生物医学光子学技术在运动人体科学中的应用与展望

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1、生物医学光子学技术在运动人体科学中的应用与展望2012-06-26来源：本站原创　　摘要：采用文献资料法，简要介绍生物医学光子学技术的应用原理与技术特点，分析该技术在运动人体科学中应用的可行性和研究现状，讨论应用中存在的主要问题，并对该领域的应用前景和研究趋向做了进一步分析，以期促进生物医学光子学技术在运动人体科学中的应用得以发展。　　关键词：生物医学光子学；运动人体科学；现状；展望　　　　0.引言　　运动人体科学(SportsKinesiology)是研究体育运动与人的机体的相互关系及其规律的学科群，是生物学、医

2、学和体育学相交叉的学科．现代多学科的交叉渗透和综合研究，为推动该学科的长足发展带来了新的契机．20世纪后期，运动人体科学研究取得突飞猛进的发展，不难看出，先进的科学仪器和技术手段的应用起着举足轻重的作用。近年来，组织光学、医学光谱技术、医学成像术、激光诊断和激光医疗等生物医学光子学技术，受到国际光学界和生物医学界的广泛关注，并被认为是2l世纪最活跃的科学研究领域之一。它为医学提供诊断、治疗等方面强有力的仪器设备，为研究和应用提供强有力的手段，对生命科学和现代医学具有重要影响。　　随着多学科广泛交叉渗透的科学发展趋势

3、的增强，光子学技术的研究和应用领域变得十分宽广．它以快速、无创、实时、在体检测等优点，受到广大体育科研工作者的青睐，各种光子学技术手段为运动人体科学的进步与发展提供了重要的物质基础和技术手段。　　笔者采用文献资料法，简要阐述生物医学光子学技术的应用原理、技术特点；从应用角度介绍光子学技术在运动人体科学中应用的可行性和研究现状，讨论在应用中存在的主要问题，展望其在体育运动中的应用前景，将对进一步的研究提供重要的支撑和借鉴。　　1.生物医学光子学检测原理与技术特点　　1．1生物医学光子技术检测的基本原理生物医学光子学技

4、术利用光子研究生命，以光和其他以光为量子单位的辐射能量来解决医学和生物学问题．光子作为信息载体在生物系统中起着重要的作用，生物系统的超弱光子辐射是自然界普遍存在的一种现象，任何有生命的物质都发射一种强度为10～10光子／(cm·S)的超弱光子流，也称为生物系统的超弱光子辐射。　　超弱发光作为生命活动中物理表现之一，它与许多重要的、基本的功能相联系，如生物的氧化代谢、细胞分裂、细胞凋亡，为人们提供了一个新角度去探索生命的奥秘。　　生物医学光子学技术通过对生物(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

5、的探测，以及这些光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息的检测，从多层次上揭示生物体的结构、功能和其他生命现象，探索生命系统的各种机理及其规律性，还包括利用光子的特性对生物系统进行的加工与改造等。各种光子学技术根据其物理特性的不同，存在具体的工作原理．例如近红外光谱术(NIRS)基于波长700～900nm的近红外光对人体组织具有良好的穿透特性，并根据生物组织对近红外光的吸收和散射等固有特性，利用光在组织中传播的效应来获取相应组织生理的、代谢的和结构的信息。　　核磁共振(NMR)技术是利用核磁共振现象及其化学位移或白

6、旋耦合作用，来测定特定原子核及其化合物的分子成分和含量的一种检测技术。　　目前，从文献资料的分析可以看出，在运动人体科学中应用的生物医学光子学技术，主要为医学光谱技术、光子成像技术等。　　1．2生物医学光子学技术特点光子具有极高的信息容量和效率、极快的响应能力，极强的互连能力、并行能力和极大的存储能力，光子的特性决定了生物医学光子学技术存在的固有优点．光子学技术具有特异性好、灵敏度高、高空间和时间分辨率，能实现在体无损伤实时检测等优点．如光学相干层析成像(OCT)能非侵入性地对活体内部的结构与生理功能进行可视化观察

7、，实现活体组织的结构成像和功能成像．该技术具有实时在线、安全无损、结构简单、价格低廉等特点。近红外光谱术(NIRS)具有分析速度快、无创伤、在体实时等特点，它不仅可以应用于实验室分析，而且适用于现场快速检测和实时在线分析。激光共焦扫描显微术(LCSM)是一种无损高纵深分辨率的现代显微成像技术，可以用于细胞和组织的深层形态检测和定位、立体结构重组、动态变化过程的研究．它具有灵敏度高和能观察空间结构的独特优点，能实现对被测物体的立体、断层扫描、动态的全面观察，还可以结合特异的荧光抗体进行一系列亚细胞水平的结构和功能研究

8、．核磁共振(NMR)是一种无损检测物质特性的分析检测手段，可对活体的组织代谢、生化环境等进行定量分析，能够提供丰富的信息，甚至可以直观地给出结构乃至功能图像，且具有无创性、可重复性以及发现代谢异常的敏感性等特点。各种医学光子学检测技术存在其自身的优势，近年来发展迅速，正在逐步深入信息处理、生物、医学等各个领域，并已经渗透到生物物理、生物化学、分子生物学和细胞