基于光電子原理下的醫療設備應用與發展

周穎潔 向中坤

摘 要：在醫療技術發展十分治療成熟的時代下，相對于幾十年來依靠的化學藥物手段，如今的人們更加傾向于物理，其中就包括了利用光電子對一些病變加以抑制與治療。近些年來因受到人們的推崇與信賴大量的物理治療手段不僅在普通臨床醫學中使用在醫學美容領域中也被廣泛應用。

關鍵詞：生物光電子 醫療 發展與應用

中圖分類號：TH773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0091-02

1 光電子產業的新興發展

光電子產業也并不是以獨立的形式存在，它是由相關的基礎設施和各種相關技術組合的多元化的產業的結合體，在光電子產業所支撐的眾多產業中，醫療設備尤其是醫療美容行業的發展以及是日新月異。可穿戴式的各種醫療設備利用了光電子的實驗原理，也越來越受到人們的推崇。

1.1 光電子技術的定義

光電子顧名思義是在光電效應中因輻射受激從而產生的電子，但它的本質仍是是金屬板的電子，只是當它與“光子”這個概念相對應了也就形成了光電子這一名稱。目前人們認為光是由許多個被稱為“光子”小球組成的，但這些個小球具有波粒二象性。光電子技術是由光子技術和電子技術結合而成的新技術，涉及光顯示、光存儲、激光等領域，是未來信息產業的核心技術。自從20世紀60年代世界第一臺激光器問世，從此也意味著這種用光來傳遞信息的時代正在悄悄來臨。不僅標志著信息產業的現代化、成熟化，生物醫療學中的光電子應用也應運而生，且其作用也十分重要。

1.2 光譜的定義

平時我們所見到的光其實是復色光，當復色光按色散分光后，被散開的不同長度或頻率大小的多個單色光按波長或頻率大小而依次排列的圖案，就是我們常見的光譜了。許多實驗中我們都能見到被色散的光，例如棱鏡、光柵還有陽光下的泡泡這些都能見復色光色散。人類所見到的光在這個波長范圍內的電磁輻射光譜中被稱為可見光，在這個區域中的光波波長大約是400～760nm。此外仍有和大一部分光我們的肉眼是無法直接看到的。

2 生物光電子在現代醫療中應用

現代醫學中醫學成像技術占了十分大的比重也預示著熒光成像技術起著明顯的作業，對醫學作出了十分大的貢獻。精密的光學儀器在眼科與牙科專業中也發揮著極大的作用。這些儀器主要有眼底照相機、視野儀、驗光儀、眼壓儀、角膜曲率儀、裂隙燈顯微鏡等。

2.1 X光的應用

追溯到上世紀中期，美籍物理學家特斯拉是世界上第一個發現X光的人，它是一種波長介于紫外線和γ射線 之間的電磁波。

X光自身具有十分強的穿透力，它雖然不被肉眼所見但是他們穿過各式各樣的固本材料。例如完好的骨頭在感光膠紙上呈現出來的就是乳白色的形狀，而骨骼之間的縫隙則會呈現較少的乳白色或是黑色等。同時X射線也可以用于其他病變的檢測，可以用于證實肺內有無空洞形成、骨骼是否有破壞、腔內是否有腐骨、氣管是否有狹窄等。

熒光是指一種光致發光的冷發光現象。牙醫常用的熒光檢測齲齒，就是用光源照射牙齒或牙床等組織產生熒光。光源照射齲齒患者的牙齒與正常人的牙齒時會得到不同強度的熒光，經過軟件成像就能輕松地判斷出患者牙齒損傷程度，以及確定患病位置，這一技術極大地提高了醫務人員的工作效率，也能幫助患者及時確診。熒光診斷是一種無損害、非接觸及具有高靈敏度和診斷度的診斷方法。

