初探激光，带你走进激光世界（四）

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初探激光，带你走进激光世界（四）

来源: | 作者:陈玉婉 | 发布时间: 2022-08-17 | 373 次浏览 | 分享到:

通过初探激光第三期，想必大家已经了解到激光在医学方面有两大方面的应用（分别是激光治疗和激光诊断），也着重给大家介绍了激光在医学治疗方面的应用。那么该篇呢，小编继续给大家介绍激光在医学诊断这方面的应用。

说到医学诊断，大家可能第一时间想到的是体检过程中的心电图，超声波检查等等。对于激光呢，它在医学诊断这方面也发挥着重要的作用。本文给大家介绍三大方面，分别是激光生物光谱，激光断层摄影，激光显微镜。望各位读者能够进一步感受激光的魅力所在。

1.激光生物光谱

基本原理：激光吸收光谱

应用：近红外光谱的代谢功能测量，荧光光谱诊断病变部位

1.1利用近红外光谱的代谢功能测量

如图1.1，血红蛋白被氧化的状态（oxy-Hb）与脱氧化的状态（deoxy-Hb）的吸收光谱具有微妙差别。在600-800nm范围氧化血红蛋白的吸收小而显鲜红色，而在800nm以上脱氧化血红蛋白的吸收小，从测量它们各自吸收率的不同可以知道组织的氧化程度。

图1.1：血红蛋白的吸收光谱

1.2利用荧光光谱确定病变部位

在生物体组织上照射激光时病变部位显示特有的荧光，根据此荧光就能确定病变部位。利用NPe6（mono-L-aspartyl chlorine 6）做光敏感性物质。如图1.2所示，利用符合它的吸收带范围的光做激励，则发出在662nm处出现峰值的荧光（磷酸溶液中）。

图1.2：光敏感性物质NPe6的吸收光谱与荧光光谱

2.激光断层摄影

2.1光学计算机断层扫描技术即光学CT （optical computed tomography）

（1）直线传播光的透射光强非常小，因此问题在于如何将这样的信号选择出来进行高灵敏度的检测。目前最有效的方法是光外差探测方法。

（2）所谓的外差探测法，一般是对两个不同频率的光波（信号波与参考波）进行混合后检测拍频信号的方法。将激光束分为参考光与入射到生物体试样的信号光。给予参考光一定的频移后与信号光混合，多次散射得到的光与参考光偏振方向不一致，不会产生拍频信号，因此检测出的拍频信号是直线传播光与参考光干涉的结果。利用外差法的光学CT检测是实验装置如图2.1：

图2.1：利用外差法的光学CT检测的实验装置

2.2光学相干层技术即光学OCT（optical coherence tomography）

（1）光学相干层析术的原理如图2.2(a)，其基本结构为迈克耳孙干涉仪。OCT把光分为两束—信号光与参考光，其中信号光聚焦后照射到组织内得到向后散射光，参考光在压电陶瓷等器件调制的反射镜上反射回来得到光程调制。两束光进行干涉后利用外差探测法检测。

图2.2(a)：OCT原理图

（2）利用如图石英光纤传光的干涉仪，还有可能用导管等得到生物体内部组织的断层图像。

图2.2(b)：利用光纤干涉仪的OCT装置原理图

3.激光显微镜

3.1激光共焦显微镜

（1）如图3.1(a)所示为激光共焦显微镜（laser confocal microscope）原理图，从点光源（激光）发出的光经过透镜聚光后照射到试样内的观察点上，此时在试样内形成照射光的斑点，利用物镜通过空间滤波器使这些斑点在检测器上成像。

图3.1(a)：激光共焦显微镜的原理图

（2）以上用透射型模型说明了其原理，但实际上采用如图3.1(b)反射型结构。

图3.1(b)：反射型激光共焦显微镜的原理图

3.2近场光学显微镜

如图3.2所示是近场光学显微镜与通常的显微镜的示意图。两者基本结构相似，但近场光学显微镜在离试样表面很近处存在探头，该探头起着实现超分辨率的关键作用。

图3.2：近场光学显微镜（a）与通常光学显微镜（b）的示意图

以上给大家简要介绍了激光在医学诊断方面的三大应用：激光生物光谱，激光断层摄影，激光显微镜。接下来给大家再着重介绍激光扫描共焦显微镜技术及应用。

一，激光扫描共焦显微镜技术分辨率

人眼分辨率：0.2mm

光学显微镜分辨率：0.25μm

电子显微镜分辨率：0.2nm

共焦显微镜分辨率：0.18μm

二．原理

Confocal利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔上，该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的，因此被探测的点即共焦点，被探测点所在的平面即共焦平面。计算机以像点的方式将被探测点显示在计算机屏幕上，为了产生一幅完整的图像，由光路中的扫描系统在样品焦平面上扫描，从而产生一幅完整的共焦图像。只要载物台沿着Z轴上下移动，将样品新的一个层面移动到共焦平面上，样品的新层面又成像在显示器上，随着Z轴的不断移动，就可得到样品不同层面连续的光切图像。

图A：激光扫描共焦显微镜

每一幅焦平面图像实际上是标本的光学横切面，这个光学横切面总是有一定的厚度的，又称为光学薄片。由于焦点处的光强远大于非焦点处的光强，而且非焦平面光被针孔滤去，因此共聚焦系统的景深近似为零，沿Z轴方向的扫描可以实现光学断层扫描，形成待观察样品聚焦光斑处二维的光学切片。把X-Y平面（焦平面）扫描与Z轴（光轴）扫描相结合，通过累加连续层次的二维图像，经过专门的计算机软件处理，可以获得样品的三维图像。