生物医学光子学_scy-2光和生物组织体相互作用的基本形式20151111

1、Chapter 2 Interaction between light and bio-tissueChapter 2 Outlines2.1 Interaction forms between light and bio-tissue 2.2 Absorption2.3 Scattering2.4 Luminescence2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.6 Photochemical effects2.1 Interaction forms between light and bio-tissue图图2.1 光与组织体的相

2、互作用光与组织体的相互作用1.光与生物组织体相互作用的表现形式或现象光与生物组织体相互作用的表现形式或现象2.1 Interaction forms between light and bio-tissueu吸收吸收光强随着光在组织体中的传播距离的增加而不断减光强随着光在组织体中的传播距离的增加而不断减 小，未被吸收的光经组织体边界出射。小，未被吸收的光经组织体边界出射。u反射、折射和散射反射、折射和散射组织体的宏观或微观的不均匀性导致组织体的宏观或微观的不均匀性导致 光传播方向的改变光传播方向的改变u偏振态及偏振效应偏振态及偏振效应u光声效应光声效应u光致发热光致发热u光致发光光致发光u光化

3、学效应光化学效应2.1 Interaction forms between light and bio-tissue宏观现象是通过宏观现象是通过微观的物理变化产生的！微观的物理变化产生的！2.1 Interaction forms between light and bio-tissue光和组织相互作用过程的能级表示 2.组织体内部的各种微观物理过程组织体内部的各种微观物理过程 不同能级之间的跃迁对应着不同的物理过程不同能级之间的跃迁对应着不同的物理过程2.1 Interaction forms between light and bio-tissueu光辐射入射到组织体，电子向上跃迁到不同电

4、子激发态的光辐射入射到组织体，电子向上跃迁到不同电子激发态的不同振动能级上，或实现不同振动能级之间的跃迁不同振动能级上，或实现不同振动能级之间的跃迁吸收吸收过程、吸收光谱过程、吸收光谱u电子从高能级向低能级的衰变过程中可分别以无辐射跃迁电子从高能级向低能级的衰变过程中可分别以无辐射跃迁的方式向周围发出热而将多余的能量消耗掉的方式向周围发出热而将多余的能量消耗掉光热、光声、光热、光声、光电导等现象光电导等现象u电子从最低激发态的最低振动能级开始的向下跃迁过程可电子从最低激发态的最低振动能级开始的向下跃迁过程可能采取发出一个光子但不改变其自旋的过程能采取发出一个光子但不改变其自旋的过程荧光产生、荧

5、光产生、荧光光谱荧光光谱u分子从受激虚态向下跃迁时回到电子基态中的其他振动能分子从受激虚态向下跃迁时回到电子基态中的其他振动能级时，产生和入射光同频率的光以及比入射光频率大或小的级时，产生和入射光同频率的光以及比入射光频率大或小的光光Raman Raman 散射、散射、RamanRaman光谱光谱2.1 Interaction forms between light and bio-tissue组织光学（组织光学（tissue optics) 研究可见光和近红外光在生物组织体中的传播特研究可见光和近红外光在生物组织体中的传播特点和规律的一门学问，其基本任务是确定在一定条点和规律的一门学问，其基

6、本任务是确定在一定条件下光辐射能量在组织体内的分布，进而发展活体件下光辐射能量在组织体内的分布，进而发展活体组织光学特性参数的测量方法。组织光学特性参数的测量方法。Chapter 2 Interaction between light and bio-tissue2.1 Interaction forms between light and bio-tissue 2.2 Absorption2.3 Scattering2.4 Luminescence2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.6 Photochemical effect

7、s 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 Absorption2.2 Absorption2.2 Absorption光的吸收光的吸收:光在通过生物组织体时由于部分光能转换成热运动或分子的某种振动从而导致光强度的衰减。2.2 Absorption-透明：允许光通过而完全不吸收真空根据对光的吸收能力 对不同波段吸收不同生物组织体不透明：使入射辐射能量降为零人角膜和晶状体在可见光波段近似于透明体，但在红外人角膜和晶状体在可见光波段近似于透明体，但在

