Optical-response of Laser-irradiated Tissue pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Welch, Ashley J./ Van Gemert, Martin J. C. (EDT)

出品人:

页数:952

译者:

出版时间:1995-8

价格:$ 439.57

装帧:HRD

isbn号码:9780306449260

丛书系列:

图书标签:

• 激光医学
• 生物光学
• 组织光学
• 光热效应
• 激光治疗
• 生物组织相互作用
• 光学特性
• 激光损伤
• 医学物理
• 光动力学治疗

深度探索：非线性光学在生物组织中的应用与挑战 图书名称：深度探索：非线性光学在生物组织中的应用与挑战 内容简介： 本书旨在为生物医学工程、应用物理学、光学以及相关领域的科研人员和高级学生提供一个全面且深入的视角，探讨非线性光学现象在生物组织研究与应用中的前沿进展、核心理论与实际挑战。本书避开了对特定激光照射下组织光学响应的传统论述，而是聚焦于更宏观、更基础的非线性光-物质相互作用机制，以及如何利用这些机制来开发新型的生物成像、传感和治疗技术。 第一部分：非线性光学基础与生物介质特性 本书首先从基础物理层面出发，系统回顾了描述光与物质相互作用的经典麦克斯韦方程组在强光场条件下的推广形式。重点阐述了二阶和三阶非线性光学效应的理论基础，包括二次谐波产生（SHG）、和频产生（SFG）、三阶自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）以及受激拉曼散射（SRS）和受激汤姆逊散射（STS）的物理机制。 在生物组织特性方面，本书详细分析了不同类型的生物组织（如脂肪、肌肉、血液、骨骼和特定癌变组织）的光学各向异性、散射特性和吸收谱的复杂性。关键在于探讨这些复杂的微结构和分子环境如何调控和调制入射激光的非线性响应。例如，我们深入探讨了胶原纤维的非中心对称结构如何成为高效的SHG信号源，以及细胞膜脂质双分子层在界面SFG研究中的独特地位。同时，本书还构建了描述细胞内复杂分子环境对超快激光脉冲色散和非线性吸收影响的数学模型，为后续的成像技术分析奠定了理论基础。 第二部分：先进非线性生物成像技术 本部分是本书的核心，详细介绍了如何将非线性光学效应转化为高对比度、高分辨率的三维生物成像工具。我们聚焦于那些超越传统线性吸收限制的成像模态： 1. 多光子激发荧光显微镜（MPM）： 重点分析了双光子（2PEF）和三光子（3PEF）激发在穿透深度、光毒性和空间分辨率方面的优势。本书提供了一套详细的实验设计指南，涵盖了从皮秒到飞秒脉冲激光器的选择、波长匹配，到信号采集和三维重建的完整流程。特别讨论了利用MPM研究神经元活动和钙离子动态的最新进展，以及如何通过分析内源性荧光（如NAD(P)H和黄素蛋白）来评估细胞代谢状态。 2. 受激拉曼散射显微镜（SRSM）： 本章将SRSM定位为一种无标记的化学成像技术。我们详细剖析了SRS的动力学过程，包括有效横截面、拉曼增益和损失的定量分析。本书特别关注了如何利用SRSM实时成像细胞内的脂滴、蛋白质和核酸分布，以及如何通过多频段SRS来同时表征复杂的生物分子混合物，避免了传统荧光探针带来的染色伪影。 3. 非线性散射成像（如Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, CARS）： 虽然CARS与SRS紧密相关，但本书独立讨论了CARS在成像速度和对比度方面的独特优势与局限性。重点解析了CARS信号中“非共振背景”的抑制策略，包括时间定域化方法和近红外脉冲整形技术在减少背景干扰中的应用。 第三部分：超快激光与组织相互作用的复杂性 深入探讨了超快激光与生物组织相互作用中出现的复杂物理现象，这些现象直接影响了成像的保真度和治疗的精度： 1. 自聚焦与光束畸变： 详细分析了在深度组织成像中，由克尔效应（Kerr effect）引起的脉冲自聚焦现象，以及这如何导致焦点漂移和成像分辨率的下降。本书提供了利用空心光纤或空间光调制器（SLM）对输入激光束进行预补偿的先进技术。 2. 高阶非线性效应与损伤阈值： 讨论了在极高光强下发生的电离和多光子吸收（MPA）效应。本书不着重于“激光烧灼”，而是关注如何精确地利用这些阈值效应来进行特定的分子标记或实现无标记的生物分子断裂。通过对光损伤过程的物理建模，帮助读者设定安全且有效的实验参数范围。 3. 时间分辨光谱学在组织诊断中的潜力： 介绍了利用飞秒脉冲的瞬态吸收（TA）和时间分辨荧光寿命成像（TRFLI）技术，来获取关于能量转移和分子弛豫过程的动态信息。这些技术对于理解光敏剂在光动力疗法（PDT）中的早期激活过程至关重要。 第四部分：定量分析与未来展望 本书的最后一部分侧重于从原始信号到可量化生物学信息的转化过程。 1. 数据处理与逆散射问题： 针对深度组织成像中固有的散射和吸收问题，本书介绍了基于模型的迭代重建算法，如变分法和深度学习辅助的去卷积技术，以恢复真实的三维组织结构。 2. 生物物理量化： 探讨了如何通过校准非线性信号强度来定量测量组织内特定分子的相对浓度、局部粘度以及环境极性。 3. 挑战与机遇： 总结了当前非线性生物光学研究面临的主要瓶颈，包括对深层组织（如体内活体动物模型）的穿透深度限制、信号采集速度的瓶颈，以及开发更稳定、更具有生物相容性的非线性光学探针的必要性。本书以对“活体、实时、深层”组织功能成像的未来展望作结。 本书内容严谨，理论与实验紧密结合，适合作为研究生和博士后研究人员的专业参考书，亦可供对先进生物医学成像技术感兴趣的跨学科研究人员研读。全书避免了对特定激光-组织相互作用的重复论述，而是构建了一个更广阔的非线性光学与生物学交叉领域的知识体系。

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