光學工程的應用
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光學工程的應用范文第1篇
關鍵詞：應用型人才；光電信息科學與工程；課程體系建設研究
基金項目：廣西高等教育本科教學改革工程項目（項目編號：2015JGB257）
廣西區(qū)教改項目（項目編號：2015JGA229）
TN2-4；G642
引言
就光電信息科學與工程專業(yè)而言，課程體系的排列順序與門類需通過培養(yǎng)的目的進行相應的設置，與此同時為幫助課程的內(nèi)容與形式得到較為完美的整合，并確保各要素能夠集中于同一目標的系統(tǒng)，本文進行以下探究。
一、中國光電信息科學與工程專業(yè)課程體系建設發(fā)展現(xiàn)狀
隨著時代的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構也得到相應的調(diào)整，光電信息技術已經(jīng)發(fā)展成為具有較強影響力的科學技術，其主要作用范疇包括科學領域以及制造行業(yè)。中國已經(jīng)逐步成為世界范圍內(nèi)最為龐大的生產(chǎn)基地。就當前情況而言，光電行業(yè)具有較好的發(fā)展前景，光電市場也已初步形成，因此該行業(yè)具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ缓?，中國在保證該行業(yè)飛速發(fā)展的同時，還遇到了相應的問題，其中最為嚴重的則是人才的供求問題，該問題主要體現(xiàn)在應用型光電技術人才的嚴重短缺。我國為確保該問題得到妥善解決，各大高校相繼開展了光電信息科學與工程的專業(yè)課程。然而我國在該行業(yè)發(fā)展的過程中，主要出現(xiàn)了起步較晚，培養(yǎng)方向的失誤，及過度注重理論課程的學習而忽視了實踐運用的重要性。此外，部分院校在設計課程的過程中忽視了光電行業(yè)中“以光為主，光電結(jié)合”的特色，從而致使授課過程中出現(xiàn)光電分離的情況，同時在教師授課的過程中缺乏光電結(jié)合的實際案例。
二、課程體系構建的依據(jù)與原則
就專業(yè)課的設置而言，其要求繁多，如包括其內(nèi)在條件教育，還有其外在因素客觀性的影響。所以，為確保上訴各項因素能夠得到有解決，就必須在課程設置的過程中給予相應的制定依據(jù)。
（一）目標的培養(yǎng)是作為課程體系的前提與基礎而存在，同時也幫助人才培養(yǎng)走向規(guī)范化，制定了良好的標準，也是教育活擁母本所在；然而課程體系的制定則是作為載體確保培養(yǎng)目標得以實現(xiàn)，所以，為使得培養(yǎng)目標得以實現(xiàn)則必須將該培養(yǎng)目標作為指導思想，突出目標培養(yǎng)過程中所需要的一切要求。所以，其兩者相輔相成缺一不可，只有在科學的配比下將兩者混合才能將其作用發(fā)揮至極致。
（二）在專業(yè)知識的教學過程中，需要將“光”作為主要教學對象，“光電”結(jié)合制定課程體系。在對本專業(yè)進行學習的過程中，所涉及到的知識相對較多，課程繁多，及包含“光”“電”兩方面的課程。
（三）通過科學的辦法對光電專業(yè)知識與技能培養(yǎng)課程數(shù)量、時間以及門類商定，當課程未能按預計情況實施，同時學生學業(yè)未能達到其開設的目的時，此次項目的開設者需要更具實際情況對課程間的機構與聯(lián)系進行分析，按照先基礎，后延伸，先理論，后技能的順序進行合理的課程安排，確保經(jīng)訂正后的課程制定能夠較為有效的實施，實現(xiàn)銜接有序，防止教授內(nèi)容重復的情況出現(xiàn)，從而幫助學生在通過該課程的學習后得到相應的知識與能力，最終成為符合社會要求的應用型人才。
三、課程體系的優(yōu)化與設置