8、红外波段却表现出强烈的吸收。波段却表现出强烈的吸收。收比较强定波长的光有吸收或吸选择性吸收：对某些特的衰减程度相同或相似范围内的所有波长的光一般吸收：对一定光谱生物组织体2.2 AbsorptionOptical properties for describing the absorption ability of tissue:吸收系数吸收系数-absorption coefficient吸收截面吸收截面-absorption cross-sectional area2.2 AbsorptionuAbsorption cross-sectional area（吸收截面）（吸收截面）0IPab

9、sa吸收截面具有面积的单位吸收截面具有面积的单位2.2 AbsorptionA Ag ge eo om me et tr ri ic ca al l c cr ro os ss s- -s se ec ct ti io on ne ef ff fe ec ct ti iv ve e c cr ro os ss s- -s se ec ct ti io on n = = Q Q A Aa aa a a = Qa Acm2 - cm2QaA：geometrical area：efficiency2.2 AbsorptionaaAbsorption coefficient： Unit: 1/cm,1

10、/mm吸收粒子密度吸收粒子密度吸收截面吸收截面3cm2cmpThe absorption coefficient is essentially the cross-sectional area for absorption per unit volume of medium.p单位程长上一个光子被吸收的概率单位程长上一个光子被吸收的概率吸收系数越大，代表组织体对该波长的光的吸收也越大吸收系数越大，代表组织体对该波长的光的吸收也越大2.2 Absorptionmean absorption free pathlength）aal1pThe reciprocal represents the av

11、erage distance a photon travels before being possibly absorbed.组织体的吸收平均自由程在一般在组织体的吸收平均自由程在一般在1cm-33cm之间之间 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 Absorption2.2 Absorption2.2 Absorption跃迁：跃迁：粒子从低能级到高能级的转移过程粒子从低能级到高能级的转移过程跃迁的条件：跃迁的条件：吸收能量吸收能量蛋白质分子

12、图蛋白质分子图 组织体的基本单元是细胞 细胞又是由分子组成的，例如控制细胞化学作用的DNA本身就是一个分子。 分子由碳、氢、氧、氮、磷等这些原子组成的，各个原子之间以化学键相连而组成分子。2.2 Absorption1、自由原子（、自由原子（原子间的相互作用可以忽略）的跃迁的跃迁跃迁的形式：跃迁的形式：原子外层电子外层电子就会发生从基态到高能 级的跃迁。跃迁的种类：跃迁的种类：Electronic transitions 跃迁的条件：跃迁的条件：absorb UV, visible, NIR lightground state S0Excited electronic state S101SS

13、h2.2 Absorption2、分子的跃迁、分子的跃迁生物组织体原子并不是处于自由状态的，原子靠化学键聚在一起组成分子，而且组成的是大分子，很显然分子对电磁波的吸收与单个原子的吸收相比要复杂得多。分子的能级取决于分子的运动和状态分子的能级取决于分子的运动和状态ns transitiorotational-ns transitioibrational-ns transitioelectronic- 分子的转动原子核间的振动电子相对原子核的运动运动分子的v2.2 Absorption（1）、电子相对原子核的运动及吸收）、电子相对原子核的运动及吸收2.2 Absorption分子在吸收光辐射能量后

14、可以产生电子态间的跃迁，此时电子分子在吸收光辐射能量后可以产生电子态间的跃迁，此时电子由一个低能级的轨道（即成键轨道）跃迁到高能级轨道（称为由一个低能级的轨道（即成键轨道）跃迁到高能级轨道（称为反键轨道，用上标反键轨道，用上标*表示）表示）, 分子也由基态变成为激发态。分子也由基态变成为激发态。2.2 Absorption（2）、分子的振动及吸收：）、分子的振动及吸收：当分子从一个振动态变化到另一个振动态移动时造成的能量的变化向运动：原子在垂直于价键方弯曲振动回运动：原子沿着价键方向来伸展振动振动分子的 HHCHHC剪式摇摆面内变形引起振动跃迁的能量通常对应在引起振动跃迁的能量通常对应在红外（

15、红外（infrared, IR）区域）区域 高频区低频区2.2 Absorption振动吸收峰的种类振动吸收峰的种类2.2 Absorption（2）、分子的转动及吸收：）、分子的转动及吸收： 转动能级代表分子处于不同转动状态时所具有的能量转动吸收所需要的能量低于实现振动能级跃迁所需要的能量，通常其吸收谱位于红外区。由于转动吸收是在振动吸收的基础上所产生的附加的精细结构.2.2 Absorption转动能级跃迁需要的能量转动能级跃迁需要的能量 振动能级跃迁需要的能量振动能级跃迁需要的能量 电子跃迁需要的能量电子跃迁需要的能量分子吸收总能量可以看成是电子、转动和振动能量分子吸收总能量可以看成是电

