Biomedical Photonics Handbook pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Vo-Dinh, Tuan (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:195

装帧:HRD

isbn号码:9780819450203

丛书系列:

图书标签:

• 生物医学光子学
• 光子学
• 生物医学工程
• 生物技术
• 医学影像
• 光学
• 激光
• 生物传感器
• 纳米光子学
• 诊断学

现代生物医学成像技术与设备实用指南 本书旨在为生物医学研究人员、临床工程师以及对生物光子学应用感兴趣的专业人士提供一本全面、深入且极具实践指导意义的参考手册。 随着生物医学研究的不断深入和诊断需求的日益精细化，对非侵入性、高灵敏度、高分辨率成像技术的需求空前高涨。本书正是立足于这一时代背景，系统性地梳理和阐述了当前最前沿、最成熟的各类生物医学成像技术及其在实际应用中的操作细节与挑战。 第一部分：生物光子学基础与成像原理重述 本部分将首先回顾生物光子学的基本物理原理，为后续章节的深入探讨打下坚实基础。内容涵盖光的产生、传播特性在生物组织中的衰减、散射与吸收机制，特别是针对不同波长范围（从紫外到近红外）光与生物分子（如血红蛋白、黑色素、水）的相互作用。 1.1 光与生物组织的相互作用模型： 详细介绍辐射传输理论（Radiative Transfer Theory, RTT）在描述光在复杂散射介质中传播的应用，包括扩散近似（Diffusion Approximation）在深度组织成像中的适用性。此外，还将探讨基于蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）的先进模型，用以预测不同光纤配置和光源参数下的光场分布。 1.2 图像重建与反演问题： 深入探讨从原始测量数据（如时间分辨、空间积分信号）到清晰三维图像重建所需的数学方法。重点分析了傅里叶域重建、小波变换在降噪与特征提取中的应用。对于层析成像技术，会详细阐述基于线性系统的迭代重建算法（如Landweber、Conjugate Gradient）及其在减轻病态（Ill-Posed）问题上的策略。 1.3 生物光学性质的量化与测量： 讨论如何精确测量生物组织的光学参数（吸收系数 $mu_a$ 和散射系数 $mu_s$），包括使用积分球系统、空间频率调制技术以及时间/相位分辨技术来获取组织的光学指纹。 第二部分：核心生物医学成像技术详解 本部分聚焦于当前在临床和基础研究中最具影响力的几大成像技术，侧重于其工程实现、性能参数和实际局限性。 2.1 光学相干断层成像（OCT）与高分辨率成像： 基础原理与干涉测量： 详述基于低相干光干涉原理的深度分辨机制，重点介绍时域OCT和频域OCT（SD-OCT）的设计差异与性能权衡。 高速化与功能性拓展： 深入探讨傅里叶域轴向扫描（SS-OCT）和频域血管造影（OCTA）的实现细节。OCTA部分将详细解析其多普勒成像算法，如何有效区分血流信号与组织背景噪声，以及在眼底和皮肤成像中的应用案例。 