광학 기술의 발전과 응용은 최소 침습 수술, 레이저 치료, 질병 진단, 생물학 연구, DNA 분석 등과 같은 현대 의학과 생명 과학의 급속한 발전에 기여해 왔습니다.

수술과 약물동태학

수술 및 약물동태학에서 광학의 역할은 주로 레이저 및 생체 내 조명과 영상화라는 두 가지 측면에서 나타납니다.

1. 에너지원으로서 레이저의 응용

레이저 치료라는 개념은 1960년대에 안과 수술에 도입되었습니다. 다양한 종류의 레이저와 그 특성이 밝혀지면서 레이저 치료는 다른 분야로 빠르게 확대되었습니다.

레이저 광원(가스, 고체 등)에 따라 펄스 레이저와 연속파 레이저가 방출될 수 있으며, 이는 인체 조직에 각기 다른 영향을 미칩니다. 이러한 광원에는 주로 펄스 루비 레이저, 연속 아르곤 이온 레이저, 연속 이산화탄소 레이저, 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저 등이 있습니다. 특히 연속 이산화탄소 레이저와 이트륨 알루미늄 가넷 레이저는 인체 조직 절단 시 혈액 응고 효과가 있어 일반 외과 수술에 가장 널리 사용됩니다.

의료 치료에 사용되는 레이저의 파장은 일반적으로 100나노미터(nm) 이상입니다. 인체 조직별로 다른 파장의 레이저 흡수 특성을 이용하여 의료적 응용 분야를 확장하고 있습니다. 예를 들어, 레이저 파장이 1마이크로미터(μm)보다 클 경우 물이 주요 흡수체입니다. 레이저는 외과적 절개 및 응고를 위해 인체 조직에 열 효과를 발생시킬 뿐만 아니라 기계적 효과도 일으킬 수 있습니다.

특히 레이저의 비선형 기계적 효과, 예를 들어 캐비테이션 기포 발생 및 압력파 생성 등이 발견된 이후, 레이저는 백내장 수술이나 신장 결석 파쇄 화학 수술과 같은 광파괴술에 적용되어 왔습니다. 또한 레이저는 광화학적 효과를 이용하여 광감성 매개체를 통해 특정 조직 부위에 항암제를 전달하고 약효를 발현시키는 광역학 치료(PDT)에도 활용될 수 있습니다. 약물동태학과 결합된 레이저 기술은 정밀 의학 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다.

2. 생체 내 조명 및 영상화를 위한 도구로서 빛의 활용

1990년대 이후로 CCD(전하결합형 반도체)최소 침습 수술(Minimally Invasive Therapy, MIT)에 카메라가 도입되면서 광학 기술은 수술 분야에 질적인 변화를 가져왔습니다. 최소 침습 수술 및 개복 수술에서 빛을 이용한 영상 효과는 주로 내시경, 미세 영상 시스템, 수술용 홀로그램 영상 등을 포함합니다.

유연한내시경위장내시경, 십이지장내시경, 대장내시경, 혈관내시경 등을 포함합니다.

내시경의 광학 경로

내시경의 광학 경로에는 조명 및 이미징을 담당하는 두 개의 독립적이고 상호 연관된 시스템이 포함됩니다.

엄격한내시경관절경, 복강경, 흉강경, 뇌실경, 자궁경, 방광경, 이경 등을 포함합니다.

일반적으로 경성 내시경은 30도, 45도, 60도 등과 같이 선택할 수 있는 광학 경로 각도가 몇 가지로 고정되어 있습니다.

소형 바디 카메라는 소형 CMOS 및 CCD 기술 플랫폼을 기반으로 하는 이미징 장치입니다. 예를 들어 캡슐 내시경이 있습니다.필캠(PillCam)은 인체의 소화기관에 들어가 병변을 검사하고 약물의 효과를 모니터링할 수 있습니다.

캡슐 내시경

수술용 홀로그래픽 현미경은 신경외과 수술(두개 절개술 등)과 같은 정밀 수술에서 미세 조직의 3D 이미지를 관찰하는 데 사용되는 영상 장치입니다.

수술용 홀로그래픽 현미경

요약:

1. 레이저는 열 효과, 기계적 효과, 광감작 효과 및 기타 생물학적 효과로 인해 최소 침습 수술, 비침습 치료 및 표적 약물 치료에서 에너지원으로 널리 사용됩니다.

2. 영상 기술의 발전으로 의료용 광학 영상 장비는 고해상도 및 소형화 방향으로 크게 발전하여 생체 내에서 최소 침습적이고 정밀한 수술의 기반을 마련했습니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 의료 영상 장비는 다음과 같습니다.내시경홀로그램 이미지 및 마이크로 이미징 시스템.