光在医疗领域的应用.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期照明工程学报 .光在医疗领域的应用吴信蔚 洪艺军(广明源光科技股份有限公司 广东 鹤山)摘 要:作为物理学的基础分支 光学在照明、显示、通讯、科学检测和生命医学等多个领域发挥着广泛的作用光学的持续发展不仅深化了人类对世界的客观理解 而且在一定程度上推动了各个行业的技术创新 随着医学的快速进步 以及像新冠病毒这样的强致病因素的出现 光在医疗领域的研究也变得更加活跃 因此 光不但随着科技的发展深入到我们生活的每个角落 而且更加引起了人们对光与医疗健康间联系的高度关注关键词:光治疗 消毒杀菌 光保健 特征光谱中图分类号:文献标识码:(.):.:引言人类对于光的研究始于公元前 年
2、 当时古希腊哲学家柏拉图首次给出了光的哲学解释 他提出 光源自于眼睛 被外界物体反射后被眼睛捕捉由此使人们能够观察和理解世界 然而直到中世纪伊斯兰科学家阿尔海姆森在 论光学 中提出 人之所以能看见物体 并非因为眼睛向物体发出光线而是由于物体从各个角度发出或反射的光线进入眼睛 这一观点颠覆了人们对光的认知 并让光学逐渐被人们正确理解到了 年 英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦在对电磁学进行多年研究和验证后提出了革命性的理论 光是一种电磁波 其传播不依赖于介质 而是由电和磁的振动所驱动 这一理论的出现标志着现代光学知识体系的建立光可根据电磁波的波长(或称为光波的波长以下统一称光波长)被分类为红外光、
3、可见光和紫外光 人眼能感知的光波长范围在 之间 这种光称为可见光 波长越短 光的颜色偏蓝波长越长 光的颜色偏红 若光线覆盖了全光谱便能产生自然光 即白光 当光的波长低于人眼可感知的最低光谱波长 时 我们将这种光统称为紫外光 反之 若光的波长高于人眼可感知的最高波长 时 我们称之为红外光 由于人体的第 卷第 期吴信蔚等:光在医疗领域的应用 不同部位和组织器官对不同波长的光的吸收程度不同 光在医疗健康方面的应用因此变得多样化 为光与医疗的广泛结合提供了理论基础 年 被誉为“光医疗之父”的丹麦医学家尼尔斯芬森成功运用红光和红外光加速了天花的痊愈进程 年 芬森又运用光学医疗方法 首次开创了紫外光治疗寻
4、常狼疮的新途径 年 月 日 瑞典皇家卡罗林医学研究院宣布 由于芬森在治疗寻常狼疮的研究上取得的卓越成果 决定授予他当年的诺贝尔医学或生理学奖 从此 光学医疗得到了科学界的正式接受 吸引了越来越多的人投入到这个领域 开启了光学医疗的新时代可见光在医疗领域的应用 蓝光疗法在可见光光谱范围内 红光和蓝紫光已在光学治疗中得到广泛运用 年 罗奇福德将军医院的护士发现 让早产儿在户外晒太阳可以减轻黄疸症状 这一观察引起了克莱默博士的关注 他的研究发现 波长在 的蓝光能被胆红素吸收 进而发生氧化反应 有效降低胆红素的含量 年 美国佛蒙特大学的卢锡教授经过一系列的临床试验 证实了其安全性 并推广了这一治疗方法
5、 经过 多年的发展 研究者发现胆红素主要吸收 的蓝光和 的绿光 然而 由于绿光可能对人体产生不良影响 现在的治疗主要使用蓝光 目前 应用蓝光波长的 灯、卤素灯、光纤毯等多种产品已经成为治疗婴儿黄疸的主要手段 红光疗法红光疗法通过刺激线粒体中的细胞色素 氧化酶 增加细胞的 产生 进一步提高细胞活性人体细胞的线粒体对 的红光有最大的吸收率 研究表明 红光照射可以提高线粒体中过氧化氢酶的活性 从而加快新陈代谢 增加糖原含量 加强蛋白质合成和 分解 这都有助于促进细胞更新 加速伤口和溃疡愈合 此外 红光疗法还可以增强白细胞的吞噬能力 提高身体的免疫功能 因此 红光疗法在临床上被广泛用于治疗各种疾病自芬
