關(guān)于光特別是激光與生物組織的相互作用規(guī)律和知識，引起國際矚目，已成為正在蓬勃發(fā)展的激光生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)和前提。例如，當(dāng)前處在臨床應(yīng)用邊緣的腫瘤的光動力學(xué)治療和診斷的關(guān)鍵問題之一，是如何設(shè)計并確認人體組織內(nèi)的光分布情況，這涉及到諸多學(xué)科各方面的理論與實驗問題，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實驗技術(shù)的開發(fā)和完善等等。所有這些研究工作中出現(xiàn)的新問題必須以新的思維和手段加以解決。
雖然已初步建立了生物組織中光的傳播模型，但是統(tǒng)一的生物組織光學(xué)理論卻遠未成熟。在這樣的背景下，“組織光學(xué)”（Tissue optics）作為研究生物組織光學(xué)性質(zhì)的專門學(xué)科應(yīng)運而生，它涉及醫(yī)學(xué)光子學(xué)中最基礎(chǔ)性的理論問題，也是進一步發(fā)展光醫(yī)學(xué)（包含光診斷和光治療）的前提。 組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。光在生物組織中的運動學(xué)（如光的傳播）問題和動力學(xué)（如光的探測）問題是研究的主要內(nèi)容。當(dāng)前的主要研究任務(wù)是：研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。前者涉及由測量的光分布和一定的光傳播模型確定組織體的光學(xué)基本參數(shù)，稱為“正”問題；后者則從組織體的光學(xué)基本參數(shù)和光傳播模型出發(fā)導(dǎo)出組織體內(nèi)光分布，屬于“逆”問題。當(dāng)前結(jié)合考慮國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)實際所提供的可能性，應(yīng)在下列幾個方面開展研究工作：
光在生物組織中傳輸理論研究
目前雖借鑒中子傳輸理論初步建立了光在生物組織中的傳播模型，但與建立組織光學(xué)的統(tǒng)一理論架構(gòu)體系尚有較大距離，生物組織的光學(xué)理論遠未成熟，有許多理論上的空白點有待填補。出現(xiàn)這種狀況的原因自然源于生物組織結(jié)構(gòu)本身的多樣性和復(fù)雜性，另一方面也是理論工具不足的結(jié)果。需要有更精細和準確的理論來替代過于簡化的現(xiàn)有模型，也就是要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為。需要做的工作，其一是：建立準確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；其二是：改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì)。
光傳輸的蒙特卡羅模擬計算
蒙特卡羅（Monte Carlo）計算模擬方法，已在許多領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。已經(jīng)有一些比較成功的算法，但還應(yīng)繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗關(guān)系。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息。
組織光學(xué)參數(shù)的測量方法和技術(shù)
在組織中光的傳輸理論確立后，一項關(guān)鍵工作是確定組織體，尤其是人體的光學(xué)性質(zhì)基本參數(shù)，即吸收系數(shù)、散射系數(shù)和散射相位函數(shù)或平均散射余弦g以及折射率n等。一旦已知這些光與組織的相互作用參數(shù)，在給定的光照方式和邊界條件下，光能流率或其它參量全反射率R全透過率T等分布均可由有關(guān)的傳輸模型唯一地確定。目前有關(guān)生物組織光學(xué)性質(zhì)的測量方法尚待進一步發(fā)展和完善，其中活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。
生物組織折射率及色散關(guān)系
人們在各種情況下使用假設(shè)的折射率數(shù)據(jù)（1.33-1.38），但是有關(guān)生物組織折射率的研究還是在某種程度上被忽視了。至今人們還未在概念上對生物組織折射率做深入的辨析，也還沒有完全掌握活體甚至離體組織折射率的精確測量方法。又因組織體存在強烈散射而造成的精確測量工作困難，人們尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數(shù)據(jù)。業(yè)已證明生物組織的折射率和色散參數(shù)，無論是理論上還是實驗上對組織光學(xué)的深入研究都是十分重要的。鑒于此，應(yīng)將生物組織的折射率與色散參數(shù)的測量及方法作為重點之一開展研究。
關(guān)于光特別是激光與生物組織的相互作用規(guī)律和知識，引起國際矚目，已成為正在蓬勃發(fā)展的激光生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)和前提。例如，當(dāng)前處在臨床應(yīng)用邊緣的腫瘤的光動力學(xué)治療和診斷的關(guān)鍵問題之一，是如何設(shè)計并確認人體組織內(nèi)的光分布情況，這涉及到諸多學(xué)科各方面的理論與實驗問題，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實驗技術(shù)的開發(fā)和完善等等。所有這些研究工作中出現(xiàn)的新問題必須以新的思維和手段加以解決。