對于應用型人才培養(yǎng)目標，本文將以懷化學院作為主要的研究對象，從而進行課程體系的優(yōu)化與設置
（一）在對整個課程進行安排的過程中需要對以下三方面進行綜合考察，及包括公共、專業(yè)、發(fā)展三方面能力。在整個過程中，專業(yè)與發(fā)展兩方面能力則需要根據(jù)校園所處地段、經(jīng)濟環(huán)境、師資力量等多個方面進行綜合考慮，最終總結(jié)出本專業(yè)的重點發(fā)展方向。就懷化學院而言，該校制定了其重點培養(yǎng)方向，包括光電子技術、光電信息處理技術和光學技術及工程領域等四個方面，同時擬定了10門主修課程，以便學生成為社會應用型人才。
（二）在課程內(nèi)容制定方面需要為該專業(yè)同學提供共同受益的知識內(nèi)容，所以為確保從學校走出的畢業(yè)生能夠得到相應企業(yè)的認可，成功的從學生像員工的轉(zhuǎn)換，與此同時還需要應對社會實際情況選出符合學生發(fā)展的選項課程，彌補課堂中所不能涉及的知識。就懷化學院而言其課本的選擇比較具有針對性，如對于光學照明與光學設計而言，該校選擇《薄膜光學》、《光學CAD》、《LED制造技術》和《電氣照明與設計》四本課本幫助同學們實現(xiàn)專業(yè)知識的補充。例如通過該課程的學習，已有學生獨立完成了光控自動窗簾，其主要作用在于根據(jù)周圍環(huán)境的亮度來實現(xiàn)窗簾的自動開、關的，它包括光感應電路，電機正、反轉(zhuǎn)電路，自動停轉(zhuǎn)電路。要實現(xiàn)白天拉開，晚上拉合，需要一只光敏電阻與兩片集成電壓比較器配合使用。另外，要實現(xiàn)手動控制功能，可以設置兩只電阻，一只與光敏電阻的光電阻阻值相近，另一只與光敏電阻的暗電阻阻值相近。
（三）將教學重點放置于實際授課環(huán)節(jié)，加強學生實際動手能力。專業(yè)性人才培養(yǎng)的過程中，普遍提倡實現(xiàn)過層次專業(yè)實踐體系培養(yǎng)，在這個過程中的核心在于個人素質(zhì)、實際應用能力與個人創(chuàng)新能力的鍛造。為確保該目標得以實現(xiàn)，就必須完善陳舊的授課模式，改善只重視書本知識的局面，幫助學生投身如自身實踐的過程中，確保多種類教學模式得以實現(xiàn)。就課程實驗安排上，首先注重本實驗的實用性與針對性，相對減小實驗性實驗的個數(shù)，加大能夠展現(xiàn)學生創(chuàng)新性、設計性的實驗個數(shù)。就工程實訓而言，學校應針對各個學生特性的選擇符合其自身條件的訓練環(huán)境。
結(jié)語
以光電行業(yè)和社會需求為導向，以光電實際工程為背景，以光電子工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力，樹立“面向工業(yè)界、面向未來、面向世界”的工程教育理念，最終使光電信息科學與工程專業(yè)成為在能源、機制、體系、課程和理念方面體現(xiàn)創(chuàng)新，在與產(chǎn)業(yè)之間互動和交融形成特色的開放式、應用型、地方性、國際化的西部一流親產(chǎn)業(yè)型專業(yè)人才培養(yǎng)基地，實現(xiàn)“學校―工程師人才―企業(yè)”三維一體共生共贏。
【參考文獻】
[1]鄧曉鵬，施振剛，張順如，王旭，龍學文，楊朋.以應用型人才培養(yǎng)為目標的光電信息科學與工程專業(yè)課程體系的構建。懷化學院學報，2015，11：83-86.
光學工程的應用范文第2篇
文章摘要：摘 要:簡要地論述了目前國內(nèi)光學工程教學現(xiàn)狀,分析了在光學工程教學與科研領域中處于一流地位的多所美國大學的教學方式,如亞利桑那大學、羅切斯特大學以及加州大學等,仔細研究了它們關于光學工程學科的課程設置、教學大綱和教學課件。結(jié)合作者在教學中的實際...