16、子、转动和振动能量的总和：的总和：E EE ES S+E+EP P+E+ER R+E+EV V （2.12.1）其中其中EsEs是电子的能量是电子的能量，平动能平动能E EP P只是温度的函数只是温度的函数，E EV V是由于原子间的振动是由于原子间的振动（vibrationvibration）而具有的能量而具有的能量，而而E ER R是分子围绕其核心旋转是分子围绕其核心旋转（rotationrotation）所具有的能量。所具有的能量。 2.2 Absorption表表2.1 2.1 各光波段对应的跃迁各光波段对应的跃迁2.2 Absorption要把电子跃迁和分子振动、转动的跃迁完全分开是

17、不可能的。要把电子跃迁和分子振动、转动的跃迁完全分开是不可能的。由于转动、振动在电子态间形成了很多精细能级，因此可能由于转动、振动在电子态间形成了很多精细能级，因此可能发生的跃迁是多种多样的，分子吸收光谱应该是带状光谱而发生的跃迁是多种多样的，分子吸收光谱应该是带状光谱而非线状光谱。非线状光谱。 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 Absorption2.2 Absorptiononly affecting reflection1% cell

18、s blood WhiteplateletNIR n toabsorptrio no 55% RbC) suspendingfor salt and water of(solution Plasmalungin HB-oxyhemoglobin-Deoxycapillaryin HB-deoxyhemoglobin-Oxy44% (RbC) cells blood RedBloodConstant concentration during measuring periodLow concentration 肌红蛋白肌红蛋白2.2 Absorption2.2 Absorption组织体中的几种主

19、要吸收物质的吸收谱组织体中的几种主要吸收物质的吸收谱 100-10000nm处水、血红蛋白等的吸收谱处水、血红蛋白等的吸收谱650-950 nm吸收系数随着波长的增加呈现出增大的趋势吸收系数随着波长的增加呈现出增大的趋势在在600600900nm900nm的的NIRNIR波段，水的吸收系数约为波段，水的吸收系数约为0.001mm0.001mm-1-1，因此可以讲，因此可以讲，水具有水具有NIRNIR观测观测“窗口窗口”特性。特性。2.2 Absorption水的吸收光谱水的吸收光谱 在在600600900nm900nm的的NIRNIR波段，组织体中的主要吸收体为氧合血红蛋白波段，组织体中的主要

20、吸收体为氧合血红蛋白(Oxy-(Oxy-hemoglobin,hemoglobin, HbO2）和还原血红蛋白）和还原血红蛋白(deoxy-hemoglobin,(deoxy-hemoglobin, Hb）2.2 Absorption浓度通常用浓度通常用 表示表示, ,例如例如氧合血红蛋白的浓度表示为氧合血红蛋白的浓度表示为 HbO2 还原血红蛋白的浓度表示为还原血红蛋白的浓度表示为 Hb 2.2 AbsorptionNNNNpyrrolesporphyrinsheme(chlorophyll)cytochromesphycobiliproteinscarotenoidsferredoxins

21、flavinsmelaninNONNNONOOOOO吡咯卟啉血红素细胞色素澡胆蛋白类胡萝卜素黄素黑色素Absorbers within the range of UVIR总总 结结 600nm-900nm（近红外）区，水的吸收很小。 近红外的一些区域和红外区，水成为生物组织体中占主导地位的吸收物，因此其它生色团对光的吸收信息实际上是淹没在了水的吸收谱内的。2.2 Absorption对对 策策 采用的光波长应该尽量避开水的吸收峰，水在600-900 nm 的低吸收，（也被称为近红外光测量的光学窗口，NIR window），从而使得在此波段的光有可能穿过几厘米深的组织体，实现深层组织的探测。 要

22、采取灵敏的检测技术和方法从水吸收的背景内提取出所需要的生色团的吸收信息2.2 Absorption 2.2.1 吸收效应和吸收系数吸收效应和吸收系数 2.2.2 分子分子吸收种类吸收种类 2.2.3 生物组织中的吸收物质生物组织中的吸收物质 2.2.4 朗伯朗伯-比尔定理比尔定理 2.2 Absorption2.2 Absorption2.2 Absorption纯吸收或弱纯吸收或弱散射媒质散射媒质光的传播规律：光的传播规律：p 衰减衰减p 距离越长衰减越大距离越长衰减越大laeII02.2 AbsorptionLamberts law:Beers law:clIIOD)lg(0为波长的函数，

