광학의 발전과 응용은 최소침습수술, 레이저치료, 질병진단, 생물학 연구, DNA 분석 등 현대의학과 생명과학이 급속한 발전 단계에 진입하는 데 도움을 주었습니다.

수술 및 약동학

수술 및 약동학에서 광학의 역할은 주로 레이저와 생체 내 조명 및 이미징이라는 두 가지 측면에서 나타납니다.

1. 레이저를 에너지원으로 활용

레이저 치료의 개념은 1960년대에 눈 수술에 도입되었습니다. 레이저의 다양한 종류와 그 특성이 인식되면서 레이저 치료는 다른 분야로 급속히 확대되었습니다.

다양한 레이저 광원(가스, 고체 등)은 펄스 레이저(Pulsed Lasers)와 연속 레이저(Continuous Wave)를 방출할 수 있으며, 이는 인체의 다양한 조직에 서로 다른 영향을 미칩니다. 이러한 광원에는 주로 펄스 루비 레이저(Pulsed Ruby ​Laser); 연속 아르곤 이온 레이저(CW 아르곤 이온 레이저); 연속 이산화탄소 레이저(CW CO2); 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저. 연속이산화탄소레이저와 이트륨알루미늄가넷 레이저는 인체 조직을 절단할 때 혈액 응고 효과가 있어 일반외과에서 가장 널리 사용된다.

의료에 사용되는 레이저의 파장은 일반적으로 100nm보다 큽니다. 인체의 다양한 조직에서 다양한 파장의 레이저를 흡수하여 의료 응용 분야를 확장하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 레이저의 파장이 1um보다 크면 물이 주요 흡수체입니다. 레이저는 수술적 절단 및 응고를 위한 인체 조직 흡수에 열 효과를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 기계적 효과도 생성할 수 있습니다.

특히 사람들이 캐비테이션 기포 및 압력파 생성과 같은 레이저의 비선형 기계적 효과를 발견한 이후 레이저는 백내장 수술 및 신장 결석 분쇄 화학 수술과 같은 광파괴 기술에 적용되었습니다. 레이저는 또한 PDT 치료와 같이 특정 조직 영역에 약물 효과를 방출하기 위해 감광성 ​​매개체로 항암제를 유도하는 광화학 효과를 생성할 수 있습니다. 레이저와 약물동태학이 결합된 것은 정밀의학 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다.

2. 생체 내 조명 및 이미징을 위한 도구로서 빛의 사용

1990년대부터 CCD(Charge-Coupled)기기) 카메라가 최소 침습 수술(Minimally Invasive Therapy, MIT)에 도입되면서 광학은 수술 응용 분야에서 질적인 변화를 겪었습니다. 최소 침습 수술 및 개복 수술에서 빛의 이미징 효과에는 주로 내시경, 마이크로 이미징 시스템 및 수술용 홀로그램 이미징이 포함됩니다.

유연한내시경, 위장관 내시경, 십이지장 내시경, 대장 내시경, 혈관 내시경 등을 포함합니다.

내시경의 광학 경로

내시경의 광학 경로에는 두 개의 독립적이고 조정된 조명 및 이미징 시스템이 포함됩니다.

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

강성 내시경에는 일반적으로 30도, 45도, 60도 등과 같이 선택할 수 있는 몇 가지 고정 광학 경로 각도만 있습니다.

소형 신체 카메라는 소형 CMOS 및 CCD 기술 플랫폼을 기반으로 하는 이미징 장치입니다. 예를 들어, 캡슐 내시경,필캠. 병변을 확인하고 약물의 효과를 모니터링하기 위해 인체의 소화 시스템에 들어갈 수 있습니다.

캡슐 내시경

개두술을 위한 신경외과 등 정밀수술에서 미세조직의 3차원 영상을 관찰하는데 사용되는 영상기기인 수술용 홀로그래픽 현미경.

수술용 홀로그램 현미경

요약:

1. 레이저의 열 효과, 기계적 효과, 감광성 효과 및 기타 생물학적 효과로 인해 최소 침습 수술, 비 침습적 치료 및 표적 약물 치료의 에너지 원으로 널리 사용됩니다.

2. 영상기술의 발전으로 의료용 광학 영상장비는 고해상도, 소형화 방향으로 큰 발전을 이루었으며, 생체내 최소침습, 정밀수술의 기반을 마련하였다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 의료 영상 장치는 다음과 같습니다.내시경, 홀로그램 이미지 및 마이크로 이미징 시스템.