醫(yī)用物理20激光課件

1、激光激光激光及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用激光及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用Laser and its medical applications一、激光發(fā)生原理一、激光發(fā)生原理二、激光的物理特性和生物效應(yīng)二、激光的物理特性和生物效應(yīng)三、激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用三、激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 一、激光發(fā)生原理一、激光發(fā)生原理The basic principle of laser-produced1 1、激光的本質(zhì)、激光的本質(zhì)2 2、自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收3 3、激光產(chǎn)生的基本原理、激光產(chǎn)生的基本原理4 4、激光器、激光器1 1、激光的本質(zhì)、激光的本質(zhì)The nature of laserl 激光：激光：la

2、ser （light amplification by stimulated emission of radiation）l 激光的本質(zhì)是受激輻射光的放大。激光的本質(zhì)是受激輻射光的放大。2 2、自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收Spontaneous emission, stimulated emission and stimulated absorptionl根據(jù)量子理論，各電子根據(jù)量子理論，各電子運(yùn)動(dòng)軌道代表電子的不運(yùn)動(dòng)軌道代表電子的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；l通常把電子具有最低能通常把電子具有最低能量的狀態(tài)稱(chēng)為量的狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)基態(tài)，其，其余稱(chēng)為余稱(chēng)為激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。

3、1238010.1512.1113.53原子能級(jí)示意圖原子能級(jí)示意圖u 頻率頻率u 傳播方向、振動(dòng)方向、初相位都彼此不相關(guān)傳播方向、振動(dòng)方向、初相位都彼此不相關(guān) u 產(chǎn)生自然光產(chǎn)生自然光A12E2E1 自發(fā)輻射自發(fā)輻射1221EEhEl自發(fā)輻射：自發(fā)輻射：處于激發(fā)態(tài)的原處于激發(fā)態(tài)的原子自發(fā)的從子自發(fā)的從高能級(jí)躍遷到較低高能級(jí)躍遷到較低的能級(jí)的能級(jí)，把能量以光子的形式，把能量以光子的形式向外發(fā)射。向外發(fā)射。l特點(diǎn)特點(diǎn)普朗克常量，普朗克常量，6.62610-34Jsl誘發(fā)光子頻率誘發(fā)光子頻率l發(fā)射光子傳播方向、振動(dòng)方向、初相位都和發(fā)射光子傳播方向、振動(dòng)方向、初相位都和誘發(fā)光子相同誘發(fā)光子相同l光束

4、強(qiáng)度增強(qiáng)。光束強(qiáng)度增強(qiáng)。B12E2E1受激輻射受激輻射1221EEhEl受激輻射：頻率適當(dāng)受激輻射：頻率適當(dāng)?shù)墓庾拥墓庾涌烧T發(fā)處于較高能級(jí)的原子發(fā)可誘發(fā)處于較高能級(jí)的原子發(fā)射光子而躍遷到較低能級(jí)。射光子而躍遷到較低能級(jí)。l 特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 受激吸收：受激吸收：處于低能級(jí)處于低能級(jí)E1上的原子，上的原子，在頻率為（在頻率為（E2- E1）/h的外界光信的外界光信號(hào)作用下，吸收號(hào)作用下，吸收h 21能量后躍遷到能量后躍遷到激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)E2上，這種過(guò)程稱(chēng)為受激吸上，這種過(guò)程稱(chēng)為受激吸收。收。C12E2E1受激吸收受激吸收1221EEhEl 吸收光子頻率吸收光子頻率l 光束減弱光束減弱l特點(diǎn)：特點(diǎn)：3

5、 3、激光產(chǎn)生的基本原理、激光產(chǎn)生的基本原理 The basic principle of laser-producedl當(dāng)光束通過(guò)原子（或分子、離子）系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)光束通過(guò)原子（或分子、離子）系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)存在同時(shí)存在自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收三種過(guò)程。受激吸收使入射光束強(qiáng)度減弱，三種過(guò)程。受激吸收使入射光束強(qiáng)度減弱，受激輻射使入射光束強(qiáng)度增強(qiáng)。受激輻射使入射光束強(qiáng)度增強(qiáng)。l激光器就是利用激光器就是利用受激輻射使光放大受激輻射使光放大而獲得而獲得激光的。激光的。激光產(chǎn)生的基本條件激光產(chǎn)生的基本條件The basic conditions for laser-produ

