光学工程的应用

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光学工程的应用范文第1篇

关键词：应用型人才；光电信息科学与工程；课程体系建设研究

基金项目：广西高等教育本科教学改革工程项目（项目编号：2015JGB257）

广西区教改项目（项目编号：2015JGA229）

TN2-4；G642

引言

就光电信息科学与工程专业而言，课程体系的排列顺序与门类需通过培养的目的进行相应的设置，与此同时为帮助课程的内容与形式得到较为完美的整合，并确保各要素能够集中于同一目标的系统，本文进行以下探究。

一、中国光电信息科学与工程专业课程体系建设发展现状

随着时代的发展，产业结构也得到相应的调整，光电信息技术已经发展成为具有较强影响力的科学技术，其主要作用范畴包括科学领域以及制造行业。中国已经逐步成为世界范围内最为庞大的生产基地。就当前情况而言，光电行业具有较好的发展前景，光电市场也已初步形成，因此该行业具有较大的发展潜力。然后，中国在保证该行业飞速发展的同时，还遇到了相应的问题，其中最为严重的则是人才的供求问题，该问题主要体现在应用型光电技术人才的严重短缺。我国为确保该问题得到妥善解决，各大高校相继开展了光电信息科学与工程的专业课程。然而我国在该行业发展的过程中，主要出现了起步较晚，培养方向的失误，及过度注重理论课程的学习而忽视了实践运用的重要性。此外，部分院校在设计课程的过程中忽视了光电行业中“以光为主，光电结合”的特色，从而致使授课过程中出现光电分离的情况，同时在教师授课的过程中缺乏光电结合的实际案例。

二、课程体系构建的依据与原则

就专业课的设置而言，其要求繁多，如包括其内在条件教育，还有其外在因素客观性的影响。所以，为确保上诉各项因素能够得到有解决，就必须在课程设置的过程中给予相应的制定依据。

（一）目标的培养是作为课程体系的前提与基础而存在，同时也帮助人才培养走向规范化，制定了良好的标准，也是教育活拥母本所在；然而课程体系的制定则是作为载体确保培养目标得以实现，所以，为使得培养目标得以实现则必须将该培养目标作为指导思想，突出目标培养过程中所需要的一切要求。所以，其两者相辅相成缺一不可，只有在科学的配比下将两者混合才能将其作用发挥至极致。

（二）在专业知识的教学过程中，需要将“光”作为主要教学对象，“光电”结合制定课程体系。在对本专业进行学习的过程中，所涉及到的知识相对较多，课程繁多，及包含“光”“电”两方面的课程。

（三）通过科学的办法对光电专业知识与技能培养课程数量、时间以及门类商定，当课程未能按预计情况实施，同时学生学业未能达到其开设的目的时，此次项目的开设者需要更具实际情况对课程间的机构与联系进行分析，按照先基础，后延伸，先理论，后技能的顺序进行合理的课程安排，确保经订正后的课程制定能够较为有效的实施，实现衔接有序，防止教授内容重复的情况出现，从而帮助学生在通过该课程的学习后得到相应的知识与能力，最终成为符合社会要求的应用型人才。

三、课程体系的优化与设置

对于应用型人才培养目标，本文将以怀化学院作为主要的研究对象，从而进行课程体系的优化与设置

（一）在对整个课程进行安排的过程中需要对以下三方面进行综合考察，及包括公共、专业、发展三方面能力。在整个过程中，专业与发展两方面能力则需要根据校园所处地段、经济环境、师资力量等多个方面进行综合考虑，最终总结出本专业的重点发展方向。就怀化学院而言，该校制定了其重点培养方向，包括光电子技术、光电信息处理技术和光学技术及工程领域等四个方面，同时拟定了10门主修课程，以便学生成为社会应用型人才。

