Lo sviluppo e l'applicazione dell'ottica hanno aiutato la medicina moderna e le scienze della vita a entrare in una fase di rapido sviluppo, come la chirurgia minimamente invasiva, la terapia laser, la diagnosi delle malattie, la ricerca biologica, l'analisi del DNA, ecc.

Chirurgia e farmacocinetica

Il ruolo dell'ottica in chirurgia e farmacocinetica si manifesta principalmente in due aspetti: illuminazione e imaging laser e in vivo.

1. Applicazione del laser come fonte di energia

Il concetto di terapia laser è stato introdotto nella chirurgia oculare negli anni ’60. Quando furono riconosciuti i diversi tipi di laser e le loro proprietà, la terapia laser fu rapidamente estesa ad altri campi.

Diverse sorgenti di luce laser (gas, solida, ecc.) possono emettere laser pulsati (laser pulsati) e laser continui (onda continua), che hanno effetti diversi sui diversi tessuti del corpo umano. Queste sorgenti luminose includono principalmente: laser a rubino pulsato (Laser a rubino pulsato); laser a ioni di argon continuo (laser a ioni di argon CW); laser continuo ad anidride carbonica (CW CO2); laser a granato di ittrio e alluminio (Nd:YAG). Poiché il laser continuo ad anidride carbonica e il laser a granato di ittrio e alluminio hanno un effetto di coagulazione del sangue durante il taglio dei tessuti umani, sono ampiamente utilizzati nella chirurgia generale.

La lunghezza d'onda dei laser utilizzati nelle cure mediche è generalmente maggiore di 100 nm. L'assorbimento di laser di diverse lunghezze d'onda in diversi tessuti del corpo umano viene utilizzato per espandere le sue applicazioni mediche. Ad esempio, quando la lunghezza d'onda del laser è maggiore di 1um, l'acqua è l'assorbitore principale. I laser non solo possono produrre effetti termici nell'assorbimento dei tessuti umani per il taglio chirurgico e la coagulazione, ma possono anche produrre effetti meccanici.

Soprattutto dopo che le persone hanno scoperto gli effetti meccanici non lineari dei laser, come la generazione di bolle di cavitazione e onde di pressione, i laser sono stati applicati alle tecniche di fotodistruzione, come la chirurgia della cataratta e la chirurgia chimica per la frantumazione dei calcoli renali. I laser possono anche produrre effetti fotochimici per guidare i farmaci antitumorali con mediatori fotosensibili a rilasciare gli effetti del farmaco su aree tissutali specifiche, come la terapia PDT. Il laser combinato con la farmacocinetica gioca un ruolo molto importante nel campo della medicina di precisione.

2. L'uso della luce come strumento per l'illuminazione e l'imaging in vivo

Dagli anni '90, il CCD (Charge-CoupledDevice) è stata introdotta nella chirurgia mininvasiva (terapia minimamente invasiva, MIT) e l'ottica ha subito un cambiamento qualitativo nelle applicazioni chirurgiche. Gli effetti di imaging della luce nella chirurgia mininvasiva e a cielo aperto comprendono principalmente endoscopi, sistemi di microimaging e imaging olografico chirurgico.

FlessibileEndoscopio, inclusi gastroenteroscopio, duodenoscopio, colonscopio, angioscopio, ecc.

Il percorso ottico dell'endoscopio

Il percorso ottico dell'endoscopio comprende due sistemi indipendenti e coordinati di illuminazione e imaging.

RigidoEndoscopio, comprese artroscopia, laparoscopia, toracoscopia, ventricoloscopia, isteroscopia, cistoscopia, otolinoscopia, ecc.

Gli endoscopi rigidi generalmente hanno solo diversi angoli di percorso ottico fissi tra cui scegliere, come 30 gradi, 45 gradi, 60 gradi, ecc.

Una fotocamera con corpo in miniatura è un dispositivo di imaging basato su una piattaforma tecnologica CMOS e CCD in miniatura. Ad esempio, un endoscopio a capsula,PillCam. Può entrare nel sistema digestivo del corpo umano per verificare la presenza di lesioni e monitorare gli effetti dei farmaci.

L'endoscopio a capsula

Microscopio olografico chirurgico, un dispositivo di imaging utilizzato per osservare immagini 3D di tessuti sottili nella chirurgia di precisione, come la neurochirurgia per la craniotomia.

Il microscopio olografico chirurgico

Riassumere:

1. A causa dell'effetto termico, dell'effetto meccanico, dell'effetto di fotosensibilità e di altri effetti biologici del laser, è ampiamente utilizzato come fonte di energia nella chirurgia minimamente invasiva, nel trattamento non invasivo e nella terapia farmacologica mirata.

2. Grazie allo sviluppo della tecnologia di imaging, le apparecchiature di imaging ottico medico hanno fatto grandi progressi nella direzione dell'alta risoluzione e della miniaturizzazione, ponendo le basi per una chirurgia minimamente invasiva e precisa in vivo. Attualmente, i dispositivi di imaging medico più comunemente utilizzati includonoendoscopi, immagini olografiche e sistemi di microimaging.