摘 要:簡要地論述了目前國內(nèi)光學工程教學現(xiàn)狀,分析了在光學工程教學與科研領域中處于一流地位的多所美國大學的教學方式,如亞利桑那大學、羅切斯特大學以及加州大學等,仔細研究了它們關于光學工程學科的課程設置、教學大綱和教學課件。結(jié)合作者在教學中的實際體會,對國內(nèi)的光學工程學科的大學教學提出了幾點建議,即師生共享教學大綱,注重實驗與工程,豐富網(wǎng)絡資源。
關鍵詞:光學工程;課程設置;教學大綱;實驗;工程;網(wǎng)絡資源
光學工程是國家一級學科,其理論基礎為光學、光電子學、應用光學、量子光學和非線性光學等。目前,光學工程已發(fā)展為以光學技術與信息科學為基礎,與能源科學、材料、生命科學、精密機械與制造、計算機科學、醫(yī)學及微電子技術等緊密交叉和相互滲透學科。 近幾年來,光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,對光學工程專業(yè)的人才需求增加。為了適應時代的需求,許多高校紛紛設立與光學工程有關的院系,如國防科技大學的光電科學與工程學院、重慶大學的光電工程學院、電子科技大學的光電信息學院、天津大學的精密儀器與光電子學院等。
有的院校雖然沒有單獨設立院系,但都開設了相應的專業(yè)方向,如北京理工大學信息科學技術學院光電工程系、上海交通大學光信息科學與技術專業(yè)等。 雖然光學工程已經(jīng)引起國人的重視,但它畢竟是一門新興的學科,如何辦好該學科,以適應產(chǎn)業(yè)需求,高質(zhì)量地培養(yǎng)光學工程人才是許多高校乃至整個國家需要解決的課題。社會的發(fā)展對高校人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn),要培養(yǎng)適應現(xiàn)在和未來社會的高素質(zhì)復合人才就必須創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,本科是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的基礎。本文對眾多美國知名大學的教學方式進行了研究,并對在光學工程教學與科研領域中處于一流地位的亞利桑那大學(University of Arizona)[1]、羅切斯特大學(University of Rochester)[2]以及加州大學(University of California)[3]等大學的教學目標、課程設置、教學大綱和教學課件進行了分析,結(jié)合目前國內(nèi)教學的實際情況以及作者在多年教學中的切身感受,對國內(nèi)光學工程學科的大學教育提出了幾點建議。
教學大綱是按照教學計劃中關于各學科的教學目的和任務,根據(jù)學生的特點、知識水平以及發(fā)展學生智力的需要,以綱要的形式,具體規(guī)定每門學科的教材范圍、深度、體系和結(jié)構、教學時間以及教學法上的具體要求。最近改名為課程標準,它是在上述要求的基礎上增加了過程與方法、情感態(tài)價值觀等方面的內(nèi)容。 在國內(nèi),教學大綱一般由教學管理部門或任課老師制定, 在課程的第一次課,多數(shù)教師會將大綱的主要內(nèi)容告知學生。學生很少參與大綱的制定,只是被動地接收受已經(jīng)制定好的內(nèi)容。
在美國,絕大多數(shù)大學都要求教師和他們的學生共享教學大綱。老師的第一次課并不講授具體的知識,而是把教學大綱發(fā)給學生,和學生一起討論教學大綱,以達成某種共識。 教學大綱更合理。“教學”是由教師的“教”和學生的 “學”所組成的雙邊活動。如果教學大綱只是由“教”這一邊來制定,由于對學生的實際情況了解不夠深入,它可能符合老師 “教”的要求,而非常不利于學生的“學”。如課程中的一些背景知識,老師在制定大綱的時候認為學生已經(jīng)掌握,但學生并沒有掌握,這樣就會導致知識的斷點;相反,則可能會出現(xiàn)知識點重復。
這種情況在我們的教學中是很難完全避免的。如果老師在正式上課之前,將教學大綱拿到課堂上與學生一起討論,聽取學生意見,合理地采納學生的一些建議,可以使所制定的教學大綱不僅適合教師的“教”,而且還適合學生的 “學”。 為學生的學習提供指南。通過對教學大綱的學習與討論,學生可以很好地把握這門課程所要學習的內(nèi)容,從而作出選修與否的決定。
在學習的過程中,學生可以不時地拿出課程大綱,對照自己的學習情況確定是否達到課程大綱的要求。另外由于學生很好地掌握了每次課將要學習的內(nèi)容,根據(jù)自己的實際情況做出是否要提前預習,會使整個學習過程更輕松,學習更具有系統(tǒng)性和條理性。 約束教師的教學。教學大綱是教師和學生共同制定的,這就相當于教師和學生之間的一種契約,在教師要求學生 “學”的同時對教師的“教”也提出了要求。教師在教的過程這必須嚴格地按照教學大綱來進行,不能隨意地增加、刪減內(nèi)容、調(diào)整教學次更改教學時間,不能不公正地評定學生的成績等。這在一定程度上可以約束教師的行為,提高教師的素質(zhì)和教學質(zhì)量。 “光學工程”是一門年輕的學科,許多課程的教學大綱還處于制定和完善狀態(tài)。
讓學生參與到大綱的制定中,使我們的大綱不僅適合教師的“教”,而且還有利于學生的“學”,為高質(zhì)量的“教學”打下基礎。 “光學工程”是一門工科學科,學生的動手能力和工程實踐能力對其將來的工作有很大影響。因此,學生在大學階段所受的實驗和工程方面的教育就顯得尤為重要。事實上,在光學工程領域中處于一流地位的美國亞利桑那大學、羅切斯特大學等學校都是非常注重實驗和工程的。
光學工程的應用范文第3篇
關鍵詞 光學超分辨；光儲存；作用
中圖分類號：TP333 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0135-02