2.2 熱成像以及光譜運用

除可見光外，紅外光幾乎是被人類利用得最多的一類。其中就包括熱成像技術。通過非接觸的探測儀或攝像頭經溫度傳感器探測紅外能量及熱量，并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值。不同的顏色預示著一定范圍的溫度值，這一項技術不止應用于一些測量上，在生物學領域也有它的身影。我們常在動物世界中看到許多動物學家要展開他們的研究但是又無法近距離觀測或者在夜間觀察動物的生活習性，這時就會用到熱成像儀觀測并且記錄動物們身體各個部位的溫度變化情況。熱成像主要應用于早起腫瘤癌癥病變的檢測與預防，以及炎癥的檢測。據世界衛生組織統計，一直以來困擾女性生命健康的兩大病癥是乳腺癌與宮頸癌。現代醫療正在朝著預防這方面的疾病不斷努力。科學家們將帶有十分敏感度的溫度傳感器植入貼身衣物中，若人體有腫瘤或者癌癥病變溫度傳感器會將用溫度轉換為電信號由熱成像體現。

光譜也應用于另一項病理的檢測——關節炎。該項目利用了能達到實驗所需的光譜長度能至1000nm以上的鹵素燈泡，通過積分球將光線聚集以助于能穿透人類關節。同時也利用了oceanview光譜分析軟件，這款軟件擁有強大的數據處理能力和一個清晰的用戶圖形界面，適合的微型光譜儀配合使用。當我們將患者的患病關節置于積分球的光線出口，再將光譜儀放置在另一側我們就可以通過這款軟件觀測到清晰的光譜波動，此外擁有強大的數據處理能力和一個清晰的用戶圖形界面也是它的優點之一。當我們采集足夠的樣本通過算法進行對比分析就可以完成對人類是否患有關節炎病變的檢測。

同時當兩種血紅蛋白置于同一種波長長度的光下照射時，就會出現不同的吸收情況，兩種血紅蛋白處于660nm的紅光下時，氧合血紅蛋白對光的吸收要比還原血紅蛋白對光吸收的情況弱10倍左右。而在波長為940nm的紅外光處，情況則相反。使用這兩項波長的紅光測量人體動靜脈血管組織的光強吸收變化則可得出我們血液中的含氧濃度。

2.3 激光祛斑

人體因為遭受陽光的灼傷，體內物質的不均衡分泌以及其他化學原因在面部會有斑點顯現出來，這對于大部分女性是難以接受，許多人都會選擇醫療美容來弱化這些色素比如說激光祛斑。激光祛斑的儀器可以依據患者膚質及皮膚組織選擇不同類型激光作用于不同的皮膚組織，只要采用特定使應的光源就可以完成對色斑的去除，同時不對對周圍皮膚產生損害且不會影響到正常的皮膚組織。激光祛斑利用的原理是使高能量在極短的時間內被病變中的色素顆粒吸收，產生極高的溫度，接著使帶有色素的物質迅速膨脹并發生爆破，產生汽化、粉碎成非常小的顆粒，最后人體內的免疫系統中的巨噬細胞會將爆破后的微小顆粒吞噬、清除。

2.4 冷光牙白儀

冷光牙齒美白儀是將高強度藍光（波長480～520nm）通過多次鍍膜處理的光學鏡片，以此隔除所有有害的紫外與紅外光線。將美白儀戴在如有特殊美白劑的牙齒上，通過高強度藍光的照射能在短時間內有助于去除多年沉積的牙垢與牙釉質，也能深沉清潔氧化物質達到去黃亮白的效果。

高強度的藍光產生的美白效果不僅用于牙齒的美白，在許多醫美治療手段中，藍光也常用于身體美白。許多專注于對防曬研究的品牌除僅僅研發極高抗曬指數的商品外還致力于如何將陽光轉換為藍、黃、紅三種光。猛烈的陽光照射通過防曬面料后散色出的藍光在幫助使用者防曬的同時還能促進黑色素的消失以及防止皮膚氧化。

3 光電子未來的發展

業內人士認為，雖然光電子科技的發展已如日中天，但在生物醫學領域中的應用，卻還處于“高處不勝寒”的位置，然而可以預見它將是未來的一項主流。我國人口眾多，今后對醫療保健與生物技術領域的光電子產品的需求，還將持續穩定增長。可以預料，與此相關聯的光電子產品在5～10年間也將具有很強的發展潛力和空間。光電子產品的出口水平也必將持續高升。

參考文獻

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