其溫度場出現穩定分布不均勻 ，溫差大的異常情況 ，則可判斷該設
備存在缺陷 ，其溫度不均勻度直接反應了缺陷的嚴重情況。
2.3 紅外診斷技術的分析方法
1）表面溫度判斷法
參照 DL/T664-1999《帶電設備紅外診斷技術應用導則》等有關技術條款，當設備表面的溫度值超出了規范中的標準值，
那么可以根據設備的運行情況、環境情況、溫度超標程度以及已有數據等判斷設備是否存在問題。局限性在于主觀性強 ，誤判的可能性大 ；
2）相對溫差判斷法
這種方法主要針對電流致熱型設備 ，當導流部分出現溫度異常后 ，可以取兩個監測點 ，利用 [(T1 － T2)÷(T1 －
T0)]×100% 算出相對溫差值 ，然后參照相關的規范進行判斷。其中 T0 為環境參照體的溫度 ，T1 為發熱點的溫度 ，T2 為正常點的溫度 ；
3）同類比較法
主要是針對同一電氣回路中的相同設備 ，但某一設備出現溫升后 ，與其同回路的設備進行比較 ；
4）熱譜圖分析法 此類方法主要用于電壓致熱型設備 ，根據同類設備的正常和異常情況下的熱譜儀來對設備的運行情況進行判斷 ；
5）檔案分類法檔案分析法需要建立大量設備的資料 ，進而分析同一設備在不同時期的數據變化趨勢 ，從而診斷設備是否正常。
3 結論
紅外診斷技術在電力設備上的應用已經取得了很大的進步 ，彌補了一些不易或無法發現的設備缺陷 ，并建立了一些設
備的在線監測功能 ，促進了電氣設備檢修由定期檢修向狀態檢修過渡。同時 ，我們應該注重對科技升級和檢測人員的培訓 ，
深入掌握電氣設備的運行、儀器的原理以及各種影響因素 ，推進紅外診斷技術在電力設備診斷中的規范化應用。
參考文獻
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