Az optika fejlesztése és alkalmazása hozzájárult ahhoz, hogy a modern orvostudomány és élettudományok olyan gyors fejlődési szakaszba lépjenek, mint a minimálisan invazív sebészet, lézerterápia, betegségdiagnosztika, biológiai kutatás, DNS-elemzés stb.

Sebészet és farmakokinetika

Az optika szerepe a sebészetben és a farmakokinetikában elsősorban két vonatkozásban nyilvánul meg: lézeres és in vivo megvilágításban és képalkotásban.

1. Lézer alkalmazása energiaforrásként

A lézerterápia fogalmát az 1960-as években vezették be a szemsebészetbe. Amikor felismerték a különböző típusú lézereket és azok tulajdonságait, a lézerterápia gyorsan kiterjedt más területekre is.

A különböző lézerfényforrások (gáz, szilárd stb.) impulzuslézereket (Pulsed Lasers) és folyamatos lézereket (Continuous wave) bocsáthatnak ki, amelyek eltérő hatást fejtenek ki az emberi test különböző szöveteire. Ezek a fényforrások főként a következőket tartalmazzák: pulzáló rubinlézer (Pulsed ruby ​​laser); folyamatos argonion lézer (CW argonion lézer); folyamatos szén-dioxid lézer (CW CO2); ittrium-alumínium gránát (Nd:YAG) lézer. Mivel a folyamatos szén-dioxid-lézer és az ittrium-alumínium-gránátlézer véralvadási hatással bír az emberi szövetek vágásakor, ezért a legszélesebb körben használják az általános sebészetben.

Az orvosi kezelésben használt lézerek hullámhossza általában nagyobb, mint 100 nm. A különböző hullámhosszú lézerek abszorpcióját az emberi test különböző szöveteiben az orvosi alkalmazási körének bővítésére használják. Például, ha a lézer hullámhossza nagyobb, mint 1 um, a víz az elsődleges abszorber. A lézerek nemcsak hőhatást válthatnak ki az emberi szövetek abszorpciójában a sebészeti vágás és koaguláció során, hanem mechanikai hatásokat is kiválthatnak.

Különösen azután, hogy az emberek felfedezték a lézerek nemlineáris mechanikai hatásait, mint például a kavitációs buborékok és nyomáshullámok létrehozását, a lézereket alkalmazták a fotomegszakítási technikákhoz, például a szürkehályog-műtéthez és a vesekőzúzó kémiai műtétekhez. A lézerek fotokémiai hatásokat is kiválthatnak, amelyek fényérzékeny mediátorokkal irányítják a rákos gyógyszereket, hogy bizonyos szöveti területeken felszabadítsák a gyógyszerhatásokat, például a PDT-terápiát. A farmakokinetikával kombinált lézer nagyon fontos szerepet játszik a precíziós orvoslás területén.

2. A fény használata in vivo megvilágítás és képalkotás eszközeként

Az 1990-es évek óta a CCD (Charge-CoupledDevice) kamerát vezettek be a minimálisan invazív sebészetbe (Minimally Invasive Therapy, MIT), és az optika minőségi változást hozott a sebészeti alkalmazásokban. A fény képalkotó hatásai a minimálisan invazív és nyílt sebészetben elsősorban az endoszkópokat, a mikro-képalkotó rendszereket és a sebészeti holografikus képalkotást foglalják magukban.

RugalmasEndoszkóp, beleértve a gasztroenteroszkópot, duodenoszkópot, kolonoszkópot, angioszkópot stb.

Az endoszkóp optikai útja

Az endoszkóp optikai útja két független és összehangolt megvilágítási és képalkotási rendszert foglal magában.

MerevEndoszkóp, beleértve az artroszkópiát, a laparoszkópiát, a thoracoscopiát, a ventriculoszkópiát, a hiszteroszkópiát, a cisztoszkópiát, az otolinoszkópiát stb.

A merev endoszkópok általában csak több rögzített optikai útszög közül választhatnak, például 30 fok, 45 fok, 60 fok stb.

A miniatűr testkamera egy miniatűr CMOS és CCD technológiai platformon alapuló képalkotó eszköz. Például egy kapszula endoszkóp,PillCam. Bejuthat az emberi test emésztőrendszerébe, hogy ellenőrizze az elváltozásokat és figyelemmel kísérje a gyógyszerek hatását.

A kapszula endoszkóp

Sebészeti holografikus mikroszkóp, egy képalkotó eszköz, amelyet finom szövetek 3D-s képeinek megfigyelésére használnak precíziós sebészetben, például idegsebészetben a koponyatómiához.

A sebészeti holografikus mikroszkóp

Összefoglalva:

1. A lézer termikus hatása, mechanikai hatása, fényérzékenységi hatása és egyéb biológiai hatásai miatt széles körben használják energiaforrásként a minimálisan invazív sebészetben, a non-invazív kezelésben és a célzott gyógyszeres terápiában.

2. A képalkotó technológia fejlődésének köszönhetően az orvosi optikai képalkotó berendezések nagy előrelépést tettek a nagy felbontás és a miniatürizálás irányába, megalapozva a minimálisan invazív és precíz in vivo műtétet. Jelenleg a leggyakrabban használt orvosi képalkotó eszközök közé tartozikendoszkópok, holografikus képek és mikro-képalkotó rendszerek.