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光波是电磁波的一部分，包括红外光、可见光和紫外光，频率范围为1012～1016Hz。光学是研究光的传播现象（反射、折射、干涉、衍射、偏振）、光的产生与探测（光辐射、光谱学、光探测等）以及光与物质的相互作用（吸收、散射、旋光及光效应）的科学。传统光学主要包括几何光学、物理光学和光谱学三部分，其主要探讨光的波动性。光子学概念是在人类认识光的本质过程中逐渐形成的，是光学发展的新阶段，其主要探讨光的粒子性。一般认为，光子是能量和信息的载体，光子学是研究光子的运动、光子的作用及其应用的科学。光由大量光子组成，所有光学现象都与光子的行为有关，因此均属于光子学的研究范围，光子学包含传统光学、现代光学、量子电子学、光电子学等所有与光子波动性和粒子性相关的学科内容。
光子学具有极强的应用背景，触及通信、生命科学、军事和社会发展等众多技术领域，由此产生了丰富多彩的光子技术，其作用和影响远远超出人们对光子学本身原有的预想，并形成了一系列新的交叉学科领域。人类利用光的方法可分为三类，即将光作为能量的载体、信息的载体和科学研究的工具。在生命科学领域，光与生命现象早已结下不解之缘，并由此产生了一门新的学科——生物医学光子学。生物医学光子学是利用光子来研究生命现象的科学，它是光子学和生命科学相互交叉、互相渗透而产生的边缘学科。具体地讲，生物医学光子学涉及生物（包括人体组织）系统以光子形式释放的能量与来自生物系统的光子探测过程，以及这些光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息，还包括利用光子的能量对生物系统进行的加工与改造等。生物医学光子学涉及对生物体的成像、探测和操纵，具体可划分为生物光子学和医学光子学两个相对独立的部分，但它们各自的领域存在互相重叠的范围。医学光子学主要以人体器官和组织为研究对象，通过检测器官、组织与体液的各类光子信息，探索分析结构与功能的宏观或微观变化，进而实现疾病的无损探测、诊断和治疗。医学光子学包括组织光学、医学光谱术、医学成像术等光诊断技术，以及激光角膜成形、激光美容、激光介入治疗、激光针灸等以激光技术为主导的光治疗技术及其作用机理的研究等。
由于光子学的检测技术手段如光成像、光谱分析、生物光子检测等技术在一定程度上能够实现无刺激、在体、动态、系统性研究的目的，因此光子学技术手段和方法符合中医现代化研究中需遵循中医理论体系特点的要求，应用光子学的理论和技术可以对中医学诊断、治疗、预防、康复、保健等方面的方法和效应进行定性、定量或半定量研究，从而为建立符合现代科学发展水平的中医学理论体系发挥重要作用。光子学理论及技术在中医药领域的应用主要有以下几方面。
1.用于中医基础理论的研究
中医的基础理论是对人体生命活动和疾病变化规律的理论概括，整体观念和辨证论治是其两个基本特点。在众多的光子学技术手段中，光成像技术更符合中医基础理论研究的要求。光子学成像技术多为非侵入性、无创伤性的成像，利用这些技术可对阴阳学说、五行学说、气血津液、病机传变等中医基础理论进行客观解析，如可用红外成像、超微弱发光成像等能够反映机体代谢状况的光子学技术对阴阳学说中的阴阳对立、阴阳消长和阴阳转化等属性进行客观分析，从整体上研究机体不同脏腑器官的寒热表现；对上热下寒、表寒里热等错杂之证可以从机体不同脏腑位置的热像图进行综合分析而得出答案，同时还可从整体上综合分析机体生理和病理状态时阴阳寒热病理特点，并用于临床疗效评价，还可以评价机体正气的强弱与病邪的盛衰。
2.用于中药及方剂的鉴别分析