隨著信息技術的發(fā)展，人們儲存信息的技術也在不斷的更新，從原始的紙張信息記錄形式發(fā)展到當前最為先進的光學超分辨技術。在近些年來，隨著計算機應用的普及化，人們對于超高容量、密度、快速的信息儲存技術越來越向往。而光儲存技術是以光子為信息載體的一項優(yōu)秀技術，特別是近年來取得了許多重大突破，在市場上的應用越來越廣泛。當前社會中信息儲存已經(jīng)無法離開以光盤為基礎的儲存器件，其對于活動圖像以及數(shù)據(jù)的儲存有著非常好的效果。而光學超分辨技術對于光儲存的發(fā)展有著引導作用，特別是儲存密度的提高更是關鍵。調(diào)制激光束載有信息，光盤儲存技術通過物鏡使其聚焦于光盤存儲介質(zhì)之上。近年來發(fā)展起來的兩項技術，光刻技術與工藝超分辨近場結(jié)構技術都是將近場光儲存技術與超分辨光盤技術結(jié)合起來的新技術，對于新興儲存中的許多問題都可以進行有效解決。
1 光學超分辨近場技術及其應用
1.1 光學超分辨進場技術概述
基于傳統(tǒng)的超分辨光學技術基礎，綜合近場光存儲技術而發(fā)展起來的Super-RENS技術，是于上世紀九十年代初中通過磁致超分辨技術來實現(xiàn)的，其讀出是通過熱虹食原理來進行的。一般來說具有兩層工作薄膜，其中一層用來記錄，而另一層是用來作為掩膜層，光盤處于高速旋轉(zhuǎn)的時候，激光就會照射到其上面，進而對于光束進行讀取，并且存在著一個光束與照射前高溫區(qū)的重疊，因為該重疊會引發(fā)熱虹食的效應，對于光斑通過一個類似于光孔來有效的減少，對于信號有效的加以讀取。
通過一定孔徑的光束會發(fā)生散射，但是進場光在這種局限條件下實現(xiàn)突破，在孔的后面一定范圍內(nèi)，根據(jù)小孔的尺寸來限制光束的束寬，而波長的大小對其不會產(chǎn)生太大的印象，因此超過衍射極限的超精細結(jié)構也就可以有效的加以讀取。該技術之所以能夠突破衍射極限，取得更大的優(yōu)勢在于其結(jié)合了兩項傳統(tǒng)技術，并且在此基礎上發(fā)揮自身的特點。一般來說該技術有多層膜系，而在近場范圍內(nèi)設置掩膜層與記錄層。掩膜層介質(zhì)在激光的照射下能夠產(chǎn)生非線性效應，其微區(qū)光場可以有效的形成，或者為中心型或者為孔徑型。在該技術下實現(xiàn)超分辨的技術基礎在于掩膜在激光的作用下，能夠快速的產(chǎn)生光學性質(zhì)的變化。
1.2 光學超分辨近場技術在光儲存中的應用
由幾個科學家率先提出的光學超分辨近場技術，在超高密度光儲存中進行應用。其掩膜層是采用Sb型的，在記錄膜上可以實現(xiàn)一定的記錄點。在發(fā)展過程中有其他科學家發(fā)現(xiàn)了介電保護層的不同對于超分辨性能有著不同的影響。介電保護層由于Sb薄膜的熔化而受到一定的壓力，對于信噪比有很大的提升，對于介電保護層有很大的提升作用。Sb型掩膜的特點是其晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變可以使得激光的透過率發(fā)生變化，進而近場記錄得以實現(xiàn)。一旦有激光照射后，激光束能量具備了高斯分布，Sb膜的光斑中央?yún)^(qū)域可以從晶態(tài)向熔化裝狀態(tài)轉(zhuǎn)變，針對入射光，熔化狀態(tài)的Sb有著較高的透過率，因此也就類似于在晶體狀態(tài)下的掩膜中設置一個光斑直徑的小孔，記錄層與Sb膜層之間的厚度與近場光傳播距離相比較小，也正因為這樣，Sb掩膜層中小孔的投影與到達記錄層的光束相類似，一旦移去激光束，熔化狀態(tài)的Sb就會迅速的變成結(jié)晶狀，也就是實現(xiàn)了整個近場記錄的過程。
如果記錄點的大小保持在一定范圍內(nèi)，而膜層也處于固定狀態(tài)下，SiN/Sb/Sin膜層可以使得系統(tǒng)的信噪比達到最優(yōu)化，其厚度為一定值。對于介電保護層的結(jié)構進行調(diào)整，使得介電層間的壓力處于最優(yōu)狀態(tài)，對于信噪比可以很大程度的提高。
2 光學超分辨技術在光學頭中的具體體現(xiàn)
從光學超分辨的各種實現(xiàn)途徑可知，其具有自身的優(yōu)劣勢?；诂F(xiàn)實中各因素的考慮，一般采用光瞳濾波器的光學變跡術。作為光盤驅(qū)動器的重要元件，在保證物鏡的波長和數(shù)值孔徑的前提下，在光學頭中運用超分辨技術可減少光斑的讀出，同時在衍射極限上取得突破。這種光學頭一般被稱為超分辨光學頭。在DVD光學頭中加入光瞳濾波器可獲得超分辨光學頭，通過這種方式獲得的超分辨光學頭能夠獲得高于常規(guī)光盤存儲器的儲存容量。
光學超分辨系統(tǒng)屬于比例分辨率放大系統(tǒng)中的一種，光瞳濾波器的超分辨增益是影響整個光學超分辨系統(tǒng)分辨率的決定性因素。而能夠影響超分辨增益的只有光瞳本身的設計，跟其他因素無關。基于此，在諸如DVD、BD、HD、CD等系統(tǒng)中都可以運用光學超分辨技術，從而提高DVD、BD、HD、CD等的分辨率。從這一點上看，光學超分辨率具有很大的市場優(yōu)勢。
2.1 超分辨光學頭系統(tǒng)機構分析
以一個帶有超分辨原件的典型光學頭進行分析。通常情況下，要使從激光器發(fā)射出來的激光能夠準直，需要通過準直鏡來達到這一目的，然后準直的激光通過超分辨光瞳，在光盤表面上會有一個壓縮焦斑的形成。跟大眾的DVD光學頭進行比較之后，不難發(fā)現(xiàn)其在結(jié)構上跟DVD光學頭的最大差別即是在超分辨原件上。對于老式的光學頭來講，在其上面再添加一個超分辨光瞳就能夠變?yōu)楝F(xiàn)今的超分辨光學頭。
2.2 超分辨元件的結(jié)構和行為
