הפיתוח והיישום של אופטיקה סייעו לרפואה המודרנית ולמדעי החיים להיכנס לשלב של התפתחות מהירה, כגון ניתוחים זעיר פולשניים, טיפול בלייזר, אבחון מחלות, מחקר ביולוגי, ניתוח DNA וכו'.

כירורגיה ופרמקוקינטיקה

תפקידה של האופטיקה בכירורגיה ובפרמקוקינטיקה מתבטא בעיקר בשני היבטים: תאורה והדמיה בלייזר וב-in vivo.

1. יישום לייזר כמקור אנרגיה

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

מקורות אור לייזר שונים (גז, מוצק וכו') יכולים לפלוט לייזרים פולסים (Pulsed Lasers) ולייזרים רציפים (Continuous wave), אשר להם השפעות שונות על רקמות שונות בגוף האדם. מקורות אור אלו כוללים בעיקר: לייזר אודם דופק (Pulsed Ruby laser); לייזר יוני ארגון מתמשך (CW לייזר יוני ארגון ארגון); לייזר פחמן דו חמצני מתמשך (CW CO2); לייזר נופך אלומיניום איטריום (Nd:YAG). מכיוון שללייזר פחמן דו חמצני מתמשך וללייזר נופך אלומיניום איטריום יש אפקט קרישת דם בעת חיתוך רקמה אנושית, הם נמצאים בשימוש נרחב ביותר בכירורגיה כללית.

אורך הגל של הלייזרים המשמשים בטיפול רפואי הוא בדרך כלל גדול מ-100 ננומטר. הקליטה של ​​לייזרים באורכי גל שונים ברקמות שונות של גוף האדם משמשת להרחבת יישומיו הרפואיים. לדוגמה, כאשר אורך הגל של הלייזר גדול מ-1um, המים הם הבולם העיקרי. לייזרים יכולים לא רק לייצר השפעות תרמיות בספיגת רקמות אנושית לחיתוך כירורגית ולקרישה, אלא גם לייצר השפעות מכניות.

במיוחד לאחר שאנשים גילו את ההשפעות המכניות הלא-לינאריות של לייזרים, כמו יצירת בועות קוויטציה וגלי לחץ, לייזרים יושמו בטכניקות של שיבוש צילום, כמו ניתוח קטרקט וניתוח כימי לריסוק אבנים בכליות. לייזרים יכולים גם לייצר אפקטים פוטוכימיים כדי להנחות תרופות לסרטן עם מתווכים רגישים לאור כדי לשחרר השפעות תרופות על אזורי רקמה ספציפיים, כגון טיפול ב-PDT. ללייזר בשילוב פרמקוקינטיקה תפקיד חשוב ביותר בתחום הרפואה המדויקת.

2. השימוש באור ככלי להארה והדמיה in vivo

מאז שנות ה-90, CCD (Charge-Coupledהמצלמה הוכנסה לניתוח זעיר פולשני (Minimally Invasive Therapy, MIT), ולאופטיקה היה שינוי איכותי ביישומים כירורגיים. השפעות ההדמיה של האור בניתוח זעיר פולשני ופתוח כוללות בעיקר אנדוסקופים, מערכות מיקרו הדמיה והדמיה הולוגרפית כירורגית.

גָמִישׁאנדוסקופ, כולל גסטרואנטרוסקופ, דואודנוסקופ, קולונוסקופ, אנגיוסקופ וכו'.

הנתיב האופטי של האנדוסקופ

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

קָשִׁיחַאנדוסקופ, כולל ארתרוסקופיה, לפרוסקופיה, תורקוסקופיה, ventriculoscopy, היסטרוסקופיה, ציסטוסקופיה, אוטולינוסקופיה וכו'.

לאנדוסקופים קשיחים יש בדרך כלל רק כמה זוויות נתיב אופטי קבוע לבחירה, כגון 30 מעלות, 45 מעלות, 60 מעלות וכו'.

מצלמת גוף מיניאטורית היא מכשיר הדמיה המבוסס על פלטפורמת CMOS ו-CCD מיניאטורית. לדוגמה, אנדוסקופ קפסולה,PillCam. זה יכול להיכנס למערכת העיכול של גוף האדם כדי לבדוק אם יש נגעים ולנטר את ההשפעות של תרופות.

אנדוסקופ הקפסולה

מיקרוסקופ הולוגרפי כירורגי, מכשיר הדמיה המשמש לצפייה בתמונות תלת-ממדיות של רקמות עדינות בניתוח מדויק, כגון נוירוכירורגיה עבור קרניוטומיה.

המיקרוסקופ ההולוגרפי הכירורגי

לְסַכֵּם:

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

2. עקב התפתחות טכנולוגיית ההדמיה, ציוד הדמיה אופטי רפואי התקדם מאוד בכיוון של רזולוציה גבוהה ומזעור, מה שמניח את הבסיס לניתוח זעיר פולשני ומדויק in vivo. כיום, מכשירי ההדמיה הרפואיים הנפוצים ביותר כולליםאנדוסקופים, תמונות הולוגרפיות ומערכות מיקרו הדמיה.