6、ced（1 1）工作物質(zhì)）工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（2 2）諧振腔）諧振腔l正常情況下，能級(jí)越高，粒子數(shù)越少；正常情況下，能級(jí)越高，粒子數(shù)越少；（1）工作物質(zhì)）工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布Work material distribution inversionEEjEi0NNjNi正常分布正常分布EEjEi0NNiNj反轉(zhuǎn)分布反轉(zhuǎn)分布l高能級(jí)原子容易受激輻射，低能級(jí)原子容易受激吸收高能級(jí)原子容易受激輻射，低能級(jí)原子容易受激吸收l(shuí)兩個(gè)能級(jí)能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)就兩個(gè)能級(jí)能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)就叫做激活介質(zhì)，即通常所說(shuō)的叫做激活介質(zhì)，即通常所說(shuō)的工作物質(zhì)工作物質(zhì)，它可以

7、是氣體、固體或液體。它可以是氣體、固體或液體。l在外界激勵(lì)的作用下，粒子從低能級(jí)躍遷在外界激勵(lì)的作用下，粒子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的過(guò)到高能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的過(guò)程稱(chēng)為程稱(chēng)為抽運(yùn)抽運(yùn)。抽運(yùn)的方法主要有兩種：。抽運(yùn)的方法主要有兩種：光光激勵(lì)和電激勵(lì)激勵(lì)和電激勵(lì)。 AB工作物質(zhì)工作物質(zhì)諧振腔諧振腔R1R2l特點(diǎn)：特點(diǎn)：u多次放大多次放大u單一方向單一方向（2 2）諧振腔）諧振腔Optical resonating cavityl 諧振腔是由諧振腔是由相互平行相互平行而又同時(shí)而又同時(shí)垂直垂直于工作物質(zhì)于工作物質(zhì)軸軸線(xiàn)線(xiàn)的兩塊反射鏡組成的兩塊反射鏡組成 l 諧振腔使受激輻

8、射的光在腔中諧振腔使受激輻射的光在腔中往返反射往返反射，每經(jīng)過(guò)，每經(jīng)過(guò)一次工作物質(zhì)就得到一次放大。當(dāng)光被放大到等一次工作物質(zhì)就得到一次放大。當(dāng)光被放大到等于或超過(guò)光損耗時(shí)，就產(chǎn)生于或超過(guò)光損耗時(shí)，就產(chǎn)生激光振蕩激光振蕩，并在部分，并在部分反射鏡一端產(chǎn)生激光輸出。反射鏡一端產(chǎn)生激光輸出。 B工作物質(zhì)工作物質(zhì)諧振腔諧振腔R1R2l產(chǎn)生激光的裝置稱(chēng)為激光器。激光器主產(chǎn)生激光的裝置稱(chēng)為激光器。激光器主要由三部分組成：要由三部分組成：激光工作物質(zhì)、諧振激光工作物質(zhì)、諧振腔和激勵(lì)源腔和激勵(lì)源。 激光器的組成激光器的組成Composition of laser激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of las

9、ers 按工作物質(zhì)按工作物質(zhì)固體激光器（如紅寶石激光器）固體激光器（如紅寶石激光器）氣體激光器（如氦氖激光器）氣體激光器（如氦氖激光器）液體激光器（如染料激光器）液體激光器（如染料激光器）半導(dǎo)體激光器（如砷化鎵激光器）半導(dǎo)體激光器（如砷化鎵激光器）自由電子激光器自由電子激光器化學(xué)激光器（如氟化氫激光器）化學(xué)激光器（如氟化氫激光器） 按運(yùn)轉(zhuǎn)方式按運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)激光器連續(xù)激光器脈沖激光器脈沖激光器 按工作波段按工作波段紅外和遠(yuǎn)紅外激光器紅外和遠(yuǎn)紅外激光器可見(jiàn)光激光器可見(jiàn)光激光器紫外和真空紫外激光器紫外和真空紫外激光器X X射線(xiàn)激光器射線(xiàn)激光器 激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of lasers

