組織光學(xué)是研究光輻射能量在生物組織體內(nèi)的傳播規(guī)律以及有關(guān)組織光學(xué)特性的測(cè)量方法的一門(mén)新興交叉學(xué)科. l 8qCg/ew
人類(lèi)對(duì)生物組織在光輻射下的物理或其他變化的研究,可以追溯到很久以前. 自從60 年代出現(xiàn)了激光,情況有了質(zhì)的變化. 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，激光不僅開(kāi)辟了研究生命科學(xué)的新途徑，而且為臨床診治疾病提供了新手段。把握機(jī)遇的需要加強(qiáng)了人們了解光特別是激光與生物組織的相互作用規(guī)律和知識(shí)的愿望。光輻射與生物組織的相互作用的各種因素極其錯(cuò)綜復(fù)雜，涉及面很廣。從根本上說(shuō)，光和生物組織相互作用后所引起的生物組織方面的任何改變,都可視為光的生物效應(yīng). 從物理、化學(xué)、生物學(xué)觀點(diǎn)看來(lái),光特別是激光對(duì)生物組織的主要的基本效應(yīng)可以粗略地歸納為熱、力(壓領(lǐng)域中,激光不僅開(kāi)辟了研究生命科學(xué)的新途強(qiáng)) 、光化學(xué)反應(yīng)、電磁場(chǎng)效應(yīng)和生物刺激作用等. 究竟哪種效應(yīng)起主要作用,將取決于光的參數(shù)尤其是光的強(qiáng)度. 在激光醫(yī)學(xué)的診斷和光敏治療中,需要的是可見(jiàn)光到近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的弱光(激光). 所謂弱光,即不會(huì)造成生物組織機(jī)體不可逆性損傷的光. 為此,在一定光照條件下的 ?Z 9C}t]
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反射率、透過(guò)率以及組織體內(nèi)的光分布等,正是前述的始于70 年代、目前正處在臨床實(shí)用化邊緣、應(yīng)用于腫瘤的光動(dòng)力學(xué)療法所需要的參數(shù). 由于生物組織的多樣性和復(fù)雜性,使得傳統(tǒng)的一些方法遇到了無(wú)法逾越的困難,必須另辟蹊徑. Z?ZiK1) K
在這樣的背景下,組織光學(xué)誕生了. 它的興起,或者說(shuō)復(fù)興,應(yīng)該以1988 年11 月在美國(guó)osa 年會(huì)上對(duì)其進(jìn)行的專(zhuān)題討論為標(biāo)志,此次會(huì)議首次專(zhuān)門(mén)討論了哺乳動(dòng)物組織的光學(xué)特性. 1993 年后,《applied optics 》幾乎年年都出專(zhuān)集,特別是1996 年, P/6$ T2k_
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《applied optics 》鑒于單靠不定期出專(zhuān)集已不能反映迅速變化的情況, 索性將其分冊(cè)《optical technology 》易名為《optical technology and biomedical optics 》. 其他重要的光學(xué)期刊也曾以組織光學(xué)為主題出過(guò)專(zhuān)集或相關(guān)文章. 迄今,各種大小會(huì)議特別是spie 組織的國(guó)際會(huì)議涉及組織光學(xué)的論文數(shù)量與日俱增,越來(lái)越多的科學(xué)家特別是物理學(xué)界同仁紛紛加盟其中. 組織光學(xué)研究的繁榮景象說(shuō)明這個(gè)學(xué)科有很強(qiáng)的應(yīng)用背景,其中的重大成果將類(lèi)似于x 射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用以及ct 技術(shù)的發(fā)明在人類(lèi)文明史上所起的推動(dòng)作用,有可能創(chuàng)造新的高科技產(chǎn)業(yè)以及隨之而來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)利益. "%ou'\}
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在國(guó)內(nèi),組織光學(xué)的研究起步較晚,研究單位和人員數(shù)量少,為數(shù)不多的文章涉及光動(dòng)力學(xué)療法中的劑量問(wèn)題、生物組織光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量理論與技術(shù)[ 1 ] 、蒙特卡羅計(jì)算方法模擬生物組織光分布[ 2 ] 、微弱生物發(fā)光機(jī)制與探測(cè)等方面,零星散見(jiàn)于國(guó)內(nèi)幾種光學(xué)類(lèi)雜志上. 需要特別指出的是,國(guó)內(nèi)組織光學(xué)方面的研究常常以激光醫(yī)學(xué)的面目出現(xiàn),在人們的普遍觀念中它被納入醫(yī)學(xué)范疇,這其實(shí)是一個(gè)誤解. 實(shí)際上, 相當(dāng)一部分的激光醫(yī)學(xué)臨床研究由于缺乏組織光學(xué)基本理論指導(dǎo),存在著極大的盲目性,比如僅在激光治療的劑量標(biāo)準(zhǔn)上就有各種以訛傳訛的誤會(huì). 因此,我國(guó)激光醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展受到了限制. 盡管如此,已有不少大學(xué)和研究所中物理出身的研究人員開(kāi)始轉(zhuǎn)向組織光學(xué)方面的研究. 可以預(yù)期,國(guó)內(nèi)在組織光學(xué)領(lǐng)域的研究也將迎來(lái)一個(gè)大發(fā)展時(shí)期,最終與國(guó)際趨勢(shì)同步合拍乃至在某些方面領(lǐng)導(dǎo)世界潮流. +L03. rf
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總之,組織光學(xué)可以說(shuō)是研究生物組織光學(xué)性質(zhì)的學(xué)科,它既是生機(jī)勃勃的醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ),也是進(jìn)一步發(fā)展光醫(yī)學(xué)(包含光診斷和光治療) 的前提. 具體地說(shuō),組織光學(xué)首要任務(wù)是確定光輻射能量在一定條件下在組織體內(nèi)的分布,其次是發(fā)展活體組織光學(xué)特性的測(cè)量方法. 也就是說(shuō),組織光學(xué)要回答這樣一些問(wèn)題,比如:光在組織中如何通過(guò)或者說(shuō)光如何在組織中傳播? 光及其分布又怎樣被測(cè)量? 這些問(wèn)題貌似簡(jiǎn)單,然而卻是相當(dāng)棘手的. 特別應(yīng)當(dāng)指出,作為一門(mén)新的學(xué)科,組織光學(xué)隨著生物醫(yī)學(xué)光學(xué)的發(fā)展而孕育萌芽,但是其成長(zhǎng)相對(duì)落后于實(shí)踐對(duì)它提出的要求,而且已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)光學(xué)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸之一. 雖然近年來(lái)新的研究專(zhuān)題及研究方向不斷出現(xiàn),已經(jīng)初步建立了生物組織中光的傳播模型,但是統(tǒng)一的生物組織光學(xué)理論卻遠(yuǎn)未成熟,可以說(shuō)是仍在襁褓之中. 目前,主要研究熱點(diǎn)有6 個(gè)方面:光在組織中的傳輸理論、組織光學(xué)特性參數(shù)的測(cè)定方法與技術(shù)、光劑量學(xué)、光動(dòng)力學(xué)療法中的光子學(xué)技術(shù)、生物組織的實(shí)體光學(xué)模型、人體光學(xué)成像術(shù)等. 需要指出的是這些方面并不包括所有涉及組織光學(xué)及其應(yīng)用的其他進(jìn)展.
