關(guān)于光特別是激光與生物組織的相互作用規(guī)律和知識，引起國際矚目,，已成為正在蓬勃發(fā)展的激光生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)和前提,。例如，當(dāng)前處在臨床應(yīng)用邊緣的腫瘤的光動(dòng)力學(xué)治療和診斷的關(guān)鍵問題之一,，是如何設(shè)計(jì)并確認(rèn)人體組織內(nèi)的光分布情況,，這涉及到諸多學(xué)科各方面的理論與實(shí)驗(yàn)問題，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式,、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)和完善等等,。所有這些研究工作中出現(xiàn)的新問題必須以新的思維和手段加以解決。
雖然已初步建立了生物組織中光的傳播模型,，但是統(tǒng)一的生物組織光學(xué)理論卻遠(yuǎn)未成熟,。在這樣的背景下，“組織光學(xué)”（Tissue optics）作為研究生物組織光學(xué)性質(zhì)的專門學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生,，它涉及醫(yī)學(xué)光子學(xué)中最基礎(chǔ)性的理論問題,，也是進(jìn)一步發(fā)展光醫(yī)學(xué)（包含光診斷和光治療）的前提。 組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ),。光在生物組織中的運(yùn)動(dòng)學(xué)（如光的傳播）問題和動(dòng)力學(xué)（如光的探測）問題是研究的主要內(nèi)容,。當(dāng)前的主要研究任務(wù)是：研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。前者涉及由測量的光分布和一定的光傳播模型確定組織體的光學(xué)基本參數(shù),，稱為“正”問題,；后者則從組織體的光學(xué)基本參數(shù)和光傳播模型出發(fā)導(dǎo)出組織體內(nèi)光分布，屬于“逆”問題,。當(dāng)前結(jié)合考慮國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)實(shí)際所提供的可能性,，應(yīng)在下列幾個(gè)方面開展研究工作：
光在生物組織中傳輸理論研究
目前雖借鑒中子傳輸理論初步建立了光在生物組織中的傳播模型，但與建立組織光學(xué)的統(tǒng)一理論架構(gòu)體系尚有較大距離,，生物組織的光學(xué)理論遠(yuǎn)未成熟,，有許多理論上的空白點(diǎn)有待填補(bǔ)。出現(xiàn)這種狀況的原因自然源于生物組織結(jié)構(gòu)本身的多樣性和復(fù)雜性,，另一方面也是理論工具不足的結(jié)果,。需要有更精細(xì)和準(zhǔn)確的理論來替代過于簡化的現(xiàn)有模型，也就是要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為,。需要做的工作,，其一是：建立準(zhǔn)確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況,、組織各個(gè)部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況,；其二是：改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件,，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì),。
光傳輸的蒙特卡羅模擬計(jì)算
蒙特卡羅（Monte Carlo）計(jì)算模擬方法，已在許多領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。已經(jīng)有一些比較成功的算法,，但還應(yīng)繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求,。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,。另外,，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個(gè)重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息,。
組織光學(xué)參數(shù)的測量方法和技術(shù)
在組織中光的傳輸理論確立后,，一項(xiàng)關(guān)鍵工作是確定組織體，尤其是人體的光學(xué)性質(zhì)基本參數(shù),，即吸收系數(shù),、散射系數(shù)和散射相位函數(shù)或平均散射余弦g以及折射率n等。一旦已知這些光與組織的相互作用參數(shù),，在給定的光照方式和邊界條件下,，光能流率或其它參量全反射率R全透過率T等分布均可由有關(guān)的傳輸模型唯一地確定。目前有關(guān)生物組織光學(xué)性質(zhì)的測量方法尚待進(jìn)一步發(fā)展和完善,，其中活體的無損檢測尤為重要,。在這方面，時(shí)間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目,。
生物組織折射率及色散關(guān)系
人們在各種情況下使用假設(shè)的折射率數(shù)據(jù)（1.33-1.38）,，但是有關(guān)生物組織折射率的研究還是在某種程度上被忽視了。至今人們還未在概念上對生物組織折射率做深入的辨析,，也還沒有完全掌握活體甚至離體組織折射率的精確測量方法,。又因組織體存在強(qiáng)烈散射而造成的精確測量工作困難，人們尚未獲得人體各種組織的可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),。業(yè)已證明生物組織的折射率和色散參數(shù),，無論是理論上還是實(shí)驗(yàn)上對組織光學(xué)的深入研究都是十分重要的。鑒于此,，應(yīng)將生物組織的折射率與色散參數(shù)的測量及方法作為重點(diǎn)之一開展研究,。
關(guān)于光特別是激光與生物組織的相互作用規(guī)律和知識，引起國際矚目,，已成為正在蓬勃發(fā)展的激光生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)和前提,。例如，當(dāng)前處在臨床應(yīng)用邊緣的腫瘤的光動(dòng)力學(xué)治療和診斷的關(guān)鍵問題之一,，是如何設(shè)計(jì)并確認(rèn)人體組織內(nèi)的光分布情況,，這涉及到諸多學(xué)科各方面的理論與實(shí)驗(yàn)問題，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式,、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)和完善等等,。所有這些研究工作中出現(xiàn)的新問題必須以新的思維和手段加以解決。
