El desenvolupament i l'aplicació de l'òptica ha ajudat la medicina moderna i les ciències de la vida a entrar en una etapa de desenvolupament ràpid, com ara la cirurgia mínimament invasiva, la teràpia amb làser, el diagnòstic de malalties, la investigació biològica, l'anàlisi d'ADN, etc.

Cirurgia i Farmacocinètica

El paper de l'òptica en cirurgia i farmacocinètica es manifesta principalment en dos aspectes: làser i il·luminació i imatge in vivo.

1. Aplicació del làser com a font d'energia

El concepte de teràpia làser es va introduir a la cirurgia ocular als anys 60. Quan es van reconèixer els diferents tipus de làsers i les seves propietats, la teràpia làser es va expandir ràpidament a altres camps.

Diferents fonts de llum làser (gas, sòlid, etc.) poden emetre làsers polsats (Làsers polsats) i làsers continus (ona contínua), que tenen diferents efectes en diferents teixits del cos humà. Aquestes fonts de llum inclouen principalment: làser robí polsat (làser robí polsat); làser d'ions d'argó continu (làser d'ions d'argó CW); làser de diòxid de carboni continu (CW CO2); làser d'itri d'alumini granat (Nd:YAG). Com que el làser continu de diòxid de carboni i el làser granat d'itri d'alumini tenen un efecte de coagulació de la sang en tallar teixit humà, s'utilitzen més en cirurgia general.

La longitud d'ona dels làsers utilitzats en el tractament mèdic és generalment superior a 100 nm. L'absorció de làsers de diferents longituds d'ona en diferents teixits del cos humà s'utilitza per ampliar les seves aplicacions mèdiques. Per exemple, quan la longitud d'ona del làser és superior a 1 um, l'aigua és l'absorbidor principal. Els làsers no només poden produir efectes tèrmics en l'absorció del teixit humà per al tall quirúrgic i la coagulació, sinó que també produeixen efectes mecànics.

Especialment després que la gent descobrís els efectes mecànics no lineals dels làsers, com ara la generació de bombolles de cavitació i ones de pressió, els làsers es van aplicar a tècniques de fotodisrupció, com ara la cirurgia de cataractes i la cirurgia química de trituració de càlculs renals. Els làsers també poden produir efectes fotoquímics per guiar els fàrmacs contra el càncer amb mediadors fotosensibles per alliberar efectes de fàrmacs en àrees específiques del teixit, com ara la teràpia PDT. El làser combinat amb la farmacocinètica té un paper molt important en el camp de la medicina de precisió.

2. L'ús de la llum com a eina per a la il·luminació i la imatge in vivo

Des de la dècada de 1990, CCD (Charge-CoupledLa càmera del dispositiu) es va introduir en la cirurgia mínimament invasiva (teràpia mínimament invasiva, MIT) i l'òptica va tenir un canvi qualitatiu en les aplicacions quirúrgiques. Els efectes d'imatge de la llum en cirurgia mínimament invasiva i oberta inclouen principalment endoscopis, sistemes de microimatge i imatges hologràfiques quirúrgiques.

FlexibleEndoscopi, incloent gastroenteroscopi, duodenoscopi, colonoscopi, angioscopi, etc.

El camí òptic de l'endoscopi

El camí òptic de l'endoscopi inclou dos sistemes independents i coordinats d'il·luminació i imatge.

RígidaEndoscopi, incloent artroscòpia, laparoscòpia, toracoscòpia, ventriculoscòpia, histeroscòpia, cistoscòpia, otolinoscòpia, etc.

En general, els endoscopis rígids només tenen diversos angles de recorregut òptic fixos per triar, com ara 30 graus, 45 graus, 60 graus, etc.

Una càmera corporal en miniatura és un dispositiu d'imatge basat en una plataforma de tecnologia CMOS i CCD en miniatura. Per exemple, una càpsula endoscopi,PillCam. Pot entrar al sistema digestiu del cos humà per comprovar si hi ha lesions i controlar els efectes dels fàrmacs.

La càpsula endoscopi

Microscopi hologràfic quirúrgic, un dispositiu d'imatge utilitzat per observar imatges 3D de teixit fi en cirurgia de precisió, com la neurocirurgia per a la craniotomia.

El microscopi hologràfic quirúrgic

Resumeix:

1. A causa de l'efecte tèrmic, efecte mecànic, efecte de fotosensibilitat i altres efectes biològics del làser, s'utilitza àmpliament com a font d'energia en cirurgia mínimament invasiva, tractament no invasiu i teràpia farmacològica dirigida.

2. A causa del desenvolupament de la tecnologia d'imatge, els equips d'imatge òptica mèdica han avançat molt en la direcció de l'alta resolució i la miniaturització, posant les bases per a una cirurgia mínimament invasiva i precisa in vivo. Actualment, els dispositius d'imatge mèdica més utilitzats inclouenendoscopis, imatges hologràfiques i sistemes de microimatge.