1、心臟興奮與相應的心電圖波形心臟興奮與相應的心電圖波形 腦電圖信號腦電圖信號Biomedical Photonics 所謂光子學是指研究光和其他輻射能（以光子為量所謂光子學是指研究光和其他輻射能（以光子為量子單位）的產生與利用的科學。子單位）的產生與利用的科學。 光子學的研究范圍包括能量的產生、探測、傳輸與光子學的研究范圍包括能量的產生、探測、傳輸與信息處理。信息處理。 將光子學應用于生物醫學領域，運用光子學的理論將光子學應用于生物醫學領域，運用光子學的理論和方法解決生物技術與醫學中遇到的基礎理論與應和方法解決生物技術與醫學中遇到的基礎理論與應用技術等方面的問題，即成為用技術等方面的問題，即成為

2、生物醫學光子學生物醫學光子學。 生物醫學光子學主要服務于人類疾病的診斷、預防、生物醫學光子學主要服務于人類疾病的診斷、預防、監護、治療以及保健、康復等。監護、治療以及保健、康復等。 生物發光（生物發光（Bioluminescence）是光生物物理學的主）是光生物物理學的主要問題之一，是廣泛存在于自然界的一種自然現象。要問題之一，是廣泛存在于自然界的一種自然現象。 生物體不停地與外界進行物質、能量和信息的交換，生物體不停地與外界進行物質、能量和信息的交換，其中光的吸收和發射是重要的交換方式。其中光的吸收和發射是重要的交換方式。 生物系統的超微弱發光是任何生物體或細胞自發地生物系統的超微弱發光是任

3、何生物體或細胞自發地向外界輻射光子流的現象。向外界輻射光子流的現象。 生物超微弱發光通常包括兩種類型：生物超微弱發光通常包括兩種類型： 一種是一種是自發自發的生物化學發光，與生物體的氧化代謝有關，的生物化學發光，與生物體的氧化代謝有關，稱為稱為自發超微弱發光自發超微弱發光。 另一種是另一種是外因誘發外因誘發的發光，取決于光、電離輻射、超聲、的發光，取決于光、電離輻射、超聲、化學藥物等外界因素的作用，稱為化學藥物等外界因素的作用，稱為誘導超微弱發光誘導超微弱發光（又稱（又稱延遲發光）。延遲發光）。 生物的細胞、組織和體液中，普遍存在著自發和誘生物的細胞、組織和體液中，普遍存在著自發和誘發的超微弱

4、發光。發的超微弱發光。 誘發的超微弱發光比自發的超微弱發光要強得多，誘發的超微弱發光比自發的超微弱發光要強得多，它隨時間呈指數衰減，但對于不同的生物系統衰減它隨時間呈指數衰減，但對于不同的生物系統衰減速率不同。速率不同。 生物系統生物系統超微弱超微弱發光發光的基本特征的基本特征 普遍性普遍性 幾乎所有的被測生命體樣品都產生超微弱發光，研究發現種子、幾乎所有的被測生命體樣品都產生超微弱發光，研究發現種子、動物的肝臟、癌癥患者的血液、人的手指等都是超微弱發光的產動物的肝臟、癌癥患者的血液、人的手指等都是超微弱發光的產生者。生者。 強度極弱強度極弱 超微弱發光的強度為幾個超微弱發光的強度為幾個幾千個

5、光子幾千個光子/cm2 S ，生物體的等級越，生物體的等級越高，發光強度也越大。高，發光強度也越大。 光譜較寬光譜較寬 光譜分布從紅外延伸到紫外波段，最短達光譜分布從紅外延伸到紫外波段，最短達200nm ，而且隨著生物，而且隨著生物等級的提高，輻射譜發生一定的紅移。等級的提高，輻射譜發生一定的紅移。 非線性非線性 超微弱發光具有非線性的特征，例如切割成塊的種子比完整的種超微弱發光具有非線性的特征，例如切割成塊的種子比完整的種子光強大子光強大23 倍。倍。 相干性相干性 經典相干性研究結果表明，其相干時間至少具有幾分鐘的量級。經典相干性研究結果表明，其相干時間至少具有幾分鐘的量級。 反映細胞的新