雖然已初步建立了生物組織中光的傳播模型，但是統(tǒng)一的生物組織光學(xué)理論卻遠(yuǎn)未成熟,。在這樣的背景下,，“組織光學(xué)”（Tissue optics）作為研究生物組織光學(xué)性質(zhì)的專門學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，它涉及醫(yī)學(xué)光子學(xué)中最基礎(chǔ)性的理論問題,，也是進(jìn)一步發(fā)展光醫(yī)學(xué)（包含光診斷和光治療）的前提,。 組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ),。光在生物組織中的運(yùn)動(dòng)學(xué)（如光的傳播）問題和動(dòng)力學(xué)（如光的探測）問題是研究的主要內(nèi)容,。當(dāng)前的主要研究任務(wù)是：研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。前者涉及由測量的光分布和一定的光傳播模型確定組織體的光學(xué)基本參數(shù),，稱為“正”問題,；后者則從組織體的光學(xué)基本參數(shù)和光傳播模型出發(fā)導(dǎo)出組織體內(nèi)光分布，屬于“逆”問題,。當(dāng)前結(jié)合考慮國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)實(shí)際所提供的可能性,，應(yīng)在下列幾個(gè)方面開展研究工作：
光在生物組織中傳輸理論研究
目前雖借鑒中子傳輸理論初步建立了光在生物組織中的傳播模型，但與建立組織光學(xué)的統(tǒng)一理論架構(gòu)體系尚有較大距離,，生物組織的光學(xué)理論遠(yuǎn)未成熟,，有許多理論上的空白點(diǎn)有待填補(bǔ)。出現(xiàn)這種狀況的原因自然源于生物組織結(jié)構(gòu)本身的多樣性和復(fù)雜性,，另一方面也是理論工具不足的結(jié)果,。需要有更精細(xì)和準(zhǔn)確的理論來替代過于簡化的現(xiàn)有模型，也就是要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為,。需要做的工作,，其一是：建立準(zhǔn)確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況,、組織各個(gè)部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況,；其二是：改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件,，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì),。
光傳輸?shù)拿商乜_模擬計(jì)算
蒙特卡羅（Monte Carlo）計(jì)算模擬方法，已在許多領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用,。已經(jīng)有一些比較成功的算法,，但還應(yīng)繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求。除了了解光在組織中的分布,，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個(gè)重要的研究方向,，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息,。
組織光學(xué)參數(shù)的測量方法和技術(shù)
在組織中光的傳輸理論確立后，一項(xiàng)關(guān)鍵工作是確定組織體，尤其是人體的光學(xué)性質(zhì)基本參數(shù),，即吸收系數(shù),、散射系數(shù)和散射相位函數(shù)或平均散射余弦g以及折射率n等。一旦已知這些光與組織的相互作用參數(shù),，在給定的光照方式和邊界條件下,，光能流率或其它參量全反射率R全透過率T等分布均可由有關(guān)的傳輸模型唯一地確定。目前有關(guān)生物組織光學(xué)性質(zhì)的測量方法尚待進(jìn)一步發(fā)展和完善,，其中活體的無損檢測尤為重要,。在這方面，時(shí)間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目,。
生物組織折射率及色散關(guān)系
人們在各種情況下使用假設(shè)的折射率數(shù)據(jù)（1.33-1.38）,，但是有關(guān)生物組織折射率的研究還是在某種程度上被忽視了。至今人們還未在概念上對生物組織折射率做深入的辨析,，也還沒有完全掌握活體甚至離體組織折射率的精確測量方法,。又因組織體存在強(qiáng)烈散射而造成的精確測量工作困難，人們尚未獲得人體各種組織的可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),。業(yè)已證明生物組織的折射率和色散參數(shù),，無論是理論上還是實(shí)驗(yàn)上對組織光學(xué)的深入研究都是十分重要的。鑒于此,，應(yīng)將生物組織的折射率與色散參數(shù)的測量及方法作為重點(diǎn)之一開展研究,。
組織光學(xué)理論工作的幾點(diǎn)思考
綜上所述，作為醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)的組織光學(xué)部分,，除了要發(fā)展測量技術(shù),、建立組織光學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫外，在理論上可著重考慮以下幾個(gè)問題： A.繼續(xù)改進(jìn)生物組織光傳輸模型,，一要發(fā)展受限制少,、快速而又精確的模型；二要精確化組織光學(xué)模型,，使之與生物組織特別是活體組織狀態(tài)相近似,； B.研究短脈沖光在組織中的傳播行為以及漫散射光的時(shí)間變化特性，為光學(xué)成像術(shù)做充分的理論準(zhǔn)備,； C.研究調(diào)制光在生物組織中的傳播特點(diǎn),，例如將受振幅調(diào)制的光照射到組織上會(huì)產(chǎn)生慢散射光子密度波，一樣發(fā)生反射,、折射,、衍射、散射,、色散等,，可以無損地探測組織的光學(xué)性質(zhì)參數(shù),，又可以用來成像； D.研究生物組織散射和吸收的光學(xué)特性對測量熒光及其光譜的影響,。數(shù)值模擬研究已經(jīng)初步表明,，這種影響是不可忽略的 E.對光在復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)中的傳輸過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通過大量模擬,，找出簡單而有效的規(guī)律來說明光在組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì),，并在各種參數(shù)之間建立聯(lián)系，為組織光學(xué)性質(zhì)的測量提供依據(jù),； F.統(tǒng)一生物組織光學(xué)性質(zhì)參數(shù)的描述,，建立完善的組織光學(xué)理論體系。