超高分辨率OCT (UHR-OCT)： 分析如何通过缩短光源波长、优化采集系统或采用空间复用技术来突破传统OCT的轴向分辨率极限，并探讨其在细胞/亚细胞结构观察中的潜力。 2.2 荧光与多光子显微成像技术： 双光子与三光子显微镜 (2PM/3PM)： 阐述利用近红外飞秒激光实现深层组织激发和激发态跃迁的物理基础。重点分析深度穿透的优势、最小化光毒性的机制，并提供了在活体动物模型中进行长期多维度钙成像或神经活动记录的实验范例。 受激拉曼散射显微镜 (SRS) 与相干拉曼扫描显微镜 (CARS)： 区别于依赖于固有荧光的技术，本书详述了如何利用分子振动模式产生的非线性信号进行无标记成像。提供了详细的仪器搭建指南，包括泵浦光与斯托克斯光的波长锁定、窄带滤波器的选择，以及如何实现高灵敏度的化学成像。 光声成像 (Photoacoustic Imaging, PAI)： PAI作为光与声的结合体，是本手册的重点。详细分析激光脉冲在组织内产生的热膨胀和超声波发射的耦合机制。内容涵盖从时间分辨PAI (TR-PAI) 到频域PAI (FD-PAI) 的演进，以及如何利用血红蛋白光谱特性进行氧饱和度（sO2）的定量映射。 2.3 漫射光层析成像技术 (DOT) 与近红外光谱学 (NIRS)： 漫射光穿透深度与时间分辨： 讨论在强散射介质中，光子经历多次散射后形成“漫射光”的传播特征。重点介绍基于时间相关单光子计数（TCSPC）或频率域调制技术获取光子飞行时间（TOF）或相位延迟的方法，以及如何利用这些数据反演出深层组织的吸收率分布。 临床应用焦点： 结合功能性近红外光谱（fNIRS）在脑功能监测中的应用，分析其在空间分辨率和时间分辨率之间的折衷选择，并提供处理低信噪比数据的统计学工具。 第三部分：仪器工程、数据处理与质量控制 本部分从工程师和实验科学家的角度出发，提供了将理论转化为可靠实验系统的实用指导。 3.1 高性能光源与探测器系统： 飞秒激光器的选择与维护： 详细对比钛蓝宝石、掺镱光纤激光器和可调谐半导体激光器在不同生物应用中的适用性。讨论脉冲展宽、功率稳定性及环境控制对成像质量的关键影响。 高灵敏度探测器阵列： 深入分析科学级CMOS（sCMOS）、电子倍增CCD（EMCCD）以及雪崩光电二极管（APD）阵列在光子计数模式下的性能指标，特别是量子效率、暗电流和读出噪声的优化策略。 3.2 图像质量评估与标准： MTF与分辨率测试： 提供标准化的方法（如边沿响应函数法、点扩散函数分析）来量化系统的空间分辨率和对比度。 信号质量与光毒性评估： 建立一套规范化的流程，用于评估不同成像模式下的信噪比（SNR）和最大允许的生物组织光剂量，确保实验的生物相容性和结果的可重复性。 3.3 嵌入式系统与实时处理： FPGA/GPU加速： 讨论如何利用现场可编程门阵列（FPGA）和图形处理器（GPU）加速如OCT延迟计算、PAI反投影或多光子图像采集中的实时数据流处理，以满足活体高速成像的需求。 --- 本书特色： 本书不拘泥于单一技术的理论推导，而是强调多技术融合的交叉视角。通过大量图表、系统架构示意图和来自一线实验室的实际操作案例，帮助读者快速掌握从理论建模、硬件选型到数据分析处理的完整工程流程。它将成为生物医学光学研究领域中连接基础物理学与临床工程实践的桥梁。