10、固體激光器固體激光器Solid-state laser：以摻雜離子的絕緣晶體或玻璃為工作物質(zhì)。最以摻雜離子的絕緣晶體或玻璃為工作物質(zhì)。最常采用的是紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石常采用的是紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石等三種。等三種。特點(diǎn)：輸出能量大（可達(dá)數(shù)萬(wàn)焦耳），峰值功特點(diǎn)：輸出能量大（可達(dá)數(shù)萬(wàn)焦耳），峰值功率高（連續(xù)功率可達(dá)數(shù)千瓦），結(jié)構(gòu)緊湊牢固率高（連續(xù)功率可達(dá)數(shù)千瓦），結(jié)構(gòu)緊湊牢固耐用。耐用。激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of lasers 氣體激光器氣體激光器Gas laser：以氣體或蒸汽為工作物質(zhì)。由于氣體激光器是以氣體或蒸汽為工作物質(zhì)。由于氣體激光器是利用氣體原子、分子或

11、離子的分離能級(jí)進(jìn)行工利用氣體原子、分子或離子的分離能級(jí)進(jìn)行工作的，所以它的躍遷譜線(xiàn)及相應(yīng)的激光波長(zhǎng)范作的，所以它的躍遷譜線(xiàn)及相應(yīng)的激光波長(zhǎng)范圍較寬，目前已觀測(cè)到激光譜線(xiàn)不下萬(wàn)余條，圍較寬，目前已觀測(cè)到激光譜線(xiàn)不下萬(wàn)余條，遍及從紫外到遠(yuǎn)紅外整個(gè)光譜區(qū)。遍及從紫外到遠(yuǎn)紅外整個(gè)光譜區(qū)。特點(diǎn)：輸出光束的質(zhì)量好（單色性、相干性、特點(diǎn)：輸出光束的質(zhì)量好（單色性、相干性、光束方向性和穩(wěn)定性等）。光束方向性和穩(wěn)定性等）。激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of lasers 燃料激光器燃料激光器Fuel laser：19661966年，人們第一次利用巨脈沖紅寶石激年，人們第一次利用巨脈沖紅寶石激光器泵浦氯化鋁

12、酞化菁和花菁類(lèi)燃料，獲得光器泵浦氯化鋁酞化菁和花菁類(lèi)燃料，獲得了受激輻射。此后，染料激光器得到了迅速了受激輻射。此后，染料激光器得到了迅速的發(fā)展。的發(fā)展。特點(diǎn)：輸出激光波長(zhǎng)可調(diào)諧，某些染料波特點(diǎn)：輸出激光波長(zhǎng)可調(diào)諧，某些染料波長(zhǎng)的可調(diào)節(jié)寬度達(dá)上百納米；激光脈沖的寬長(zhǎng)的可調(diào)節(jié)寬度達(dá)上百納米；激光脈沖的寬度可以很窄（可達(dá)度可以很窄（可達(dá)10-1510-15秒量級(jí)）；輸出功秒量級(jí)）；輸出功率大，可與固體激光器比擬，并且價(jià)格便宜。率大，可與固體激光器比擬，并且價(jià)格便宜。激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of lasers 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器Semiconductor lasers：以半導(dǎo)體材料

13、為工作物質(zhì)。以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)。特點(diǎn)：具有超小型、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、特點(diǎn)：具有超小型、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，以及可以高速工作等一系列優(yōu)點(diǎn)。價(jià)格便宜，以及可以高速工作等一系列優(yōu)點(diǎn)。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來(lái)發(fā)展極為迅速，是目前光年代以來(lái)發(fā)展極為迅速，是目前光通訊系統(tǒng)的最重要光源，并且在媒體播放機(jī)、通訊系統(tǒng)的最重要光源，并且在媒體播放機(jī)、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)、全息照相、激光光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)、全息照相、激光測(cè)距及醫(yī)療等許多方面得到了重要應(yīng)用。測(cè)距及醫(yī)療等許多方面得到了重要應(yīng)用。激光器的種類(lèi)激光器的種類(lèi)Types of lasers紅寶石激光器紅寶石激光器Ruby laser二