用于中药研究的光子学技术方法主要有红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、二次谐波等光谱分析及成像的方法。如红外光谱及拉曼光谱等分析方法可用于中药的鉴别、提取和筛选，研究方剂学的构效及量效关系，研究中药材的物质分子结构，时域体内荧光成像用于中药药理学研究，中药光敏剂用于介导光动力疗法。
3.用于临床中辅助疾病中医症候的判别，提供新的中医治疗手段
基于光谱分析及成像分析能够实现中医色诊量化分析的研究，基于激光技术能够模拟传统的毫针针刺、火针及灸疗的新的治疗方法，同时中药光敏疗法、基于激光传感技术的中医闻诊判别也有着一定的前景。
4.用于针灸现代研究
可概括为下述三个方面：①从光子信息的角度研究经络腧穴的功能特点及其物质基础，如经脉循行的客观显示及经络腧穴光学特性研究、腧穴的光学特征的生理病理信息研究、基于光成像技术的十二皮部理论研究。②基于激光技术的针灸器具现代化。由于激光在与人体组织的相互作用中可产生类似于毫针针刺时的压强效应、热效应、生物刺激效应等，因此以非侵入性的激光束取代传统的毫针成为针灸器材研究发展的新领域。如激光照射穴位组织几毫秒甚至更短时间即可使局部组织温度升高200～1000℃，可致组织烧灼碳化，完全能够达到目前临床常用的钨锰合金火针温度900℃的要求，并有刺激量可精确控制、穴位刺激准确、患者心里恐惧明显减少的优势。③基于光子学技术的针灸作用机理研究。大部分的光子学方法能够实现在体、无损、动态的检测，能够实现时间分辨和多靶点同时检测，因此可结合生理病理、神经生物、免疫内分泌等常规研究方法，从多角度、多层次研究针灸作用机理。
生物组织是一种混沌介质，光通过时会发生吸收和散射，其光学参数可以提供组织生化、生理与病理过程的相关信息。随着各种手段的不断出现，对穴位生物物理特性的研究呈现多样化，其中大多数光学手段以其灵敏、无损、实时、可在体检测而迅速发展，并取得一定成果。光子学技术用于经穴特异性研究具有如下优势：①经穴的特异性与机体的脏腑、气血功能密切相关，研究的理想状态是在体、动态、无损伤或低刺激性的检测分析，一些光学的检测方法正能够满足此要求；②光成像、光谱分析等技术能够实现同一时间内穴位间的多重比较（同名穴间、不同经穴间、不同经络间、经穴与非经穴间）或同一穴位的时域变化观察；③光子学技术的应用不仅在明确经穴效应特异性的科学内涵、完善和丰富中医针灸经理论上具有现实性意义，同时可为临床治疗取穴及激光针灸等提供生物物理学依据。
1.经络腧穴的超微弱发光特性
20世纪20年代初，苏联科学家在洋葱中首次发现了超微弱发光现象。后来，以Colli为首的意大利实验小组进一步证实，只要是活的生物，小至细菌，大到植物、动物都有自发的光子辐射。生物的这种光发射极其微弱，在10～104个光子/（cm 2 ·s），已超出人眼的感觉范围，波长在180～800nm。超微弱发光是机体代谢状态的一种灵敏的指标，在化学分析、农业、环境等领域得到广泛的应用，在生物医学上可应用于检测和研究自由基反应、细胞吞噬发光、细胞耐受性、肿瘤患者的血清发光、电离辐射的伤害性研究。
从20世纪80年代起，一些学者还对体表穴位、经络的超微弱发光进行了检测分析。严智强等 [104] 自1979年起开展了系列的经络腧穴超微弱发光特异性及与证候的关系的研究，发现人体14条经脉上的腧穴和经线上的光电发射高于周围部位，人体或经线的超微弱发光强度与机体的代谢密切相关。杨文英等 [105-106] 对健康人的四肢及躯干部位的经穴发光进行了探测，发现四肢经穴发光经穴明显高于其他经穴，上肢高于下肢，左右同名经穴均值相似，三阳经与三阴经也相似。吕越 [107] 对经穴超微弱发光病理反应的特性进行了研究，发现正常人体背部经穴超微弱发光强度左右对称，而发作期支气管哮喘及慢性胃炎患者相关背部经穴存在左右非对称特性，他认为在疾病状态下，背部经穴非对称性变化可为有关背俞穴的理论提供客观依据。杨文英等 [108] 发现健康人左右两侧同名腧穴超微弱发光处于平衡状态，而患者相应腧穴两侧发光强度在发作期有明显差异，处于失衡状态，缓解期呈现恢复趋势。孙克兴等 [109] 进一步研究发现不同参数的电针刺激效应在经穴超微弱发光强度上有特征性的改变，他认为经穴发光强度可以反映性质不同的针刺效应过程。
