Die Entwicklung und Anwendung der Optik hat dazu beigetragen, dass die moderne Medizin und die Biowissenschaften eine Phase rasanter Entwicklung erreichen, beispielsweise minimalinvasive Chirurgie, Lasertherapie, Krankheitsdiagnose, biologische Forschung, DNA-Analyse usw.

Chirurgie und Pharmakokinetik

Die Rolle der Optik in der Chirurgie und Pharmakokinetik zeigt sich hauptsächlich in zwei Aspekten: Laser- und In-vivo-Beleuchtung und Bildgebung.

1. Anwendung des Lasers als Energiequelle

Das Konzept der Lasertherapie wurde in den 1960er Jahren in der Augenchirurgie eingeführt. Als die verschiedenen Lasertypen und ihre Eigenschaften erkannt wurden, wurde die Lasertherapie schnell auf andere Bereiche ausgeweitet.

Verschiedene Laserlichtquellen (Gas, Feststoff usw.) können gepulste Laser (gepulste Laser) und kontinuierliche Laser (kontinuierliche Welle) aussenden, die unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Gewebe des menschlichen Körpers haben. Zu diesen Lichtquellen gehören hauptsächlich: gepulster Rubinlaser (gepulster Rubinlaser); kontinuierlicher Argon-Ionen-Laser (CW-Argon-Ionen-Laser); kontinuierlicher Kohlendioxidlaser (CW CO2); Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd:YAG). Da der kontinuierliche Kohlendioxidlaser und der Yttrium-Aluminium-Granat-Laser beim Schneiden von menschlichem Gewebe eine blutgerinnende Wirkung haben, werden sie am häufigsten in der allgemeinen Chirurgie eingesetzt.

Die Wellenlänge von Lasern, die in der medizinischen Behandlung eingesetzt werden, liegt im Allgemeinen über 100 nm. Die Absorption von Lasern unterschiedlicher Wellenlänge in verschiedenen Geweben des menschlichen Körpers wird zur Erweiterung seiner medizinischen Anwendungen genutzt. Wenn beispielsweise die Wellenlänge des Lasers größer als 1 µm ist, ist Wasser der Hauptabsorber. Laser können nicht nur thermische Effekte in der menschlichen Gewebeabsorption für chirurgisches Schneiden und Koagulieren erzeugen, sondern auch mechanische Effekte erzeugen.

Insbesondere nachdem die Menschen die nichtlinearen mechanischen Effekte von Lasern, wie die Erzeugung von Kavitationsblasen und Druckwellen, entdeckt hatten, wurden Laser bei Photodisruptionstechniken wie der Kataraktchirurgie und der chemischen Chirurgie zur Nierensteinzertrümmerung eingesetzt. Laser können auch photochemische Effekte erzeugen, um Krebsmedikamente mit lichtempfindlichen Mediatoren so zu steuern, dass sie Arzneimittelwirkungen auf bestimmte Gewebebereiche freisetzen, beispielsweise bei der PDT-Therapie. Laser in Kombination mit Pharmakokinetik spielen im Bereich der Präzisionsmedizin eine sehr wichtige Rolle.

2. Die Verwendung von Licht als Werkzeug zur In-vivo-Beleuchtung und Bildgebung

Seit den 1990er Jahren wird CCD (Charge-CoupledDie Kamera wurde in der minimalinvasiven Chirurgie (Minimally Invasive Therapy, MIT) eingeführt, und die Optik veränderte die chirurgischen Anwendungen qualitativ. Die bildgebenden Wirkungen von Licht in der minimalinvasiven und offenen Chirurgie umfassen hauptsächlich Endoskope, Mikrobildgebungssysteme und chirurgische holographische Bildgebung.

FlexibelEndoskop, einschließlich Gastroenteroskop, Duodenoskop, Koloskop, Angioskop usw.

Der Strahlengang des Endoskops

Der Strahlengang des Endoskops umfasst zwei unabhängige und koordinierte Beleuchtungs- und Bildsysteme.

StarrEndoskop, einschließlich Arthroskopie, Laparoskopie, Thorakoskopie, Ventrikuloskopie, Hysteroskopie, Zystoskopie, Otolinoskopie usw.

Bei starren Endoskopen stehen in der Regel nur mehrere feste Strahlengangwinkel zur Auswahl, beispielsweise 30 Grad, 45 Grad, 60 Grad usw.

Eine Miniatur-Körperkamera ist ein Bildgebungsgerät, das auf einer Miniatur-CMOS- und CCD-Technologieplattform basiert. Zum Beispiel ein Kapselendoskop,PillCam. Es kann in das Verdauungssystem des menschlichen Körpers gelangen, um nach Läsionen zu suchen und die Wirkung von Medikamenten zu überwachen.

Das Kapselendoskop

Chirurgisches holographisches Mikroskop, ein Bildgebungsgerät zur Betrachtung von 3D-Bildern von Feingewebe in der Präzisionschirurgie, beispielsweise der Neurochirurgie bei Kraniotomie.

Das chirurgische holographische Mikroskop

Zusammenfassen:

1. Aufgrund der thermischen Wirkung, der mechanischen Wirkung, der Lichtempfindlichkeitswirkung und anderer biologischer Wirkungen des Lasers wird er häufig als Energiequelle in der minimalinvasiven Chirurgie, nicht-invasiven Behandlung und gezielten medikamentösen Therapie eingesetzt.

2. Aufgrund der Entwicklung der Bildgebungstechnologie haben medizinische optische Bildgebungsgeräte große Fortschritte in Richtung hoher Auflösung und Miniaturisierung gemacht und den Grundstein für minimalinvasive und präzise Chirurgie in vivo gelegt. Zu den derzeit am häufigsten verwendeten medizinischen Bildgebungsgeräten gehören:Endoskope, holographische Bilder und Mikro-Bildgebungssysteme.