對于三段式相移光瞳來講，通過相關的結(jié)構參數(shù)和透過率的設計，就能夠調(diào)制中央主瓣的大小，從而實現(xiàn)超分辨的效果。通常情況下，光瞳的超分辨行為可以通過半寬比、旁瓣強度比和斯特列爾比來進行定量分析和描述。拿斯特列爾來說，其表示的是焦點強度和其相應的未整形光束的強度之間的比值。
3 結(jié)束語
信息技術時代對于信息儲存技術的要求也越來越高，而光儲存是一種較為先進的信息儲存技術。光儲存領域不斷發(fā)展的過程中，受到儲存密度的影響較大，通過光學超分辨技術的應用，特別是光學超分辨近場技術對于光儲存技術的提高有著重要作用。光儲存技術以光子為信息載體，突破了傳統(tǒng)的儲存技術，充分發(fā)揮自身的優(yōu)點，近年來成為社會中不可或缺的信息載體，對于數(shù)據(jù)以及影響活動都有著重要作用。文章對于超分辨近場結(jié)構技術以及光學超分辨技術在光學頭中的應用進行探討，特別是就如何提高儲存密度進行分析，對于超分辨掩膜的功能進行分析，其產(chǎn)生的微小光場以及介質(zhì)層的功能對于實現(xiàn)光子納米儲存技術都有著重要的推動作用。
參考文獻
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作者簡介
陳成杰（1992-），女，山東德州人，本科在讀，研究方向：光學工程。
光學工程的應用范文第4篇
科交叉的邊緣科學，它是用現(xiàn)代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新
儀器設備 ，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫(yī)學水平的一門新興學科。
生物醫(yī)學工程在國際上做為一個學科出現(xiàn)，始于20世紀50年代，特別是隨著宇
航技術的進步 、人類實現(xiàn)了登月計劃以來，生物醫(yī)學工程有了快速的發(fā)展。在我
國，生物醫(yī)學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫(yī)學科學院、中
國協(xié)和醫(yī)科大學原院校長、我國著名 的醫(yī)學家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學工程學
科最早的倡導者。1977年中國協(xié)和醫(yī)科大學生物 醫(yī)學工程專業(yè)的創(chuàng)建、1980年中
國生物醫(yī)學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫(yī)學工 程的發(fā)展。目前，我
國許多高?？蒲袉挝痪O有生物醫(yī)學工程機構，從事著生物醫(yī)學的科研 教學工作
，在我國生物醫(yī)學工程科學事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
顯微鏡的發(fā)明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉(zhuǎn)譯而來，其意思是用
刀剖割，肉眼觀察研究人體結(jié)構。17世紀Lee Wenhock發(fā)明了光學顯微鏡，推動了
解剖學向 微觀層次發(fā)展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進
一步觀察研究其細胞 形態(tài)結(jié)構的變化。隨著光學顯微鏡的出現(xiàn)，醫(yī)學領域相繼誕
生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫(yī)學研究提高到細胞形態(tài)學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞
的超微細結(jié)構 、核結(jié)構、DNA等大分子結(jié)構。而20世紀60年代出現(xiàn)的電子顯微鏡，
使人們能觀察到納米(nm )級的微小個體，研究細胞的超微結(jié)構。光學顯微鏡和電
子顯微鏡的發(fā)明都是醫(yī)學工程研究 的成果，它們對推動醫(yī)學的發(fā)展起了重要作用
。
影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫(yī)學診斷最重要發(fā)展最快的領域
之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技
術的出現(xiàn) 和應用，使影像學診斷水平發(fā)生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水
平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT)，即是利用計算機技術處理人
體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫(yī)生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀
察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經(jīng)問世，能快速掃描
和重建圖像，在臨床應用中取代了多數(shù)傳統(tǒng)的CT， 提高了診斷準確率［1］。醫(yī)學
工程研究利用生物組織中氫、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計算機斷層成像系統(tǒng)(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖
結(jié)構形態(tài)的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在
