Optiikan kehitys ja soveltaminen on auttanut nykyaikaista lääketiedettä ja biotieteitä siirtymään nopeaan kehitysvaiheeseen, kuten minimaalisesti invasiivinen kirurgia, laserhoito, tautien diagnosointi, biologinen tutkimus, DNA-analyysi jne.

Kirurgia ja farmakokinetiikka

Optiikan rooli kirurgiassa ja farmakokinetiikassa ilmenee pääasiassa kahdessa näkökulmassa: laser- ja in vivo -valaistus ja -kuvantaminen.

1. Laserin käyttö energialähteenä

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

Erilaiset laservalonlähteet (kaasu, kiinteät jne.) voivat lähettää pulssilasereita (pulssilaserit) ja jatkuvia lasereita (jatkuva aalto), joilla on erilaisia ​​vaikutuksia ihmiskehon eri kudoksiin. Näitä valonlähteitä ovat pääasiassa: pulssitettu rubiinilaser (pulssi rubiinilaser); jatkuva argonionilaser (CW argonionilaser); jatkuva hiilidioksidilaser (CW CO2); yttriumalumiinigranaattilaser (Nd:YAG). Koska jatkuvalla hiilidioksidilaserilla ja yttriumalumiinigranaattilaserilla on veren hyytymistä edistävä vaikutus ihmiskudosta leikattaessa, niitä käytetään laajimmin yleiskirurgiassa.

Lääketieteellisessä hoidossa käytettyjen lasereiden aallonpituus on yleensä yli 100 nm. Eri aallonpituisten lasereiden absorptiota ihmiskehon eri kudoksissa käytetään niiden lääketieteellisten sovellusten laajentamiseen. Esimerkiksi, kun laserin aallonpituus on yli 1 μm, vesi on ensisijainen absorboija. Laserit voivat tuottaa paitsi lämpövaikutuksia ihmiskudoksiin kirurgisen leikkauksen ja koagulaation yhteydessä, myös mekaanisia vaikutuksia.

Erityisesti sen jälkeen, kun ihmiset löysivät lasereiden epälineaariset mekaaniset vaikutukset, kuten kavitaatiokuplien ja paineaaltojen muodostumisen, lasereita alettiin soveltaa fotodisruptiotekniikoissa, kuten kaihileikkauksissa ja munuaiskivien murskaamisessa kemiallisissa leikkauksissa. Laserit voivat myös tuottaa fotokemiallisia vaikutuksia, jotka ohjaavat syöpälääkkeitä valoherkkien välittäjäaineiden avulla vapauttamaan lääkeaineita tietyille kudosalueille, kuten PDT-hoidossa. Laser yhdistettynä farmakokinetiikkaan on erittäin tärkeässä roolissa täsmälääketieteen alalla.

2. Valon käyttö in vivo -valaistuksen ja -kuvantamisen välineenä

1990-luvulta lähtien CCD (varauskytkettyKamera otettiin käyttöön minimaalisesti invasiivisessa kirurgiassa (Minimally Invasive Therapy, MIT), ja optiikka toi mukanaan laadullisen muutoksen kirurgisissa sovelluksissa. Valon kuvantamisvaikutuksia minimaalisesti invasiivisessa ja avoleikkauksessa käytetään pääasiassa endoskoopeissa, mikrokuvantamisjärjestelmissä ja kirurgisessa holografisessa kuvantamisessa.

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

Endoskoopin optinen reitti

Endoskoopin optinen reitti sisältää kaksi toisistaan ​​riippumatonta ja koordinoitua valaistus- ja kuvantamisjärjestelmää.

JäykkäEndoskooppi, mukaan lukien artroskopia, laparoskopia, torakoskopia, kammiotähystys, hysteroskopia, kystoskopia, otolinoskopia jne.

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

Miniatyyrivartalokamera on kuvantamislaite, joka perustuu miniatyyri-CMOS- ja CCD-teknologia-alustaan. Esimerkiksi kapseliendoskooppi,PillCam. Se voi päästä ihmiskehon ruoansulatusjärjestelmään tarkistamaan vaurioita ja seuraamaan lääkkeiden vaikutuksia.

Kapselin endoskooppi

Kirurginen holografinen mikroskooppi , kuvantamislaite, jota käytetään hienokudoksen 3D-kuvien tarkkailuun 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 kohdennetussa lääkehoidossa.

2. Kuvantamistekniikan kehityksen ansiosta lääketieteelliset optiset kuvantamislaitteet ovat edistyneet huomattavasti korkean resoluution ja pienentämisen suuntaan, mikä on luonut pohjan minimaalisesti invasiiviselle ja tarkalle kirurgialle in vivo. Tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä lääketieteellisiä kuvantamislaitteita ovatendoskoopit, holografiset kuvat ja mikrokuvantamisjärjestelmät.