综上所述，经络腧穴的超微弱发光与机体的机能状态相关，一些特定穴的超微弱发光特性的变换能够反映某些器官的病理改变。经络腧穴超微弱发光是一种低水平的发光，发光强度极其微弱，量子效率也很低，因此，光电探测技术的研究水平决定了经络腧穴生物超微弱发光信号的研究水平。目前，经络腧穴的超微弱发光的探测主要采用光电倍增管为主的单光子技术探测系统，其可提供生物超微弱发光总强度的时域信息，但在获得生物发光的空间分布信息时有一定局限性。近年出现的以微通道板像增强器为主的超微弱发光图像探测系统，具有二维光子技术成像功能，可同时获得有机体超微弱发光强度的时间和空间信息。随着光电探测器灵敏度的不断提高，经络腧穴超微弱发光探测的灵敏度、精确度将会大幅提高，而超微弱发光成像对经络实质研究、脏腑经络理论研究和疾病信息早期诊断有一定帮助。
2.经脉循环路线及经穴的红外辐射成像
根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，只要是绝对零度以上的物体，其表面就会以电磁波的形式向外辐射能量，即热辐射，而且单位面积的热辐射功率与绝对温度的四次方成正比。由于人体在不断进行新陈代谢，会不断有热量产生，因此，人体是一个天然的红外辐射源。人体自身的红外辐射能量反映了体内相关脏器和全身相关部位的新陈代谢情况，是机体生命活动和功能状态的外在表现。自从1970年法国学者J.Borsarello首次应用红外热像图摄影术对人体经络穴位进行客观现实的研究后，一些学者开始以红外热成像技术对经络及经穴的客观性、特异性进行研究。
红外热成像技术是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接收被测目标的红外辐射能量与背景间的红外线差形成的分布图形，并将其反映到红外探测器的光敏元件上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换成标准视频信号，通过电视屏或检测器显示红外热像图。红外探测器是热成像系统的核心，直接决定着热像仪的成像质量。红外探测器大体可分为热敏型和量子型两种类型。热敏型探测器的探测波段宽，能够在通常的环境温度下工作而不需要冷却，但是灵敏度低、响应速度慢。量子型探测器的灵敏度要比热敏型高1～2个数量级，响应速度也快，性能接近背景限制的红外性能极限。目前，研究经络腧穴红外辐射特性的红外热像仪主要采用焦平面阵列红外探测器，其响应峰值波长在9.348μm左右。据维恩位移定律，人体的正常温度为37℃左右，即绝对温度的310K，因此，人体体表发出的红外辐射波长峰值应为9.348μm。红外热像仪通常围绕人体红外辐射波长峰值选用合适的红外探测器对人体进行探测。