（二）在课程内容制定方面需要为该专业同学提供共同受益的知识内容，所以为确保从学校走出的毕业生能够得到相应企业的认可，成功的从学生像员工的转换，与此同时还需要应对社会实际情况选出符合学生发展的选项课程，弥补课堂中所不能涉及的知识。就怀化学院而言其课本的选择比较具有针对性，如对于光学照明与光学设计而言，该校选择《薄膜光学》、《光学CAD》、《LED制造技术》和《电气照明与设计》四本课本帮助同学们实现专业知识的补充。例如通过该课程的学习，已有学生独立完成了光控自动窗帘，其主要作用在于根据周围环境的亮度来实现窗帘的自动开、关的，它包括光感应电路，电机正、反转电路，自动停转电路。要实现白天拉开，晚上拉合，需要一只光敏电阻与两片集成电压比较器配合使用。另外，要实现手动控制功能，可以设置两只电阻，一只与光敏电阻的光电阻阻值相近，另一只与光敏电阻的暗电阻阻值相近。

（三）将教学重点放置于实际授课环节，加强学生实际动手能力。专业性人才培养的过程中，普遍提倡实现过层次专业实践体系培养，在这个过程中的核心在于个人素质、实际应用能力与个人创新能力的锻造。为确保该目标得以实现，就必须完善陈旧的授课模式，改善只重视书本知识的局面，帮助学生投身如自身实践的过程中，确保多种类教学模式得以实现。就课程实验安排上，首先注重本实验的实用性与针对性，相对减小实验性实验的个数，加大能够展现学生创新性、设计性的实验个数。就工程实训而言，学校应针对各个学生特性的选择符合其自身条件的训练环境。

结语

以光电行业和社会需求为导向，以光电实际工程为背景，以光电子工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，树立“面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念，最终使光电信息科学与工程专业成为在能源、机制、体系、课程和理念方面体现创新，在与产业之间互动和交融形成特色的开放式、应用型、地方性、国际化的西部一流亲产业型专业人才培养基地，实现“学校―工程师人才―企业”三维一体共生共赢。

【参考文献】

[1]邓晓鹏，施振刚，张顺如，王旭，龙学文，杨朋.以应用型人才培养为目标的光电信息科学与工程专业课程体系的构建。怀化学院学报，2015，11：83-86.

光学工程的应用范文第2篇

文章摘要：摘 要:简要地论述了目前国内光学工程教学现状,分析了在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的多所美国大学的教学方式,如亚利桑那大学、罗切斯特大学以及加州大学等,仔细研究了它们关于光学工程学科的课程设置、教学大纲和教学课件。结合作者在教学中的实际...  

    摘　要:简要地论述了目前国内光学工程教学现状,分析了在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的多所美国大学的教学方式,如亚利桑那大学、罗切斯特大学以及加州大学等,仔细研究了它们关于光学工程学科的课程设置、教学大纲和教学课件。结合作者在教学中的实际体会,对国内的光学工程学科的大学教学提出了几点建议,即师生共享教学大纲,注重实验与工程,丰富网络资源。

    关键词:光学工程;课程设置;教学大纲;实验;工程;网络资源

    光学工程是国家一级学科,其理论基础为光学、光电子学、应用光学、量子光学和非线性光学等。目前,光学工程已发展为以光学技术与信息科学为基础,与能源科学、材料、生命科学、精密机械与制造、计算机科学、医学及微电子技术等紧密交叉和相互渗透学科。 近几年来,光电子信息产业发展迅速,对光学工程专业的人才需求增加。为了适应时代的需求,许多高校纷纷设立与光学工程有关的院系,如国防科技大学的光电科学与工程学院、重庆大学的光电工程学院、电子科技大学的光电信息学院、天津大学的精密仪器与光电子学院等。

