光纤在医疗领域中的应用

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光纤在医疗领域中的应用

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摘要

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。光 纤主要是根据光在光纤中的全反射，把外部的光源发出的光通过光纤束导入体内，照射 人体内需要检查的部位，再通过光纤束把观察到的体内器官的病变图像传出体外。乂由 于光纤的柔软、体积小、重量轻以及灵敬度高等特点，光纤在医学上的应用范围也是十 分广泛的，如内窥镜，光纤诊断系统，光纤治疗工具和大医院的光纤通信系统等。同时, 随着光纤在医学上的应用，激光器在医学上的应用也取得了重大的进展。

关键字光纤；医用内镜；光纤治疗系统；医学应用

光导纤维，简称光纤。被广泛地应用于光能或光信号的传导，由于苴可以弯曲灵活地插入体内， 实现导光、传像，在医学上具有广泛应用。内窥镜技术已成为促进医学学科发展的一种强有力的工 具。

1. 光纤

上世纪六十年代初，激光已经发明，但许多人怀疑其应用前景。当时高規（2009年诺贝尔物理学 奖得主，光纤之父,）说：“我们怎么可以断定激光没有前途？如果光通讯仅仅停留在理论阶段，那就太 可惜了。”高银经过多年的努力，最终认泄了廉价的玻璃是最可用的透光材料。光纤是光学纤维的简 称，它是由玻璃或塑料制成的直径为若干微米的细线，分内外两层，是将低折射率的外层材料包在 髙折射率的内层纤维芯线上，并在两层之间形成良好的光学界面。当光束以入射角大于可以产生全 反射的临界角入射到纤维的侧壁时，光束在侧壁产生全反射，全反射在纤维内反复产生，传播到纤 维的另一端，而不会向外泄需。现在光导纤维已经得到广泛的应用：在医院应用的内窥镜：光导纤 维做成电光缆可用于通信：光导纤维与敏感元件组合，则可以做成各种传感器，在力学实验中测量 压力、流量、温度、位移、光泽和颜色等：光导纤维在能疑传输和信息传输方而也获得广泛的应用。

2. 光纤在医学中的应用

2.1内窥镜

光纤内镜光学纤维简称光纤，是由玻璃或塑料制成的直径为若干微米的细丝，分内外两层，是 将低折射率的外层材料包在髙折射率的内层纤维芯线上，两层之间形成良好的光学界而。当光束以 人射角大于可以产生全反射的临界角入射到纤维的侧壁时，光束在侧壁处产生全反射，全反射在纤 维内反复产生，传播到光纤的另一端，而不会向外泄露。在医院广泛应用的内视镜，女口，胃镜、直 肠镜、支气管镜等都是根据光线在玻璃纤维表而多次发生全反射的原理制成的。实际应用时，一般 将许多根柔软可弯且具有一左机械强度的光学纤维有规则的排列在一起组成纤维束，两端必须粘结 牢固，两端的纤维丝排列也须完全对应，以免图像错乱、不淸晰。纤维束两端粘结牢固后，中间部 分并不粘结，这样整个纤维束很柔软，可弯曲，并具有一雄的机械强度，使用时非常方便⑴。

用它制成的玻璃纤维内镜，简称纤镜。纤镜在传递图像时，传像朿中每根光纤分别传递一个像 元，这样整个图像就被这些光纤分解后传送到另一端而。光纤在医学上主要是用来制作各种内视镜 的导像系统。

医学所用纤镜有两个作用：一是将外部强光导人人体器官内：二是把器官内壁图像导出体外。 光学纤维可以导出黑白图像，也可以导岀彩色图像。


利用光纤制成的内视镜，在检査胃部疾病时，由于光纤有输送光线、传导图像的本领，又有柔 软、灵活，可以任意弯曲等优点，所以，可以通过食道插入胃里，这样光导纤维把胃里的图像传出 来，医生就可以窥见胃里的情形，然后，根据情况进行诊断和治疗。此外，医生还可以利用光纤内 镜检查食道、十二指肠等的疾病。现在利用内视镜系统可以到达人体的膀胱、直肠、食道、心脏、 腹腔等部位。光纤内视镜还可导人心脏和脑室，测量心脏中的血压、血液中氧的饱和度、体温等⑵。 2.2光学诊断系统

医用光纤传感器。英一是测量血液液速，可以用光纤多普勒测速仪，光纤通过导管插入血管， 由于红细胞发生散射而进行测速。其二利用反射特性来测量血液中氧的浓度。英三，人们可通过光 纤发送紫外线，使细胞组织激发出光朿，这种激发光可通过同一光纤或通过另一个光纤后向传输， 这种激励光谱可指岀细胞组织的健康情况。其四，内压测量。其五，体内温度的测量，其六，生理 pH的测量。

诊断摄像。为获得较佳的对比度或增强图像要素，在光纤诊断中往往可以把几种摄像方法结合 起来，如检测癌细胞的技术就是一例。

2.3光学治疗系统

可用光纤把光能输送进人体，以实施治疗任务。用较低的激光能量对局部进行加热，使血液凝 结以达到止血的目的。激光束也可以使两个软组织的细胞之间的界而处蛋白凝结，起愈合细胞组织 的凝结作用，可用以封合伤口或连接血管⑶。光纤在医学治疗领域有很广泛的应用，例如，石英光 纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤以及红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤等在医学治疗方而有许多应 用。苴中石英光纤已在医学美容、手术治疗和光动力疗法等方而获得广泛应用，多组份玻璃光纤可 应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机、牙齿美白仪、光纤内视镜等医疗仪器中，聚合物光纤 POF还可应用于光纤黄疸治疗仪等。

激光是受激辐射光放大的简称，它是20世纪60年代发展起来的一门新技术，是继原子能、半 导体和计算机技术之后又一重大科技成果，其产生原理是爱因斯坦(Albert Einstein)在1916年提出的 “自发和受激辐射理论”。半个世纪以来，激光以其方向性好、强度髙、单色性好和相干性好等特有 的光学性质，在应用光学领域引起了革命性的变革，它在工业、通讯、军事、医学等领域都得到了 广泛的应用，其中医学领域是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的。

将激光的优良特性与光纤良好的信号传导能力相结合，在医学上得到了广泛应用。例如：用光 导纤维连接的激光手术刀已在临床应用，并可用作光敏法治癌：将激光通过光导纤维导人人体内进 行治疗，不必开刀就直达病灶部位的激光内镜术治疗：以弱激光为物理因子进行原光朿、扩光纤与 腔内照射的激光理疗；以弱激光光针插入静脉照射循环血液的激光血管内照射疗法等等。因此，有 理由相信光纤在今后的激光医学治疗中将发挥更加重要的作用⑷。

参考文献：

［1］胡新琨.医学物理学［M］.北京：人民卫生出版社，2008：

【2］潘志达.医学物理学［M］.北京：人民卫生岀版社，2009：

［3］ 刘徳明等.光纤光学［M］北京：科学岀版社，2015.11；

［4］ 侯正田，理记涛，侯承志.光纤及其在医学当中的应用［J］.甘肃科技，2010：

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