生物医学光子学第一章绪论-课件.ppt
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- 生物医学 光子 第一章 绪论 课件
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1、生物医学光子学生物医学光子学Biomedical Photonics#PPT课件1 绪论#PPT课件生物医学光子学生物医学光子学(biomedical photonics)生物光子学生物光子学(biological photonics)医学光子学医学光子学(medical photonics)组织光组织光(tissue optics)Chapter 1 绪论绪论生物医学光子学?生物医学光子学?#PPT课件Chapter 1 绪论绪论生物医学光子学生物医学光子学 NOT生物医学光学?生物医学光学?波粒二象性波粒二象性波动理论波动理论量子力学量子力学#PPT课件Chapter 1 绪论绪论生物医学
2、光子学的定义生物医学光子学的定义#PPT课件Chapter 1 绪论绪论为什么学习生物医学光子学为什么学习生物医学光子学?现在和未来医学上的新需求现在和未来医学上的新需求:早期诊断无创伤日常监控#PPT课件Chapter 1 绪论绪论CT当前的成像技术当前的成像技术#PPT课件Chapter 1 绪论绪论无创伤检测无创伤检测#PPT课件Chapter 1 绪论绪论Hitachi,2004,无创血糖检测掌上型血氧仪(oximeter),测量动脉血的含氧量手指血氧仪#PPT课件Chapter 1 绪论绪论激光诱导荧光检测器激光诱导荧光检测器(Laser Induced Fluorescence D
3、etector,LIF)#PPT课件Chapter 1 绪论绪论#PPT课件Chapter 1 绪论绪论信息载体信息载体检测检测光源光源模型结果#PPT课件Chapter 1 绪论绪论纲要纲要第一章绪论第一章绪论第二章光与生物组织体的相互作用第二章光与生物组织体的相互作用 第三章描述光在组织体中传播的数学模型第三章描述光在组织体中传播的数学模型第四章生物医学光子学中的测量技术第四章生物医学光子学中的测量技术第五章参数提取的定量数学方法第五章参数提取的定量数学方法第六章第六章 生物医学光子学在人体成分浓度检测生物医学光子学在人体成分浓度检测 方面的应用方面的应用第七章生物医学光子成像技术第七章生
4、物医学光子成像技术第八章生物医学光子学其它研究热点介绍第八章生物医学光子学其它研究热点介绍#PPT课件2 光与生物组织体的相互作用#PPT课件 2 光与生物组织体的相互作用光与生物组织体的相互作用2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式 2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应2.3 组织体对光的散射效应组织体对光的散射效应2.4 组织体发光组织体发光2.5 光热效应和光声效应光热效应和光声效应 2.6 光化学效应光化学效应#PPT课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式图图2.1 光与组织体的相互作用光与组织体的相互
5、作用1.光与生物组织体相互作用的表现形式或现象光与生物组织体相互作用的表现形式或现象#PPT课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式u吸收吸收光强随着光在组织体中的传播距离的增加而不断减光强随着光在组织体中的传播距离的增加而不断减 小,未被吸收的光经组织体边界出射。基本形式小,未被吸收的光经组织体边界出射。基本形式u反射、折射和散射反射、折射和散射组织体的宏观或微观的不均匀性导致组织体的宏观或微观的不均匀性导致 光传播方向的改变光传播方向的改变u偏振态及偏振效应偏振态及偏振效应u光声效应光声效应u光致发热光致发热u光致发光光致发光u光化学效应光化学效应#PP
6、T课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式宏观现象是通过宏观现象是通过微观的物理变化产生的!微观的物理变化产生的!#PPT课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式光和组织相互作用过程的能级表示 2.组织体内部的各种微观物理过程组织体内部的各种微观物理过程 不同能级之间的跃迁对应着不同的物理过程不同能级之间的跃迁对应着不同的物理过程#PPT课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式u光辐射入射到组织体,电子向上跃迁到不同电子激发态的光辐射入射到组织体,电子向上跃迁到不同电子激发态的不同振动能
7、级上,或实现不同振动能级之间的跃迁不同振动能级上,或实现不同振动能级之间的跃迁吸收吸收过程、吸收光谱过程、吸收光谱u电子从高能级向低能级的衰变过程中可分别以无辐射跃迁电子从高能级向低能级的衰变过程中可分别以无辐射跃迁的方式向周围发出热而将多余的能量消耗掉的方式向周围发出热而将多余的能量消耗掉光热、光声、光热、光声、光电导等现象光电导等现象u电子从最低激发态的最低振动能级开始的向下跃迁过程可电子从最低激发态的最低振动能级开始的向下跃迁过程可能采取发出一个光子但不改变其自旋的过程能采取发出一个光子但不改变其自旋的过程荧光产生、荧光产生、荧光光谱荧光光谱u分子从受激虚态向下跃迁时回到电子基态中的其他
8、振动能分子从受激虚态向下跃迁时回到电子基态中的其他振动能级时,产生和入射光同频率的光以及比入射光频率大或小的级时,产生和入射光同频率的光以及比入射光频率大或小的光光Raman Raman 散射、散射、RamanRaman光谱光谱#PPT课件2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式u研究光散射、反射和折射研究光散射、反射和折射 经典麦克斯韦尔电磁理论经典麦克斯韦尔电磁理论u研究光吸收、发光及接收研究光吸收、发光及接收 量子理论量子理论描述(组织光学)描述(组织光学)光学特性参数:光学特性参数:吸收系数、散射系数、折射率等吸收系数、散射系数、折射率等#PPT课件2.