早期價段的改變，有利于臨床早期診斷?？梢哉J為MRI工程的進步，促進了醫(yī)學診
斷學 向功能與形態(tài)相結(jié)合的方向發(fā)展，向超快速成像、準實時動態(tài)MRI、MRA、FM
RI、MRS發(fā)展。 根據(jù)核醫(yī)學示蹤，利用正電子發(fā)射核素(18F，11C，13N)的原理，
創(chuàng)造 的正電子發(fā)射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體
把PET列為十大 醫(yī)學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫
瘤學、心臟病學、神經(jīng)病 學、器官移植，新藥開發(fā)等研究領域的重要價值［2］。
影像學診斷水平的不斷提高 ，與20世紀生物醫(yī)學工程技術的發(fā)展密切相關。
介入醫(yī)學問世 介入醫(yī)學是一種微創(chuàng)傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技術治療疾病的創(chuàng)始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行
擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra
diology)，這是醫(yī) 學文獻出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功
地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創(chuàng)傷小
、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎 。20世紀80年代隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)
展，高精度計算機化影像診查儀器、數(shù)字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及轉(zhuǎn)貼于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性
診療技術發(fā)生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、 非血管
管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高
，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療
并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發(fā)展起來的
臨床醫(yī)學新領域--介入醫(yī)學［3，4］。
人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規(guī)方法救治時，現(xiàn)代臨床醫(yī)
療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們
稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟
瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難
修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環(huán)技
術，在心臟停跳狀態(tài)下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修
補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣
的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材
料、新技術的結(jié)果［5］。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病
晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。
現(xiàn)代生物醫(yī)學工程中人工器官的發(fā)展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關
節(jié)、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千
萬萬的患者恢復了健康。 可以說，人體各種器官除大腦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，放射醫(yī)學、超聲醫(yī)學、激光醫(yī)學、核醫(yī)學、醫(yī)用電子技術、計算機遠程
醫(yī)療技術等先 進的醫(yī)療技術和儀器設備都是現(xiàn)代醫(yī)學工程研究開發(fā)的成果，綜上
可見，20世紀生物醫(yī)學工 程的發(fā)展，顯著提高了醫(yī)學診斷和治療水平，有力地推
動著醫(yī)學科學的進步。
21世紀生物醫(yī)學工程展望 縱觀醫(yī)學新技術誕生和發(fā)展的 歷史，從倫琴發(fā)現(xiàn)
X線到今天X射線診療技術的發(fā)展，從朗茲萬發(fā)現(xiàn)超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用
，從布洛赫和伯塞爾發(fā)現(xiàn)核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發(fā)明CT到今天
