Optika arendamine ja rakendamine on aidanud tänapäeva meditsiinil ja bioteadustel siseneda kiire arenguetappi, nagu minimaalselt invasiivne kirurgia, laserteraapia, haiguste diagnoosimine, bioloogilised uuringud, DNA-analüüs jne.

Kirurgia ja farmakokineetika

Optika roll kirurgias ja farmakokineetikas avaldub peamiselt kahes aspektis: laser- ja in vivo valgustus ning pildistamine.

1. Laseri kasutamine energiaallikana

Laserteraapia kontseptsioon võeti silmakirurgias kasutusele 1960. aastatel. Kui erinevat tüüpi laserid ja nende omadused tunnistati, laiendati laserteraapiat kiiresti ka teistele valdkondadele.

Erinevad laservalgusallikad (gaas, tahke aine jne) võivad kiirata impulsslasereid (impulsslaserid) ja pidevlasereid (pidevlaine), millel on inimkeha erinevatele kudedele erinev mõju. Nende valgusallikate hulka kuuluvad peamiselt: impulssrubiinlaser (impulssrubiinlaser); pidev argoon-ioonlaser (CW argoon-ioonlaser); pidev süsinikdioksiidlaser (CW CO2); ütriumalumiiniumgranaatlaser (Nd:YAG). Kuna pideval süsinikdioksiidlaseril ja ütriumalumiiniumgranaatlaseril on inimkudede lõikamisel vere hüübimist soodustav toime, kasutatakse neid kõige laialdasemalt üldkirurgias.

Meditsiinilises ravis kasutatavate laserite lainepikkus on üldiselt suurem kui 100 nm. Erineva lainepikkusega laserite neeldumist inimkeha erinevates kudedes kasutatakse nende meditsiiniliste rakenduste laiendamiseks. Näiteks kui laseri lainepikkus on suurem kui 1 μm, on vesi peamine neeldaja. Laserid ei saa inimkudedes tekitada mitte ainult termilisi efekte kirurgiliseks lõikamiseks ja koagulatsiooniks, vaid ka mehaanilisi efekte.

Eriti pärast seda, kui inimesed avastasid laserite mittelineaarsed mehaanilised efektid, näiteks kavitatsioonimullide ja rõhulainete tekkimise, hakati lasereid rakendama fotodisruptsioonitehnikates, näiteks katarakti operatsioonis ja neerukivide purustamise keemilises kirurgias. Laserid võivad tekitada ka fotokeemilisi efekte, et suunata vähiravimeid valgustundlike mediaatorite abil, et vabastada ravimite toimeid konkreetsetele koepiirkondadele, näiteks PDT-ravis. Laseril koos farmakokineetikaga on täppismeditsiini valdkonnas väga oluline roll.

2. Valguse kasutamine in vivo valgustamise ja pildistamise vahendina

Alates 1990. aastatest on CCD (laengsidestatudMinimaalselt invasiivsesse kirurgiasse (minimaalselt invasiivne teraapia, MIT) võeti kasutusele kaamera ja optika tõi kirurgilistes rakendustes kaasa kvalitatiivse muutuse. Valguse kuvamisefektid minimaalselt invasiivses ja avatud kirurgias hõlmavad peamiselt endoskoope, mikrokuvamissüsteeme ja kirurgilist holograafilist pildistamist.

PaindlikEndoskoopsealhulgas gastroenteroskoop, duodenoskoop, kolonoskoop, angioskoop jne.

Endoskoobi optiline tee

Endoskoobi optiline rada hõlmab kahte sõltumatut ja koordineeritud valgustus- ja pildistamissüsteemi.

JäikEndoskoop, sealhulgas artroskoopia, laparoskoopia, torakoskoopia, ventrikuloskoopia, hüstroskoopia, tsüstoskoopia, otolinoskoopia jne.

Jäikadel endoskoopidel on üldiselt valida ainult mitu fikseeritud optilise tee nurka, näiteks 30 kraadi, 45 kraadi, 60 kraadi jne.

Miniatuurne kehakaamera on pildistusseade, mis põhineb miniatuursel CMOS- ja CCD-tehnoloogiaplatvormil. Näiteks kapselendoskoop,PillCam. See võib siseneda inimese keha seedesüsteemi, et kontrollida kahjustusi ja jälgida ravimite mõju.

Kapsli endoskoop

Kirurgiline holograafiline mikroskoop, pildiseade, mida kasutatakse peenkoe 3D-kujutiste vaatlemiseks täppiskirurgias, näiteks neurokirurgias kraniotoomia jaoks.

Kirurgiline holograafiline mikroskoop

Kokkuvõte:

1. Laseri termilise efekti, mehaanilise efekti, valgustundlikkuse efekti ja muude bioloogiliste efektide tõttu kasutatakse seda laialdaselt energiaallikana minimaalselt invasiivses kirurgias, mitteinvasiivses ravis ja sihipärases ravimteraapias.

2. Tänu pilditehnoloogia arengule on meditsiinilised optilised pildiseadmed teinud suuri edusamme suure eraldusvõime ja miniaturiseerimise suunas, pannes aluse minimaalselt invasiivsele ja täpsele kirurgiale in vivo. Praegu on kõige sagedamini kasutatavad meditsiinilised pildiseadmed järgmised:endoskoobid, holograafilised kujutised ja mikropildisüsteemid.