14、、激光的物理特性和生物效應(yīng)二、激光的物理特性和生物效應(yīng)Lasers physical properties and biological effectsl 物理特性物理特性L(fǎng)asers physical properties l 高強(qiáng)度性：高強(qiáng)度性：亮度為太陽(yáng)表面亮度的亮度為太陽(yáng)表面亮度的10101010倍，倍，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。l 高單色性：高單色性：譜線(xiàn)寬度很窄：譜線(xiàn)寬度很窄：8 8 1010nmnml 高定向性：高定向性：可以聚焦成小于可以聚焦成小于1um1um的光斑；的光斑；可探測(cè)到從月球反射的激光。可探測(cè)到從月球反射的激光。l 高相干性：高相干性：用于全息照相和

15、精密測(cè)量。用于全息照相和精密測(cè)量。激光和生物體組織的相互作用激光和生物體組織的相互作用the interaction of body tissues反射反射入射入射激光激光散射散射吸收吸收激勵(lì)激勵(lì) (發(fā)光) 發(fā)熱發(fā)熱l生物效應(yīng)生物效應(yīng)Lasers biological effectsl 光效應(yīng)：光效應(yīng)：一定波長(zhǎng)的光子被吸收，躍遷一定波長(zhǎng)的光子被吸收，躍遷到一定能級(jí)，引起生物分子變異。到一定能級(jí)，引起生物分子變異。l 熱效應(yīng)：熱效應(yīng)：引起酶失活，蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)引起酶失活，蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致生物的生理、遺傳變異。致生物的生理、遺傳變異。l 電磁場(chǎng)效應(yīng)：電磁場(chǎng)效應(yīng)：產(chǎn)生的自由基導(dǎo)致產(chǎn)生的自由基導(dǎo)致DN

16、ADNA損傷，損傷，引起突變。引起突變。l 壓力效應(yīng)：壓力效應(yīng)：使組織變形、破壞引起生理使組織變形、破壞引起生理及遺傳變異。及遺傳變異。三、三、 激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用Application of Laser in Medicine1、光凝結(jié)術(shù)（、光凝結(jié)術(shù)（photocoagulation） 2、光蒸發(fā)術(shù)（、光蒸發(fā)術(shù)（photovaporization） 3、生物體的光譜測(cè)量和診斷、生物體的光譜測(cè)量和診斷 4、光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像（、光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像（optical computed tomography） 5、光學(xué)相干層析術(shù)（、光學(xué)相干層析術(shù)（optical coherence

17、 tomography）光凝結(jié)術(shù)（光凝結(jié)術(shù)（photocoagulation） 由于加熱導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的紊亂稱(chēng)為凝結(jié)，由于加熱導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的紊亂稱(chēng)為凝結(jié)，如果該效應(yīng)是通過(guò)激光加熱產(chǎn)生的則稱(chēng)為激如果該效應(yīng)是通過(guò)激光加熱產(chǎn)生的則稱(chēng)為激光凝結(jié)術(shù)。光凝結(jié)術(shù)。蛋清加熱后會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)、變脆并且由透明變?yōu)榈扒寮訜岷髸?huì)出現(xiàn)凝結(jié)、變脆并且由透明變?yōu)榘咨?。白色。?dāng)激光用于光凝結(jié)手術(shù)時(shí)，被照組織實(shí)質(zhì)上是當(dāng)激光用于光凝結(jié)手術(shù)時(shí)，被照組織實(shí)質(zhì)上是被煮熟了。高溫加熱的部分組織將改變顏色并被煮熟了。高溫加熱的部分組織將改變顏色并失去和周?chē)M織結(jié)合的機(jī)械完整性，使其易于失去和周?chē)M織結(jié)合的機(jī)械完整性，使其易于分離。分離。

