近紅外光以其獨特的組織穿透能力和對關(guān)鍵生物分子（如血紅蛋白）的光譜敏感性，已成為現(xiàn)代生物醫(yī)療診斷與治療不可或缺的工具。在寬譜近紅外成像（如組織血氧分布監(jiān)測）和980nm激光治療這兩大核心應(yīng)用中，濾光片扮演著至關(guān)重要的“光譜守門人”角色，其性能直接決定了系統(tǒng)的精準度、靈敏度和安全性。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

一、寬譜近紅外成像：揭示組織深處的奧秘

寬譜近紅外成像（通常覆蓋650-950nm）的核心目標是捕獲組織內(nèi)部因吸收和散射特性變化而產(chǎn)生的微弱光學信號，并將其轉(zhuǎn)化為有價值的生理信息圖，如血氧飽和度分布圖。

核心挑戰(zhàn)：

強激發(fā)光干擾： 用于照亮組織的激發(fā)光源（通常是LED或激光）強度遠高于組織返回的微弱信號。

自體熒光與環(huán)境雜光： 組織自身可能產(chǎn)生熒光，環(huán)境光也會侵入系統(tǒng)。

多波長分離需求： 血氧監(jiān)測等應(yīng)用需要精確分離多個特征波長（如730nm,810nm,850nm）的信號。

（BP850帶通濾光片）

關(guān)鍵濾光片及其作用：

激發(fā)濾光片：

類型： 窄帶通濾光片。

位置： 緊貼光源前方。

作用： 精確篩選出所需波長的激發(fā)光（如特定LED的峰值波長），去除光源光譜中不需要的成分（尤其是有害的紫外光和可見光），保證激發(fā)光的純凈性。帶寬通常在10-30nm（FWHM），具體取決于應(yīng)用對光譜分辨率和光通量的要求。

發(fā)射濾光片：

類型： 長波通濾光片、帶通濾光片（窄帶或?qū)拵В?/p>

位置： 探測器（如CCD、CMOS相機）前方。

作用： 這是成像系統(tǒng)的核心“守門員”。

阻擋激發(fā)光： 最核心的任務(wù)是極其高效地阻擋（OD4-6） 激發(fā)波長及其附近的雜散光，防止其淹沒微弱的組織反射/散射信號。

透過信號光： 允許目標信號波段（如>750nm的組織反射光或特定熒光波長）高效透過。

多通道應(yīng)用： 在需要多波長成像（如血氧雙波長或多波長成像）時，會使用濾光片輪或可切換濾光片，依次在探測器前放置不同中心波長的帶通濾光片（帶寬可能為20-50nm），以分離不同波長的信號。

（LP780長波通濾光片）

二向色鏡：

類型： 邊緣陡峭的長波通二向色鏡。

位置： 光路中激發(fā)光路和探測光路的交叉點（通常呈45度角放置）。

作用： 物理分離激發(fā)光和發(fā)射光路。 它以高反射率（>95%）反射激發(fā)光，使其照射到樣品；同時以高透射率（>90%）透過樣品返回的長波長信號光，使其進入探測器。其截止邊緣的陡峭度對系統(tǒng)信噪比至關(guān)重要。

（透紅反綠二向色鏡）

長波通濾光片：

位置： 有時作為發(fā)射濾光片的一部分或補充，放置在探測器前。

作用： 在寬譜成像中，用于整體去除所有低于特定波長（如700nm）的光，包括殘余的激發(fā)光和大部分可見光背景噪聲，只允許近紅外及更長波長的信號通過。這對提升信噪比非常有效。

二、980nm激光治療窗口：安全高效的保障

980nm激光因其在組織中的吸收特性（水吸收峰附近）和一定的穿透深度，被廣泛用于軟組織消融、血管閉合、理療等治療領(lǐng)域。在激光治療系統(tǒng)中，濾光片主要用于保護成像或?qū)Ш皆O(shè)備。

（BP980帶通濾光片）

核心挑戰(zhàn)：

極強的治療激光： 980nm治療激光功率可達數(shù)十瓦，遠超成像探測器的飽和閾值。

防止探測器損傷： 直接照射會瞬間損壞昂貴的成像傳感器（CCD/CMOS）。

確保導航/監(jiān)控圖像清晰： 在需要實時成像引導治療時（如內(nèi)窺鏡激光手術(shù)），必須完全濾除治療激光的干擾，保證導航圖像的清晰度和準確性。

關(guān)鍵濾光片及其作用：

窄帶通（陷波）濾光片：

類型： 這是最核心、要求最高的濾光片。

位置： 緊貼在成像探測器前方。

作用：極致阻擋980nm激光： 在980nm±5-10nm范圍內(nèi)，需要達到極高的光學密度（OD6-8+），意味著將入射的激光能量衰減到億分之一至千萬分之一以下，絕對保護探測器不被燒毀。

高透射成像波段： 在治療激光阻擋帶之外（通常是可見光或特定的近紅外監(jiān)控波段，如可見光區(qū)域或810nm監(jiān)控光），保持高透射率（>85-90%），確保導航/監(jiān)控圖像足夠明亮清晰。

技術(shù)關(guān)鍵： 深阻擋深度、窄阻擋帶寬（以最小化對鄰近有用成像波段的影響）、高帶外透過率、良好的角度穩(wěn)定性（尤其在廣角鏡頭中）。

帶通濾光片：

位置： 在特定系統(tǒng)中，可能作為窄帶通濾光片的補充或替代方案。

作用： 如果導航/監(jiān)控使用特定波長（如810nm），可以使用中心波長在810nm、帶寬適當?shù)膸V光片。它本身對980nm就有一定的天然阻擋能力（取決于其帶外抑制性能），但通常不如專門針對980nm優(yōu)化的陷波濾光片阻擋得徹底。對于高功率980nm激光，通常仍需專門的高OD阻擋設(shè)計。

其他考慮：

熱效應(yīng)： 高功率激光照射濾光片時會產(chǎn)生熱量，需要選擇熱穩(wěn)定性好、不易破裂或性能退化的基材和鍍膜材料，有時需要主動冷卻。

激光防護眼鏡： 操作人員佩戴的防護眼鏡也包含針對980nm激光的高OD阻擋濾光片，保護人眼安全。

在生物醫(yī)療光學的前沿應(yīng)用——寬譜近紅外功能成像和980nm激光治療中，濾光片絕非簡單的光學元件。它們是實現(xiàn)高靈敏度探測、高特異性識別和高安全保障的關(guān)鍵技術(shù)基石：

寬譜成像： 通過激發(fā)濾光片、發(fā)射濾光片、二向色鏡、長波通濾光片的精密組合，構(gòu)建純凈的光路，從強背景噪聲中提取微弱的生理信號。

980nm激光治療： 依賴于高性能的窄帶通（陷波）濾光片，在保護昂貴成像設(shè)備的同時，確保治療過程的可視化引導安全可靠。

隨著生物光子學向更高分辨率、更深穿透、多模態(tài)融合方向發(fā)展，對濾光片的要求也日益嚴苛：更窄的帶寬、更陡的邊沿、更高的透過率、更深的阻擋、更強的環(huán)境耐受性。濾光片技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，將繼續(xù)為解鎖生命奧秘、提升醫(yī)療水平提供強大的光譜“守護”力量。

未來趨勢： 可調(diào)諧濾光片、超窄帶濾光片、具備更優(yōu)熱性能和損傷閾值的濾光片、以及集成化微型化的濾光解決方案（如MEMS濾光器），將是滿足下一代生物醫(yī)療光學設(shè)備需求的關(guān)鍵方向。