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 mininvasiva, 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 nella farmacocinetica si manifesta principalmente in due aspetti: illuminazione laser e in vivo e imaging.

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 (a gas, solide, ecc.) possono emettere laser pulsati (laser pulsati) e laser continui (onda continua), che hanno effetti diversi sui diversi tessuti del corpo umano. Queste sorgenti di luce includono principalmente: laser a rubino pulsato (laser a rubino pulsato); laser a ioni di argon continuo (laser a ioni di argon CW); laser a anidride carbonica continuo (CW CO2); laser a granato di ittrio e alluminio (Nd:YAG). Poiché il laser a anidride carbonica continuo 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 in chirurgia generale.

La lunghezza d'onda dei laser utilizzati in medicina è generalmente superiore a 100 nm. L'assorbimento di laser di diverse lunghezze d'onda in diversi tessuti del corpo umano viene sfruttato per ampliarne le applicazioni mediche. Ad esempio, quando la lunghezza d'onda del laser è superiore a 1 μm, l'acqua è l'assorbitore primario. I laser possono non solo produrre effetti termici nell'assorbimento dei tessuti umani per il taglio chirurgico e la coagulazione, ma anche produrre effetti meccanici.

Soprattutto dopo la scoperta degli effetti meccanici non lineari dei laser, come la generazione di bolle di cavitazione e onde di pressione, i laser sono stati applicati a tecniche di fotodisgregazione, 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 affinché rilascino gli effetti farmacologici su aree tissutali specifiche, come nella terapia fotodinamica (PDT). Il laser, combinato con la farmacocinetica, svolge 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, CCD (Charge-CoupledLa telecamera "Device" è stata introdotta nella chirurgia mininvasiva (Minimally Invasive Therapy, MIT) e l'ottica ha apportato un cambiamento qualitativo nelle applicazioni chirurgiche. Gli effetti della luce sull'imaging nella chirurgia mininvasiva e aperta includono principalmente endoscopi, sistemi di microimaging e imaging olografico chirurgico.

FlessibileEndoscopio, tra cui 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, tra cui artroscopia, laparoscopia, toracoscopia, ventricoloscopia, isteroscopia, cistoscopia, otolinoscopia, ecc.

Gli endoscopi rigidi in genere hanno solo diversi angoli di percorso ottico fissi tra cui scegliere, ad esempio 30 gradi, 45 gradi, 60 gradi, ecc.

Una telecamera corporea 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 nell'apparato digerente 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. Grazie all'effetto termico, meccanico, fotosensibilità e ad altri effetti biologici del laser, esso è ampiamente utilizzato come fonte di energia nella chirurgia mininvasiva, nei trattamenti non invasivi e nella terapia farmacologica mirata.

2. Grazie allo sviluppo della tecnologia di imaging, le apparecchiature di imaging ottico medicale hanno compiuto grandi progressi verso l'alta risoluzione e la miniaturizzazione, gettando le basi per una chirurgia mininvasiva e precisa in vivo. Attualmente, i dispositivi di imaging medicale più comunemente utilizzati includonoendoscopi, immagini olografiche e sistemi di micro-imaging.