6、森提出光学疗法以来 欧洲在光医疗领域取得了飞速发展 世纪 年代 欧洲已经开始使用红光疗法作为缓解疼痛的方式 特别是对于风湿病和关节炎等常见疾病 红光的定量照射能显著缓解疼痛 年 美国宇航局通过验证红光对宇航员伤口愈合的辅助作用 进一步确立了红光疗法的医疗效果 到了 世纪 年代 随着欧洲体育产业的高速发展 光疗法被引入欧洲各国的体育康复理疗 在红光的辅助治疗下 运动员的康复速度大大提高 现在 利用红光促进伤口愈合的疗法已广泛应用于各大医院 红光治疗仪成为许多医院必备的辅助治疗设备 此外 红光对于由毛囊新陈代谢问题导致的脱发 以及由线粒体障碍引起的视力下降也有显著的疗效 可见光混合疗法寻常痤疮是一
7、种常见的皮肤疾病 其主要症状包括面部、胸部和背部的粉刺、丘疹和脓疱等 在 年前后 随着红光和蓝光治疗研究数据的积累 人们开始尝试使用混合光治疗更为复杂的症状基于蓝紫光对牛皮癣治疗的效果 以及红光刺激细胞活化、加快代谢的能力 人们开始探索红蓝混合光在皮肤疾病治疗中的应用 研究发现 混合的红蓝光能够改善皮肤细胞的代谢 促进胶原蛋白的生成 其中 红光波长通常在 之间 高纯度且适宜强度的红光在皮肤护理和保健治疗中效果显著 红光能够提高细胞的活性 促进细胞的新陈代谢 加速血液循环 痤疮的形成主要是由于丙酸杆菌的大量繁殖 而波长约为 的蓝光可以有效地杀灭这种细菌 蓝光的穿透力较弱 适量的蓝光可以在杀灭表皮
8、层细菌的同时对真皮层没有副作用 经过 年的研究和技术的不断完善 红蓝混合光因其安全、有效且几乎无副作用的特点 在治疗痤疮以及其他由细菌引起的皮肤炎症中已被广泛应用 除此之外 以 宽谱光为核心的光子嫩肤技术在消除皮肤表面色素沉积和美容保养方面也逐渐引起人们的关注 我们相信 在未来会有更多的宽谱光源或混合可见光应用于医疗保健领域红外光在医疗领域的应用 红外光治疗随着红光医疗技术的研究日臻深入 红外光在 照明工程学报 年 月人体治疗领域的应用引发了极大的兴趣 自 世纪 年代以来 红外光理疗技术就已经广泛应用于临床治疗 红外线可以根据波长被划分为三个部分:近红外线()、中红外线()及远红外线()近红外
9、线对人体产生的热效应和脱水情况较轻 其治疗感觉更为温和 能够深入皮肤组织 针对病灶部位进行治疗 这使得近红外线成为治疗深层人体组织疾病的理想选择 如肩颈椎病、腰椎间盘突出、膝关节疾病 甚至血管、淋巴管和神经末梢等问题 而中远波红外线产生的热效应较强 可以均匀地照射到皮肤表面 因此更适于治疗皮肤表面的炎症、疼痛、术后粘连、软化瘢痕等问题 红外线的吸收率与皮肤的色素沉着有关 有色素沉着的皮肤相比于无色素沉着的皮肤更容易吸收红外线 因此 红外线也常用于祛除色素沉积、痤疮疤痕以及痣等皮肤问题 红外光诊断血液中的不同物质对特定波长的光会产生不同的反射和吸收 形成独特的光谱特征 在监测血液中目标成分的仪器
10、中 常选择发射红光和红外光指夹式血氧仪是一个广泛应用的例子 该设备一端装有两个发光二极管 分别发射波长为 的红光和/的红外光 另一端则是光接收器在血氧测量时 仪器通过检测氧合血红蛋白和还原血红蛋白对不同波长光的吸收率 得到血氧饱和度的基本读数 类似的 血糖测量仪通过检测血糖对红外光谱的反射特征来测量血糖含量近红外成像仪()利用红外线检测目标与背景之间的差异来生成灰度梯度图像 该设备的工作波长范围一般为 发射的光能够穿透人体 而不被水和血红蛋白强烈吸收 在医学诊断中主要应用于对人体外周组织的成像 尤其是微循环中血红蛋白氧饱和度的检测此外 还广泛应用于大脑血流成像 心脏、乳房、前列腺、皮肤等癌症的
11、辅助诊断和手术中在儿科心脏手术中 也开始使用 来实时监测静脉血氧饱和度 此外 还应用于血液样本等实验室检验分析红外热成像技术可以快速测量并呈现物体的热分布 在医疗领域 红外体温枪就利用了这项技术能够快速、准确地测量体温 使得其在效率和便捷性上大大超越了传统的水银温度计 更为重要的是红外热成像可以大规模地进行人群体温检测 对疫情控制具有重要作用 疫情爆发时 在公共场所如医院、商场和车站 出入口处的红外热成像系统可以迅速筛查出体温异常的人群 助力防控疫情紫外光在医疗领域的应用 紫外光的消毒效果与应用紫外光作为一种医疗工具在卫生保健领域中的应用十分广泛 紫外光是波长范围在 的电磁 辐 射 其 中 包
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