基于光电子原理下的医疗设备应用与发展

摘 要：在医疗技术发展十分治疗成熟的时代下，相对于几十年来依靠的化学药物手段，如今的人们更加倾向于物理，其中就包括了利用光电子对一些病变加以抑制与治疗。近些年来因受到人们的推崇与信赖大量的物理治疗手段不仅在普通临床医学中使用在医学美容领域中也被广泛应用。

关键词：生物光电子 医疗 发展与应用

中图分类号：TH773 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0091-02

1 光电子产业的新兴发展

光电子产业也并不是以独立的形式存在，它是由相关的基础设施和各种相关技术组合的多元化的产业的结合体，在光电子产业所支撑的众多产业中，医疗设备尤其是医疗美容行业的发展以及是日新月异。可穿戴式的各种医疗设备利用了光电子的实验原理，也越来越受到人们的推崇。

1.1 光电子技术的定义

光电子顾名思义是在光电效应中因辐射受激从而产生的电子，但它的本质仍是是金属板的电子，只是当它与“光子”这个概念相对应了也就形成了光电子这一名称。目前人们认为光是由许多个被称为“光子”小球组成的，但这些个小球具有波粒二象性。光电子技术是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。自从20世纪60年代世界第一台激光器问世，从此也意味着这种用光来传递信息的时代正在悄悄来临。不仅标志着信息产业的现代化、成熟化，生物医疗学中的光电子应用也应运而生，且其作用也十分重要。

1.2 光谱的定义

平时我们所见到的光其实是复色光，当复色光按色散分光后，被散开的不同长度或频率大小的多个单色光按波长或频率大小而依次排列的图案，就是我们常见的光谱了。许多实验中我们都能见到被色散的光，例如棱镜、光栅还有阳光下的泡泡这些都能见复色光色散。人类所见到的光在这个波长范围内的电磁辐射光谱中被称为可见光，在这个区域中的光波波长大约是400～760nm。此外仍有和大一部分光我们的肉眼是无法直接看到的。

2 生物光电子在现代医疗中应用

现代医学中医学成像技术占了十分大的比重也预示着荧光成像技术起着明显的作业，对医学作出了十分大的贡献。精密的光学仪器在眼科与牙科专业中也发挥着极大的作用。这些仪器主要有眼底照相机、视野仪、验光仪、眼压仪、角膜曲率仪、裂隙灯显微镜等。

2.1 X光的应用

追溯到上世纪中期，美籍物理学家特斯拉是世界上第一个发现X光的人，它是一种波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。

X光自身具有十分强的穿透力，它虽然不被肉眼所见但是他们穿过各式各样的固本材料。例如完好的骨头在感光胶纸上呈现出来的就是乳白色的形状，而骨骼之间的缝隙则会呈现较少的乳白色或是黑色等。同时X射线也可以用于其他病变的检测，可以用于证实肺内有无空洞形成、骨骼是否有破坏、腔内是否有腐骨、气管是否有狭窄等。

荧光是指一种光致发光的冷发光现象。牙医常用的荧光检测龋齿，就是用光源照射牙齿或牙床等组织产生荧光。光源照射龋齿患者的牙齿与正常人的牙齿时会得到不同强度的荧光，经过软件成像就能轻松地判断出患者牙齿损伤程度，以及确定患病位置，这一技术极大地提高了医务人员的工作效率，也能帮助患者及时确诊。荧光诊断是一种无损害、非接触及具有高灵敏度和诊断度的诊断方法。

2.2 热成像以及光谱运用

除可见光外，红外光几乎是被人类利用得最多的一类。其中就包括热成像技术。通过非接触的探测仪或摄像头经温度传感器探测红外能量及热量，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值。不同的颜色预示着一定范围的温度值，这一项技术不止应用于一些测量上，在生物学领域也有它的身影。我们常在动物世界中看到许多动物学家要展开他们的研究但是又无法近距离观测或者在夜间观察动物的生活習性，这时就会用到热成像仪观测并且记录动物们身体各个部位的温度变化情况。热成像主要应用于早起肿瘤癌症病变的检测与预防，以及炎症的检测。据世界卫生组织统计，一直以来困扰女性生命健康的两大病症是乳腺癌与宫颈癌。现代医疗正在朝着预防这方面的疾病不断努力。科学家们将带有十分敏感度的温度传感器植入贴身衣物中，若人体有肿瘤或者癌症病变温度传感器会将用温度转换为电信号由热成像体现。

