An Introduction to Biomedical Optics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Splinter, R./ Hooper, B. A.

出品人:

页数:632

译者:

出版时间:2006-12

价格:$ 100.51

装帧:HRD

isbn号码:9780750309387

丛书系列:

图书标签:

生物医学光学
生物光学
光学
生物工程
医学物理
光子学
生物医学
仪器
传感器
成像

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具体描述

Many universities now offer a course in biomedical optics, but lack a textbook specifically addressing the topic. Intended to fill this gap, "An Introduction to Biomedical Optics" is the first comprehensive, introductory text describing both diagnostic and therapeutic optical methods in medicine. It provides the fundamental background needed for graduate students in biomedical and electrical engineering, physics, biology, and medicine to learn about several biomedical optics issues. This textbook is divided into three main sections: general optics theory, therapeutic applications of light, and diagnostic optical methods. Each chapter has different levels of detail to build students' knowledge from one level to the next.The first section covers the history of optics theory and the basic science behind light-tissue interactions. It also introduces the relevant approaches and approximations used to describe light propagation in turbid biological media. In the second section, the authors look more closely at light-tissue interactions and their applications in different medical areas, such as wound healing and tissue welding. The final section examines the various diagnostic methods that are employed using optical techniques. Throughout the text, the authors employ numerical examples of clinical and research requirements. Fulfilling the need for a concise biomedical optics textbook, "An Introduction to Biomedical Optics" addresses the theory and applications of this growing field.

