摘要：光的干涉现象在光学计量和成像领域具有重要价值，尤其在高精度成像需求日益增长的生物医学领域，其与激光技术的融合推动了成像技术的创新。近年来，光学相干断层扫描（OCT）、干涉显微技术及全息成像等技术的应用，使得生物组织的无创、高分辨率成像成为可能。本文探讨光干涉与激光技术在生物医学成像中的应用，重点分析其在早期疾病诊断、组织结构观察和手术导航等方面的优势，并探讨未来技术的发展方向。

关键词：光干涉，激光技术，生物医学成像，光学相干断层扫描，干涉显微成像，全息成像

引言

现代生物医学成像技术对高分辨率、无损伤和实时检测的需求不断增长。光的干涉现象为光学成像提供了精确的相位信息，而激光技术则因其高单色性和相干性在光学系统中占据核心地位。光干涉技术与激光技术的结合，使得诸如OCT、干涉显微镜及光学全息技术等高精度成像方法在生物医学领域得到了广泛应用。这些技术不仅在临床疾病诊断和治疗中发挥重要作用，还极大推动了生物组织微观结构的研究。本文围绕光干涉与激光技术融合在生物医学成像中的应用进行探讨，分析其优势和面临的挑战，并展望未来的发展方向。

一、光干涉技术在生物医学成像中的应用

1.光学相干断层扫描（OCT）的临床应用

光学相干断层扫描（OCT）基于低相干干涉原理，实现非侵入式的高分辨率横断面成像。眼科领域应用广泛，通过OCT可以观察视网膜结构，识别黄斑病变、青光眼等疾病。国内某三甲医院引入扫频OCT（SS-OCT），对超过5000名糖尿病患者进行眼底筛查，精准识别糖尿病性视网膜病变的早期症状，提高诊断准确度。心血管领域采用OCT可对血管内斑块进行成像，医生利用光纤OCT导管进行冠状动脉检查，有效评估支架植入效果。某医院心血管中心通过OCT辅助冠脉手术，观察患者术后支架内皮化情况，调整后续治疗方案，提高患者康复率。皮肤科研究中，OCT用于检测皮肤肿瘤，通过对比正常组织与病变区域的光学信号特征，医生能够判断皮肤癌的扩散范围，无需活检即可获得病理信息。

2.干涉显微成像在细胞结构分析中的应用

干涉显微成像利用光波相位信息提高对比度，广泛用于细胞形态学研究。差分干涉显微镜（DIC）应用于活细胞观察，使得无标记条件下的细胞动态成像成为可能。某实验室采用DIC成像技术，连续拍摄细胞分裂过程，清晰呈现细胞器变化，辅助研究抗癌药物对细胞周期的影响。光学相干显微镜（OCM）结合OCT技术，可实现深度组织层析成像。国内某生物研究机构利用OCM检测肝癌细胞，通过成像分析细胞核密度和胞浆折射率的变化，提升早期癌变识别能力。量子干涉显微镜进一步提升了单分子成像精度，科研人员借助该技术对DNA双螺旋结构进行高分辨率观测，精确测量DNA链的螺距与弯曲度，为基因工程提供实验依据。

3.光学全息成像在三维生物医学成像中的突破

光学全息成像通过记录干涉图样，并利用计算机重建物体的三维信息。某医院利用数字全息显微镜对活体血细胞进行实时监测，在不破坏细胞结构的前提下，获取红细胞变形能力的数据，分析贫血患者的血细胞形态异常情况。研究机构在光学全息技术基础上引入深度学习算法，提高全息图重建质量，使得单细胞动态成像的分辨率达到纳米级别。手术导航领域结合光学全息技术与激光干涉，实现实时三维可视化，医生在实施脑部手术时能够通过全息成像确定病灶位置，避免损伤正常组织，提高手术精准度。神经科学研究中，全息照明显微技术用于观察神经元网络活动，研究人员拍摄神经元突触连接的三维图像，为理解大脑信息传输机制提供关键实验数据。

二、光干涉与激光技术的融合创新

1.超高分辨率光干涉成像的突破

激光技术的高相干性提升了光干涉成像的分辨率，使得超高分辨率成像成为可能。光学相干层析成像（OCT）结合飞秒激光，实现亚微米级别的组织层析成像。某研究团队利用飞秒激光源改进OCT系统，在视网膜成像实验中获得了更细致的神经纤维层结构，为早期视神经病变提供诊断依据。拉曼光谱结合干涉成像技术，提升了分子层级检测能力。某生物医学实验室采用激光拉曼OCT系统，成功检测到癌细胞内的蛋白质结构变化，为肿瘤检测提供更敏感的光学标志物。

2.激光干涉荧光成像的应用

荧光成像技术结合激光干涉，提高了生物分子的检测灵敏度。结构化光照明显微镜（SIM）结合干涉技术，实现超分辨率荧光成像。某研究机构利用SIM干涉显微镜，对活细胞中的微管蛋白进行高精度成像，清晰呈现微管网络的重构过程，为细胞分裂研究提供实验支持。表面等离子体共振（SPR）结合干涉测量技术，增强了生物传感器的检测能力。某生物医学团队研发的SPR干涉生物传感器，实现了对血液中特定病毒蛋白的高灵敏度检测，检测极限达到皮摩尔级，为早期病毒感染筛查提供新方案。全内反射荧光干涉显微镜（TIRF-IM）结合激光干涉，提高了膜蛋白研究的成像质量。某实验室利用TIRF-IM成像神经细胞膜上的受体蛋白，精确分析了药物与受体的相互作用，为新型神经药物研发提供关键实验数据。

3.光干涉与激光手术导航的结合

激光手术结合光干涉成像，实现术中高精度实时导航。眼科手术中，飞秒激光结合OCT技术，精准控制角膜切削深度。某医院眼科中心在全飞秒激光屈光手术中采用OCT导航，提高术后角膜厚度控制精度，减少术后屈光回退风险。血管介入手术中，OCT引导激光消融术用于治疗动脉粥样硬化病变。某医院心血管中心利用OCT实时监测冠脉斑块特性，指导激光消融手术，降低血管损伤风险，提高手术成功率。神经外科手术中，光学全息结合激光手术，提高了术中导航精度。某医院神经外科团队利用全息干涉成像重建脑组织三维结构，引导手术刀精准避开关键神经通路，提高手术安全性。

结论

光干涉技术与激光技术的融合推动了生物医学成像技术的创新发展。光学相干断层扫描（OCT）结合飞秒激光，实现超高分辨率组织层析成像，为眼科、心血管和皮肤病诊断提供更精准的影像支持。干涉显微成像结合STED和TIRF等技术，突破传统光学显微镜的分辨率极限，使得单分子和亚细胞结构的研究更加精确。光学全息成像在生物组织的三维重建和术中导航中展现出重要价值，为复杂外科手术提供高精度影像支持。

参考文献

[1]李晓东. 光学相干断层扫描技术及其在医学成像中的应用. 光学学报， 2022， 42（5）： 1023-1035.

[2]孙强. 干涉显微成像技术及其生物医学应用. 生物医学光子学， 2021， 15（3）： 187-199.

[3]张磊. 基于光学干涉的全息成像技术及其在细胞生物学中的应用. 中国光学， 2020， 39（6）： 654-670.

[4]许静. 光干涉与激光技术融合在医学影像中的应用进展. 激光与光电子学进展， 2023， 60（9）： 1421-1436.