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我是一名对生物传感和即时诊断技术（Point-of-Care）非常感兴趣的工程师。从一个系统集成的角度来看，这本书在光纤传感器的设计原理和微纳光学结构制备工艺方面提供了极佳的理论参考。作者对表面等离子体激元（SPR）效应的量子力学基础进行了详尽的阐述，这对于理解高灵敏度生物传感器的极限非常有启发性。然而，当我翻阅到涉及“芯片级集成”和“便携式设备开发”的部分时，感觉内容一下子变得有些陈旧了。当前的生物光子学发展日新月异，特别是微流控芯片与光子集成电路的结合，这本书似乎未能及时跟上最近三五年内出现的那些革命性的微加工技术，比如二维材料在传感增强中的应用，或者最新的低功耗光电探测器的性能对比。它在经典的、基于大型实验室设备的原理介绍上做到了极致，但在面向未来十年便携化、小型化趋势的创新点挖掘上，稍显保守，更像是一部二十世纪末的经典汇编。

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坦白说，我购买这本书时是冲着“生物医学”这个应用层面去的，我主要关注的是医学诊断和微创手术中的光热疗法。这本书的物理基础部分确实非常扎实，关于激光与组织的热传导模型、能量沉积的深度计算等，都写得非常精确，对于理解光动力学治疗（PDT）的剂量学有着极大的帮助。但令人遗憾的是，在涉及临床应用和标准化规范的部分，内容相对单薄。例如，在讨论使用飞秒激光进行眼科手术时，书中对术中监测和并发症的预防措施的论述远不如其对激光聚焦物理的描述那样详尽和深入。我期待看到更多关于不同波长激光在不同组织病理学状态下（比如，脂肪组织、纤维化组织）的吸收差异的实测数据和经验总结，而不仅仅是基于理想模型的预测。这本书更像是物理学家为生物医学工程师准备的“工具箱说明书”，而不是临床医生需要的“操作手册”。它需要更多来自一线应用专家的反馈来充实其应用章节的份量。

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作为一名专注于神经科学影像的博士生，我购买这本书的初衷是希望找到一些关于钙成像和光遗传学中光场控制的尖端技术细节。这本书的广度令人惊叹，它几乎涵盖了从基础的衍射理论到先进的相干成像技术。我花了不少时间在“光学相干断层扫描（OCT）”那一章，感觉作者对非线性光学效应的描述非常到位，特别是时间分辨和空间分辨的权衡，讲得透彻明白。然而，当我试图将这些知识点迅速转化到我的实验设计中时，发现略显不足的是，书中对当前主流商业化显微镜系统的具体参数优化和常见软件算法的实用性讨论较少。比如，关于新型电磁调谐激光器的选择标准，书里更多强调的是其物理特性，而较少提及在不同生物样本（如活体动物脑组织）中的实际操作限制和成本效益分析。对于追求高效发表成果的研究者来说，这种理论与实践之间的“鸿沟”稍微有点影响阅读体验。它更像是一部奠基性的参考书，而不是一本能让你第二天就上手调试复杂设备的快速指南。

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这本大部头给我留下了深刻的印象，尽管我主要关注的是分子生物学和蛋白质结构解析，这本书里的光子学内容对我来说确实是一个全新的领域。我花了大量时间在那些关于光学成像和光谱分析的章节上，不得不说，作者在介绍复杂物理原理时，文笔流畅且深入浅出，这一点非常难得。我个人尤其欣赏它对不同波长光与生物组织相互作用的细致阐述，这部分内容几乎可以作为一本独立的光物理教科书来使用。例如，在讲解瑞利散射和米氏散射如何影响深层组织成像分辨率时，书中给出的数学模型推导极其严谨，即便我不是光学专业的学生，也能大致跟上思路。不过，说实话，对于我们这些习惯于处理基因序列和细胞培养数据的研究人员来说，某些高级的傅里叶光学和衍射极限突破技术的讨论，读起来还是有些吃力，感觉像是在啃一本高等物理习题集。我希望能找到更多将这些光学工具直接应用于特定生物问题（比如，如何用拉曼光谱快速区分癌细胞和正常细胞的生化特征）的案例分析，而不是仅仅停留在理论层面。总体而言，它为跨学科研究搭建了一座坚实的理论桥梁，但我还需要更多“实战演练”的指导。

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对于那些需要深入理解光与生命物质相互作用机制的理论物理学家而言，这本书无疑是一部里程碑式的著作。它对光场的产生、传输、散射和探测的基本方程的推导几乎是无可挑剔的，结构清晰，逻辑严密，显示了作者深厚的学术功底。我特别欣赏其对量子光学的概念如何被巧妙地引入到传统生物成像领域时所做的铺垫工作，这极大地拓宽了我们对“看清”生命的理解边界。但从一个专注于生物医学信息处理的角度来看，书中对图像重建算法和大数据分析的篇幅严重不足。例如，在讨论复杂三维光学断层扫描数据（如多模态融合数据）的后处理时，仅仅停留在基础的去噪和对比度增强，而对于现代机器学习（如深度学习）在提升信号质量和特征提取方面的潜力，几乎没有提及。一本面向前沿的工具书，如果不能充分整合最新的计算方法，那么其在解决实际复杂生物问题时的效能就会大打折扣，显得不够“全能”。

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