    有的院校虽然没有单独设立院系,但都开设了相应的专业方向,如北京理工大学信息科学技术学院光电工程系、上海交通大学光信息科学与技术专业等。 虽然光学工程已经引起国人的重视,但它毕竟是一门新兴的学科,如何办好该学科,以适应产业需求,高质量地培养光学工程人才是许多高校乃至整个国家需要解决的课题。社会的发展对高校人才培养提出了新的挑战,要培养适应现在和未来社会的高素质复合人才就必须创新人才培养模式,本科是创新性人才培养的基础。本文对众多美国知名大学的教学方式进行了研究,并对在光学工程教学与科研领域中处于一流地位的亚利桑那大学(University of Arizona)[1]、罗切斯特大学(University of Rochester)[2]以及加州大学(University of California)[3]等大学的教学目标、课程设置、教学大纲和教学课件进行了分析,结合目前国内教学的实际情况以及作者在多年教学中的切身感受,对国内光学工程学科的大学教育提出了几点建议。

    教学大纲是按照教学计划中关于各学科的教学目的和任务,根据学生的特点、知识水平以及发展学生智力的需要,以纲要的形式,具体规定每门学科的教材范围、深度、体系和结构、教学时间以及教学法上的具体要求。最近改名为课程标准,它是在上述要求的基础上增加了过程与方法、情感态价值观等方面的内容。 在国内,教学大纲一般由教学管理部门或任课老师制定, 在课程的第一次课,多数教师会将大纲的主要内容告知学生。学生很少参与大纲的制定,只是被动地接收受已经制定好的内容。

    在美国,绝大多数大学都要求教师和他们的学生共享教学大纲。老师的第一次课并不讲授具体的知识,而是把教学大纲发给学生,和学生一起讨论教学大纲,以达成某种共识。 教学大纲更合理。“教学”是由教师的“教”和学生的 “学”所组成的双边活动。如果教学大纲只是由“教”这一边来制定,由于对学生的实际情况了解不够深入,它可能符合老师 “教”的要求,而非常不利于学生的“学”。如课程中的一些背景知识,老师在制定大纲的时候认为学生已经掌握,但学生并没有掌握,这样就会导致知识的断点;相反,则可能会出现知识点重复。

    这种情况在我们的教学中是很难完全避免的。如果老师在正式上课之前,将教学大纲拿到课堂上与学生一起讨论,听取学生意见,合理地采纳学生的一些建议,可以使所制定的教学大纲不仅适合教师的“教”,而且还适合学生的 “学”。 为学生的学习提供指南。通过对教学大纲的学习与讨论,学生可以很好地把握这门课程所要学习的内容,从而作出选修与否的决定。

    在学习的过程中,学生可以不时地拿出课程大纲,对照自己的学习情况确定是否达到课程大纲的要求。另外由于学生很好地掌握了每次课将要学习的内容,根据自己的实际情况做出是否要提前预习,会使整个学习过程更轻松,学习更具有系统性和条理性。 约束教师的教学。教学大纲是教师和学生共同制定的,这就相当于教师和学生之间的一种契约,在教师要求学生 “学”的同时对教师的“教”也提出了要求。教师在教的过程这必须严格地按照教学大纲来进行,不能随意地增加、删减内容、调整教学次更改教学时间,不能不公正地评定学生的成绩等。这在一定程度上可以约束教师的行为,提高教师的素质和教学质量。 “光学工程”是一门年轻的学科,许多课程的教学大纲还处于制定和完善状态。

    让学生参与到大纲的制定中,使我们的大纲不仅适合教师的“教”,而且还有利于学生的“学”,为高质量的“教学”打下基础。 “光学工程”是一门工科学科,学生的动手能力和工程实践能力对其将来的工作有很大影响。因此,学生在大学阶段所受的实验和工程方面的教育就显得尤为重要。事实上,在光学工程领域中处于一流地位的美国亚利桑那大学、罗切斯特大学等学校都是非常注重实验和工程的。