6、陳代謝反映細胞的新陳代謝 許多實驗證實，細胞的繁殖、增生、死亡等過程中發光的強弱有許多實驗證實，細胞的繁殖、增生、死亡等過程中發光的強弱有很大變化，說明生物超微弱發光是細胞新陳代謝的一種體現。很大變化，說明生物超微弱發光是細胞新陳代謝的一種體現。 對氧有依賴性對氧有依賴性 氧在超微弱發光中扮演重要角色，在斷氧的情況下，任何動、植氧在超微弱發光中扮演重要角色，在斷氧的情況下，任何動、植物組織的超微弱發光都會停止，而且生物體對氧的依賴性是非線物組織的超微弱發光都會停止，而且生物體對氧的依賴性是非線性的。性的。 對溫度的依賴性對溫度的依賴性 生物超微弱發光與環境溫度的關系存在高溫和低溫的臨界點，在生

7、物超微弱發光與環境溫度的關系存在高溫和低溫的臨界點，在此范圍內是線性變化此范圍內是線性變化;超過臨界點后，發光逐漸減弱超過臨界點后，發光逐漸減弱;當溫度過高當溫度過高或過低，生物瀕臨死亡時，發光又增強。或過低，生物瀕臨死亡時，發光又增強。 化學物質對超微弱發光有明顯影響化學物質對超微弱發光有明顯影響 目前，利用激光可以醫治包括眼科、婦科、皮膚科、目前，利用激光可以醫治包括眼科、婦科、皮膚科、內科、外科、腫瘤科在內的內科、外科、腫瘤科在內的200多種疾病。多種疾病。 激光對組織的生物效應激光對組織的生物效應 激光對組織的生物效應一般是指光作用于生物體后產生的激光對組織的生物效應一般是指光作用于生

8、物體后產生的物理、化學或生物學的反應。物理、化學或生物學的反應。 激光的生物效應既與激光的生物效應既與激光的性能激光的性能有關，又與有關，又與生物組織的性生物組織的性質質有關，還與有關，還與作用時間作用時間和和作用方式作用方式有關。有關。 激光對組織的生物效應主要包含激光對組織的生物效應主要包含熱效應熱效應、光化學效應光化學效應、壓壓強作用強作用、電磁場效應電磁場效應和和生物剌激效應生物剌激效應。 壓強作用和電磁場效應主要由中等功率以上的激光所產生。壓強作用和電磁場效應主要由中等功率以上的激光所產生。 光化學效應在低功率激光照射時特別重要。光化學效應在低功率激光照射時特別重要。 熱效應存在于所

9、有的激光照射。熱效應存在于所有的激光照射。 生物剌激作用則只發生在弱激光照射時。生物剌激作用則只發生在弱激光照射時。 激光診療技術激光診療技術 用于用于檢驗和診斷檢驗和診斷的技術主要有：激光熒光光譜技術、激光的技術主要有：激光熒光光譜技術、激光拉曼光譜分析技術、激光全息術、激光散斑分析技術、激拉曼光譜分析技術、激光全息術、激光散斑分析技術、激光多普勒測速技術、激光流動式細胞分析技術、激光干涉光多普勒測速技術、激光流動式細胞分析技術、激光干涉技術、激光透照技術和激光偏振技術等等，分別用來測量技術、激光透照技術和激光偏振技術等等，分別用來測量血液、尿液和人體其他組織的成分、微量元素的含量等，血液、尿液和人體其他組織的成分、微量元素的含量等，以及識別和分辨細胞是否病變或癌變等。以及識別和分辨細胞是否病變或癌變等。 激光治療激光治療的適應癥現在已經涉及臨床所有各科，大體可分的適應癥現在已經涉及臨床所有各科，大體可分為激光手術治療、激光非手術治療、激光光動力學治療和為激光手術治療、激光非手術治療、激光光動力學治療和激光介入性治療等。激光介入性治療