Inżynieria biomedyczna jest dziedziną wyjątkowo interdyscyplinarną, łączącą wiedzę z zakresu nauk ścisłych, biologicznych i medycznych z wiedzą inżynieryjną. Diagnostyczne czy terapeutyczne przyrządy stosowane w medycynie powstały właśnie dzięki takiemu połączeniu. W ostatnich latach niezwykły rozwój przeżywa optyka biomedyczna, nieodłączna część inżynierii biomedycznej. Jednym z najbardziej przydatnych przyrządów skonstruowanych przez człowieka jest mikroskop, bez którego nie można sobie wyobrazić badań nad komórkami, tkankami czy mikroorganizmami. Skonstruowanie natomiast laserów przyczyniło się do powstania medycyny laserowej. Lasery stosowane są zarówno w diagnostyce, jak i w terapii. W niektórych dziedzinach medycyny odgrywają główną rolę; tak jest na przykład w oftalmologii w laserowej korekcji wad wzroku.
Optyka biomedyczna to dziedzina niezmiernie rozbudowana. Nie sposób w jednym opracowaniu pokazać wszystkie jej aspekty: podstawy fizyczne, zastosowania czy zagadnienia technologiczne. Książka „Optyka biomedyczna. Wybrane zagadnienia” porusza więc tylko niektóre problemy.
Opracowanie powstało z inicjatywy Grupy Bio-Optyki z Instytutu Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej Politechniki Wrocławskiej pod kierownictwem prof. dr hab. inż. lek. med. Haliny Podbielskiej z myślą o studentach Politechniki Wrocławskiej studiujących inżynierię biomedyczną. Książka powinna również zainteresować osoby zajmujące się techniką medyczną, specjalistów inżynierii biomedycznej, fizyków medycznych, lekarzy, a także studentów kierunków technicznych, inżynierii biomedycznej, fizyki medycznej i medycyny.
Spis treści:I. WPROWADZENIE DO OPTYKI BIOMEDYCZNEJ1. Optyka biomedyczna. Nieodzowna gałąź inżynierii biomedycznej (Halina Podbielska)
1.1. Wstęp
1.2. Optyka biomedyczna na tle inżynierii biomedycznej
1.3. Edukacja biomedyczna
2. Natura światła (Andrzej Radosz)
2.1. Falowa natura światła
2.2. Czym jest światło
2.3. Katastrofa w nadfiolecie
2.4. Korpuskularna natura promieniowania - hipoteza Planca
3. Podstawy fotofizyki (Igor Buzalewicz, Halina Podbielska)
3.1. Wstęp
3.2. Światło jako fala elektromagnetyczna
3.3. Natężenie promieniowania świetlnego i podstawy fotometrii
3.4. Transformacja światła na obiektach materialnych
3.5. Absorpacja promieniowania elektromagnetycznego oraz zjawisko luminescencji
3.6. Interferencja fal świetlnych
3.7. Dyfrakcja światła
3.8. Rozproszenie światła
4. Podstawowe pojęcia fotochemii i fotobiologii (Małgorzata Komorowska, Sylwia Olsztyńska-Janus)
4.1. Wstęp
4.2. Główne prawa fotochemii
II. PODSTAWY BIOFOTONIKI5. Podstawy działania laserów (Iwona Hołowacz, Halina Podbielska)
5.1. Wstęp
5.2. Zasady działania lasera
5.3. Podział laserów
5.4. Bezpieczeństwo pracy z laserami
6. Przegląd laserów (Zygmunt Mierczyk, Mirosław Kwaśny, Jadwiga Mierczyk)
6.1. Wstęp
6.2. Podstawy fizyczne działania laserów
6.3. Kierunki rozwoju laserów
7. Oddziaływanie światła z tkanką (Agnieszka Ulatowska-Jarża, Halina Podbielska)
7.1. Wstęp
7.2. Parametry optyczne tkanek
7.3. Propagacja światła w tkankach
7.4. Właściwości termiczne tkanek
7.5. Oddziaływanie ultrafioletu na tkanki
7.6. Oddziaływanie promieniowania laserowego na tkanki
III. WYBRANE ELEMENTY OPTYCZNEJ DIAGNOSTYKI BIOMEDYCZNEJ8. Badania mikroskopowe w biomedycynie (Marta Kopaczyńska, Joanna Pucińska, Agnieszka Ulatowska-Jarża, Halina Podbielska)
8.1. Wstęp
