Optiikan kehitys ja soveltaminen on auttanut nykyaikaista lääketiedettä ja biotieteitä siirtymään nopeaan kehitysvaiheeseen, kuten minimaalisesti invasiiviseen kirurgiaan, laserhoitoon, sairauksien diagnosointiin, biologiseen tutkimukseen, DNA-analyysiin jne.

Kirurgia ja farmakokinetiikka

Optiikan rooli kirurgiassa ja farmakokinetiikassa ilmenee pääasiassa kahdessa suhteessa: laser- ja in vivo -valaistuksessa ja -kuvauksessa.

1. Laserin käyttö energialähteenä

Laserhoidon käsite otettiin käyttöön silmäkirurgiassa 1960-luvulla. Kun erityyppiset laserit ja niiden ominaisuudet tunnistettiin, laserhoito laajeni nopeasti muille aloille.

Erilaiset laservalonlähteet (kaasu, kiinteä jne.) voivat lähettää pulssilasereita (Pulsed Lasers) ja jatkuvia lasereita (Continuous wave), joilla on erilaisia ​​vaikutuksia ihmiskehon eri kudoksiin. Näitä valonlähteitä ovat pääasiassa: pulssirubiinilaser (pulssirubiinilaser); jatkuva argonioni laser (CW argon ion laser); jatkuva hiilidioksidilaser (CW CO2); yttrium-alumiinigranaatti (Nd:YAG) laser. Koska jatkuvalla hiilidioksidilaserilla ja yttrium-alumiinigranaattilaserilla on veren hyytymisvaikutus ihmiskudosta leikattaessa, niitä käytetään yleisimmin yleiskirurgiassa.

Lääkehoidossa käytettävien laserien aallonpituus on yleensä yli 100 nm. Eri aallonpituuksien lasereiden absorptiota ihmiskehon eri kudoksiin käytetään laajentamaan sen lääketieteellisiä sovelluksia. Esimerkiksi kun laserin aallonpituus on suurempi kuin 1 um, vesi on ensisijainen absorboija. Laserit eivät voi tuottaa ainoastaan ​​lämpövaikutuksia ihmisen kudosten absorptiossa kirurgista leikkausta ja koagulaatiota varten, vaan myös mekaanisia vaikutuksia.

Varsinkin sen jälkeen, kun ihmiset havaitsivat laserien epälineaariset mekaaniset vaikutukset, kuten kavitaatiokuplien ja paineaaltojen syntymisen, lasereita sovellettiin valohäiriötekniikoihin, kuten kaihileikkaukseen ja munuaiskivien murskauskemialliseen kirurgiaan. Laserit voivat myös tuottaa valokemiallisia vaikutuksia ohjaamaan syöpälääkkeitä valoherkillä välittäjäaineilla vapauttamaan lääkevaikutuksia tietyille kudosalueille, kuten PDT-hoito. Laser yhdistettynä farmakokinetiikkaan on erittäin tärkeä rooli tarkkuuslääketieteen alalla.

2. Valon käyttö työkaluna in vivo -valaistukseen ja -kuvaukseen

1990-luvulta lähtien CCD (Charge-CoupledLaite) kamera otettiin käyttöön minimaalisesti invasiivisessa kirurgiassa (Minimally Invasive Therapy, MIT), ja optiikalla oli laadullinen muutos kirurgisissa sovelluksissa. Valon kuvantamisvaikutukset minimaalisesti invasiivisessa ja avoimessa kirurgiassa sisältävät pääasiassa endoskoopit, mikrokuvausjärjestelmät ja kirurgisen holografisen kuvantamisen.

JoustavaEndoskooppi, mukaan lukien gastroenteroskooppi, duodenoskooppi, kolonoskooppi, angioskooppi jne.

Endoskoopin optinen polku

Endoskoopin optinen polku sisältää kaksi itsenäistä ja koordinoitua valaistus- ja kuvantamisjärjestelmää.

JäykkäEndoskooppi, mukaan lukien artroskopia, laparoskopia, torakoskopia, ventrikuloskopia, hysteroskoopia, kystoskopia, otolinoskopia jne.

Jäykissä endoskoopeissa on yleensä vain useita kiinteitä optisia polkukulmia, joista valita, kuten 30 astetta, 45 astetta, 60 astetta jne.

Pienoisrunkokamera on pienikokoiseen CMOS- ja CCD-teknologia-alustaan ​​perustuva kuvantamislaite. Esimerkiksi kapseliendoskooppi,PillCam. Se voi päästä ihmiskehon ruoansulatusjärjestelmään tarkistaakseen vauriot ja seuratakseen lääkkeiden vaikutuksia.

Kapselin endoskooppi

Kirurginen holografinen mikroskooppi, kuvantamislaite, jota käytetään tarkkailemaan 3D-kuvia hienokudoksesta tarkkuuskirurgiassa, kuten neurokirurgiassa kraniotomiassa.

Kirurginen holografinen mikroskooppi

Yhteenveto:

1. Laserin lämpövaikutuksen, mekaanisen vaikutuksen, valoherkkyysvaikutuksen ja muiden biologisten vaikutusten vuoksi sitä käytetään laajalti energialähteenä minimaalisesti invasiivisessa kirurgiassa, ei-invasiivisessa hoidossa ja kohdistetussa lääkehoidossa.

2. Kuvaustekniikan kehityksen ansiosta lääketieteelliset optiset kuvantamislaitteet ovat edistyneet suuresti korkean resoluution ja miniatyrisoinnin suuntaan, mikä luo perustan minimaalisesti invasiiviselle ja tarkalle leikkaukselle in vivo. Tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä lääketieteellisiä kuvantamislaitteita ovat mmendoskoopit, holografiset kuvat ja mikrokuvausjärjestelmät.