Udviklingen og anvendelsen af ​​optik har hjulpet moderne medicin og biovidenskab med at komme ind i en fase med hurtig udvikling, såsom minimalt invasiv kirurgi, laserterapi, sygdomsdiagnose, biologisk forskning, DNA-analyse osv.

Kirurgi og farmakokinetik

Optikkens rolle i kirurgi og farmakokinetik manifesterer sig primært i to aspekter: laser og in vivo-belysning og billeddannelse.

1. Anvendelse af laser som energikilde

Konceptet laserterapi blev introduceret i øjenkirurgi i 1960'erne. Da de forskellige typer lasere og deres egenskaber blev anerkendt, blev laserterapi hurtigt udvidet til andre områder.

Forskellige laserlyskilder (gas, fast stof osv.) kan udsende pulserende lasere (pulserende lasere) og kontinuerlige lasere (kontinuerlig bølge), som har forskellige effekter på forskellige væv i menneskekroppen. Disse lyskilder omfatter primært: pulserende rubinlaser (pulserende rubinlaser); kontinuerlig argon-ionlaser (CW argon-ionlaser); kontinuerlig kuldioxidlaser (CW CO2); yttriumaluminiumgranatlaser (Nd:YAG). Fordi kontinuerlig kuldioxidlaser og yttriumaluminiumgranatlaser har blodkoagulationseffekt ved skæring i menneskeligt væv, anvendes de mest i generel kirurgi.

Bølgelængden af ​​lasere, der anvendes i medicinsk behandling, er generelt større end 100 nm. Absorptionen af ​​lasere med forskellige bølgelængder i forskellige væv i menneskekroppen bruges til at udvide deres medicinske anvendelser. For eksempel, når laserens bølgelængde er større end 1 µm, er vand den primære absorber. Lasere kan ikke kun producere termiske effekter i absorption af menneskeligt væv til kirurgisk skæring og koagulation, men også producere mekaniske effekter.

Især efter at folk opdagede laseres ikke-lineære mekaniske effekter, såsom generering af kavitationsbobler og trykbølger, blev lasere anvendt til fotoforstyrrelsesteknikker, såsom kataraktkirurgi og kemisk kirurgi til knusning af nyresten. Lasere kan også producere fotokemiske effekter for at styre kræftmedicin med lysfølsomme mediatorer til at frigive lægemiddeleffekter på specifikke vævsområder, såsom PDT-behandling. Laser kombineret med farmakokinetik spiller en meget vigtig rolle inden for præcisionsmedicin.

2. Brugen af ​​lys som et værktøj til in vivo belysning og billeddannelse

Siden 1990'erne har CCD (ladningskoblet(et kamera) blev introduceret i minimalt invasiv kirurgi (Minimally Invasive Therapy, MIT), og optik oplevede en kvalitativ ændring i kirurgiske anvendelser. Billeddannelseseffekterne af lys i minimalt invasiv og åben kirurgi omfatter primært endoskoper, mikrobilleddannelsessystemer og kirurgisk holografisk billeddannelse.

FleksibelEndoskop, herunder gastroenteroskop, duodenoskop, koloskop, angioskop osv.

Endoskopets optiske bane

Endoskopets optiske bane omfatter to uafhængige og koordinerede systemer til belysning og billeddannelse.

StivEndoskop, herunder artroskopi, laparoskopi, thorakoskopi, ventrikuloskopi, hysteroskopi, cystoskopi, otolinoskopi osv.

Stive endoskoper har generelt kun flere faste optiske banevinkler at vælge imellem, såsom 30 grader, 45 grader, 60 grader osv.

Et miniature-kropskamera er en billeddannelsesenhed baseret på en miniature-CMOS- og CCD-teknologiplatform. For eksempel et kapselendoskop,PillCam. Den kan trænge ind i menneskekroppens fordøjelsessystem for at kontrollere for læsioner og overvåge virkningerne af lægemidler.

Kapselendoskopet

Kirurgisk holografisk mikroskop, en billeddannelsesenhed, der bruges til at observere 3D-billeder af fint væv i præcisionskirurgi, såsom neurokirurgi til kraniotomi.

Det kirurgiske holografiske mikroskop

Sammenfatte:

1. På grund af laserens termiske effekt, mekaniske effekt, lysfølsomhedseffekt og andre biologiske effekter anvendes den i vid udstrækning som energikilde i minimalt invasiv kirurgi, ikke-invasiv behandling og målrettet lægemiddelterapi.

2. På grund af udviklingen af ​​billeddannelsesteknologi har medicinsk optisk billeddannelsesudstyr gjort store fremskridt i retning af høj opløsning og miniaturisering, hvilket har lagt grundlaget for minimalt invasiv og præcis kirurgi in vivo. I øjeblikket omfatter de mest almindeligt anvendte medicinske billeddannelsesapparaterendoskoper, holografiske billeder og mikrobilleddannelsessystemer.