18、 光凝結(jié)術(shù)（光凝結(jié)術(shù)（photocoagulation） 激光手術(shù)過(guò)程中很好的止血能力也是由于其激光手術(shù)過(guò)程中很好的止血能力也是由于其光凝特性造成的。光凝特性造成的。 血管由于凝結(jié)作用，管壁上的蛋白質(zhì)收縮，加血管由于凝結(jié)作用，管壁上的蛋白質(zhì)收縮，加上受損的血細(xì)胞產(chǎn)生凝塊從而封閉出血點(diǎn)。上受損的血細(xì)胞產(chǎn)生凝塊從而封閉出血點(diǎn)。 光凝結(jié)治療主要用于眼底病的治療。光凝結(jié)治療主要用于眼底病的治療。 氬離子激光是目前眼底病光凝固治療的主要光氬離子激光是目前眼底病光凝固治療的主要光源，其治療主要適應(yīng)癥是視網(wǎng)膜裂孔、視網(wǎng)膜源，其治療主要適應(yīng)癥是視網(wǎng)膜裂孔、視網(wǎng)膜血管瘤、脈絡(luò)膜血管瘤、糖尿病視網(wǎng)膜病變、血管瘤、

19、脈絡(luò)膜血管瘤、糖尿病視網(wǎng)膜病變、外層滲出性視網(wǎng)膜病變等。外層滲出性視網(wǎng)膜病變等。光凝結(jié)術(shù)（光凝結(jié)術(shù)（photocoagulation） 激光手術(shù)過(guò)程中很好的止血能力也是由于其光凝特激光手術(shù)過(guò)程中很好的止血能力也是由于其光凝特性造成的。性造成的。 光凝結(jié)治療主要用于眼底病的治療。光凝結(jié)治療主要用于眼底病的治療。 近年來(lái)，正在探索用低功率密度激光束做組織的修近年來(lái)，正在探索用低功率密度激光束做組織的修復(fù)治療，如微血管吻合術(shù)、外周神經(jīng)吻合術(shù)、輸精復(fù)治療，如微血管吻合術(shù)、外周神經(jīng)吻合術(shù)、輸精管吻合術(shù)和皮膚的吻合等。管吻合術(shù)和皮膚的吻合等。光蒸發(fā)術(shù)（光蒸發(fā)術(shù)（photovaporization） 光蒸發(fā)

20、實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)光切割的物理過(guò)程。光蒸發(fā)實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)光切割的物理過(guò)程。 用能量密度極高的聚焦激光束照射組織時(shí)，瞬用能量密度極高的聚焦激光束照射組織時(shí)，瞬間可使被照射組織局部溫度升高。間可使被照射組織局部溫度升高。 組織液體被超過(guò)組織液體被超過(guò)100的激光加熱時(shí)蒸發(fā)出水蒸氣的激光加熱時(shí)蒸發(fā)出水蒸氣 溫度再升高到溫度再升高到300400時(shí)，組織則炭化，使組織變時(shí)，組織則炭化，使組織變成棕黑色，用消毒棉花即可將之擦掉成棕黑色，用消毒棉花即可將之擦掉 溫度再上升超過(guò)溫度再上升超過(guò)530以上，則受照組織除了水分急以上，則受照組織除了水分急劇蒸發(fā)外，其他成分亦發(fā)生劇烈燒傷，使受照組織在劇蒸發(fā)外，其他成分亦發(fā)生

21、劇烈燒傷，使受照組織在瞬間由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)并被吸除瞬間由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)并被吸除 這個(gè)手術(shù)過(guò)程稱(chēng)為光致蒸發(fā)術(shù)。這個(gè)手術(shù)過(guò)程稱(chēng)為光致蒸發(fā)術(shù)。 生物體的光譜測(cè)量和診斷生物體的光譜測(cè)量和診斷Spectral measurement and diagnosis of organisms 通過(guò)測(cè)定激光照射在生物體時(shí)的吸收、散射和熒光通過(guò)測(cè)定激光照射在生物體時(shí)的吸收、散射和熒光等光譜，可以測(cè)定有生命的各種各樣的生物體信息，等光譜，可以測(cè)定有生命的各種各樣的生物體信息，進(jìn)一步發(fā)展就能成為對(duì)疾病的病理診斷的方法進(jìn)一步發(fā)展就能成為對(duì)疾病的病理診斷的方法 臨床病理診斷的活檢（臨床病理診斷的活檢（biopsy） 將組織的

