Optika arendamine ja rakendamine on aidanud kaasaegsel meditsiinil ja bioteadustel jõuda kiire arengu etappi, nagu näiteks minimaalselt invasiivne kirurgia, laserteraapia, haiguste diagnostika, bioloogilised uuringud, DNA analüüs jne.

Kirurgia ja farmakokineetika

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

1. Laseri kasutamine energiaallikana

Laserteraapia mõiste võeti silmakirurgiasse kasutusele 1960. aastatel. Kui eri tüüpi lasereid ja nende omadusi ära tunti, laienes laserteraapia kiiresti ka teistele valdkondadele.

Erinevad laservalgusallikad (gaas, tahke jne) võivad kiirata impulsslasereid (Pulsed Lasers) ja pidevlasereid (Continuous wave), millel on erinev mõju inimkeha erinevatele kudedele. Nende valgusallikate hulka kuuluvad peamiselt: impulssrubiinlaser (impulssrubiinlaser); pidev argoonioonlaser (CW argoonioonlaser); pidev süsinikdioksiidi laser (CW CO2); ütriumalumiiniumgranaat (Nd:YAG) laser. Kuna pideval süsinikdioksiidi laseril ja ütriumalumiiniumgranaatlaseril on inimkudede lõikamisel verd hüübiv toime, kasutatakse neid kõige laialdasemalt üldkirurgias.

Meditsiinilises ravis kasutatavate laserite lainepikkus on üldjuhul suurem kui 100 nm. Erineva lainepikkusega laserite neeldumist inimkeha erinevates kudedes kasutatakse selle meditsiiniliste rakenduste laiendamiseks. Näiteks kui laseri lainepikkus on suurem kui 1 um, on esmaseks neeldujaks vesi. Laserid ei saa mitte ainult tekitada termilisi efekte inimkudede neeldumisel kirurgilise lõikamise ja koagulatsiooni jaoks, vaid tekitada ka mehaanilisi efekte.

Eriti pärast seda, kui inimesed avastasid laserite mittelineaarsed mehaanilised mõjud, nagu kavitatsioonimullide ja rõhulainete tekitamine, rakendati lasereid fotode katkestamise tehnikates, nagu katarakti operatsioon ja neerukivide purustamise keemiline kirurgia. Laserid võivad tekitada ka fotokeemilisi efekte, et suunata vähiravimeid valgustundlike vahendajate abil, et vabastada ravimite mõju teatud koepiirkondadele, näiteks PDT-ravi. Laser kombineerituna farmakokineetikaga mängib täppismeditsiini valdkonnas väga olulist rolli.

2. Valguse kasutamine in vivo valgustuse ja pildistamise vahendina

Alates 1990. aastatest on CCD (Charge-CoupledSeadme) kaamera viidi sisse minimaalselt invasiivsesse kirurgiasse (Minimally Invassive Therapy, MIT) ja optikal oli kirurgilistes rakendustes kvalitatiivne muutus. Valguse pildiefektid minimaalselt invasiivse ja avatud kirurgia puhul hõlmavad peamiselt endoskoope, mikropildisüsteeme ja kirurgilist holograafilist kujutist.

PaindlikEndoskoop, sealhulgas gastroenteroskoop, duodenoskoop, kolonoskoop, angioskoop jne.

Endoskoobi optiline tee

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

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

Jäigadel endoskoopidel on tavaliselt valida ainult mitme fikseeritud optilise teenurga vahel, näiteks 30 kraadi, 45 kraadi, 60 kraadi jne.

Miniatuurne kehakaamera on pildistamisseade, mis põhineb miniatuursel CMOS- ja CCD-tehnoloogiaplatvormil. Näiteks kapsli endoskoop,PillCam. See võib siseneda inimkeha seedesüsteemi, et kontrollida kahjustusi ja jälgida ravimite toimet.

Kapsli endoskoop

Kirurgiline holograafiline mikroskoop – pildiseade, mida kasutatakse peenkoe 3D-kujutiste vaatlemiseks täppiskirurgia puhul, näiteks neurokirurgia puhul kraniotoomia puhul.

Kirurgiline holograafiline mikroskoop

Kokkuvõte:

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

2. Tänu pilditehnoloogia arengule on meditsiinilised optilised kuvamisseadmed teinud suuri edusamme kõrge eraldusvõime ja miniaturiseerimise suunas, pannes aluse minimaalselt invasiivsele ja täpsele operatsioonile in vivo. Praegu on kõige sagedamini kasutatavad meditsiinilised pilditöötlusseadmedendoskoobid, holograafilised kujutised ja mikropildisüsteemid.