胡翔龙等 [110] 在20世纪90年代初利用红外热像示踪仪在自然状态下第一次直观地看到古人所描述的经脉循行的红外辐射轨迹线，该研究方法是提取与体表强度相同的红外辐射信号，并连续显示它的瞬时分布状态，以取得等强度红外辐射的分布图像，即可显示出体表经脉的红外辐射轨迹（IRRTM）。在此基础上，研究者又做了大量实验对红外循行路线的主要特性和显现规律进行研究总结，指出循经红外轨迹的温度分布规律：同一体区可出现多条路线且基本循经，左右两侧可对称出现并始终处于动态变化过程中；循经红外辐射的皮温大多为高温，也有少数表现为低温，但与周围的皮肤温度都有明显的差别；常温下，绝大多数受试者都可以观察到至少一条较长的循经轨迹，不同的经脉出现率不同，督脉出现率最高，可达77.9%，其中通达全程的占30.9%，任脉的出现率超过25%，而且任脉、督脉循经感传在头面部的交会是以绕过口唇的方式出现的，这与“环唇”“别而络唇口”的历代文献记载相吻合。这些研究在一定程度上证实了循经感传的客观存在，同时支持循经感传形成机理的外周观点。
李志超 [111] 则对类似经脉客观显示的“循经红外辐射轨迹”提出了不同的看法，认为“等温经络线”乃是计算机对彩色热像图进行处理和分解，然后以体表等温点连接绘制而成的统计线和示意图，它完全遵从体表温度扩散的规律，也只能反映人体表面温度自然扩散趋势，并非人体经络气血运行轨迹的自然显示。
张栋等 [112] 研究发现，自然状态下，受试者中57.1％的背部正中线和7.7％的腹部正中线上具有纵向分布的高温线（带）；在分别对命门穴和中脘穴艾灸后，受试者中70.4％的背部正中线及56.0％的腹部正中线温度升高，并可形成较自然状态下更长、连续性更好的高温线（带）；背部正中线上的高温线及艾灸后出现的升温线较长。研究者认为，循躯干前后正中线分布的高温线（带）可能是任督二脉温度特性的客观显示，而该线（带）的形成可能与致密结缔组织或微循环的某种特异性调节机制有关。循经体表红外辐射与脏腑病变有着较为密切的关系，病理情况下循经线更容易出现，且病变一侧与非病变一侧差别较大。内脏病变状态下，相应的体表经络循行部位可出现高温线。研究者通过实验排除了高温带是动脉或浅静脉的可能，认为循经轨迹的形成与沿经皮肤的微循环状态和经脉线下深部组织中的传热通道相关。
研究还发现在经脉线上的穴位或非穴加热，都可诱发出与该经脉路线基本一致的红外辐射轨迹。针刺后，基于人体基础温度高低的不同，人体体表循经红外辐射强度表现为升高、降低或无变化，这种表现似为针刺双向调节作用的客观显示。研究表明艾灸后形成的循经高温线的升温似乎只出现在体表和皮肤层，其与能量代谢有关。也有研究发现 [113] ，沿督脉红外辐射轨迹部位的深部组织氧分压也较其两侧的非经对照点高，艾灸后家兔循经出现温度较高的部位组织的降钙素基因相关肽（CGRP）含量与非高温区比较明显升高，而血管紧张素Ⅱ（AⅡ）含量与非高温区比较无明显改变。因此，循经线下深部组织中的能量代谢旺盛，可能是产生沿该经脉的红外辐射轨迹的一个重要原因。
3.经穴自发红外辐射光谱
红外热像技术中所选择的红外探测器的响应波长区域一般在8～12μm，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系，采用红外热像技术研究经络腧穴红外辐射特性的结果实际上是经过普朗克定律换算所得的温度分布概况。近年来，丁光宏等 [114] 采用经穴自发红外辐射光谱探测分析技术，对经穴自发红外辐射光谱特性进行了研究。该技术采用高灵敏度碲镉汞红外传感器（晶片面积2.5cm 2 ，液氮工作环境。碲镉汞是碲化汞和碲化镉的混晶，是优良的红外光敏材料），并通过锁相放大技术进行信号放大，可获得放大1000倍以上、高信噪比、1.5～16μm谱宽的人体穴位红外辐射信号。
研究发现，不同人体和同一人体的不同穴位，尽管其红外辐射光谱及强度相差很大，但归一化光谱都有相当的一致性与可比性。进一步将人体发射的平均归一化光谱与中医艾条灸、隔姜灸、隔蒜灸及隔附子饼灸点燃过程中的光谱比较发现，后面3种间隔灸与人体自发辐射的光谱有着一致性，而艾条灸等却与人体自发辐射的光谱相差甚远，人体穴位红外辐射中，热致辐射占90%以上，而穴位2～2.5μm自发辐射峰可能与能量物质ATP与ADP的转化有关。研究还发现，正常人和冠心病患者的红外辐射光谱在某些辐射波段上存在明显差异，穴位红外辐射光谱中包含有较为丰富的病理生理信息。
