הפיתוח והיישום של אופטיקה סייעו לרפואה המודרנית ולמדעי החיים להיכנס לשלב של פיתוח מהיר, כגון ניתוחים זעיר פולשניים, טיפול בלייזר, אבחון מחלות, מחקר ביולוגי, ניתוח DNA ועוד.

כירורגיה ופרמקוקינטיקה

תפקידה של האופטיקה בניתוחים ובפרמקוקינטיקה מתבטא בעיקר בשני היבטים: לייזר, תאורה והדמיה in vivo.

1. יישום לייזר כמקור אנרגיה

הקונספט של טיפול בלייזר הוכנס לניתוחי עיניים בשנות ה-60. כאשר הוכרו סוגי הלייזרים השונים ותכונותיהם, טיפול בלייזר הורחב במהירות לתחומים אחרים.

מקורות אור לייזר שונים (גז, מוצק וכו') יכולים לפלוט לייזרים פועמים (Pulsed Lasers) ולייזרים רציפים (Continuous wave), אשר משפיעים בצורה שונה על רקמות שונות בגוף האדם. מקורות אור אלה כוללים בעיקר: לייזר רובי פועם (Pulsed ruby ​​​​laser); לייזר יוני ארגון רציף (CW argon ion laser); לייזר פחמן דו-חמצני רציף (CW CO2); לייזר איטריום אלומיניום גארנט (Nd:YAG). מכיוון שללייזר פחמן דו-חמצני רציף וללייזר איטריום אלומיניום גארנט יש אפקט קרישת דם בעת חיתוך רקמות אנושיות, הם נמצאים בשימוש נרחב ביותר בכירורגיה כללית.

אורך הגל של לייזרים המשמשים בטיפול רפואי גדול בדרך כלל מ-100 ננומטר. בליעת לייזרים באורכי גל שונים ברקמות שונות בגוף האדם משמשת להרחבת יישומי הרפואה שלהם. לדוגמה, כאשר אורך הגל של הלייזר גדול מ-1 מיקרון, מים הם הסופג העיקרי. לייזרים יכולים לא רק לייצר אפקטים תרמיים בספיגת רקמות אנושיות לצורך חיתוך כירורגי וקרישה, אלא גם לייצר אפקטים מכניים.

במיוחד לאחר שאנשים גילו את ההשפעות המכניות הלא ליניאריות של לייזרים, כגון יצירת בועות קוויטציה וגלי לחץ, לייזרים יושמו בטכניקות להפרעת אור, כגון ניתוח קטרקט וניתוח כימי לריסוק אבנים בכליות. לייזרים יכולים גם לייצר אפקטים פוטוכימיים כדי להנחות תרופות לסרטן עם מתווכים רגישים לאור לשחרר את השפעות התרופה על אזורי רקמה ספציפיים, כגון טיפול PDT. לייזר בשילוב עם פרמקוקינטיקה ממלא תפקיד חשוב מאוד בתחום הרפואה המדויקת.

2. השימוש באור ככלי לתאורה והדמיה in vivo

מאז שנות ה-90, CCD (מצמידים למטען)מצלמת (Device) הוכנסה לניתוחים זעיר פולשניים (Minimally Invasive Therapy, MIT), והאופטיקה עברה שינוי איכותי ביישומים כירורגיים. השפעות ההדמיה של אור בניתוחים זעיר פולשניים ופתוחים כוללות בעיקר אנדוסקופים, מערכות מיקרו-הדמיה והדמיה הולוגרפית כירורגית.

גָמִישׁאנדוסקופ, כולל גסטרואנטרוסקופ, דואודנוסקופ, קולונוסקופ, אנגיוסקופ ועוד.

הנתיב האופטי של האנדוסקופ

הנתיב האופטי של האנדוסקופ כולל שתי מערכות תאורה והדמיה עצמאיות ומתואמות.

קָשִׁיחַאנדוסקופ, כולל ארתרוסקופיה, לפרוסקופיה, תורקוסקופיה, ונטריקולוסקופיה, היסטרוסקופיה, ציסטוסקופיה, אוטולינוסקופיה ועוד.

לאנדוסקופים קשיחים בדרך כלל מציעים רק מספר זוויות נתיב אופטי קבועות לבחירה, כגון 30 מעלות, 45 מעלות, 60 מעלות וכו'.

מצלמת גוף מיניאטורית היא מכשיר הדמיה המבוסס על פלטפורמת טכנולוגיית CMOS ו-CCD מיניאטורית. לדוגמה, אנדוסקופ קפסולה,PillCam. הוא יכול להיכנס למערכת העיכול של גוף האדם כדי לבדוק נגעים ולנטר את השפעות התרופות.

אנדוסקופ הקפסולה

מיקרוסקופ הולוגרפי כירורגי, מכשיר הדמיה המשמש לצפייה בתמונות תלת-ממדיות של רקמות עדינות בניתוחים מדויקים, כגון נוירוכירורגיה לצורך ניתוח גולגולת.

מיקרוסקופ הולוגרפי כירורגי

לְסַכֵּם:

1. בשל ההשפעה התרמית, ההשפעה המכנית, השפעת הרגישות לאור והשפעות ביולוגיות אחרות של הלייזר, הוא נמצא בשימוש נרחב כמקור אנרגיה בניתוחים זעיר פולשניים, טיפול לא פולשני וטיפול תרופתי ממוקד.

2. הודות להתפתחות טכנולוגיית ההדמיה, ציוד הדמיה אופטית רפואית עשה התקדמות רבה בכיוון של רזולוציה גבוהה ומזעור, והניח את היסודות לניתוח זעיר פולשני ומדויק in vivo. כיום, מכשירי ההדמיה הרפואית הנפוצים ביותר כולליםאנדוסקופים, תמונות הולוגרפיות ומערכות מיקרו-הדמיה.