8.2. Mikroskopia optyczna
8.3. Badania mikroskopowe wykorzystujące zjawisko fluorescencji
8.4. Mikroskopia elektronowa
8.5. Mikroskopia sond skanujących
8.6. Zastosowanie technik mikroskopowych w medycynie
9. Badania endoskopowe (Halina Podbielska, Igor Buzalewicz)
9.1. Wstęp
9.2. Budowa endoskopu
9.3. Zasady optyczne działania endoskopu
9.4. Nowoczesne techniki endoskopowe
9.5. Podsumowanie
10. Podstawy transiluminacji (Halina Podbielska, Ewa Boerner, Joanna Bauer)
10.1. Wstęp
10.2. Badania transiluminacyjne
11. Optyczne czujniki chemiczne (Ulatowska-Jarża, Maria Kopaczyńska, Halina Podbielska)
11.1. Wstęp
11.2. Podstawowe definicje
11.3. Klasyfikacja czujników
11.4. Parametry czujników
11.5. Optody czujników światłopodobnych
11.6. Metody unieruchamiania cząsteczek detekcyjnych
11.7. Wady i zalety detekcji optyczno - chemicznej
11.8. Wybrane zastosowania czujników w medycynie
12. Spektroskopia laserowo indukowanego rozpadu (LIBS). Podstawy i zastosowania (Wojciech Jopek, Marek Kaczyński, Paulina Misiewicz,
Magdalena Przybyło)
12.1. LIBS - Laser Inducted Brakdown Spectroscopy
12.2. Atomowe podstawy techniki LIBS
12.3. Zasada pomiaru techniką LIBS
12.4. Techniczne aspekty konstrukcji spektrometrów LIBS
12.5. Przykładowe zastosowania
12.6. Podsumowanie
13. Fotodiagnostyka medyczna w czasie rzeczywistym. Aparatura i aplikacje kliniczne (Mirosław Kwaśny)
13.1. Wstęp
13.2. Metoda autofluorescencji i jej zastosowanie kliniczne
13.3. Układy diagnostyczne do wykrywania fotouczulaczy egzogennych
13.4. Wybrane aplikacje medyczne metody PDD
14. Zastosowanie wybranych metod optycznych w praktyce stomatologicznej (Agnieszka Mielczarek, Mirosław Kwaśny)
14.1. Wstęp
14.2. Zjawiska optyczne w tkankach zęba
14.3. Wybrane optyczne metody diagnostyczne stosowane w stomatologii
14.4.Podsumowanie
IV. ZASTOSOWANIA TERAPEUTYCZNE15. Wykorzystanie oddziaływania światła w bliskiej podczerwieni na struktury biologiczne (Małgorzata Komorowska, Sylwia Olsztyńska-Janus, Katarzyna Szymborska-Małek)
15.1. Promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni
15.2. Fotomechaniczne działanie NIR na proste cząsteczki
16.Przykładowe zastosowania laserów w medycynie (Joanna Pucińska, Iwona Hołowacz, Halina Podbielska)
16.1. Wstęp
16.2. Zastosowanie laserów wysokoenergetycznych
16.3. Zastosowanie laserów średnio- i niskoenergetycznych
17.Terapia fotodynamiczna (Aleksander Sieroń, Grzegorz Cieślar)
17.1. Charakterystyka i mechanizmy terapii fotodynamicznej
17.2. Metodyka terapii fotodynamicznej
17.3. Zastosowanie kliniczne terapii fotodynamicznej
17.4. Ograniczenia i perspektywy terapii fotodynamicznej
V. OPTYKA BIOMEDYCZNA NA PRZYKŁADACH18. Promieniowanie laserowe w medycynie. Przykładowe zadania rachunkowe (Igor Buzalewicz, Katarzyna Wysocka-Król, Katarzyna Kowal)
18.1. Wstęp
18.2. Przykładowe zadania z rozwiązaniami
18.3. Zadania do samodzielnego rozwiązywania
18.4. Odpowiedzi
19. Optyczna diagnostyka medyczna. Przykładowe ćwiczenia laboratoryjne (Igor Buzalewicz, Katarzyna Wysocka-Król, Katarzyna Kowal, Halina Podbielska)
19.1. Wstęp
19.2. Analiza stanu polaryzacji światła przechodzącego przez tkankę w układzie polaryskopowym
19.3. Obrazowanie struktur powierzchniowych tkanek w świetle odbitym i przechodzącym w układzie polaryskopowym
19.4. Komputerowa analiza zdjęć komórek biologicznych
19.5. Zastosowanie lampy Wooda w diagnostyce fluorescencyjnej
19.6. Spektroskopia skóry
