Pengembangan dan penerapan optik telah membantu kedokteran modern dan ilmu hayati memasuki tahap perkembangan pesat, seperti bedah minimal invasif, terapi laser, diagnosis penyakit, penelitian biologi, analisis DNA, dan lain sebagainya.

Pembedahan dan Farmakokinetik

Peran optik dalam pembedahan dan farmakokinetik terutama terwujud dalam dua aspek: laser dan iluminasi serta pencitraan in vivo.

1. Penerapan laser sebagai sumber energi

Konsep terapi laser diperkenalkan ke dalam bedah mata pada tahun 1960-an. Ketika berbagai jenis laser dan sifat-sifatnya dikenali, terapi laser dengan cepat diperluas ke bidang lain.

Berbagai sumber cahaya laser (gas, padat, dll.) dapat memancarkan laser berdenyut (Pulsed Lasers) dan laser kontinu (Continuous wave), yang memiliki efek berbeda pada berbagai jaringan tubuh manusia. Sumber cahaya ini terutama meliputi: laser rubi berdenyut (Pulsed ruby ​​​​laser); laser ion argon kontinu (CW argon ion laser); laser karbon dioksida kontinu (CW CO2); laser yttrium aluminium garnet (Nd:YAG). Karena laser karbon dioksida kontinu dan laser yttrium aluminium garnet memiliki efek pembekuan darah saat memotong jaringan manusia, keduanya paling banyak digunakan dalam bedah umum.

Panjang gelombang laser yang digunakan dalam pengobatan medis umumnya lebih besar dari 100 nm. Penyerapan laser dengan panjang gelombang berbeda di berbagai jaringan tubuh manusia digunakan untuk memperluas aplikasi medisnya. Misalnya, ketika panjang gelombang laser lebih besar dari 1 µm, air adalah penyerap utama. Laser tidak hanya dapat menghasilkan efek termal dalam penyerapan jaringan manusia untuk pemotongan bedah dan koagulasi, tetapi juga menghasilkan efek mekanis.

Terutama setelah orang-orang menemukan efek mekanis nonlinier dari laser, seperti pembentukan gelembung kavitasi dan gelombang tekanan, laser diterapkan pada teknik fotodisrupsi, seperti operasi katarak dan operasi penghancuran batu ginjal secara kimiawi. Laser juga dapat menghasilkan efek fotokimia untuk memandu obat kanker dengan mediator fotosensitif untuk melepaskan efek obat pada area jaringan tertentu, seperti terapi PDT. Laser yang dikombinasikan dengan farmakokinetik memainkan peran yang sangat penting dalam bidang pengobatan presisi.

2. Penggunaan cahaya sebagai alat untuk penerangan dan pencitraan in vivo

Sejak tahun 1990-an, CCD (Charge-CoupledKamera (perangkat) diperkenalkan ke dalam bedah invasif minimal (Terapi Invasif Minimal, MIT), dan optik mengalami perubahan kualitatif dalam aplikasi bedah. Efek pencitraan cahaya dalam bedah invasif minimal dan bedah terbuka terutama meliputi endoskop, sistem pencitraan mikro, dan pencitraan holografik bedah.

FleksibelEndoskoptermasuk gastroenteroskop, duodenoskop, kolonoskop, angioskop, dll.

Jalur optik endoskop

Jalur optik endoskop mencakup dua sistem iluminasi dan pencitraan yang independen dan terkoordinasi.

KakuEndoskoptermasuk artroskopi, laparoskopi, torakoskopi, ventrikuloskopi, histeroskopi, sistoskopi, otolinoskopi, dll.

Endoskop kaku umumnya hanya memiliki beberapa sudut jalur optik tetap untuk dipilih, seperti 30 derajat, 45 derajat, 60 derajat, dan sebagainya.

Kamera tubuh mini adalah perangkat pencitraan yang berbasis pada platform teknologi CMOS dan CCD mini. Contohnya, endoskop kapsul,PillCam. Alat ini dapat memasuki sistem pencernaan tubuh manusia untuk memeriksa adanya lesi dan memantau efek obat.

Endoskop kapsul

Mikroskop holografik bedah, sebuah perangkat pencitraan yang digunakan untuk mengamati gambar 3D jaringan halus dalam operasi presisi, seperti bedah saraf untuk kraniotomi.

Mikroskop holografik bedah

Meringkaskan:

1. Karena efek termal, efek mekanis, efek fotosensitivitas, dan efek biologis lainnya dari laser, laser banyak digunakan sebagai sumber energi dalam bedah minimal invasif, pengobatan non-invasif, dan terapi obat yang ditargetkan.

2. Berkat perkembangan teknologi pencitraan, peralatan pencitraan optik medis telah mengalami kemajuan pesat ke arah resolusi tinggi dan miniaturisasi, meletakkan dasar bagi pembedahan minimal invasif dan presisi secara in vivo. Saat ini, perangkat pencitraan medis yang paling umum digunakan meliputi:endoskop, citra holografik dan sistem pencitraan mikro.