Optikos kūrimas ir taikymas padėjo šiuolaikinei medicinai ir gyvybės mokslams patekti į spartaus vystymosi etapą, pavyzdžiui, minimaliai invazinę chirurgiją, lazerio terapiją, ligų diagnostiką, biologinius tyrimus, DNR analizę ir kt.

Chirurgija ir farmakokinetika

Optikos vaidmuo chirurgijoje ir farmakokinetikoje daugiausia pasireiškia dviem aspektais: lazeriu ir in vivo apšvietimu bei vaizdavimu.

1. Lazerio kaip energijos šaltinio taikymas

Lazerio terapijos sąvoka buvo pristatyta akių chirurgijoje septintajame dešimtmetyje. Atpažinus skirtingus lazerių tipus ir jų savybes, lazerio terapija buvo greitai išplėsta į kitas sritis.

Skirtingi lazeriniai šviesos šaltiniai (dujiniai, kietieji ir kt.) gali skleisti impulsinius lazerius (Pulsed Lasers) ir nuolatinius lazerius (Continuous wave), kurie skirtingai veikia skirtingus žmogaus kūno audinius. Šie šviesos šaltiniai daugiausia apima: impulsinį rubino lazerį (impulsinį rubino lazerį); nuolatinis argono jonų lazeris (CW argon ion laser); nuolatinis anglies dioksido lazeris (CW CO2); itrio aliuminio granato (Nd:YAG) lazeris. Kadangi nepertraukiamas anglies dioksido lazeris ir itrio aliuminio granato lazeris turi kraujo krešėjimo efektą pjaunant žmogaus audinius, jie plačiausiai naudojami bendrojoje chirurgijoje.

Medicininiam gydymui naudojamų lazerių bangos ilgis paprastai yra didesnis nei 100 nm. Skirtingo bangos ilgio lazerių sugertis skirtinguose žmogaus kūno audiniuose naudojamas plėsti jo pritaikymą medicinoje. Pavyzdžiui, kai lazerio bangos ilgis yra didesnis nei 1 um, vanduo yra pagrindinis absorberis. Lazeriai gali sukelti ne tik šiluminį poveikį žmogaus audinių absorbcijai chirurginiam pjovimui ir koaguliacijai, bet ir mechaninį poveikį.

Ypač po to, kai žmonės atrado netiesinį mechaninį lazerių poveikį, pvz., Kavitacijos burbuliukų ir slėgio bangų susidarymą, lazeriai buvo pritaikyti fotodisruption technikoms, tokioms kaip kataraktos chirurgija ir inkstų akmenų smulkinimo cheminė chirurgija. Lazeriai taip pat gali sukurti fotocheminį poveikį, kad būtų nukreipti vaistai nuo vėžio su šviesai jautriais mediatoriais, kad būtų atpalaiduotas vaistų poveikis konkrečioms audinių sritims, pvz., PDT terapija. Lazeris kartu su farmakokinetika atlieka labai svarbų vaidmenį tikslios medicinos srityje.

2. Šviesos, kaip in vivo apšvietimo ir vaizdo gavimo priemonės, naudojimas

Nuo 1990-ųjų CCD (Charge-CoupledĮrenginys) fotoaparatas buvo įtrauktas į minimaliai invazinę chirurgiją (Minimally Invasive Therapy, MIT), o optika turėjo kokybinius chirurginių pritaikymų pokyčius. Šviesos vaizdinis poveikis minimaliai invazinėje ir atviroje chirurgijoje daugiausia apima endoskopus, mikrovaizdų sistemas ir chirurginį holografinį vaizdą.

LankstusEndoskopas, įskaitant gastroenteroskopą, duodenoskopą, kolonoskopą, angioskopą ir kt.

Endoskopo optinis kelias

Endoskopo optinį kelią sudaro dvi nepriklausomos ir suderintos apšvietimo ir vaizdo gavimo sistemos.

KietasEndoskopas, įskaitant artroskopiją, laparoskopiją, torakoskopiją, ventrikuloskopiją, histeroskopiją, cistoskopiją, otolinoskopiją ir kt.

Standžiuose endoskopuose paprastai galima pasirinkti tik kelis fiksuotus optinio kelio kampus, pvz., 30 laipsnių, 45 laipsnių, 60 laipsnių ir kt.

Miniatiūrinė kūno kamera yra vaizdo gavimo įrenginys, pagrįstas miniatiūrine CMOS ir CCD technologijos platforma. Pavyzdžiui, kapsulinis endoskopas,PillCam. Jis gali patekti į žmogaus kūno virškinimo sistemą, kad patikrintų, ar nėra pažeidimų, ir stebi vaistų poveikį.

Kapsulinis endoskopas

Chirurginis holografinis mikroskopas, vaizdo gavimo prietaisas, naudojamas stebėti smulkių audinių 3D vaizdus tiksliosios chirurgijos metu, pvz., neurochirurgijoje, skirtoje kraniotomijai.

Chirurginis holografinis mikroskopas

Apibendrinti:

1. Dėl lazerio terminio, mechaninio poveikio, šviesai jautrumo ir kitų biologinių poveikių jis plačiai naudojamas kaip energijos šaltinis minimaliai invazinėje chirurgijoje, neinvaziniame gydyme ir tikslinėje vaistų terapijoje.

2. Dėl vaizdo gavimo technologijos tobulėjimo medicininė optinė vaizdo gavimo įranga padarė didelę pažangą didelės skiriamosios gebos ir miniatiūrizavimo kryptimi, padėjusi pagrindus minimaliai invazinei ir tiksliai chirurgijai in vivo. Šiuo metu dažniausiai naudojami medicininiai vaizdo gavimo prietaisai yraendoskopai, holografiniai vaizdai ir mikrovaizdų sistemos.