光学工程的应用范文第3篇

关键词 光学超分辨；光储存；作用

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0135-02

随着信息技术的发展，人们储存信息的技术也在不断的更新，从原始的纸张信息记录形式发展到当前最为先进的光学超分辨技术。在近些年来，随着计算机应用的普及化，人们对于超高容量、密度、快速的信息储存技术越来越向往。而光储存技术是以光子为信息载体的一项优秀技术，特别是近年来取得了许多重大突破，在市场上的应用越来越广泛。当前社会中信息储存已经无法离开以光盘为基础的储存器件，其对于活动图像以及数据的储存有着非常好的效果。而光学超分辨技术对于光储存的发展有着引导作用，特别是储存密度的提高更是关键。调制激光束载有信息，光盘储存技术通过物镜使其聚焦于光盘存储介质之上。近年来发展起来的两项技术，光刻技术与工艺超分辨近场结构技术都是将近场光储存技术与超分辨光盘技术结合起来的新技术，对于新兴储存中的许多问题都可以进行有效解决。

1 光学超分辨近场技术及其应用

1.1 光学超分辨进场技术概述

基于传统的超分辨光学技术基础，综合近场光存储技术而发展起来的Super-RENS技术，是于上世纪九十年代初中通过磁致超分辨技术来实现的，其读出是通过热虹食原理来进行的。一般来说具有两层工作薄膜，其中一层用来记录，而另一层是用来作为掩膜层，光盘处于高速旋转的时候，激光就会照射到其上面，进而对于光束进行读取，并且存在着一个光束与照射前高温区的重叠，因为该重叠会引发热虹食的效应，对于光斑通过一个类似于光孔来有效的减少，对于信号有效的加以读取。

通过一定孔径的光束会发生散射，但是进场光在这种局限条件下实现突破，在孔的后面一定范围内，根据小孔的尺寸来限制光束的束宽，而波长的大小对其不会产生太大的印象，因此超过衍射极限的超精细结构也就可以有效的加以读取。该技术之所以能够突破衍射极限，取得更大的优势在于其结合了两项传统技术，并且在此基础上发挥自身的特点。一般来说该技术有多层膜系，而在近场范围内设置掩膜层与记录层。掩膜层介质在激光的照射下能够产生非线性效应，其微区光场可以有效的形成，或者为中心型或者为孔径型。在该技术下实现超分辨的技术基础在于掩膜在激光的作用下，能够快速的产生光学性质的变化。

1.2 光学超分辨近场技术在光储存中的应用

由几个科学家率先提出的光学超分辨近场技术，在超高密度光储存中进行应用。其掩膜层是采用Sb型的，在记录膜上可以实现一定的记录点。在发展过程中有其他科学家发现了介电保护层的不同对于超分辨性能有着不同的影响。介电保护层由于Sb薄膜的熔化而受到一定的压力，对于信噪比有很大的提升，对于介电保护层有很大的提升作用。Sb型掩膜的特点是其晶态与非晶态之间的转变可以使得激光的透过率发生变化，进而近场记录得以实现。一旦有激光照射后，激光束能量具备了高斯分布，Sb膜的光斑中央区域可以从晶态向熔化装状态转变，针对入射光，熔化状态的Sb有着较高的透过率，因此也就类似于在晶体状态下的掩膜中设置一个光斑直径的小孔，记录层与Sb膜层之间的厚度与近场光传播距离相比较小，也正因为这样，Sb掩膜层中小孔的投影与到达记录层的光束相类似，一旦移去激光束，熔化状态的Sb就会迅速的变成结晶状，也就是实现了整个近场记录的过程。

如果记录点的大小保持在一定范围内，而膜层也处于固定状态下，SiN/Sb/Sin膜层可以使得系统的信噪比达到最优化，其厚度为一定值。对于介电保护层的结构进行调整，使得介电层间的压力处于最优状态，对于信噪比可以很大程度的提高。

2 光学超分辨技术在光学头中的具体体现

从光学超分辨的各种实现途径可知，其具有自身的优劣势。基于现实中各因素的考虑，一般采用光瞳滤波器的光学变迹术。作为光盘驱动器的重要元件，在保证物镜的波长和数值孔径的前提下，在光学头中运用超分辨技术可减少光斑的读出，同时在衍射极限上取得突破。这种光学头一般被称为超分辨光学头。在DVD光学头中加入光瞳滤波器可获得超分辨光学头，通过这种方式获得的超分辨光学头能够获得高于常规光盘存储器的储存容量。

