Развитието и приложението на оптиката помогна на съвременната медицина и науки за живота да навлязат в етап на бързо развитие, като 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 осветление и изображения.

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 бяха разпознати, лазерната терапия бързо се разшири в други области.

Различните източници на лазерна светлина (газови, твърди и др.) могат да излъчват импулсни лазери (импулсни лазери) и непрекъснати лазери (непрекъснати вълни), които имат различни ефекти върху различните тъкани на човешкото тяло. Тези източници на светлина включват главно: импулсен рубинен лазер (Pulsed ruby ​​​​laser); непрекъснат аргонов йонен лазер (CW аргонов йонен лазер); лазер с непрекъснат въглероден диоксид (CW CO2); лазер с итриев алуминиев гранат (Nd:YAG). Тъй като лазерът с непрекъснат въглероден диоксид и лазерът с итрий-алуминиев гранат имат кръвосъсирващ ефект при рязане на човешка тъкан, те се използват най-широко в общата хирургия.

Дължината на вълната на лазерите, използвани в медицината, 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 му приложения. Например, когато дължината на вълната на лазера е по-голяма от 1 um, водата е основният абсорбатор. Лазерите могат не само да произведат топлинни ефекти при абсорбция на човешка тъкан за хирургично рязане и коагулация, но също така да произведат механични ефекти.

Особено след като хората откриха нелинейните механични ефекти на лазерите, като генериране на кавитационни мехурчета и вълни на налягане, лазерите бяха приложени към техники за фоторазрушение, като хирургия на катаракта и химическа хирургия за раздробяване на камъни в бъбреците. Лазерите могат също така да произвеждат фотохимични ефекти, за да насочват лекарствата за рак с фоточувствителни медиатори, за да освободят лекарствените ефекти върху специфични тъканни области, като например PDT терапия. Лазерът в комбинация с фармакокинетиката играе много важна роля в областта на прецизната медицина.

2. Използването на светлината като инструмент за in vivo осветление и изображения

От 1990 г. CCD (Charge-CoupledУстройство) камерата беше въведена в минимално инвазивната хирургия (Минимално инвазивна терапия, MIT), а оптиката имаше качествена промяна в хирургическите приложения. Образните ефекти на светлината при минимално инвазивна и отворена хирургия включват главно ендоскопи, системи за микроизображение и хирургични холографски изображения.

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 оптичен път, от които да избирате, като 30 градуса, 45 градуса, 60 градуса и т.н.

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.

Капсулният ендоскоп

Хирургически холографски микроскоп, устройство за изображения, използвано за наблюдение на 3D изображения на фина тъкан в прецизна хирургия, като например неврохирургия за краниотомия.

Хирургически холографски микроскоп

Обобщете:

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

2. Благодарение на развитието на технологията за изображения, медицинското оптично оборудване за изображения постигна голям напредък в посока на висока разделителна способност и миниатюризация, поставяйки основата за минимално инвазивна и прецизна хирургия in vivo. В момента най-често използваните медицински устройства за изображения включватендоскопи, холографски изображения и системи за микроизображение.