C T成像系統(tǒng)的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫(yī)學需求為前提發(fā)展起來的
醫(yī)學新技術 。循著20世紀醫(yī)學發(fā)展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫(yī)學診療
技術可能在以下10個方 面有重大突破和創(chuàng)新：
(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫(yī)療信 息網(wǎng)絡化，
診療用機器人將被廣泛應用。［6］
(2)介入性微創(chuàng)，無創(chuàng)診療技術在臨床醫(yī)療中占有越來越重要的地位。激光技
術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫(yī)療各領域里發(fā)揮重要作用。
(3)醫(yī)療實踐發(fā)現(xiàn)單一形態(tài)影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著
PET的問世和應 用，形態(tài)和功能相結(jié)合的新型檢測系統(tǒng)將有大發(fā)展。非影像增顯劑
型心血管、腦血管影像診 查系統(tǒng)將在21世紀問世。
(4)生物材料和組織工程將有較大發(fā)展，生物機械結(jié)合型、生物型人工器官將
有新突破，人 工器官將在臨床醫(yī)療中廣泛應用。
(5)材料和藥物相結(jié)合的新型給藥技術和裝置將有很大發(fā)展，植入型藥物長效
緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育
材料、生物止血材料將有 新突破。
(6)未來醫(yī)療將由治療型為主向預防保健型醫(yī)療模式轉(zhuǎn)變。為此，用于社區(qū)、
家庭、個人醫(yī) 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監(jiān)測醫(yī)療器械
和用品將有廣泛需求和應 用。
(7)除繼續(xù)努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防
治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發(fā)，研制精神分析、
心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫(yī)學工程的新起點。
(8)創(chuàng)傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創(chuàng)傷防護裝置、生命急救
系統(tǒng)是未來生 物醫(yī)學工程的重要課題。
(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快
速發(fā)展，遺傳 、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結(jié)合的DNA芯片、雪
白芯片和診療系統(tǒng)將被 廣泛應用。
(10)空氣污染、環(huán)境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發(fā)勞動保護、家庭保
健、個人防護 用的人工氣候微環(huán)境是未來不能忽視的問題。
1997年我國了關于衛(wèi)生工作改革與發(fā)展的決定，提出了奮斗目標：“到2
000年，基本實 現(xiàn)人人享有初級衛(wèi)生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經(jīng)濟
發(fā)達地區(qū)達到或接近世界 中等發(fā)達國家水平，在欠發(fā)達地區(qū)達到發(fā)展中國家的先
進水平。1999年國家科技部召開了“ 發(fā)展生物醫(yī)學工程技術戰(zhàn)略研討會”，國家
工程院開展了有關發(fā)展我國醫(yī)療器械工業(yè)戰(zhàn)略研 究等，對推動生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)
發(fā)展、落實創(chuàng)新工程戰(zhàn)略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫(yī)學
診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰(zhàn)，我們要動員起 來，調(diào)整
政策，制定規(guī)劃，改革醫(yī)學研究教學的舊模式，發(fā)揮現(xiàn)代科學多學科交叉合作的優(yōu)
勢，創(chuàng)建全新的生物醫(yī)學，為人民造福。
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光學工程的應用范文第5篇
