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 ràpid desenvolupament, com ara la cirurgia mínimament invasiva, la teràpia làser, el diagnòstic de malalties, la recerca biològica, l'anàlisi d'ADN, etc.

Cirurgia i Farmacocinètica

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

1. Aplicació del làser com a font d'energia

El concepte de teràpia làser es va introduir a la cirurgia ocular a la dècada del 1960. 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 pulsats (làsers pulsats) i làsers continus (ona contínua), que tenen efectes diferents sobre els diferents teixits del cos humà. Aquestes fonts de llum inclouen principalment: làser de robí pulsat (làser de robí pulsat); làser d'ions d'argó continu (làser d'ions d'argó CW); làser de diòxid de carboni continu (CW CO2); làser de granat d'itri i alumini (Nd:YAG). Com que el làser continu de diòxid de carboni i el làser de granat d'itri i alumini tenen un efecte de coagulació de la sang en tallar teixit humà, s'utilitzen més àmpliament en cirurgia general.

La longitud d'ona dels làsers utilitzats en tractaments mèdics 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 el principal absorbent. 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 dels fàrmacs en àrees de teixit específiques, com ara la teràpia fotodinàmica (PDT). El làser combinat amb la farmacocinètica juga 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 dels anys noranta, CCD (càrrega acoblada)La càmera (Dispositiu) es va introduir en la cirurgia mínimament invasiva (teràpia mínimament invasiva, MIT) i l'òptica va experimentar 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-hi gastroenteroscopi, duodenoscopi, colonoscopi, angioscopi, etc.

El camí òptic de l'endoscopi

La trajectòria òptica de l'endoscopi inclou dos sistemes d'il·luminació i imatge independents i coordinats.

RígidEndoscopi, incloent-hi artroscòpia, laparoscòpia, toracoscòpia, ventriculoscòpia, histeroscòpia, cistoscòpia, otolinoscòpia, etc.

Els endoscopis rígids generalment només tenen diversos angles de trajectòria òptica 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 tecnològica CMOS i CCD en miniatura. Per exemple, un endoscopi de càpsula,PillCam. Pot entrar al sistema digestiu del cos humà per comprovar si hi ha lesions i controlar els efectes dels fàrmacs.

L'endoscopi de càpsula

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

El microscopi hologràfic quirúrgic

Resumeix:

1. A causa de l'efecte tèrmic, l'efecte mecànic, l'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. Gràcies al desenvolupament de la tecnologia d'imatge, els equips d'imatge òptica mèdica han fet grans progressos en la direcció de l'alta resolució i la miniaturització, establint 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.