穿越生命之光：生物医学成像与传感前沿探索（书名：此处为读者想象中的替代书名，例如：《光影探微：现代生物医学光学成像与诊断技术前沿》）导言：生命科学的“透视眼” 自古以来，人类便渴望能够洞察肉眼不可及的微观世界，尤其是关于生命的奥秘。随着光学技术与生物医学的深度融合，一个全新的、充满活力的交叉学科——生物医学光学——应运而生。它不仅仅是简单的显微镜技术的延伸，更是利用光与生物组织相互作用的物理学原理，发展出无创、高分辨率、高灵敏度的成像、诊断和治疗工具，正在深刻地变革我们理解疾病、监测生理状态和指导临床决策的方式。本书旨在全面、深入地探讨当代生物医学光学领域的核心理论基础、关键技术范式及其在实际应用中的最新进展与挑战。我们聚焦于那些超越传统光谱分析和标准显微镜范畴的前沿技术，它们依赖于对光子在复杂生物介质中传播、散射和吸收行为的精确建模与控制。第一部分：光学基础与组织相互作用的物理学要驾驭生物医学光学，必须首先理解光与生物组织之间复杂而精妙的相互作用机制。本部分将奠定坚实的物理学基础，侧重于组织光学特性的量化与解释。第一章：生物组织的光学特性生物组织并非均匀的介质，其复杂性源于细胞器、细胞外基质和血管系统的组成。本章详细阐述了影响光传输的关键参数：吸收系数（$mu_a$）和散射系数（$mu_s$）。我们将深入探讨瑞利散射（Rayleigh Scattering）、米氏散射（Mie Scattering）以及拉曼散射（Raman Scattering）在不同波长范围（紫外、可见光、近红外）内的相对贡献。重点分析了水、血红蛋白、黑色素等主要生色团的光吸收特性，并解释了如何利用这些特性实现对组织成分的化学组分分析。此外，我们还将考察组织各向异性（Anisotropy）对光传输的影响，这是理解深层成像保真度的关键。第二章：光在散射介质中的传输理论光在生物组织中主要经历多次散射，这严重限制了成像深度和分辨率。本章将系统介绍描述光传输行为的理论框架。首先是蒙特卡洛（Monte Carlo, MC）模拟方法，作为“黄金标准”，用于精确追踪数百万个光子在复杂三维几何结构中的随机路径，为理解散射和吸收提供了直观且量化的工具。随后，我们将探讨扩散理论（Diffusion Theory），尤其是在低散射和高散射条件下，如何用解析或半解析方法近似描述宏观光场分布，这对于开发宽视野成像技术至关重要。我们还将讨论扩散近似的局限性，以及如何通过引入传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE）的修正项来提高模型的准确性，特别是在近表面区域。第二部分：高分辨率与深层结构成像技术生物医学光学的核心在于“看清”。本部分将聚焦于那些旨在克服散射限制、实现亚细胞乃至分子水平分辨率的先进成像技术。第三章：超分辨率光学显微技术（Beyond the Diffraction Limit）传统衍射极限限制了光学显微镜的分辨率。本章详细解析了突破这一限制的关键技术。我们将深入研究基于荧光标记的超分辨率技术：点扩展函数重叠（STED）、光激活定位显微（PALM/STORM）的基本原理、信号处理流程及其对活细胞成像的意义。此外，还将探讨非线性光学方法在提高分辨率方面的潜力，例如受激拉曼散射显微镜（SRS）和调谐频率梳（Frequency Comb）在多光谱分析中的应用。我们将对比这些方法在时间分辨率、光毒性和所需标记物上的优劣。第四章：无标记与功能性成像技术许多重要的生物过程不依赖于外源性荧光探针。本章专门探讨基于组织自身光学特性的无标记成像技术。重点关注： 1. 梯度折射率（GRIN）透镜与共聚焦显微镜的优化：如何通过先进的光束整形技术提高扫描深度和像差校正能力。 2. 光学相干层析成像（OCT）的高级应用：从时域（TD-OCT）到频域（FD-OCT）的演进，并深入讨论超宽带光源对轴向分辨率的提升。特别关注血管OCT（如相位差OCT）在心血管疾病诊断中的应用。 3. 非线性光学成像（Two-Photon/Three-Photon Excitation）：利用高阶非线性效应实现激发光在深层组织中的空间局域化，从而有效抑制背景散射并激发内源性分子（如NAD(P)H、胶原纤维）的信号，提供代谢状态信息。第三部分：光诊断与治疗中的新兴范式光学技术不仅是观察工具，更是干预手段。本部分转向光在疾病诊断、体内监测和光动力/光热治疗中的前沿应用。第五章：光声成像：声学的清晰度与光学的对比度光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）巧妙地结合了光吸收的高对比度和超声传播的低衰减特性。本章详细阐述了光热效应如何将光能转化为微小的热膨胀，进而产生可被超声换能器接收的声波信号。我们将分析不同激发模式（如光声显微镜PAM、光声层析成像PAT）的空间分辨率与成像深度之间的权衡。重点讨论如何利用不同波长的光来区分血氧饱和度（Oxy/Deoxy-Hb）、黑色素和肿瘤血管的形态学特征。第六章：体内光学传感与分子探针设计将光学技术从实验室带到活体动物甚至临床应用，需要克服生物环境的复杂性。本章探讨了新型光学生物传感器的开发。我们将分析如何设计对特定生物标志物（如pH值、酶活性、氧化还原状态）具有高选择性和高量子产率的荧光探针。此外，我们还将讨论纳米技术在生物光学中的集成，例如量子点、金纳米棒等纳米探针如何被用来增强信号（上转换纳米颗粒）或实现靶向递送。本章强调了体内生物相容性、光稳定性以及体内验证的重要性。第七章：基于光学的精准治疗策略光学在治疗领域展现出前所未有的精准性。本章聚焦于光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）的机制和优化。 1. 光敏剂的药代动力学与光物理学：讨论如何调控单线态氧的产生效率以及第二代、第三代光敏剂的改进（如近红外吸收材料）。 2. 光热消融的精准控制：利用纳米材料（如碳纳米管、贵金属纳米颗粒）实现对肿瘤的局部热效应，并通过温度监测技术（如基于荧光的热感应探针）实现实时闭环控制，以最大化杀伤肿瘤细胞并保护周围正常组织。结论与展望：迈向全光学医疗生物医学光学正处于一个快速发展的拐点。未来的研究将集中于：开发能够穿透深层组织并提供实时、多模态信息（如结构、功能和代谢）的集成系统；实现更高速度的实时三维成像，以捕获快速的生理事件；以及将人工智能和机器学习深度整合到图像重建和生物标志物提取流程中，以自动化诊断流程。本书勾勒出的技术版图，预示着一个更加精准、微创的“全光学医疗”时代的到来。 --- 本书特色：理论与实践并重：不仅阐述了底层物理方程，更提供了核心技术（如MC模拟、OCT信号处理）的实际操作思路。前沿聚焦：涵盖了从超分辨率成像到光声层析成像等近年来快速成熟的关键技术。跨学科整合：将光学物理、材料科学、分子生物学和临床需求紧密联系起来。目标读者：物理学、生物工程、生物医学工程、光学工程、材料科学及相关生命科学领域的高年级本科生、研究生、科研人员以及从事医疗设备开发的工程师。