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中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2007 年 第 37 卷 增刊: 1~12 SCIENCE IN CHINA PRESS 生物医学光子学的发展与前瞻 * 1) 谢树森 李 晖 牛憨笨 秦玉文 何 杰 潘 庆 ( 国家自然科学基金委员会信息科学部“十一”五优先资助领域战略研究报告编写组) 摘要 生物医学是光子学的一个重要应用领域, 两者的交叉形成了新兴学科 “生物医学光子学”. 主要研究内容包含: 一是生命系统中产生的光子及其反映的 生命过程, 以及这种光子在生物学研究、医学诊断与治疗方面的重要应用; 二 是医学光学与光子学基础和技术, 包括组织光学、光与组织相互作用和组织工程、 新颖的光诊断和光医疗技术及其作用机理的研究等. 生物医学光子学目前仅具雏 形, 但其发展之快引人注目. 该文介绍了近十年来生物医学光学与光子学的发展 情况, 并就其中的一些主要课题, 如生物组织光学性质的无损检测、生物组织光 学成像、医学光谱技术和显微技术等的发展前景提出看法和建议. 关键词 生物光子学 医学光子学 组织光学 光活检 光保健 显微成像技术 光子学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科学 [1]. 光子学正在继电子学 之后为新世纪人类信息社会的进步与发展提供越来越重要的物质基础和手段. 光子学具有极 强的应用背景, 其触角几乎遍及科技、经济、军事和社会发展的众多技术领域, 为此产生了丰 富多彩的光子技术, 其作用和影响远远超出人们对光子学本身原有的预想, 并形成了一系列 [2~7] 新的交叉学科领域 . 在生命科学领域, 光与生命现象早已结下不解之缘. 从科学发展观来看, 在 21 世纪, 所有 的科学技术都将围绕人与人类的发展问题, 寻找各自的存在意义与发展面. 生物医学光子学 正是在这样的背景下产生的 [2,3,5~7]. 简言之, 生物医学光子学是利用光子来研究生命现象的科 学, 它是光子学和生命科学相互交叉、互相渗透而产生的边缘学科. 具体地, 生物医学光子学 涉及生物(包括人体组织)系统以光子形式释放的能量与来自生物系统的光子探测过程, 以及 这些光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息, 还包括利用光子的能量对生物系统进行 的加工与改造等. 生物学研究与医学研究、诊断和治疗涉及到的光学及其相关的应用技术, 包 括其中最基础性的光物理问题, 均可归为生物医学光子学的研究对象. 较普遍的观点认为, 生 收稿日期: 2007-05-20; 接受日期: 2007-08-10 国家自然科学基金委员会信息科学部资助软课题 * 联系人, E-mail: hli@ 1) 编写组还有: 马辉, 骆清铭, 邢达, 丁志华, 顾瑛, 张镇西, 徐可欣等人 2 中国科学 G 辑 物理学 力学 天文学 第 37 卷 物医学光子学可以定义为研究所有波长范围的电磁辐射在生物医学领域的应用科学与技术. 生物医学光子学涉及对生物体的成像