22、一部分切片在顯微鏡下進(jìn)行病理診斷。將組織的一部分切片在顯微鏡下進(jìn)行病理診斷。 光學(xué)活檢（光學(xué)活檢（optical biopsy） 生物體的光譜測(cè)量和診斷生物體的光譜測(cè)量和診斷Spectral measurement and diagnosis of organisms 臨床病理診斷的活檢（臨床病理診斷的活檢（biopsy） 將組織的一部分切片在顯微鏡下進(jìn)行病理診斷。將組織的一部分切片在顯微鏡下進(jìn)行病理診斷。 光學(xué)活檢（光學(xué)活檢（optical biopsy） 用光譜測(cè)量的方法進(jìn)行無(wú)侵襲的診斷。用光譜測(cè)量的方法進(jìn)行無(wú)侵襲的診斷。 不僅能得到單純的解剖學(xué)信息，而且還能得到生理學(xué)和不僅能得到單純的解

23、剖學(xué)信息，而且還能得到生理學(xué)和生化學(xué)信息。生化學(xué)信息。 根據(jù)血紅素在氧化和脫氧化狀態(tài)下吸收光譜的差別，通根據(jù)血紅素在氧化和脫氧化狀態(tài)下吸收光譜的差別，通過(guò)測(cè)量血紅素吸收率的不同可以知道組織的氧化程度。過(guò)測(cè)量血紅素吸收率的不同可以知道組織的氧化程度。 目前腦的氧監(jiān)視裝置已經(jīng)實(shí)用化。目前腦的氧監(jiān)視裝置已經(jīng)實(shí)用化。 光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像光學(xué)計(jì)算機(jī)斷層成像(optical computed tomography) 用組織穿透深度較深波段的激光來(lái)代替用組織穿透深度較深波段的激光來(lái)代替X X射線(xiàn)，用射線(xiàn)，用CTCT同樣的方法也可得到斷層信息。同樣的方法也可得到斷層信息。 但是與但是與X X射線(xiàn)在生物體內(nèi)的直

24、線(xiàn)傳播不同，由于散射線(xiàn)在生物體內(nèi)的直線(xiàn)傳播不同，由于散射，激光在生物體內(nèi)會(huì)被擴(kuò)散掉。射，激光在生物體內(nèi)會(huì)被擴(kuò)散掉。 擴(kuò)散光沒(méi)有確定的光路，得到的信號(hào)也沒(méi)有確定的擴(kuò)散光沒(méi)有確定的光路，得到的信號(hào)也沒(méi)有確定的物理意義，因此從透射光中消除散射的影響，正確物理意義，因此從透射光中消除散射的影響，正確檢測(cè)出直線(xiàn)傳播的光成分很重要。檢測(cè)出直線(xiàn)傳播的光成分很重要。 目前有很多檢測(cè)方法，其中最有效的是采用光外差目前有很多檢測(cè)方法，其中最有效的是采用光外差探測(cè)法。探測(cè)法。 光學(xué)相干層析術(shù)光學(xué)相干層析術(shù)(optical coherence tomography) 光學(xué)相干層析術(shù)（光學(xué)相干層析術(shù)（OCT）是類(lèi)似超聲

25、回波成）是類(lèi)似超聲回波成像方式，像方式， 利用反射光或散射光的遲滯時(shí)間得到高分辯率的利用反射光或散射光的遲滯時(shí)間得到高分辯率的斷層圖像斷層圖像 OCT是近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的一種成像技術(shù)，是近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的一種成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測(cè)生物組它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測(cè)生物組織不同深度層面對(duì)入射弱相干光的背向反射或幾織不同深度層面對(duì)入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號(hào)，通過(guò)掃描，可得到生物組織二維或次散射信號(hào)，通過(guò)掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像。三維結(jié)構(gòu)圖像。 光學(xué)相干層析術(shù)光學(xué)相干層析術(shù)(optical coherence tomography) 1

