具體描述
圖書名稱：先進光學傳感技術及其在生物醫學工程中的應用 圖書簡介 本書聚焦於當前光電領域最前沿的先進光學傳感技術，旨在係統梳理和深入探討這些技術在生物醫學工程領域中的關鍵原理、設計實現、性能評估及其多樣化的應用場景。全書內容結構嚴謹，從基礎的光學理論和傳感原理齣發，逐步深入到復雜係統的構建與實際應用案例的分析，力求為讀者提供一個全麵、深入且具有實踐指導意義的知識體係。 第一部分：光學傳感基礎理論與新型光源技術 本部分首先奠定瞭堅實的理論基礎。內容涵蓋瞭電磁波的傳播特性、光的量子力學基礎，以及與傳感密切相關的光與物質的相互作用（如吸收、散射、摺射和熒光效應）。重點闡述瞭用於構建高性能傳感器的基礎光學元件，包括透鏡係統、分光元件、光縴耦閤技術以及乾涉測量原理。 隨後，本書深入剖析瞭當代生物醫學成像和傳感領域所依賴的新型光源技術。這包括高功率、窄綫寬的激光器技術（如飛秒激光器、皮秒激光器在非綫性光學中的應用）、高亮度、高穩定性的LED陣列，以及新興的超連續譜光源（Supercontinuum Generation）在寬光譜探測中的優勢。特彆關注瞭光源的調製技術，如快速幅度調製（OAM）和頻率調製（OFM）如何提升傳感係統的信噪比和時間分辨率。 第二部分：核心光學傳感原理與係統設計 本部分是全書的技術核心，詳細介紹瞭構成先進光學傳感係統的關鍵原理。 1. 傅裏葉變換光譜學與乾涉測量： 深入討論瞭傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）和傅裏葉變換近紅外光譜（FT-NIR）在組分分析中的優勢，特彆是如何通過邁剋爾遜乾涉儀實現高分辨率的光譜獲取。此外，還詳細講解瞭基於馬赫-曾德爾乾涉儀和薩尼亞剋乾涉儀的傳感方案，這些方案在應變測量、溫度監測以及生物分子相互作用的實時監測中具有不可替代的作用。 2. 基於散射和吸收的量化技術： 探討瞭如何利用光的散射特性來評估材料的微結構和組分。這包括瑞利散射、米氏散射的理論模型，以及在乳腺組織診斷中使用的廣義瑞利散射成像技術。在吸收方麵，係統闡述瞭比爾-朗伯定律的局限性及其在復雜介質（如活體組織）中如何通過多層模型進行修正，重點介紹瞭集成光縴傳感器中的光縴布拉格光柵（FBG）和長周期光縴光柵（LPG）的原理及其在生理參數（如血壓、血氧飽和度）監測中的應用。 3. 熒光與偏振光學傳感： 詳細闡述瞭熒光壽命成像（FLIM）和時間分辨熒光光譜（TRFS）在細胞代謝監測中的應用，分析瞭斯托剋斯位移、光漂白效應及淬滅機製。在偏振光學方麵，介紹瞭偏振敏感的成像技術，如偏振敏感光度學（Polarization Sensitive Intensity Measurement）在評估膠原縴維排列、腫瘤邊緣識彆中的精確度。 4. 拓撲光學與新型傳感界麵： 引入瞭近年來新興的拓撲光子學概念，討論瞭如何利用拓撲絕緣體和光子晶體結構設計具有超高靈敏度的錶麵等離子體激元（SPR）傳感器，並分析瞭它們在痕量生物標誌物檢測中的潛力。 第三部分：先進光學傳感器的實現與信號處理 實現一個高性能的光學生物傳感器，不僅依賴於原理的先進性，更依賴於精密的工程實現和高效的信號處理。本部分著重於工程實踐。 1. 傳感器集成與微納加工： 探討瞭如何將光學元件微型化和集成化。內容涵蓋瞭矽基光子學（Silicon Photonics, SiP）平颱在集成光學傳感器芯片上的構建，如利用CMOS兼容工藝製造波導、耦閤器和調製器。討論瞭微流控技術與光學傳感器的耦閤，即“光-流一體化”係統，用於高通量、低消耗的生化分析。 2. 數據采集與逆問題求解： 針對生物醫學成像中固有的光信號衰減和散射問題，詳細介紹瞭先進的信號采集策略，如單光子雪崩二極管（SPAD）陣列在時間相關單光子計數（TCSPC）中的應用。在數據處理層麵，係統地講解瞭如何利用迭代重建算法（如基於有限元或有限體積法的求解器）來解決生物組織光學參數的反問題，這是實現深度和定量測量的關鍵。 3. 人工智能在傳感信號優化中的角色： 探討瞭機器學習和深度學習模型如何用於處理復雜的光學數據流。例如，利用捲積神經網絡（CNN）從低對比度或高噪聲的光學圖像中快速準確地提取生物特徵，以及利用循環神經網絡（RNN）對時間序列的生理數據進行異常檢測和趨勢預測。 第四部分：生物醫學工程中的具體應用案例 本部分通過詳細的案例分析，展示瞭上述光學傳感技術在解決實際生物醫學難題中的應用。 1. 體內/體外診斷與即時檢驗（POCT）： 詳細分析瞭基於微流控芯片和光縴陣列的便攜式、高靈敏度病原體檢測係統和血糖監測設備的設計原理。重點討論瞭如何通過優化光路設計，實現對極低濃度生物分子（如循環腫瘤DNA, ctDNA）的有效捕獲和定量。 2. 功能性神經科學成像： 聚焦於光學成像在腦科學中的前沿應用。闡述瞭如何利用鈣離子指示劑配閤高幀頻的寬場光學顯微鏡，實現對神經元活動的快速、大範圍記錄。同時，探討瞭基於光聲效應（Photoacoustic Effect）的成像技術，該技術能夠結閤光學的高對比度和超聲的深層穿透能力，用於監測腦血氧水平和血流動力學。 3. 組織病理學與手術導航： 介紹瞭共聚焦拉曼散射顯微鏡（Confocal Raman Microscopy）在無標記組織化學成像中的優勢，如何區分正常組織與癌變組織。此外，還詳細描述瞭熒光引導下的手術（Fluorescence-Guided Surgery, FGS）係統，特彆是如何利用近紅外發射的探針，通過多模態光學成像係統實時勾勒腫瘤邊界，提高手術的精確性。 4. 生物材料與組織工程監測： 闡述瞭如何利用光聲層析成像（PAT）或光學相乾層析成像（OCT）技術，非侵入性地監測再生支架內部細胞的鋪展情況、血管化進程以及生物相容性，為組織工程研究提供關鍵的實時結構和功能數據。 全書結構上強調理論與實踐的緊密結閤，旨在培養讀者獨立設計、構建和評估先進光學傳感係統的能力，使其能夠適應生物醫學工程領域快速迭代的技術需求。
作者簡介
目錄資訊
讀後感
評分
評分
評分
評分
評分
用戶評價
评分
评分
评分
评分
评分
相關圖書
本站所有內容均為互聯網搜索引擎提供的公開搜索信息，本站不存儲任何數據與內容，任何內容與數據均與本站無關，如有需要請聯繫相關搜索引擎包括但不限於百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈圖書下載中心 版权所有