23、称为比消光系数（specific extinction coefficient)l为光程OD为光密度(optical density); C 为物质浓度Lambert-Beers law303. 2)lg(303. 2)ln(00clIIIIca为消光系数2.2 Absorption对于有n种吸收体：niiiac122HbOHbHbOHba例如血液中在600-900nm波段内,主要吸收体为氧合血红蛋白和还原血红蛋白： CFA CdIIOD0lgIIA0ln回归配制不同浓度的样品消光系数，从消光系数，从而判定物质而判定物质根据已知光谱浓度浓度消光比2.2 Absorption朗伯朗伯-比尔定理的

24、应用：比尔定理的应用： 2.3.1 散射效应散射效应 2.3.2 弹性散射弹性散射 2.3.3 非弹性散射非弹性散射 2.3.4 组织体出射光子的分类和组织体出射光子的分类和 修正的朗伯比尔定理修正的朗伯比尔定理 2.3 Scattering2.3 Scattering2.3 Scattering1、组织体中散射的产生 在光的传播方向之外，甚至在媒质的侧面也会看到光束的轨迹，这种现象无法用反射或折射现象来解释2.3 Scattering散射（scattering）：电磁能方向的改变，光在组织体中的散射被认为是由于组织体的密度、折射率、介电常数等的空间杂乱分布引起的，散射改变了光子的传播方向。

25、图2.9 反射、折射、漫反射和散射 2.3 Scattering2、散射？反射？ 2.3 Scattering2、散射？反射？ 宏观尺度（macroscopical level)：如果组织体的不均匀尺度远大于波长的数量级，例如处理组织体边界、组织体和探测器以及组织体之间的区域时，我们称之为宏观尺寸发生折射，反射，漫反射如果尺度达到可见光波长数量级的组织小块间存在折射率的较大差异，光线除了按照几何光学规律传播发生反射和折射外，还会发生散射。强散射性正是源于折射率的半微观上的不均匀性2.3 Scattering（1）反射遵守菲涅尔（Fresnel）定律，即入射角等于反射角且入射光线和反射光线在同一

26、个平面内。组织体的折射率在红及近红外波段一般取为1.4。p水为 1.33，p脂肪组织约为1.45，p牙等硬组织为1.62，p其它组织为 1.36-1.40 光在组织体中的传播速度约为0.21mm/ps（3）对于生物组织来说由于其表面的粗燥度大于辐射的波长，因此会出现漫反射，此时被反射的许多光束并不一定与入射光线处于同一平面内，因此漫反射不遵守反射定律。拉曼散射非弹性散射米散射瑞利散射寸）弹性散射（根据粒子尺散射-频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强。 3、散射的类型 2.3 Scattering 2.3.1 散射效应散射效应 2.3.2 弹性散射弹性散射 2.3.3 非弹

27、性散射非弹性散射 2.3.4 组织体出射光子的分类和组织体出射光子的分类和 修正的朗伯比尔定理修正的朗伯比尔定理 2.3 Scattering 1、单个粒子的散射、散射截面 （1）、散射截面 （2）、弹性散射的分类 2、多个粒子的散射、散射系数 （1）、散射系数 （2）、散射平均自由程 （3）、相位函数和散射各向异性系数 2.3 Scattering1、单个粒子的散射、散射截面、单个粒子的散射、散射截面 （1）、散射截面）、散射截面(scattering cross-section)2.3 ScatteringA Ag ge eo om me et tr ri ic ca al l c cr

28、ro os ss s- -s se ec ct ti io on ne ef ff fe ec ct ti iv ve e c cr ro os ss s- -s se ec ct ti io on n = = Q Q A As ss s2.3 Scattering2.3 Scattering（2）、弹性散射的分类following Fresnel & Snell Laws2.3 Scattering图 发生在组织体内的弹性散射2.3 Scattering2、多个粒子的散射、散射系数 （1）、散射系数（scattering coefficient） ss 在具有多种散射体的混合煤质情况

