第3节
医学中的光子学
我曾提及医用光学传感器的例子，从通过发光光谱进行表面癌症原位检测到非侵入性的光学探针。人们同样可以使用光或者借助化学添加剂来触发身体的修复机制。这方面的进展十分缓慢，因为医学和光子学的专业内容重叠度较小，即使其中一个领域取得了成功，另一领域也未必会接受其概念。例如，光动力疗法（PDT）就是一种非常成功却未得到充分利用的光学治疗方法。这种治疗方法并不是新发明，其首次应用是在1905年左右。
这是一个利用缺陷的典型案例。与健康组织相比，癌细胞的化学与光学性质略有不同。从本质上来说，该方法的原理非常简单，大致如下。将一种乳膏用于需要治疗的区域（或通过注射或口服）。该乳膏中含有一种化学物质，如原卟啉IX，它会优先附着在癌细胞上。经过片刻即可完成附着，然后用高强度的发光二极管或激光（通常具有红光波长）照射该区域。光激发原卟啉IX分子，从而启动氧的化学反应状态。这样一来，原卟啉IX所附着的细胞会被杀死。这是一种直接的细胞选择性治疗。它对治疗面部皮肤癌症具有特殊的价值，因为这种治疗留下的疤痕组织通常很小。这种光学方法在未来可能会得到更加广泛的应用。该方法可以与手术相结合，能够在较大程度上避免肿瘤切除后癌细胞向周围组织的转移。癌细胞经常会扩散到原发部位以外，因此，如果无须进行大面积手术就能解决这一问题，那么这种治疗方法必然具有极高的吸引力。
现有医疗实践的缺陷十分复杂。在一个成功的个体案例中，一名护士使用乳霜和光照，完成了一次对大面积皮肤癌的治疗。总治疗时间不到半小时，不需要使用麻醉剂，治疗区域没有留下永久性的疤痕。另一位会诊医师希望进行手术，手术需要完成大面积的皮肤移植（不能保证成功）。这种手术需要耗费几个小时，并且要靠经验丰富的医生才能完成，手术费用也十分昂贵，但这对一名外科医生来说是值得称道的荣誉。在难以进行手术或放射治疗的地方，如颈部和大脑，光动力疗法已得到非常成功的应用。只需发挥一点想象力，你就能明白如何拓展光动力疗法的应用范围，将其应用在肺癌表面、肠道表面或其他光纤探针可以进入的区域。无论哪种情况，都有一个关键方面值得注意：这些癌症通常发于上皮组织，因此可以在不需要手术的情况下通过光子学的方法治疗。
《星际迷航》（Star Trek）中的光子光学非接触式人体扫描仪也是一种未来的通用诊断探针，但现在已经有了与之相似的针对特定医疗情况的诊断方法。发光二极管（LED）和激光二极管（LD）单元可以测量血液流量，在不接触皮肤表面也无需穿透组织的情况下读取烧伤的深度和程度。在第7章中，我提到了对乳腺癌进行光活检的例子。通过改变波长，可以区分健康组织、癌性肿块和囊肿。它们对光的吸收与散射方式均有差异。健康细胞与癌细胞的组织荧光反应不同。也许你还记得，组织在近红外区域是相对半透明的，因此光子可以穿透到相当深的深度。我相信光子医学的未来是美好的。我对此充满期待，因为它的成本更低，对患者也更加友好，无需进行长时间的手术，同时也降低了院内感染的风险。
光吸收、探测器与视力提升
通过手机可以对光的吸收进行检测、记录和传输，从而提供远程医疗建议或进行患者监测。为此我们只需要一个用于光吸收或光发射的探测光子，这种探测光子针对医学应用所涉及的分子。这是遥感技术的一个关键特征，它已被应用于摄影、医学、艺术作品研究、农业和监控等领域。这些已不是什么新鲜事，因为早在30年前，我乘坐的汽车中就已安装了红外传感器、成像仪和平视显示器，这样人们在夜间驾驶时也能保持良好的视野，不需要明显的前灯。现在已经出现了许多更加先进的光子应用技术。有了这些技术，我们能够获得热图像（如蛇所见）和紫外线图像（如昆虫和鸟类所见），这些图像可以更好地帮助我们了解它们的行为。更具冒险精神的尝试是像素化传感器，将其结合到受损的视网膜中后，可以实现简单的成像。总的来说，原理很简单，也具备现实可行性，且我们对探索和帮助他人的渴望也会使这类设备不断增加。制造它们或许还能带来极高的利润。