توسعه و کاربرد اپتیک به پزشکی مدرن و علوم زیستی کمک کرده است تا وارد مرحله توسعه سریع شوند، مانند جراحی کم تهاجمی، لیزر درمانی، تشخیص بیماری، تحقیقات بیولوژیکی، تجزیه و تحلیل DNA و غیره.

جراحی و فارماکوکینتیک

نقش اپتیک در جراحی و فارماکوکینتیک عمدتاً در دو جنبه آشکار می شود: لیزر و روشنایی و تصویربرداری in vivo.

1. استفاده از لیزر به عنوان منبع انرژی

مفهوم لیزر درمانی در دهه 1960 وارد جراحی چشم شد. هنگامی که انواع مختلف لیزرها و خواص آنها شناخته شد، لیزر درمانی به سرعت در زمینه های دیگر گسترش یافت.

منابع مختلف نور لیزر (گاز، جامد و غیره) می توانند لیزرهای پالسی (Pulsed Lasers) و لیزرهای پیوسته (موج پیوسته) را منتشر کنند که اثرات متفاوتی بر روی بافت های مختلف بدن انسان دارند. این منابع نور عمدتاً عبارتند از: لیزر یاقوت پالسی (Pulsed Ruby Laser). لیزر یون آرگون پیوسته (لیزر یون آرگون CW)؛ لیزر دی اکسید کربن پیوسته (CW CO2)؛ لیزر گارنت آلومینیوم ایتریوم (Nd:YAG). از آنجایی که لیزر دی اکسید کربن پیوسته و لیزر گارنت آلومینیوم ایتریوم دارای اثر انعقاد خون هنگام برش بافت انسانی هستند، بیشترین کاربرد را در جراحی عمومی دارند.

طول موج لیزرهای مورد استفاده در درمان پزشکی عموماً بیشتر از 100 نانومتر است. جذب لیزر با طول موج های مختلف در بافت های مختلف بدن انسان برای گسترش کاربردهای پزشکی آن استفاده می شود. به عنوان مثال، زمانی که طول موج لیزر بیشتر از 1um باشد، آب جاذب اولیه است. لیزر نه تنها می تواند اثرات حرارتی در جذب بافت انسانی برای برش و انعقاد جراحی ایجاد کند، بلکه اثرات مکانیکی نیز ایجاد می کند.

به خصوص پس از اینکه مردم اثرات مکانیکی غیرخطی لیزرها، مانند تولید حباب‌های کاویتاسیون و امواج فشار را کشف کردند، لیزرها برای تکنیک‌های اختلال در نور، مانند جراحی آب مروارید و جراحی شیمیایی خرد کردن سنگ کلیه استفاده شد. لیزرها همچنین می‌توانند اثرات فتوشیمیایی برای هدایت داروهای سرطان با واسطه‌های حساس به نور ایجاد کنند تا اثرات دارو را بر روی نواحی بافتی خاص آزاد کنند، مانند درمان PDT. لیزر همراه با فارماکوکینتیک نقش بسیار مهمی در زمینه پزشکی دقیق دارد.

2. استفاده از نور به عنوان ابزاری برای روشنایی و تصویربرداری in vivo

از دهه 1990، CCD (Charge-Coupledدوربین دستگاه در جراحی کم تهاجمی (Minimally Invasive Therapy، MIT) معرفی شد و اپتیک تغییرات کیفی در کاربردهای جراحی داشت. اثرات تصویربرداری نور در جراحی های کم تهاجمی و باز عمدتاً شامل آندوسکوپ ها، سیستم های میکرو تصویربرداری و تصویربرداری هولوگرافیک جراحی است.

انعطاف پذیرآندوسکوپاز جمله گاستروآنتروسکوپ، دئودنوسکوپ، کولونوسکوپی، آنژیوسکوپ و غیره.

مسیر نوری آندوسکوپ

مسیر نوری آندوسکوپ شامل دو سیستم مستقل و هماهنگ روشنایی و تصویربرداری است.

سفت و سختآندوسکوپاز جمله آرتروسکوپی، لاپاراسکوپی، توراکوسکوپی، ونتریکولوسکوپی، هیستروسکوپی، سیستوسکوپی، اتولینوسکوپی و غیره.

آندوسکوپ‌های صلب معمولاً فقط چندین زاویه مسیر نوری ثابت برای انتخاب دارند، مانند 30 درجه، 45 درجه، 60 درجه و غیره.

دوربین بدنه مینیاتوری یک دستگاه تصویربرداری است که بر اساس یک پلت فرم مینیاتوری CMOS و CCD ساخته شده است. به عنوان مثال، یک آندوسکوپ کپسولی،PillCam. این می تواند برای بررسی ضایعات و نظارت بر اثرات داروها وارد سیستم گوارشی بدن انسان شود.

آندوسکوپ کپسولی

میکروسکوپ هولوگرافیک جراحی، یک دستگاه تصویربرداری است که برای مشاهده تصاویر سه بعدی از بافت ظریف در جراحی های دقیق، مانند جراحی مغز و اعصاب برای کرانیوتومی استفاده می شود.

میکروسکوپ هولوگرافیک جراحی

خلاصه کردن:

1. با توجه به اثر حرارتی، اثر مکانیکی، اثر حساسیت به نور و سایر اثرات بیولوژیکی لیزر، به طور گسترده ای به عنوان منبع انرژی در جراحی کم تهاجمی، درمان غیر تهاجمی و درمان دارویی هدفمند استفاده می شود.

2. با توجه به توسعه فناوری تصویربرداری، تجهیزات تصویربرداری نوری پزشکی پیشرفت زیادی در جهت وضوح بالا و کوچک سازی داشته اند و پایه و اساس جراحی های کم تهاجمی و دقیق in vivo را گذاشته اند. در حال حاضر، پرکاربردترین دستگاه های تصویربرداری پزشکی عبارتند ازآندوسکوپ ها، تصاویر هولوگرافیک و سیستم های میکرو تصویربرداری.