Lo sviluppo e l'applicazione dell'ottica hanno contribuito a far entrare la medicina moderna e le scienze biologiche 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 farmacocinetica si manifesta principalmente in due aspetti: il laser e l'illuminazione e l'imaging in vivo.

1. Applicazione del laser come fonte di energia

Il concetto di laserterapia è stato introdotto nella chirurgia oculistica negli anni '60. Una volta comprese le diverse tipologie di laser e le loro proprietà, la laserterapia si è rapidamente estesa ad altri campi.

Diverse sorgenti luminose laser (a gas, a stato solido, ecc.) possono emettere laser pulsati (laser pulsati) e laser continui (a 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 ad ioni di argon continuo (laser ad ioni di argon CW); laser ad anidride carbonica continuo (CW CO2); laser a granato di ittrio e alluminio (Nd:YAG). Poiché il laser ad anidride carbonica continuo e il laser a granato di ittrio e alluminio hanno un effetto di coagulazione del sangue quando tagliano i tessuti umani, sono i più utilizzati in chirurgia generale.

La lunghezza d'onda dei laser utilizzati in ambito medico è generalmente superiore a 100 nm. L'assorbimento di laser di diverse lunghezze d'onda da parte di diversi tessuti del corpo umano viene sfruttato per ampliare le applicazioni mediche. Ad esempio, quando la lunghezza d'onda del laser è superiore a 1 µm, l'acqua è il principale materiale assorbente. I laser possono produrre non solo effetti termici nell'assorbimento dei tessuti umani per il taglio chirurgico e la coagulazione, ma anche 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, in modo da rilasciare i farmaci in aree tissutali specifiche, come nella terapia PDT. La combinazione del laser con la farmacocinetica riveste 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 (dispositivo) 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 includono principalmente endoscopi, sistemi di micro-imaging 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 di illuminazione e di acquisizione delle immagini indipendenti e coordinati.

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

Gli endoscopi rigidi in genere offrono solo pochi angoli di percorso ottico fissi tra cui scegliere, come 30 gradi, 45 gradi, 60 gradi, ecc.

Una telecamera corporea miniaturizzata è un dispositivo di imaging basato su una piattaforma tecnologica CMOS e CCD miniaturizzata. Ad esempio, un endoscopio a capsula,PillCam. Può essere introdotto nel sistema digerente del corpo umano per verificare la presenza di lesioni e monitorare gli effetti dei farmaci.

L'endoscopio a capsula

Il microscopio olografico chirurgico è un dispositivo di imaging utilizzato per osservare immagini 3D di tessuti fini in interventi di chirurgia di precisione, come la neurochirurgia per la craniotomia.

Il microscopio olografico chirurgico

Riassumere:

1. Grazie all'effetto termico, all'effetto meccanico, all'effetto di fotosensibilità e ad altri effetti biologici, il laser è ampiamente utilizzato come fonte di energia nella chirurgia minimamente invasiva, 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 in termini di alta risoluzione e miniaturizzazione, ponendo le basi per una chirurgia minimamente invasiva e precisa in vivo. Attualmente, i dispositivi di imaging medicale più comunemente utilizzati includono:endoscopiimmagini olografiche e sistemi di micro-imaging.