光学超分辨系统属于比例分辨率放大系统中的一种，光瞳滤波器的超分辨增益是影响整个光学超分辨系统分辨率的决定性因素。而能够影响超分辨增益的只有光瞳本身的设计，跟其他因素无关。基于此，在诸如DVD、BD、HD、CD等系统中都可以运用光学超分辨技术，从而提高DVD、BD、HD、CD等的分辨率。从这一点上看，光学超分辨率具有很大的市场优势。

2.1 超分辨光学头系统机构分析

以一个带有超分辨原件的典型光学头进行分析。通常情况下，要使从激光器发射出来的激光能够准直，需要通过准直镜来达到这一目的，然后准直的激光通过超分辨光瞳，在光盘表面上会有一个压缩焦斑的形成。跟大众的DVD光学头进行比较之后，不难发现其在结构上跟DVD光学头的最大差别即是在超分辨原件上。对于老式的光学头来讲，在其上面再添加一个超分辨光瞳就能够变为现今的超分辨光学头。

2.2 超分辨元件的结构和行为

对于三段式相移光瞳来讲，通过相关的结构参数和透过率的设计，就能够调制中央主瓣的大小，从而实现超分辨的效果。通常情况下，光瞳的超分辨行为可以通过半宽比、旁瓣强度比和斯特列尔比来进行定量分析和描述。拿斯特列尔来说，其表示的是焦点强度和其相应的未整形光束的强度之间的比值。

3 结束语

信息技术时代对于信息储存技术的要求也越来越高，而光储存是一种较为先进的信息储存技术。光储存领域不断发展的过程中，受到储存密度的影响较大，通过光学超分辨技术的应用，特别是光学超分辨近场技术对于光储存技术的提高有着重要作用。光储存技术以光子为信息载体，突破了传统的储存技术，充分发挥自身的优点，近年来成为社会中不可或缺的信息载体，对于数据以及影响活动都有着重要作用。文章对于超分辨近场结构技术以及光学超分辨技术在光学头中的应用进行探讨，特别是就如何提高储存密度进行分析，对于超分辨掩膜的功能进行分析，其产生的微小光场以及介质层的功能对于实现光子纳米储存技术都有着重要的推动作用。

参考文献

[1]吕志坚，陆敬泽，吴雅琼，陈良怡.几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展[J].生物化学与生物物理进展，2009（12）.

[2]于前洋，曲宏松.实现同步轨道（GEO）高分辨力对地观测的技术途径（下）[J].中国光学与应用光学，2009（01）.

[3]乔彦峰，刘坤，段相永.光学合成孔径成像技术及发展现状[J].中国光学与应用光学，2009（03）.

作者简介

陈成杰（1992-），女，山东德州人，本科在读，研究方向：光学工程。

光学工程的应用范文第4篇

科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新

仪器设备 ，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇

航技术的进步 、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我

国，生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中

国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学

科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中

国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前，我

国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研 教学工作

，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明　“解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用

刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜，推动了

解剖学向 微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进

一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞

生了细胞学、组织学、细胞病理 学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞

的超微细结构 、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，

使人们能观察到纳米(nm )级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电

子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用

。

影像学诊断飞跃进步　影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域

之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技

术的出现 和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水

平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT)，即是利用计算机技术处理人

体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观

察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世，能快速扫描

和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT， 提高了诊断准确率［1］。医学

工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc

e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅 可分辨病理解剖

结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾 病在

早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊

断学 向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM

RI、MRS发展。 根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，

创造 的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体

把PET列为十大 医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿

瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。

影像学诊断水平的不断提高 ，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

介入医学问世　介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年

)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行

扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra

diology)，这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功

地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小

、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎 。20世纪80年代随着生物医学工程的发

展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及转贴于

高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世，使介入性

诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、 非血管

管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高

，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗

并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的

临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用　当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医

疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们

称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏

瓣膜病的治疗，除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难

修复改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技

术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修

补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样

的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材

料、新技术的结果［5］。

肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病

晚期患者的生 命，肾病治疗学也因此有了很大进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关

节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千

万万的患者恢复了健康。 可以说，人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外，

其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程

医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上

可见，20世纪生物医学工 程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推

动着医学科学的进步。

21世纪生物医学工程展望　纵观医学新技术诞生和发展的 历史，从伦琴发现

X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用

，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天

C T成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的

医学新技术 。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗

技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：

(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，

诊疗用机器人将被广泛应用。［6］

(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技

术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着

PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂

型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。

(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将

有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。

(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效

缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育

材料、生物止血材料将有 新突破。

(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、

家庭、个人医 疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械

和用品将有广泛需求和应 用。

(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防

治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、

心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救

系统是未来生 物医学工程的重要课题。

(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快

速发展，遗传 、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪

白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。

(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保

健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。

1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2

000年，基本实 现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济

发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先

进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家

工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等，对推动生物医学工程产业

发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争，在医学

诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起 来，调整

政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优

势，创建全新的生物医学，为人民造福。

参考文献

［1］Ge Wang Micheal WV. Preliminary study on helical CT algorithms for

pati ent motion estimation and compensation .IEEE Trans. Medical Imagi

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［2］Minn H， Lapela M， Klemi PJ et al. Predication of surviva l with fl

uorin-18-fluoro deoxyglucose and PET in head and neck caner. J Nucl M e

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［3］Scheinman MM. Catheter Ablation. Circulation， 1991， 83：1489 -1498

［4］杨于彬，生物医学工程与介入性诊疗技术，世界医疗器械，1997，3(9 )：5

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［5］Katircioglu F ， Yamak B，Battalogla B， et al .Long term re sults of

mitral valve replacement with preservation of the posterior leaflet. J

Heart Valve Dis， 1996，5(3)：302

光学工程的应用范文第5篇

    目前国内医疗机构应用较为广泛的钬激光有POWERSUITE系列,结构上主要包括激光光路、冷却系统、脉冲高压控制电路、主控制及电源电路等。该系列钬激光由1~4组激光器组成,具体数量由激光输出功率决定。每组激光器包含1根激光棒,每根激光棒额定输出功率为30W。任意1组激光器出现故障,其他激光器会代偿工作,这种方式能提高机器的效率,降低故障发生对使用的影响。发出的激光经过能量稳定器、全反射镜,使能量得到稳定,再经过光纤保护镜、光纤作用于病灶组织。医学装备投入临床使用后,由于临床环境问题、使用或使用者错误、设备自身性能退化、维护保养欠缺等因素,都可能导致医学装备故障的发生。医学装备发生故障后,造成意外停机损失、影响正常的医疗工作、高额的维修费用及对医护人员和患者造成伤害,因此故障也成为医学装备风险的表现形式之一。经调查,我国中部某省医疗机构共有钬激光50台,其中POWERSUITE60W钬激光占有率为80%。该系列钬激光故障主要集中在光路、脉冲高压控制两大部分,其中光路故障率最高,约占60%,高压控制电路故障率约占20%,其他故障率共占20%。钬激光使用了大量的光学镜片,激光能量能否线性传输,主要取决于这些镜片和光纤的使用状况、透射及全反射效率。常见的光路故障表现为某些光学镜片表面镀层损坏,光纤端面损坏导致激光能量输出功率降低,不能满足手术要求。另外,光纤端面出现黑点、切割不平整、保护镜损坏都将导致光纤及泌尿内窥镜的损坏。该电路主要控制各组激光器氙灯或氪灯的高压供给,并且保证高压输出电路能够稳定输出+800V高压。从电路的结构特性分析,可知脉冲高压控制电路也是钬激光发生故障频率较高的部分激光器在工作过程中,谐振腔内部泵辅源和工作物质会产生大量的热量,冷却循环系统主要是对激光器进行降温,保持激光能量输出稳定,防止激光棒过热而炸裂。当冷却循环系统中水质电阻<500kΩ,系统自检时报错。正常情况下,如果水循环滤芯、电导过滤器和蒸馏水定期更换,进入激光器的水质电阻将达到3000kΩ以上,这也可以避免高压放电的危险。了故障风险外,钬激光在临床应用过程中可能发生的意外损坏和伤害。这类风险主要表现为潜在的故障、误操作所引起的不良事件,在此称为钬激光临床应用的潜在风险。