4.经穴的组织光学特性
组织光学是生物医学光子学的重要内容之一，光与生物组织之间的相互作用规律是医学光子学的基础和激光生物医学的应用前提。组织光学主要包括光在组织中的传输理论、组织光学特性参数的测定方法与技术、光剂量学、光动力学疗法中的光子学技术、生物组织的实体光学模型、人体光学成像术6个方面。
光在生物组织中的传输和分布主要是由生物组织本身的光学特性参数所决定的，由于人体组织的生理状态以及组织的病变程度与组织的光学特性参数密切相关，因此人体组织光学的研究为医学上的光诊断和光治疗提供了重要的参数。基于组织光学特性研究经穴的特异性，就是通过检测穴位或非穴在一定光照条件下的反射率、透过率以及组织内的光分布等组织光学参数，建立穴位组织光学参数特征性变化与相关结构物质和功能变化的关联性，探讨经穴的形态结构、病理反应、刺激效应的特异性。
（1）经穴及经脉的光传输特性研究。1966年，苏联的研究人员发现，当向经络中的一个穴位照射一束激光时，通过一定的偏光检测系统，在十几厘米外的另一处穴位上可检测到光的信号。2003年，韩国的研究人员对手厥阴心包经上的光传导特性进行了测量，辐照内关穴及其旁开对照点，探测点为心包经上的距内关穴分别为1cm、2cm、3cm的3个点及其非经线上的对照点，结果发现光沿心包经与非经线上的衰减强度有显著差异，证明光波有沿心包经传输的趋势。王瑜华等 [115] 利用漫射近似理论，通过非线性拟合，实现了633nm光波沿手厥阴心包经脉循行路线和非经线方向传输时光学特性的无损测量及分析，结果表明光沿经脉循行路线方向传输时光强度衰减较慢，但两者的衰减因子明显不同，因此，研究人员认为人体经脉线可能是一定波长光波的良通道。
（2）经穴的漫反射光特性研究。漫反射光是光源发出的光进入样品或组织内部后，经过多次反射、折射及吸收后返回表面的光，因此负载了相关的结构和组成信息。张祖德等 [116] 研究发现，劳宫穴与非穴的反射光谱轮廓相似，波谷出现值也相同，经过不同功率的激光照射后，劳宫穴的反射率较照前明显下降，并随着照射功率的增大，反射率减小的幅度越来越大。而非穴组织经过不同功率激光照射后反射率稍有下降，但与劳宫穴的下降有显著差异，推测劳宫穴对半导体激光照射的刺激比非穴更敏感。
蒋兴慧等 [117] 发现，随着月经前后机体气血盛衰的变化，手足部原穴的漫反射光谱表现出规律性的变化，穴位组织漫反射光谱的变化与机体气血变化有着密切的关系，在月经气血变化过程中，脾经原穴太白穴和胃经原穴冲阳穴表现出特异性反应。
（3）经穴特异性的光学相干层析成像研究。光学相干层析成像技术（OCT）是基于光的干涉原理，利用近红外弱相干光照射待测组织，采用超外差探测技术，测量反射回来的光强，用于组织浅表层成像。OCT具有较高的分辨率，可实现不同深度成像，通过纵横向扫描可用于研究穴位立体结构。钟会清等 [118] 利用OCT观察到，激光照射前，穴位与非穴的OCT图像无差别，用808nm激光100mW照射后，在OCT图像中劳宫穴与非穴区表现出明显差异，并得到衰减系数，使穴位与非穴的差别量化。
5.其他可用于经络腧穴研究的光子学技术
（1）经穴特异性的拉曼光谱研究。当光通过物质时，除了光的透射和吸收外，还可观测到光的散射，在散射光中，除了原来的入射光的频率外，还包含一些新的频率，这些新的频率称为拉曼频率。拉曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质，从拉曼光谱信息可以导出物质结构及物质组成成分。拉曼光谱反映的是分子的精细结构，具有指纹特性，对分子的结构和所处环境非常敏感。采用近场拉曼光谱技术可实现在体、动态地观察经穴及经穴效应的靶器官的成分和微观结构，从分子水平揭示经穴及其周边组织的成分信息。
