Vývoj a aplikace optiky pomohly moderní medicíně a biologickým vědám vstoupit do fáze rychlého rozvoje, jako je minimálně invazivní chirurgie, laserová terapie, diagnostika nemocí, biologický výzkum, analýza DNA atd.

Chirurgie a farmakokinetika

Role optiky v chirurgii a farmakokinetice se projevuje především ve dvou aspektech: laserové a in vivo osvětlení a zobrazování.

1. Aplikace laseru jako zdroje energie

Koncept laserové terapie byl zaveden do oční chirurgie v 60. letech 20. století. Když byly rozpoznány různé typy laserů a jejich vlastnosti, laserová terapie se rychle rozšířila do dalších oborů.

Různé zdroje laserového světla (plynové, pevné atd.) mohou emitovat pulzní lasery (Pulsed Lasers) a kontinuální lasery (Continuous wave), které mají různé účinky na různé tkáně lidského těla. Mezi tyto světelné zdroje patří především: pulzní rubínový laser (Pulsed rubínový laser); kontinuální argonový iontový laser (CW argonový iontový laser); kontinuální oxid uhličitý laser (CW CO2); yttrium-hliníkový granát (Nd:YAG) laser. Vzhledem k tomu, že kontinuální laser s oxidem uhličitým a laser s ytrium-hlinitým granátem mají účinek srážení krve při řezání lidské tkáně, jsou nejrozšířenější ve všeobecné chirurgii.

Vlnová délka laserů používaných při léčbě je obecně větší než 100 nm. Absorpce laserů různých vlnových délek v různých tkáních lidského těla se používá k rozšíření jeho lékařských aplikací. Například, když je vlnová délka laseru větší než 1 um, je primárním absorbérem voda. Lasery mohou nejen produkovat tepelné efekty při absorpci lidské tkáně pro chirurgické řezání a koagulaci, ale také produkovat mechanické efekty.

Zvláště poté, co lidé objevili nelineární mechanické účinky laserů, jako je generování kavitačních bublin a tlakových vln, byly lasery aplikovány na techniky fotodisrupce, jako je operace šedého zákalu a chemická chirurgie drcení ledvinových kamenů. Lasery mohou také produkovat fotochemické účinky, které vedou léky proti rakovině pomocí fotosenzitivních mediátorů, aby uvolňovaly účinky léků na specifické oblasti tkáně, jako je terapie PDT. Laser v kombinaci s farmakokinetikou hraje v oblasti přesné medicíny velmi důležitou roli.

2. Využití světla jako nástroje pro in vivo osvětlení a zobrazování

Od 90. let 20. století je CCD (Charge-CoupledPřístrojová) kamera byla zavedena do minimálně invazivní chirurgie (Minimally Invasive Therapy, MIT) a optika zaznamenala kvalitativní změnu v chirurgických aplikacích. Zobrazovací účinky světla v minimálně invazivní a otevřené chirurgii zahrnují především endoskopy, mikrozobrazovací systémy a chirurgické holografické zobrazování.

FlexibilníEndoskop, včetně gastroenteroskopu, duodenoskopu, kolonoskopu, angioskopu atd.

Optická dráha endoskopu

Optická dráha endoskopu zahrnuje dva nezávislé a koordinované systémy osvětlení a zobrazování.

TuháEndoskop, včetně artroskopie, laparoskopie, torakoskopie, ventrikuloskopie, hysteroskopie, cystoskopie, otolinoskopie atd.

Pevné endoskopy mají obecně na výběr pouze několik pevných úhlů optické dráhy, jako je 30 stupňů, 45 stupňů, 60 stupňů atd.

Kamera s miniaturním tělem je zobrazovací zařízení založené na miniaturní technologické platformě CMOS a CCD. Například kapslový endoskop,PillCam. Může vstoupit do trávicího systému lidského těla, aby zkontroloval léze a sledoval účinky léků.

Kapslový endoskop

Chirurgický holografický mikroskop, zobrazovací zařízení používané k pozorování 3D snímků jemné tkáně v přesné chirurgii, jako je neurochirurgie pro kraniotomii.

Chirurgický holografický mikroskop

Shrnout:

1. Vzhledem k tepelnému efektu, mechanickému efektu, fotosenzitivnímu efektu a dalším biologickým účinkům laseru je široce využíván jako zdroj energie v minimálně invazivní chirurgii, neinvazivní léčbě a cílené medikamentózní terapii.

2. Vzhledem k vývoji zobrazovací technologie dosáhla lékařská optická zobrazovací zařízení velkého pokroku ve směru vysokého rozlišení a miniaturizace a položila tak základ pro minimálně invazivní a přesnou chirurgii in vivo. V současnosti mezi nejčastěji používaná lékařská zobrazovací zařízení patříendoskopyholografické obrazy a mikrozobrazovací systémy.