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单光子和双光子激发荧光经组织穿透的对比研究及激光照射下的红细胞内部光分布:FDTD计算

王骁乾  
【摘要】: 在猪的组织中,405纳米连续激光和800纳米飞秒激光的穿透都呈现单指数衰减。405纳米连续激光在散射方面的损失大大高于800纳米飞秒激光的,这就暗示着组织的散射也是遵从Rayleigh定律的。然而,405纳米的单光子激发(SPE)荧光的穿透深度和800纳米的双光子激发(TPE)荧光的穿透深度是相近的,这是由于相比SPE荧光,在组织散射后减小的激光功率密度会更加严重地减弱TPE荧光。在另一方面,我们测得800纳米飞秒激光的展宽是随着组织深度线性加宽的,这是由于组织的色散效应造成的影响。我们发现激光脉冲的展宽因子大约是1.004~x,在这里x是组织深度单位毫米,也因此这个效应不会非常严重地影响在组织的浅层部分中的TPE荧光。一层很薄的血液可以阻碍405纳米激光的传播,但是却不能影响800纳米激光的穿透。综合考虑所有这些相关因素,在带有血液的活体系统和活体组织中TPE的穿透深度必然比SPE的穿透深度大。 在低功率激光照射的医学应用中,由于光能够被生物体本身会聚可能造成活体器官损伤,安全就成了人们最为关心的问题之一。我们用有限时域差分的数值计算方法来研究用632.8nm平面光波照射双凹型,扁球体型或圆盘球体型红细胞后在红细胞内部产生的光分布。我们发现会聚效应在双凹型,扁球体型或圆盘球体型红细胞中的任何一个都如此显著,以至于当激光照射方向沿着红细胞平面时在靠近红细胞膜的会聚区域的光强达到入射光强的10倍多。当入射方向偏离红细胞平面超过15度时这种会聚效应就变得很弱甚至消失。因为在红细胞内的最大光强能比入射光强高大约一个数量级,所以在激光医学应用的安全性中这个因素是需要被考虑到的。


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