Η ανάπτυξη και η εφαρμογή της οπτικής βοήθησε τη σύγχρονη ιατρική και τις βιοεπιστήμες να εισέλθουν σε ένα στάδιο ταχείας ανάπτυξης, όπως η ελάχιστα επεμβατική χειρουργική, η θεραπεία με λέιζερ, η διάγνωση ασθενειών, η βιολογική έρευνα, η ανάλυση DNA κ.λπ.

Χειρουργική και Φαρμακοκινητική

Ο ρόλος της οπτικής στη χειρουργική και τη φαρμακοκινητική εκδηλώνεται κυρίως σε δύο όψεις: με λέιζερ και in vivo φωτισμό και απεικόνιση.

1. Εφαρμογή λέιζερ ως πηγή ενέργειας

Η έννοια της θεραπείας με λέιζερ εισήχθη στη χειρουργική των ματιών τη δεκαετία του 1960. Όταν αναγνωρίστηκαν οι διαφορετικοί τύποι λέιζερ και οι ιδιότητές τους, η θεραπεία με λέιζερ επεκτάθηκε γρήγορα σε άλλους τομείς.

Διαφορετικές πηγές φωτός λέιζερ (αέριο, στερεό κ.λπ.) μπορούν να εκπέμπουν παλμικά λέιζερ (Pulsed Lasers) και συνεχή λέιζερ (Continuous wave), τα οποία έχουν διαφορετικές επιδράσεις σε διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος. Αυτές οι πηγές φωτός περιλαμβάνουν κυρίως: παλμικό λέιζερ ρουμπίνι (Pulsed ruby ​​​​laser). συνεχές λέιζερ ιόντων αργού (λέιζερ ιόντων αργού CW). συνεχές λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα (CW CO2); λέιζερ γρανάτη αλουμινίου υττρίου (Nd:YAG). Επειδή το συνεχές λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα και το λέιζερ γρανάτη αλουμινίου υττρίου έχουν αποτέλεσμα πήξης του αίματος κατά την κοπή ανθρώπινου ιστού, χρησιμοποιούνται ευρέως στη γενική χειρουργική.

Το μήκος κύματος των λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική θεραπεία είναι γενικά μεγαλύτερο από 100 nm. Η απορρόφηση λέιζερ διαφορετικών μηκών κύματος σε διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος χρησιμοποιείται για την επέκταση των ιατρικών εφαρμογών του. Για παράδειγμα, όταν το μήκος κύματος του λέιζερ είναι μεγαλύτερο από 1um, το νερό είναι ο κύριος απορροφητής. Τα λέιζερ δεν μπορούν μόνο να παράγουν θερμικά αποτελέσματα στην απορρόφηση του ανθρώπινου ιστού για χειρουργική κοπή και πήξη, αλλά και μηχανικά αποτελέσματα.

Ειδικά αφότου οι άνθρωποι ανακάλυψαν τις μη γραμμικές μηχανικές επιδράσεις των λέιζερ, όπως η δημιουργία φυσαλίδων σπηλαίωσης και κυμάτων πίεσης, εφαρμόστηκαν λέιζερ σε τεχνικές φωτοδιαταραχής, όπως η χειρουργική επέμβαση καταρράκτη και η χημική χειρουργική σύνθλιψης πέτρας στα νεφρά. Τα λέιζερ μπορούν επίσης να παράγουν φωτοχημικά αποτελέσματα για να καθοδηγήσουν τα αντικαρκινικά φάρμακα με φωτοευαίσθητους μεσολαβητές για την απελευθέρωση των επιδράσεων του φαρμάκου σε συγκεκριμένες περιοχές των ιστών, όπως η θεραπεία με PDT. Το λέιζερ σε συνδυασμό με τη φαρμακοκινητική παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον τομέα της ιατρικής ακριβείας.

2. Η χρήση του φωτός ως εργαλείο για in vivo φωτισμό και απεικόνιση

Από τη δεκαετία του 1990, το CCD (Charge-CoupledΗ κάμερα της συσκευής εισήχθη στην ελάχιστα επεμβατική χειρουργική (Minimally Invasive Therapy, MIT) και η οπτική είχε μια ποιοτική αλλαγή στις χειρουργικές εφαρμογές. Οι απεικονιστικές επιδράσεις του φωτός στην ελάχιστα επεμβατική και ανοιχτή χειρουργική περιλαμβάνουν κυρίως ενδοσκόπια, συστήματα μικροαπεικόνισης και χειρουργική ολογραφική απεικόνιση.

ΕύκαμπτοςΕνδοσκόπιο, συμπεριλαμβανομένου του γαστρεντεροσκόπιου, του δωδεκαδακτύλου, του κολονοσκοπίου, του αγγειοσκοπίου κ.λπ.

Η οπτική διαδρομή του ενδοσκοπίου

Η οπτική διαδρομή του ενδοσκοπίου περιλαμβάνει δύο ανεξάρτητα και συντονισμένα συστήματα φωτισμού και απεικόνισης.

ΑκαμπτοςΕνδοσκόπιο, συμπεριλαμβανομένης της αρθροσκόπησης, της λαπαροσκόπησης, της θωρακοσκόπησης, της κοιλιοσκόπησης, της υστεροσκόπησης, της κυστεοσκόπησης, της ωτολινοσκόπησης κ.λπ.

Τα άκαμπτα ενδοσκόπια έχουν γενικά μόνο πολλές σταθερές γωνίες οπτικής διαδρομής για να διαλέξετε, όπως 30 μοίρες, 45 μοίρες, 60 μοίρες κ.λπ.

Μια μικροσκοπική κάμερα σώματος είναι μια συσκευή απεικόνισης που βασίζεται σε μια μινιατούρα τεχνολογίας CMOS και CCD. Για παράδειγμα, ένα ενδοσκόπιο με κάψουλα,PillCam. Μπορεί να εισέλθει στο πεπτικό σύστημα του ανθρώπινου σώματος για να ελέγξει για βλάβες και να παρακολουθήσει τις επιδράσεις των φαρμάκων.

Το ενδοσκόπιο με κάψουλα

Χειρουργικό ολογραφικό μικροσκόπιο, μια συσκευή απεικόνισης που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση τρισδιάστατων εικόνων λεπτού ιστού σε χειρουργικές επεμβάσεις ακριβείας, όπως νευροχειρουργική για κρανιοτομή.

Το χειρουργικό ολογραφικό μικροσκόπιο

Συνοψίζω:

1. Λόγω της θερμικής επίδρασης, της μηχανικής επίδρασης, της επίδρασης φωτοευαισθησίας και άλλων βιολογικών επιδράσεων του λέιζερ, χρησιμοποιείται ευρέως ως πηγή ενέργειας σε ελάχιστα επεμβατική χειρουργική, μη επεμβατική θεραπεία και στοχευμένη φαρμακευτική θεραπεία.

2. Λόγω της ανάπτυξης της τεχνολογίας απεικόνισης, ο ιατρικός εξοπλισμός οπτικής απεικόνισης έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο προς την κατεύθυνση της υψηλής ανάλυσης και της σμίκρυνσης, θέτοντας τα θεμέλια για ελάχιστα επεμβατικές και ακριβείς χειρουργικές επεμβάσεις in vivo. Επί του παρόντος, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες ιατρικές συσκευές απεικόνισης περιλαμβάνουνενδοσκόπια, ολογραφικές εικόνες και συστήματα μικροαπεικόνισης.