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

Kirurgi og farmakokinetik

Optikkens rolle i kirurgi og farmakokinetik kommer hovedsageligt til udtryk 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 (Pulsed Lasers) og kontinuerlige lasere (Continuous wave), som har forskellige virkninger på forskellige væv i menneskekroppen. Disse lyskilder omfatter hovedsageligt: ​​pulsed ruby-laser (Pulsed ruby-laser); kontinuerlig argon ion laser (CW argon ion laser); kontinuerlig kuldioxidlaser (CW CO2); yttrium aluminium granat (Nd:YAG) laser. Fordi kontinuerlig kuldioxidlaser og yttriumaluminium granatlaser har blodkoagulationseffekt ved skæring af menneskeligt væv, er de mest udbredt 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 den menneskelige krop bruges til at udvide dens medicinske anvendelser. For eksempel, når laserens bølgelængde er større end 1um, er vand den primære absorber. Lasere kan ikke kun producere termiske effekter i menneskelig vævsabsorption til kirurgisk skæring og koagulation, men producerer også mekaniske effekter.

Især efter at folk opdagede de ikke-lineære mekaniske virkninger af lasere, såsom generering af kavitationsbobler og trykbølger, blev lasere anvendt til fotoforstyrrende teknikker, såsom kataraktkirurgi og kemisk kirurgi til knusning af nyresten. Lasere kan også producere fotokemiske effekter til at guide kræftlægemidler med lysfølsomme mediatorer til at frigive lægemiddeleffekter på specifikke vævsområder, såsom PDT-terapi. 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 (Charge-CoupledDevice) kamera blev introduceret i minimalt invasiv kirurgi (Minimally Invasive Therapy, MIT), og optikken havde en kvalitativ ændring i kirurgiske anvendelser. De billeddannende virkninger af lys i minimalt invasiv og åben kirurgi omfatter hovedsageligt endoskoper, mikrobilledsystemer og kirurgisk holografisk billeddannelse.

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

Endoskopets optiske vej

Endoskopets optiske vej 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 vejvinkler at vælge imellem, såsom 30 grader, 45 grader, 60 grader osv.

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

Kapselendoskopet

Kirurgisk holografisk mikroskop, en billeddannende enhed, 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 af laseren, bruges den i vid udstrækning som energikilde i minimalt invasiv kirurgi, ikke-invasiv behandling og målrettet lægemiddelbehandling.

2. På grund af udviklingen af ​​billedteknologi har medicinsk optisk billedbehandlingsudstyr gjort store fremskridt i retning af høj opløsning og miniaturisering, hvilket lægger grundlaget for minimalt invasiv og præcis kirurgi in vivo. På nuværende tidspunkt omfatter de mest almindeligt anvendte medicinske billeddannende enhederendoskoper, holografiske billeder og mikrobilledsystemer.