造福人類的“醫之光”

蘇更林

救死扶傷是醫學最崇高的追求。光學技術在醫學領域的應用，極大地提升了醫療技術的水平，并成為造福人類的“醫之光”。

X射線——隱秘病情的“偵察兵”

X射線是人類發現的第一種“穿透性射線”，即能夠穿透普通光線所不能穿透的一些材料。X射線的發現者倫琴曾用該射線為他的夫人拍攝了一張手的照片，手的骨骼結構清晰可見。這張特殊的照片引起了學術界的轟動，也為倫琴帶來了崇高的榮譽——1901年的諾貝爾物理學獎。

X射線是一種肉眼看不見的、頻率比紫外線更高的電磁波。它不但具有很高的穿透本領，而且可使某些化合物產生熒光或使照相底片感光。同時，它在電場或磁場中不發生偏轉，能發生反射、折射、干涉、衍射等。將X射線應用于醫學診斷，主要依據的就是X射線的穿透作用，以及差別吸收、感光作用和熒光作用。

X射線在穿過人體時，由于不同組織結構吸收的程度不同，通過人體后的X射線量也就存在差別。這樣一來，X射線照射人體后的影像就攜帶了人體各部分密度分布的信息，在熒光屏上或膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱也就存在較大的差別，顯示出不同的陰影效果。醫生根據這些陰影的濃淡對比，結合化驗結果和病理診斷，就可判斷人體某一部分的疾病信息了。X射線在醫學診斷方面的應用，開創了非創傷性內臟檢查技術的先河，并引領了此后醫學診斷技術的潮流。

基于X射線影像技術發展起來的CT技術，可直接顯示X射線檢查無法顯示的器官和病變。CT圖像更加清晰，解剖關系更加明確，病變顯示也更好，因此大大提高了診斷的準確率。CT技術是電子計算機X射線斷層掃描技術的簡稱，它根據人體不同組織對X射線的吸收與透過率的不同，應用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然后將測量所獲取的數據輸入電子計算機，電子計算機對數據進行處理后就攝下了人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，從而發現體內任何部位的細小病變。

內窺鏡——用光窺視疾病的模樣

如今，內窺鏡檢查已經成為消化道疾病診斷的主要手段之一，其實這也是光學技術應用的一個例證。

1870年，英國物理學家廷德爾在實驗中發現，當用光照射盛有水的容器時，光線可以沿著出水口的水流進行傳播，這樣看上去光線就出現了彎曲現象，這似乎與光沿直線傳播的法則相矛盾。其實，這時光仍然是沿著直線傳播的，只不過是在水流中發生了反射現象，所以光看起來是以折線方式前進的。科學家從這個現象中受到啟發，于1955年發明了一種用于疾病診斷的內窺鏡。

簡單來說，內窺鏡就是一個配備有燈光的管子，它可以由口腔進入到胃內或經其他人體孔道進入到體內。這種內窺鏡是用極細的光導纖維制成的，其中含有兩種不同折射率的玻璃纖維：一種玻璃纖維形成它的中心束線，另一種則包在中心束線的外面形成包層。由于這兩種玻璃纖維在光學性質上的差別，因此光線經一定角度從光導纖維的一端射入之后，就會沿著兩層玻璃材料的界面連續反射前進，最后從另一個端口射出。這就是內窺鏡的工作原理。

1965年，科學家在內窺鏡上安裝了柱狀透鏡，使得內窺鏡的視野更為清晰。醫生利用內窺鏡可以看到X射線不能顯示的病變，多被用于腸胃疾病或腫瘤的診斷。

近幾十年來，內窺鏡技術發展很快，不但可以用于疾病診斷，而且也可以用于手術治療。20世紀60年代，科學家在胃鏡基礎上加裝了活檢裝置及照相機。20世紀80年代，內窺鏡技術走進電視內窺鏡時代，即在內窺鏡的前端裝有高敏感度的微型攝像機，從而可以把觀察到的圖像轉化為電信號，然后再傳至電視信息處理系統，最后轉變成可在電視屏幕上顯示的圖像。

紅外線——看不見的治療之手

在太陽光譜中，紅外線是一種不可見光，波長大于可見光，其波長范圍為0.76～1 000微米，可分為近紅外線（0.76～1.50微米）、中紅外線（1.50～6.0微米）和遠紅外線（6.0～1 000微米）。

紅外線是一種具有強熱作用的放射線。紅外線的穿透力很強，不僅能穿過衣服，而且還能透過皮膚甚至肌肉，而使其產生熱效應。紅外線的這一特性，使其具有一定的治療作用。

紅外線能夠迅速被人體吸收，深入人體之后便會形成熱效應，從而促使皮下深層組織的溫度上升，擴張毛細血管，促進血液循環，增強物質代謝，增強組織細胞活力及再生能力。同時，紅外線還經常被用于扭挫傷的治療，有利于促進血腫的消散，以及減輕術后的粘連，促進瘢痕的軟化等。在治療慢性感染性傷口和慢性潰瘍時，紅外線可以改善組織營養，消除水腫，加快傷口愈合。在治療慢性炎癥方面，紅外線能改善血液循環，增加細胞的吞噬功能，從而促進炎癥的消散。紅外線還能改善關節疼痛癥狀，起到消除內腫和緩和酸痛的功效。

“光刀”——無形的手術刀

在外科手術上，手術刀是不可缺少的醫療工具，而“光刀”則是一種無形的手術刀。

“光刀”也被稱為“激光刀”，它利用激光束實施手術。我們知道，激光具有能量高度集中的特點，它可以在自由彎曲的玻璃纖維或塑料纖維中傳輸，在端部透鏡的聚焦作用下可以變成一束尖銳的光束。

常用的激光刀為二氧化碳激光刀和氬激光刀，其“刀刃”可以小到0.1 毫米，功率密度可以達到每平方厘米10萬瓦。這樣的“光刀”威力該有多大啊！不管是皮膚、肌肉，還是骨頭，切割自然都不在話下。

利用激光刀進行的手術，沒有鋸骨的噪聲，也沒有絲毫的機械撞擊。激光刀適宜于選擇性地定量切除壞死組織，切口邊緣平整，對外圍正常組織損傷少。對于五官、心臟等操作難度大的部位，可以進行非接觸性的手術。激光刀本身具有高溫殺菌作用，因而可以減少手術后的感染。同時，激光對生物組織具有的熱凝固效應，可以封閉切開的小血管，因此可以減少手術時的出血。endprint