29、下，总的散射系数由下式决定：iiisiiss)()()(, 2.3 Scattering2.3 Scattering等效粒子数密度：（2）、散射平均自由程（scattering mean free path length or scattering length） 散射平均自由程：sspN1ssl1 2.3.1 散射效应散射效应 2.3.2 弹性散射弹性散射 2.3.3 非弹性散射非弹性散射 2.3.4 组织体出射光子的分类和组织体出射光子的分类和 修正的朗伯比尔定理修正的朗伯比尔定理 2.3 Scattering2.3 Scattering1、非弹性散射(inelastic scatteri

30、ng)弹性碰撞：瑞利散射非弹性碰撞：拉曼散射2.3 Scattering2、关于拉曼散射的讨论2.3 Scattering 图2 (a)肺癌组织和（b）正常组织的拉曼光谱3、拉曼散射的应用拉曼散射与入射光的波长无关，只与物质本身的分子结构和振动有关。p 可被用于研究物质化学组成和分子结构，尤其是介质中分子的振动能级。p 当入射光子和分子相碰撞时，分子的振动能量或转动能量和光子能量相叠加，因此利用拉曼光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测，Chapter 2 Outlines2.1 Interaction forms between light and bio-tissue 2.2

31、Absorption2.3 Scattering2.4 Luminescence2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.6 Photochemical effects2.4 Luminescence2.4 Luminescence 2.4.1 生物组织的荧光效应生物组织的荧光效应(fluorescence) 2.4.2 荧光发光的表征荧光发光的表征 2.4.3 生物组织的自体荧光与外荧光生物组织的自体荧光与外荧光2.4 Luminescence吸收光频:iivShvS1、荧光的产生机制、荧光的产生机制光化学初级过程：荧光产生步骤：发

32、射光频:ffvhvSS荧光是物质在吸收了外来激发光荧光是物质在吸收了外来激发光并通过光化学过程后发射的波长并通过光化学过程后发射的波长长于激发光的光。长于激发光的光。(1) 动力学过程动力学过程SE0S*hihif斯托克斯频移自旋和原来方向一致自旋和原来方向一致和原来方向相反和原来方向相反三重态三重态(T)具有比单重态具有比单重态(S)更低的能量和更大的激发态寿命。更低的能量和更大的激发态寿命。 2.4 Luminescence单重态（单重态（singlet, S）：）：同一轨道上的电子具有相反方向的自旋。同一轨道上的电子具有相反方向的自旋。单重激发态：单重激发态：电子在新轨道中的自旋方向和原

33、来相同。电子在新轨道中的自旋方向和原来相同。三重（三重（triplet, T）激发态：）激发态：电子在新轨道中的自旋方向和原来相反。电子在新轨道中的自旋方向和原来相反。2.4 Luminescence（2 2）荧光和磷光的产生过程）荧光和磷光的产生过程无辐射跃迁无辐射跃迁：指以放热的形式将多余的能量辐射给周围环境,包括：(a) 振动驰豫振动驰豫 ( vibrational relaxation, VR)：振动态内的跃迁：振动态内的跃迁(b) 内转换内转换 ( internal conversion, IC)：单（三）重态到单（三）重态间：单（三）重态到单（三）重态间 的跃迁的跃迁(c) 外转换

34、外转换 ( external conversion, EC)：激发态到基态的跃迁：激发态到基态的跃迁(d) 系间跨越系间跨越 ( intersystem crossing, ISC)：单重态到三重态间的跃迁：单重态到三重态间的跃迁辐射跃迁辐射跃迁：指以放光的形式将多余的能量辐射给周围环境。S*S*T*吸收吸收发射荧光发射荧光发射磷光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫外转换外转换吸收吸收振动弛豫外转换S0振动弛豫2.4 Luminescence无辐射跃迁的方式回到无辐射跃迁的方式回到第一或第三重激发态的最低振动态第一或第三重激发态的最低振动态能级转换图能级转换图2、荧光光谱的特征、荧光光谱的特征2.