雖然已初步建立了生物組織中光的傳播模型，但是統(tǒng)一的生物組織光學(xué)理論卻遠未成熟。在這樣的背景下，“組織光學(xué)”（Tissue optics）作為研究生物組織光學(xué)性質(zhì)的專門學(xué)科應(yīng)運而生，它涉及醫(yī)學(xué)光子學(xué)中最基礎(chǔ)性的理論問題，也是進一步發(fā)展光醫(yī)學(xué)（包含光診斷和光治療）的前提。 組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。光在生物組織中的運動學(xué)（如光的傳播）問題和動力學(xué)（如光的探測）問題是研究的主要內(nèi)容。當(dāng)前的主要研究任務(wù)是：研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。前者涉及由測量的光分布和一定的光傳播模型確定組織體的光學(xué)基本參數(shù)，稱為“正”問題；后者則從組織體的光學(xué)基本參數(shù)和光傳播模型出發(fā)導(dǎo)出組織體內(nèi)光分布，屬于“逆”問題。當(dāng)前結(jié)合考慮國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)實際所提供的可能性，應(yīng)在下列幾個方面開展研究工作：
光在生物組織中傳輸理論研究
目前雖借鑒中子傳輸理論初步建立了光在生物組織中的傳播模型，但與建立組織光學(xué)的統(tǒng)一理論架構(gòu)體系尚有較大距離，生物組織的光學(xué)理論遠未成熟，有許多理論上的空白點有待填補。出現(xiàn)這種狀況的原因自然源于生物組織結(jié)構(gòu)本身的多樣性和復(fù)雜性，另一方面也是理論工具不足的結(jié)果。需要有更精細和準確的理論來替代過于簡化的現(xiàn)有模型，也就是要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為。需要做的工作，其一是：建立準確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；其二是：改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì)。
光傳輸?shù)拿商乜_模擬計算
蒙特卡羅（Monte Carlo）計算模擬方法，已在許多領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。已經(jīng)有一些比較成功的算法，但還應(yīng)繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗關(guān)系。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息。
組織光學(xué)參數(shù)的測量方法和技術(shù)
在組織中光的傳輸理論確立后，一項關(guān)鍵工作是確定組織體，尤其是人體的光學(xué)性質(zhì)基本參數(shù)，即吸收系數(shù)、散射系數(shù)和散射相位函數(shù)或平均散射余弦g以及折射率n等。一旦已知這些光與組織的相互作用參數(shù)，在給定的光照方式和邊界條件下，光能流率或其它參量全反射率R全透過率T等分布均可由有關(guān)的傳輸模型唯一地確定。目前有關(guān)生物組織光學(xué)性質(zhì)的測量方法尚待進一步發(fā)展和完善，其中活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。
生物組織折射率及色散關(guān)系
人們在各種情況下使用假設(shè)的折射率數(shù)據(jù)（1.33-1.38），但是有關(guān)生物組織折射率的研究還是在某種程度上被忽視了。至今人們還未在概念上對生物組織折射率做深入的辨析，也還沒有完全掌握活體甚至離體組織折射率的精確測量方法。又因組織體存在強烈散射而造成的精確測量工作困難，人們尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數(shù)據(jù)。業(yè)已證明生物組織的折射率和色散參數(shù)，無論是理論上還是實驗上對組織光學(xué)的深入研究都是十分重要的。鑒于此，應(yīng)將生物組織的折射率與色散參數(shù)的測量及方法作為重點之一開展研究。
組織光學(xué)理論工作的幾點思考
綜上所述，作為醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)的組織光學(xué)部分，除了要發(fā)展測量技術(shù)、建立組織光學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫外，在理論上可著重考慮以下幾個問題： A.繼續(xù)改進生物組織光傳輸模型，一要發(fā)展受限制少、快速而又精確的模型；二要精確化組織光學(xué)模型，使之與生物組織特別是活體組織狀態(tài)相近似； B.研究短脈沖光在組織中的傳播行為以及漫散射光的時間變化特性，為光學(xué)成像術(shù)做充分的理論準備； C.研究調(diào)制光在生物組織中的傳播特點，例如將受振幅調(diào)制的光照射到組織上會產(chǎn)生慢散射光子密度波，一樣發(fā)生反射、折射、衍射、散射、色散等，可以無損地探測組織的光學(xué)性質(zhì)參數(shù)，又可以用來成像； D.研究生物組織散射和吸收的光學(xué)特性對測量熒光及其光譜的影響。數(shù)值模擬研究已經(jīng)初步表明，這種影響是不可忽略的 E.對光在復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)中的傳輸過程進行計算機模擬，通過大量模擬，找出簡單而有效的規(guī)律來說明光在組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì)，并在各種參數(shù)之間建立聯(lián)系，為組織光學(xué)性質(zhì)的測量提供依據(jù)； F.統(tǒng)一生物組織光學(xué)性質(zhì)參數(shù)的描述，建立完善的組織光學(xué)理論體系。