目前國內(nèi)醫(yī)療機構應用較為廣泛的鈥激光有POWERSUITE系列,結(jié)構上主要包括激光光路、冷卻系統(tǒng)、脈沖高壓控制電路、主控制及電源電路等。該系列鈥激光由1~4組激光器組成,具體數(shù)量由激光輸出功率決定。每組激光器包含1根激光棒,每根激光棒額定輸出功率為30W。任意1組激光器出現(xiàn)故障,其他激光器會代償工作,這種方式能提高機器的效率,降低故障發(fā)生對使用的影響。發(fā)出的激光經(jīng)過能量穩(wěn)定器、全反射鏡,使能量得到穩(wěn)定,再經(jīng)過光纖保護鏡、光纖作用于病灶組織。醫(yī)學裝備投入臨床使用后,由于臨床環(huán)境問題、使用或使用者錯誤、設備自身性能退化、維護保養(yǎng)欠缺等因素,都可能導致醫(yī)學裝備故障的發(fā)生。醫(yī)學裝備發(fā)生故障后,造成意外停機損失、影響正常的醫(yī)療工作、高額的維修費用及對醫(yī)護人員和患者造成傷害,因此故障也成為醫(yī)學裝備風險的表現(xiàn)形式之一。經(jīng)調(diào)查,我國中部某省醫(yī)療機構共有鈥激光50臺,其中POWERSUITE60W鈥激光占有率為80%。該系列鈥激光故障主要集中在光路、脈沖高壓控制兩大部分,其中光路故障率最高,約占60%,高壓控制電路故障率約占20%,其他故障率共占20%。鈥激光使用了大量的光學鏡片,激光能量能否線性傳輸,主要取決于這些鏡片和光纖的使用狀況、透射及全反射效率。常見的光路故障表現(xiàn)為某些光學鏡片表面鍍層損壞,光纖端面損壞導致激光能量輸出功率降低,不能滿足手術要求。另外,光纖端面出現(xiàn)黑點、切割不平整、保護鏡損壞都將導致光纖及泌尿內(nèi)窺鏡的損壞。該電路主要控制各組激光器氙燈或氪燈的高壓供給,并且保證高壓輸出電路能夠穩(wěn)定輸出+800V高壓。從電路的結(jié)構特性分析,可知脈沖高壓控制電路也是鈥激光發(fā)生故障頻率較高的部分激光器在工作過程中,諧振腔內(nèi)部泵輔源和工作物質(zhì)會產(chǎn)生大量的熱量,冷卻循環(huán)系統(tǒng)主要是對激光器進行降溫,保持激光能量輸出穩(wěn)定,防止激光棒過熱而炸裂。當冷卻循環(huán)系統(tǒng)中水質(zhì)電阻<500kΩ,系統(tǒng)自檢時報錯。正常情況下,如果水循環(huán)濾芯、電導過濾器和蒸餾水定期更換,進入激光器的水質(zhì)電阻將達到3000kΩ以上,這也可以避免高壓放電的危險。了故障風險外,鈥激光在臨床應用過程中可能發(fā)生的意外損壞和傷害。這類風險主要表現(xiàn)為潛在的故障、誤操作所引起的不良事件,在此稱為鈥激光臨床應用的潛在風險。
2風險控制措施
鈥激光機房(手術室)要求保證工作環(huán)境溫度為(24±2)℃,濕度保持在40%~60%,電源要求為30A/220VAC/50Hz的單相交流電;室溫過高會直接影響鈥激光冷卻系統(tǒng)的冷卻效率,導致激光能量輸出衰減;室溫過低或潮濕易導致光學元件的表面凝結(jié)水珠,影響或損壞光學元件。因此,機房設計應當按照潔凈手術室標準設計,用以保證鈥激光環(huán)境要求,或安裝相應配套設備(如專用空調(diào)、除濕器等)來代替。使用前,醫(yī)工人員應當對可以預見的風險進行評估,并根據(jù)設備操作說明書的內(nèi)容制定操作規(guī)程。操作規(guī)程的內(nèi)容應當包括規(guī)范化的操作步驟、注意事項、安全風險及操作禁忌等。操作規(guī)程應當按要求張貼或懸掛于鈥激光機殼上,并進行存檔和備案。加強使用人員的操作培訓是降低醫(yī)學裝備使用風險的有力措施。醫(yī)院臨床醫(yī)學工程部門應當組織實施醫(yī)學裝備的臨床使用操作培訓,制定詳細且合理的培訓計劃并認真落實。購置時,拒絕引進無法提供培訓服務生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品。經(jīng)培訓合格者才具有操作資格;已獲取操作資格,但連續(xù)滿一年未操作設備的使用人員再次操作設備時,應當重新培訓獲取資格。臨床醫(yī)學工程部門應定期檢查使用人員操作設備情況,發(fā)現(xiàn)問題及時培訓和整改。ISO14971標準指出,預防性維護周期可以通過醫(yī)學裝備的風險值計算。鈥激光的預防性維護周期和頻率計算公式見式(1)和式(2),根據(jù)鈥激光的風險值48分,可知鈥激光的初期預防性維護頻率為3.2次/年,然而鈥激光實際的預防性維護周期需要根據(jù)每臺鈥激光實際累計使用時間和故障頻率進行修正。初期預防性維護頻率=醫(yī)療設備風險分值/15(次/年)(1)初期預防性維護周期=180/醫(yī)療設備風險分值(月)。
3科學合理地實施預防性維護
(1)日常的功能檢查和維護。在醫(yī)工人員的指導下,由臨床使用人員完成對鈥激光表面的清潔,使用前后對光纖、光纖保護鏡的檢查,確認處于完好狀態(tài)。
(2)定期的維護保養(yǎng)。由醫(yī)工人員執(zhí)行,遵照每年3次左右的維護頻率進行。具體內(nèi)容包括:
①光學系統(tǒng)的保養(yǎng):鈥激光的光學元件容易接觸空氣中的雜質(zhì)或水分而受到污染,污染物在鏡片表面上會從激光束中吸收能量,導致?lián)p壞光學鍍膜層甚至激光傳輸鏡片。光學元件具體的保養(yǎng),應先應用空氣球?qū)⒃砻娴母∥锎档?再用丙酮或甲醇對鏡片清潔;
②冷卻循環(huán)系統(tǒng)保養(yǎng):全面清潔冷卻系統(tǒng)并更換去離子過濾芯及雜質(zhì)過濾器、過濾網(wǎng)等,保證激光腔內(nèi)清潔,電光轉(zhuǎn)換效率最高;
③安全及控制系統(tǒng)的檢測:鈥激光的安全系統(tǒng)是針對操作者和設備本身硬件的保護而設計的。保養(yǎng)時,醫(yī)工人員可以通過Service模式進行逐項檢查,避免造成人身傷害和設備自身的損害。
(3)特殊檢測與校準。特殊檢測與校準主要包括對激光實際輸出能量檢測和光路校準,根據(jù)使用風險防范需要,可由廠家工程師配合完成。
①實際輸出能量的檢測:采用激光能量表對激光器實際輸出能量進行測量,以保證輸出能量安全可靠,避免能量偏低而導致治療效果不理想,或者能量過高而帶來不必要的損害甚至醫(yī)療糾紛;
②光路校準:醫(yī)用激光光路校準過程比較復雜,主要是通過調(diào)節(jié)各個全反射鏡片的角度,將每部分鏡片的發(fā)射光束會聚與鏡片正中行成圓形光斑,從而保證激光光束能量實際值與設置值相差不大,能量衰減小。