35、4 Luminescence激发光谱激发光谱 与与 发射光谱？发射光谱？ 形状和吸收光谱的形状极为相似，形状和吸收光谱的形状极为相似， 并呈现并呈现“镜像镜像”现象；现象； 波长总是比激发波长稍长；波长总是比激发波长稍长； 发射光谱的形状和激发光的波长无关；发射光谱的形状和激发光的波长无关； 只有一个荧光带；只有一个荧光带； 荧光发射的强度和激发光的波长有关。荧光发射的强度和激发光的波长有关。2.4 Luminescence2.4 Luminescence 2.4.1 生物组织的荧光效应生物组织的荧光效应(fluorescence) 2.4.2 荧光发光的表征荧光发光的表征 2.4.3 生物组

36、织的自体荧光与外荧光生物组织的自体荧光与外荧光1、辐射量子效率、辐射量子效率or 量子产额（量子产额（quantum yield）2.4 Luminescence吸收的光子数目发出的光子数目影响量子产额的因素主要有影响量子产额的因素主要有： 内部因素：分子内可进行能量转换的振动能级 的数目等 外部因素：物质分子所处的环境 （需要稳定的环境）)1 (0lCFeII2、荧光强度（、荧光强度（ fluorescence intensity）2.4 LuminescencelC为摩尔吸收系数；为样品的厚度；为样品中荧光剂的浓度。对于极稀的溶液：05. 0lClCIIF03、荧光寿命（、荧光寿命（flu

37、orescence lifetime）2.4 Luminescence 在 脉冲激励下，辐射由其本来强度衰减到1/e时所需要的时间，称为荧光寿命，用 表示。)exp(0tII荧光寿命和组织所处的环境，如PH等有关，因此可以作为判别组织病变的一个指标。2.4 Luminescence2.4 Luminescence 2.4.1 生物组织的荧光效应生物组织的荧光效应(fluorescence) 2.4.2 荧光发光的特征荧光发光的特征 2.4.3 生物组织的自体荧光与外荧光生物组织的自体荧光与外荧光1、自体荧光、自体荧光（intrinsic fluorescence 或或 auto-fluores

38、cence）2.4 Luminescence 由生物组织体内固有的荧光团吸收一定波长的光而引起由生物组织体内固有的荧光团吸收一定波长的光而引起的荧光发射叫做自体荧光。的荧光发射叫做自体荧光。 自体荧光光谱的特异性差异反映了病变组织的特异性，自体荧光光谱的特异性差异反映了病变组织的特异性，是自体荧光光谱应用于应用于医学诊断。是自体荧光光谱应用于应用于医学诊断。(a) 正常组织 (b) 良性肿瘤 (c)癌组织乳腺组织的自荧光2、外荧光、外荧光（extrinsic fluorescence） 荧光探剂（probe）： 发荧光的物质分子，外在荧光团 2.4 Luminescence作为荧光探剂必须具备

39、以下几个条件：探剂与被研究分子的某一基因必须能特异性地、牢固地结合；探剂的荧光必须对环境灵敏；结合的探剂不应该影响被研究的大分子的结构特性。Chapter 2 Outlines2.1 Interaction forms between light and bio-tissue 2.2 Absorption2.3 Scattering2.4 Luminescence2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.6 Photochemical effects2.5 Photothermal effect and Photoacoustic e

40、ffect 2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.5.1 热的产生热的产生 2.5.2 热在组织中的传导热在组织中的传导 2.5.3 热对组织体的效应及其应用热对组织体的效应及其应用 2.5.4 光声效应光声效应( Photoacoustic effect)2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 光热效应（光热效应（photothermal effects）：）： 由于组织体在曝光时间内吸收了激光的能量并使其转化程了热，热效应的最终结果是造成了组织的损伤。光热密度（J/cm

41、3 ）表达式：taEQtE也常被称为也常被称为辐射曝光量（radiant exposure），单位为，单位为 J/cm2 光热密度引起的组织体表面温升为： pCQT 是用来描述组织体对热的储存能力的热容（单位： ）， 为密度（单位：g/cm3），不同组织体对热的储存能力不同。pCCgJ2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 在深度在深度z处可能引起的温升为：处可能引起的温升为： zaTezT温升为表面温升的1/e 对应的深度显然为a1 ，也被称为光学穿透深度（光学穿透深度（optical penetration depth）。 组织体内的温升或组织损伤程度主要取决于： 辐射能量密度、曝光时间和组织体的参数辐射能量密度、曝光时间和组织体的参数。2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.5 Photothermal effect and Photoacoustic effect 2.5.1 热的产生热的产生 2.5.2 热在组织中的传导热在组织中的传导 2.5.3 热对组织体的效应及其应用热对组织体的效应及其应用 2.5