光谱也应用于另一项病理的检测——关节炎。该项目利用了能达到实验所需的光谱长度能至1000nm以上的卤素灯泡，通过积分球将光线聚集以助于能穿透人类关节。同时也利用了oceanview光谱分析软件，这款软件拥有强大的数据处理能力和一个清晰的用户图形界面，适合的微型光谱仪配合使用。当我们将患者的患病关节置于积分球的光线出口，再将光谱仪放置在另一侧我们就可以通过这款软件观测到清晰的光谱波动，此外拥有强大的数据处理能力和一个清晰的用户图形界面也是它的优点之一。当我们采集足够的样本通过算法进行对比分析就可以完成对人类是否患有关节炎病变的检测。

同时当两种血红蛋白置于同一种波长长度的光下照射时，就会出现不同的吸收情况，两种血红蛋白处于660nm的红光下时，氧合血红蛋白对光的吸收要比还原血红蛋白对光吸收的情况弱10倍左右。而在波长为940nm的红外光处，情况则相反。使用这两项波长的红光测量人体动静脉血管组织的光强吸收变化则可得出我们血液中的含氧浓度。

2.3 激光祛斑

人体因为遭受阳光的灼伤，体内物质的不均衡分泌以及其他化学原因在面部会有斑点显现出来，这对于大部分女性是难以接受，许多人都会选择医疗美容来弱化这些色素比如说激光祛斑。激光祛斑的仪器可以依据患者肤质及皮肤组织选择不同类型激光作用于不同的皮肤组织，只要采用特定使应的光源就可以完成对色斑的去除，同时不对对周围皮肤产生损害且不会影响到正常的皮肤组织。激光祛斑利用的原理是使高能量在极短的时间内被病变中的色素颗粒吸收，产生极高的温度，接着使带有色素的物质迅速膨胀并发生爆破，产生汽化、粉碎成非常小的颗粒，最后人体内的免疫系统中的巨噬细胞会将爆破后的微小颗粒吞噬、清除。

2.4 冷光牙白仪

冷光牙齿美白仪是将高强度蓝光（波长480～520nm）通过多次镀膜处理的光学镜片，以此隔除所有有害的紫外与红外光线。将美白仪戴在如有特殊美白剂的牙齿上，通过高强度蓝光的照射能在短时间内有助于去除多年沉积的牙垢与牙釉质，也能深沉清洁氧化物质达到去黄亮白的效果。

高强度的蓝光产生的美白效果不仅用于牙齿的美白，在许多医美治疗手段中，蓝光也常用于身体美白。许多专注于对防晒研究的品牌除仅仅研发极高抗晒指数的商品外还致力于如何将阳光转换为蓝、黄、红三种光。猛烈的阳光照射通过防晒面料后散色出的蓝光在帮助使用者防晒的同时还能促进黑色素的消失以及防止皮肤氧化。

3 光电子未来的发展

业内人士认为，虽然光电子科技的发展已如日中天，但在生物医学领域中的应用，却还处于“高处不胜寒”的位置，然而可以预见它将是未来的一项主流。我国人口众多，今后对医疗保健与生物技术领域的光电子产品的需求，还将持续稳定增长。可以预料，与此相关联的光电子产品在5～10年间也将具有很强的发展潜力和空间。光电子产品的出口水平也必将持续高升。

参考文献

[1]亢俊健.光电子技术及应用[M].天津：天津大学出版社， 2007.

[2]陈海生.现代光谱分析[M].北京：人民卫生出版社，2010.

[3]张镇西.生物医学光子学新技术及应用[M].北京：科学出版社，2008.

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