浅谈不同波长的光在生物检测和医疗中的应用

浅谈不同波长的光在生物检测和治疗中的应用

人类利用光的方法可分为三类，即将光作为能量的载体、将光作为信息的载体和将光作为科学研究的工具。将光应用于人体疾病诊断，是从伦琴于1895年发现X射线开始的。而且，更重要的是从那时起我们对于光的概念被扩展到了可见光以外的电磁波范围，开始了光在医学应用的新时代。

依照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线。本文将主要就红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和激光在生物检测和治疗中的应用进行分析。

红外线：波长从10-3米到7.8×10-7米。可分为近红外、远红外和中红外。红外线治疗方式是通过红外线作用于身体而起到治疗疾病的作用，这一过程中不使用任何药物。受伤或疼痛的身体部位暴露于红外光下，这些射线可以穿透皮肤，帮助释放一氧化氮，从而起到放松血管，防止血液凝块的作用。这样可以使受伤区域的血液循环得到改善。其结果是，更多的血液可到达受伤组织，而这反过来又增加了氧气和宝贵的养分供应给它。这一疗程加快身体愈合过程，并让患者感觉舒适。另外，近红外线对人体组织有较强的穿透力，而且，近红外线对人体组织具有较高的选择性，人体不同软组织对透照穿过的光线吸收率不同，血红蛋白对近红外线、细胞对可见光等有较强的吸收率。恶性肿瘤组织中这两种成分都比正常组织明显增多，所以透照检查时，乳房的皮肤、脂肪、血管、正常腺体和异常病灶等会在显示屏上呈现不同的影像。该技术具有无辐射、快速、简便易行、无损伤、价廉等优点。

红外线的医学应用：无创血糖浓度检测、无创血氧浓度检测、乳腺癌的检测。

可见光：波长从770~390nm。在医学领域中，可见光被用于内窥镜中。内窥镜由可弯曲部分、光源及一组镜头组成。使用时，在可弯曲部分的支撑和牵引下将内窥镜导入预检查的器官，在外部显示工具上可直接窥视有关部位的变化。

可见光的医学应用：胃肠道疾病的检查、胰腺、胆道疾病的检查、腹腔镜检查、呼吸道疾病的检查、泌尿道检查。

紫外线：波长从400~10nm。紫外线不只有其危害的一面，对医学来说，有着其特殊的应用。细菌中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸（RNA）和核蛋白的吸收紫外线的最强峰在254～257nm。细菌吸收紫外线后，引起DNA链断裂，造成核酸和蛋白的交联破裂，杀灭核酸的生物活性，致细菌死亡，可以非常快速地用于人体杀菌。

紫外线的医学应用：皮肤病的治疗、除臭。

X射线：医用X射线的波长范围为0.031~0.008um。X射线波长短，能量大，

能穿透一般物质不能穿透的物质。当X射线穿透人体时，由于与人体组织相互作用，会产生吸收和散射作用而产生衰减，由于人体组织密度不同，各组织的衰减程度也不同。因此，就能在感光胶片上形成不同深浅的组织密度的像，反映人体内部器官的结构和功能。X射线具有荧光和感光作用，可使照相乳剂感光，可用于人体X线摄影检查。X射线是一种电离辐射，生物细胞经一定量的X线照射后，会产生抑制、损害甚至坏死。利用这一特性，可进行放射治疗一破坏肿瘤组织。利用X射线成像技术主要有普通X线成像、X线计算机体层成像、数字X 线成像三种技术。

X射线的医学应用：骨骼、肺、心血管、体内异物等的检测。

γ射线比X射线有更强的穿透能力。当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。原子核释放出的γ光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。因此，可以用此方法来对对器官的功能和代谢情况进行成像。另外，由于伽玛射线具有很强的热效应，用伽玛射线代替手术刀，以γ射线聚集，能够定点产生很高的能量，用于“切割病灶”。其治疗照射范围与正常组织分界非常明显，边缘如刀割一样，因此形象称为“伽玛刀”。

γ射线的医学应用：无创根治三叉神经痛、神经胶质瘤、脑膜瘤、听神经瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。

激光：激光是受激辐射发光, 光的单色性特别好，亮度高。激光在医学上的应用，主要是利用激光的光和热两大生物效应。由于不同激光能量对生物组织的效应程度和作用机制不同，临床上采用激光手术和弱激光生物刺激疗法二大类。激光手术疗法主要采用高功率激光治疗，属损伤性疗法，可使组织细胞造成不可逆性损伤；弱激光生物刺激疗法采用低功率激光照射，属非损伤性疗法，不造成生物组织不可逆性损伤，但可刺激机体产生一系列答应反应，起到调节生物体增强或抑制功能，从而达到治病目的。

激光的医学应用：激光美容、激光切割病灶。

进入21世纪以来，光在人类医学中的诊断或者治疗的作用从来没有像今天这样普及和为人们所期待，光或者光学方法在一些疾病的早期发现、疾病的无创伤或者微创伤诊断和治疗、疾病的高效率治疗或与治疗机理有关的研究等方面越来越具有其他手段所不可替代的作用。相信随着时间的推移，光学和光学方法在医学中将会发挥其独到且不可替代的一面，将会为人类的快速医疗、便携式医疗等方面展现其特殊的应用！