    2风险控制措施

    钬激光机房(手术室)要求保证工作环境温度为(24±2)℃,湿度保持在40%~60%,电源要求为30A/220VAC/50Hz的单相交流电;室温过高会直接影响钬激光冷却系统的冷却效率,导致激光能量输出衰减;室温过低或潮湿易导致光学元件的表面凝结水珠,影响或损坏光学元件。因此,机房设计应当按照洁净手术室标准设计,用以保证钬激光环境要求,或安装相应配套设备(如专用空调、除湿器等)来代替。使用前,医工人员应当对可以预见的风险进行评估,并根据设备操作说明书的内容制定操作规程。操作规程的内容应当包括规范化的操作步骤、注意事项、安全风险及操作禁忌等。操作规程应当按要求张贴或悬挂于钬激光机壳上,并进行存档和备案。加强使用人员的操作培训是降低医学装备使用风险的有力措施。医院临床医学工程部门应当组织实施医学装备的临床使用操作培训,制定详细且合理的培训计划并认真落实。购置时,拒绝引进无法提供培训服务生产厂家的产品。经培训合格者才具有操作资格;已获取操作资格,但连续满一年未操作设备的使用人员再次操作设备时,应当重新培训获取资格。临床医学工程部门应定期检查使用人员操作设备情况,发现问题及时培训和整改。ISO14971标准指出,预防性维护周期可以通过医学装备的风险值计算。钬激光的预防性维护周期和频率计算公式见式(1)和式(2),根据钬激光的风险值48分,可知钬激光的初期预防性维护频率为3.2次/年,然而钬激光实际的预防性维护周期需要根据每台钬激光实际累计使用时间和故障频率进行修正。初期预防性维护频率=医疗设备风险分值/15(次/年)(1)初期预防性维护周期=180/医疗设备风险分值(月)。

    3科学合理地实施预防性维护

    (1)日常的功能检查和维护。在医工人员的指导下,由临床使用人员完成对钬激光表面的清洁,使用前后对光纤、光纤保护镜的检查,确认处于完好状态。

    (2)定期的维护保养。由医工人员执行,遵照每年3次左右的维护频率进行。具体内容包括:

    ①光学系统的保养:钬激光的光学元件容易接触空气中的杂质或水分而受到污染,污染物在镜片表面上会从激光束中吸收能量,导致损坏光学镀膜层甚至激光传输镜片。光学元件具体的保养,应先应用空气球将元件表面的浮物吹掉,再用丙酮或甲醇对镜片清洁;

    ②冷却循环系统保养:全面清洁冷却系统并更换去离子过滤芯及杂质过滤器、过滤网等,保证激光腔内清洁,电光转换效率最高;

    ③安全及控制系统的检测:钬激光的安全系统是针对操作者和设备本身硬件的保护而设计的。保养时,医工人员可以通过Service模式进行逐项检查,避免造成人身伤害和设备自身的损害。

    (3)特殊检测与校准。特殊检测与校准主要包括对激光实际输出能量检测和光路校准,根据使用风险防范需要,可由厂家工程师配合完成。

    ①实际输出能量的检测:采用激光能量表对激光器实际输出能量进行测量,以保证输出能量安全可靠,避免能量偏低而导致治疗效果不理想,或者能量过高而带来不必要的损害甚至医疗纠纷;

    ②光路校准:医用激光光路校准过程比较复杂,主要是通过调节各个全反射镜片的角度,将每部分镜片的发射光束会聚与镜片正中行成圆形光斑,从而保证激光光束能量实际值与设置值相差不大,能量衰减小。