（2）经穴特异性的荧光光谱研究。荧光光谱技术比较适合于收集新陈代谢或结构机能的数据。组织的荧光光谱研究方法分为自体荧光法和外加光敏物质荧光法两种。荧光光谱研究已被用于穴位处Ca、Mg等元素含量的测定，研究这些粒子与经穴的相关性，也有学者采用荧光组化法、荧光双标法探求肾及其俞募穴之间的神经联系通路。由于在细胞和人体组织中存在各种内源性荧光物质，因此穴位组织的自体荧光可以为穴位效应的物质基础提供光谱信息，而集合双光子激发荧光与拉曼散射、漫反射等结合，实现各种光谱的连用，可从不同角度和层次探究穴位与非穴之间、穴位与穴位之间光谱信息的差别及微观物质的差异。
（3）经穴特异性的偏振光谱研究。光的偏振是指光波的振动方向相对于传播方向的不对称性，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。偏振作为强度探测的一个有益补充，可测得的信息量不仅包含常规的光强、光谱和空间，还可以探测到偏振度、偏振方位角、偏振椭圆率和旋转方向。由于光的偏振信息中还包含了物体的表面粗糙度、色泽和电导率等信息，因此，在医学诊断方面具有重要的应用价值。经穴病理反应出现的结节、条梭状反应物、组织松弛度，以及皮肤的脱屑、凹陷、丘疹和色泽改变等可以采用偏振成像的方法进行客观量化的分析。同时，生物体内不少组织和物质表现出液晶态的光学个性异性特征，具有双折射现象，而且生理状态、环境状态的改变会使光学各向异性程度发生改变。根据神经纤维、肌肉纤维、胆固醇、蛋白质、核酸的双折射性质，可以用偏光显微镜观察到其细微结构，实现普通显微镜无法进行的实验观察。
（4）经穴特异性的多模式成像研究。医学影像技术在近几年得到了巨大发展，并被广泛用于针灸领域的研究。传统的如CT、MRI和PET成像方法都依赖于生物组织某一方面特性的变化，可以提供生物组织的信息，区别正常组织与病变组织。随着人们对疾病诊断的要求的提高，特别是对癌症早期、无损伤诊断研究等需求的提高，新型的更安全、更准确的影像诊断技术的研究得到了越来越多的重视。
多模式成像系统可以在同一台机器上同时或间隔很短时间获取功能和解剖的图像，其中结合光子学技术手段的多模式成像技术有望成为未来成像的新方法，而这些多模式成像技术可以为经穴的特异性及针灸作用机理的研究提供新的手段。如将近红外成像技术（fNIRS）与其他脑功能成像技术相结合，可将近红外检测所得的血氧变化信号联合脑电检测所得神经电信号同步分析，从而更好地进行神经-血管耦合机制探索；MRI导引的近红外光谱成像，以核磁共振的图像为基准，建立对应的红外图像光谱，实现光谱断层成像，不仅解决了核磁共振成像的分辨率问题，还覆盖了组织的吸收和散射区域，获得了生物组织中分子的信息。
光声成像技术用于脑功能成像不仅具有无损伤、成本低的优点，而且还可获得还原和氧合血红蛋白的分布特征，提供更加完整的脑部血氧含量水平的分布图像，可以在完全无损伤的情况下对脑的高级功能活动进行观察分析并提供高分辨率和高对比度的脑组织光声成像。
总之，经穴的特异性与机体的脏腑、气血功能密切相关，研究的理想状态是在不同生理、病理状态下实现在体的、动态的、无损伤或低刺激性的检测分析，正是由于光子学的技术方法能够满足此要求，所以基于生物光子学理论与技术的经穴特异性研究有着广泛拓展的空间。但是由于中医的特殊性，要实现光子学技术和手段真正用于经络及经穴特异性的研究，对经穴的特异性给予科学的生物物理学阐释，还需实现光子学理论与中医学理论的融合，实现光子学技术与人体经络腧穴研究要求的有机结合，实现经穴的光子信息与形态结构、功能变化的关联解释。