Развитието и приложението на оптиката помогнаха на съвременната медицина и науките за живота да навлязат в етап на бързо развитие, като например минимално инвазивна хирургия, лазерна терапия, диагностика на заболявания, биологични изследвания, ДНК анализ и др.

Хирургия и фармакокинетика

Ролята на оптиката в хирургията и фармакокинетиката се проявява главно в два аспекта: лазерно и in vivo осветяване и изобразяване.

1. Приложение на лазера като източник на енергия

Концепцията за лазерна терапия е въведена в очната хирургия през 60-те години на миналия век. Когато различните видове лазери и техните свойства са били разпознати, лазерната терапия бързо се разширява и в други области.

Различните лазерни източници на светлина (газови, твърди и др.) могат да излъчват импулсни лазери (импулсни лазери) и непрекъснати лазери (непрекъсната вълна), които имат различно въздействие върху различните тъкани на човешкото тяло. Тези източници на светлина включват главно: импулсен рубинен лазер (импулсен рубинен лазер); непрекъснат аргонов йонен лазер (CW аргонов йонен лазер); непрекъснат въглероден диоксиден лазер (CW CO2); итриево-алуминиев гранатов (Nd:YAG) лазер. Тъй като непрекъснатият въглероден диоксиден лазер и итриево-алуминиевият гранатов лазер имат ефект на коагулация на кръвта при рязане на човешка тъкан, те се използват най-широко в общата хирургия.

Дължината на вълната на лазерите, използвани в медицинското лечение, обикновено е по-голяма от 100 nm. Абсорбцията на лазери с различна дължина на вълната в различни тъкани на човешкото тяло се използва за разширяване на медицинските им приложения. Например, когато дължината на вълната на лазера е по-голяма от 1 μm, водата е основният абсорбатор. Лазерите могат не само да предизвикат термични ефекти в човешките тъкани за абсорбция при хирургично рязане и коагулация, но и да предизвикат механични ефекти.

Особено след като хората откриха нелинейните механични ефекти на лазерите, като генерирането на кавитационни мехурчета и вълни под налягане, лазерите бяха приложени към техники за фоторазрушаване, като например операция на катаракта и химическа хирургия за раздробяване на бъбречни камъни. Лазерите могат също така да произведат фотохимични ефекти, за да насочат лекарствата за рак с фоточувствителни медиатори, за да освободят лекарствени ефекти върху специфични тъканни области, като например фотодинамична терапия. Лазерът, комбиниран с фармакокинетиката, играе много важна роля в областта на прецизната медицина.

2. Използването на светлината като инструмент за in vivo осветяване и изобразяване

От 90-те години на миналия век, CCD (Charge-CoupledУстройство) камера беше въведена в минимално инвазивната хирургия (минимално инвазивна терапия, MIT) и оптиката претърпя качествена промяна в хирургическите приложения. Образните ефекти на светлината в минимално инвазивната и отворената хирургия включват главно ендоскопи, микроизобразителни системи и хирургично холографско изобразяване.

ГъвкавЕндоскоп, включително гастроентероскоп, дуоденоскоп, колоноскоп, ангиоскоп и др.

Оптичният път на ендоскопа

Оптичният път на ендоскопа включва две независими и координирани системи за осветяване и изобразяване.

ТвърдЕндоскоп, включително артроскопия, лапароскопия, торакоскопия, вентрикулоскопия, хистероскопия, цистоскопия, отолиноскопия и др.

Твърдите ендоскопи обикновено имат само няколко фиксирани ъгъла на оптичния път, от които да избирате, като например 30 градуса, 45 градуса, 60 градуса и др.

Миниатюрната телесна камера е устройство за изображения, базирано на миниатюрна CMOS и CCD технологична платформа. Например, капсулен ендоскоп,PillCam. Може да влезе в храносмилателната система на човешкото тяло, за да провери за лезии и да наблюдава ефектите на лекарствата.

Капсулен ендоскоп

Хирургичен холографски микроскоп, устройство за изображения, използвано за наблюдение на 3D изображения на фини тъкани в прецизна хирургия, като например неврохирургия за краниотомия.

Хирургическият холографски микроскоп

Обобщете:

1. Поради термичния ефект, механичния ефект, фоточувствителния ефект и други биологични ефекти на лазера, той се използва широко като източник на енергия в минимално инвазивната хирургия, неинвазивното лечение и таргетна лекарствена терапия.

2. Благодарение на развитието на технологиите за образна диагностика, медицинското оптично оборудване за образна диагностика е постигнало голям напредък в посока на висока резолюция и миниатюризация, полагайки основите за минимално инвазивна и прецизна хирургия in vivo. В момента най-често използваните медицински устройства за образна диагностика включватендоскопи, холографски изображения и системи за микроизображения.