9、1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式组织光学(组织光学(tissue optics)研究可见光和近红外光在生物组织体中的传播特研究可见光和近红外光在生物组织体中的传播特点和规律的一门学问,其基本任务是确定在一定条点和规律的一门学问,其基本任务是确定在一定条件下光辐射能量在组织体内的分布,进而发展活体件下光辐射能量在组织体内的分布,进而发展活体组织光学特性参数的测量方法。组织光学特性参数的测量方法。#PPT课件 2 光与生物组织体的相互作用光与生物组织体的相互作用2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式光与生物组织体相互作用的基本形式 2.2 组织体对光的吸收效应
10、组织体对光的吸收效应2.3 组织体对光的散射效应组织体对光的散射效应2.4 组织体发光组织体发光2.5 光热效应和光声效应光热效应和光声效应 2.6 光化学效应光化学效应#PPT课件 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应光的吸收光的吸收:光在通过生物组织体时由于部分光能转换成热运动或分子的某种振动
11、从而导致光强度的衰减。#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应量绛为零不透明:使入射辐射能生物组织体对不同波段吸收不同真空透明:根据对光的吸收能力-吸收允许许光通过而完全不人角膜和晶状体在可见光波段近似于透明体,但在红外人角膜和晶状体在可见光波段近似于透明体,但在红外波段却表现出强烈的吸收。波段却表现出强烈的吸收。收比较强定波长的光有吸收或吸选择性吸收:对某些特的衰减程度相同或相似范围内的所有波长的光一般吸收:对一定光谱生物组织体#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应描述组织体吸收能力的光学参数:吸收系数吸收系数-absorption coeffici
12、ent吸收截面吸收截面-absorption cross-sectional area#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应u吸收截面吸收截面0IPabsa吸收截面具有面积的单位吸收截面具有面积的单位#PPT课件 吸收的定义吸收的定义abs2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应A Ag ge eo om me et tr ri ic ca al l c cr ro os ss s-s se ec ct ti io on ne ef ff fe ec ct ti iv ve e c cr ro os ss
13、 s-s se ec ct ti io on n =Q Q A Aa aa a a =Qa Acm2 -cm2QaA:geometrical area:efficiencya#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应u 吸收系数吸收系数光子组织体内的吸收体#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应aa吸收系数:吸收系数:单位单位:1/cm,1/mm吸收粒子密度吸收粒子密度吸收截面吸收截面3cm2cmpThe absorption coefficient is essentially the cross-sectional area for absorptio
14、n per unit volume of medium.p单位程长上一个光子被吸收的概率单位程长上一个光子被吸收的概率吸收系数越大,代表组织体对该波长的光的吸收也越大吸收系数越大,代表组织体对该波长的光的吸收也越大#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应mean absorption free pathlength)aal1pThe reciprocal represents the average distance a photon travels before being possibly absorbed.组织体的吸收平均自由程在一般在组织体的吸收平均自由程在一般在1
15、cm-33cm之间之间#PPT课件 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应#PPT课件2.2 组织体对光的吸收效应组织体对光的吸收效应跃迁:跃迁:粒子从低能级到高能级的转移过程粒子从低能级到高能级的转移过程跃迁的条件:跃迁的条件:吸收能量吸收能量蛋白质分子图蛋白质分子图 组织体的基本单元是细胞 细胞又是由分子组成的,例如控制细胞化学作用的DNA本身就是一个分
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