لقد ساهم تطوير وتطبيق علم البصريات في دخول الطب الحديث وعلوم الحياة مرحلة من التطور السريع، مثل الجراحة طفيفة التوغل، والعلاج بالليزر، وتشخيص الأمراض، والبحوث البيولوجية، وتحليل الحمض النووي، وما إلى ذلك.

الجراحة وعلم حركية الدواء

يتجلى دور البصريات في الجراحة وعلم حركية الدواء بشكل رئيسي في جانبين: الليزر والإضاءة والتصوير داخل الجسم الحي.

1. استخدام الليزر كمصدر للطاقة

تم إدخال مفهوم العلاج بالليزر في جراحة العيون في الستينيات. وعندما تم التعرف على الأنواع المختلفة من الليزر وخصائصها، تم توسيع نطاق العلاج بالليزر بسرعة ليشمل مجالات أخرى.

تُصدر مصادر الليزر المختلفة (الغازية والصلبة وغيرها) أشعة ليزر نبضية وأشعة ليزر مستمرة، ولكل منهما تأثيرات مختلفة على أنسجة الجسم. تشمل هذه المصادر بشكل رئيسي: ليزر الياقوت النبضي، وليزر أيون الأرجون المستمر، وليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر، وليزر الياج (Nd:YAG). ونظرًا لتأثير ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر وليزر الياج في تخثير الدم عند قطع الأنسجة، فإنهما الأكثر استخدامًا في الجراحة العامة.

يبلغ الطول الموجي لأشعة الليزر المستخدمة في العلاج الطبي عادةً أكثر من 100 نانومتر. ويُستغل امتصاص أشعة الليزر ذات الأطوال الموجية المختلفة في أنسجة الجسم المختلفة لتوسيع نطاق تطبيقاتها الطبية. فعلى سبيل المثال، عندما يتجاوز الطول الموجي لليزر 1 ميكرومتر، يكون الماء هو المادة الماصة الرئيسية. ولا تقتصر فوائد الليزر على إحداث تأثيرات حرارية في أنسجة الجسم البشري لأغراض القطع الجراحي والتخثير، بل تشمل أيضاً إحداث تأثيرات ميكانيكية.

بعد اكتشاف التأثيرات الميكانيكية غير الخطية لأشعة الليزر، مثل توليد فقاعات التجويف وموجات الضغط، تم تطبيقها في تقنيات التفتيت الضوئي، كجراحة الساد والجراحة الكيميائية لتفتيت حصى الكلى. كما يمكن لأشعة الليزر إحداث تأثيرات كيميائية ضوئية لتوجيه أدوية السرطان التي تحتوي على وسائط حساسة للضوء، لإطلاق تأثيراتها الدوائية في مناطق نسيجية محددة، كما في العلاج الضوئي الديناميكي. ويلعب الجمع بين الليزر وعلم حركية الدواء دورًا بالغ الأهمية في مجال الطب الدقيق.

2. استخدام الضوء كأداة للإضاءة والتصوير داخل الجسم الحي

منذ تسعينيات القرن الماضي، CCD (مقترن الشحنة)تم إدخال الكاميرا (الجهاز) في الجراحة طفيفة التوغل (العلاج طفيف التوغل، MIT)، وشهدت البصريات تغييراً نوعياً في التطبيقات الجراحية. تشمل تأثيرات التصوير الضوئي في الجراحة طفيفة التوغل والجراحة المفتوحة بشكل رئيسي المناظير الداخلية، وأنظمة التصوير المجهري، والتصوير المجسم الجراحي.

مرنالمنظار الداخلي، بما في ذلك منظار المعدة والأمعاء، ومنظار الاثني عشر، ومنظار القولون، ومنظار الأوعية الدموية، وما إلى ذلك.

المسار البصري للمنظار الداخلي

يتضمن المسار البصري للمنظار نظامين مستقلين ومنسقين للإضاءة والتصوير.

جامدالمنظار الداخلي، بما في ذلك تنظير المفاصل، وتنظير البطن، وتنظير الصدر، وتنظير البطين، وتنظير الرحم، وتنظير المثانة، وتنظير الأذن، إلخ.

المناظير الصلبة عموماً لا تحتوي إلا على عدة زوايا مسار بصري ثابتة للاختيار من بينها، مثل 30 درجة، 45 درجة، 60 درجة، إلخ.

الكاميرا المصغرة للجسم هي جهاز تصوير يعتمد على منصة تقنية CMOS وCCD مصغرة. على سبيل المثال، منظار الكبسولة الداخلي،كاميرا حبوب الدواء. يمكنها الدخول إلى الجهاز الهضمي لفحص الآفات ومراقبة آثار الأدوية.

منظار الكبسولة

المجهر الجراحي الهولوغرافي، وهو جهاز تصوير يستخدم لمراقبة الصور ثلاثية الأبعاد للأنسجة الدقيقة في الجراحة الدقيقة، مثل جراحة الأعصاب لفتح الجمجمة.

المجهر الهولوغرافي الجراحي

لخص:

1. نظرًا للتأثير الحراري والتأثير الميكانيكي وتأثير الحساسية الضوئية والتأثيرات البيولوجية الأخرى لليزر، فإنه يستخدم على نطاق واسع كمصدر للطاقة في الجراحة طفيفة التوغل والعلاج غير الجراحي والعلاج الدوائي الموجه.

٢. بفضل تطور تقنيات التصوير، حققت أجهزة التصوير الطبي البصري تقدماً كبيراً في مجال الدقة العالية والتصغير، مما مهد الطريق لإجراء جراحات دقيقة بأقل قدر من التدخل الجراحي داخل الجسم الحي. وتشمل أجهزة التصوير الطبي الأكثر استخداماً حالياً ما يلي:المناظير، الصور المجسمة وأنظمة التصوير المجهري.