26、991年，年，Science上首次報(bào)導(dǎo)了美國(guó)上首次報(bào)導(dǎo)了美國(guó)MIT的研的研究小組在究小組在OCT上的開(kāi)創(chuàng)性工作。上的開(kāi)創(chuàng)性工作。 1997年，我國(guó)清華大學(xué)就研究成功了光學(xué)相年，我國(guó)清華大學(xué)就研究成功了光學(xué)相干層析術(shù)干層析術(shù) 對(duì)物質(zhì)的分辨率可達(dá)到對(duì)物質(zhì)的分辨率可達(dá)到1個(gè)微米，個(gè)微米， 利用利用OCT可以在疾病的極早期，如癌癥在只有可以在疾病的極早期，如癌癥在只有幾個(gè)細(xì)胞那么大小時(shí)就可以診斷出來(lái)，將疾病幾個(gè)細(xì)胞那么大小時(shí)就可以診斷出來(lái)，將疾病消滅于萌芽，而且不會(huì)傷害人體。消滅于萌芽，而且不會(huì)傷害人體。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 利用對(duì)人體無(wú)害的紅外光作光源，不接觸，利用對(duì)人體無(wú)害的紅外光作光源，不接觸，無(wú)損傷

27、；無(wú)損傷； 具有很高的分辨率具有很高的分辨率(微米級(jí)微米級(jí))； 整個(gè)系統(tǒng)可以采用光纖化技術(shù)做成小型化和整個(gè)系統(tǒng)可以采用光纖化技術(shù)做成小型化和便攜式的設(shè)備；便攜式的設(shè)備； 不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖像重建，可實(shí)現(xiàn)不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖像重建，可實(shí)現(xiàn)快速成像和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。快速成像和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 光學(xué)相干層析術(shù)光學(xué)相干層析術(shù)(optical coherence tomography) 受激輻射：受激輻射：頻率適當(dāng)頻率適當(dāng)?shù)墓庾涌烧T發(fā)處于較高能級(jí)的原子發(fā)射的光子可誘發(fā)處于較高能級(jí)的原子發(fā)射光子而躍遷到較低能級(jí)光子而躍遷到較低能級(jí)1221EEhEB12E2E1 特點(diǎn)：（特點(diǎn)：（1）誘發(fā)光子：誘發(fā)光子：頻率頻

28、率 （2）發(fā)射光子：發(fā)射光子：傳播方向、振動(dòng)方向、頻率、初相傳播方向、振動(dòng)方向、頻率、初相 位都和誘發(fā)光子相同位都和誘發(fā)光子相同 。 （3 3）光束強(qiáng)度增強(qiáng)光束強(qiáng)度增強(qiáng)一、一、簡(jiǎn)述受激輻射的特點(diǎn)簡(jiǎn)述受激輻射的特點(diǎn)以及激光的發(fā)生原理。以及激光的發(fā)生原理。 1.受激輻射的特點(diǎn)受激輻射的特點(diǎn)在光激勵(lì)或電激勵(lì)作用下，激光工作物質(zhì)通過(guò)抽運(yùn)，實(shí)現(xiàn)在光激勵(lì)或電激勵(lì)作用下，激光工作物質(zhì)通過(guò)抽運(yùn)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。處于高能級(jí)的粒子數(shù)多于處于低能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。處于高能級(jí)的粒子數(shù)多于處于低能級(jí)的粒子數(shù)，從而使受激輻射占支配地位。它是激光產(chǎn)生的必粒子數(shù)，從而使受激輻射占支配地位。它是激光產(chǎn)生的必要條件。要條件。產(chǎn)生激光的另一個(gè)條件是諧振腔。諧振腔是由相互平行而產(chǎn)生激光的另一個(gè)條件是諧振腔。諧振腔是由相互平行而又同時(shí)垂直于工作物質(zhì)軸線(xiàn)的兩塊反射鏡組成。它使受激又同時(shí)垂直于工作物質(zhì)軸線(xiàn)的兩塊反射鏡組成。它使受激輻射的光在腔中往返反射，每經(jīng)過(guò)一次工作物質(zhì)就得到一輻射的光在腔中往返反