Optikas attīstība un pielietošana ir palīdzējusi mūsdienu medicīnai un dzīvības zinātnēm strauji attīstīties, piemēram, minimāli invazīvā ķirurģija, lāzerterapija, slimību diagnostika, bioloģiskie pētījumi, DNS analīze utt.

Ķirurģija un farmakokinētika

Optikas loma ķirurģijā un farmakokinētikā galvenokārt izpaužas divos aspektos: lāzera un in vivo apgaismojumā un attēlveidošanā.

1. Lāzera izmantošana kā enerģijas avots

Lāzerterapijas koncepcija acu ķirurģijā tika ieviesta 20. gs. sešdesmitajos gados. Kad tika atzīti dažādie lāzeru veidi un to īpašības, lāzerterapija strauji paplašinājās uz citām jomām.

Dažādi lāzera gaismas avoti (gāze, cietvielas utt.) var izstarot impulsa lāzerus (pulsējošus lāzerus) un nepārtrauktas darbības lāzerus (nepārtrauktas darbības lāzerus), kuriem ir atšķirīga ietekme uz dažādiem cilvēka ķermeņa audiem. Šie gaismas avoti galvenokārt ietver: impulsa rubīna lāzeru (pulsējošo rubīna lāzeru); nepārtrauktas darbības argona jonu lāzeru (CW argona jonu lāzeru); nepārtrauktas darbības oglekļa dioksīda lāzeru (CW CO2); itrija alumīnija granāta (Nd:YAG) lāzeru. Tā kā nepārtrauktas darbības oglekļa dioksīda lāzeram un itrija alumīnija granāta lāzeram, griežot cilvēka audus, ir asins koagulācijas efekts, tos visplašāk izmanto vispārējā ķirurģijā.

Medicīniskajā ārstēšanā izmantoto lāzeru viļņa garums parasti pārsniedz 100 nm. Dažāda viļņa garuma lāzeru absorbcija dažādos cilvēka ķermeņa audos tiek izmantota, lai paplašinātu to medicīnisko pielietojumu. Piemēram, ja lāzera viļņa garums ir lielāks par 1 μm, galvenais absorbētājs ir ūdens. Lāzeri var radīt ne tikai termiskus efektus cilvēka audos ķirurģiskai griešanai un koagulācijai, bet arī mehāniskus efektus.

Īpaši pēc tam, kad cilvēki atklāja lāzeru nelineāros mehāniskos efektus, piemēram, kavitācijas burbuļu un spiediena viļņu ģenerēšanu, lāzeri tika pielietoti fotodisrupcijas tehnikās, piemēram, kataraktas operācijās un nierakmeņu ķīmiskajās operācijās. Lāzeri var radīt arī fotoķīmiskus efektus, lai vadītu vēža zāles ar gaismjutīgiem mediatoriem, lai atbrīvotu zāļu iedarbību uz noteiktām audu zonām, piemēram, PDT terapijā. Lāzeram apvienojumā ar farmakokinētiku ir ļoti svarīga loma precīzās medicīnas jomā.

2. Gaismas izmantošana kā instruments in vivo apgaismojumam un attēlveidošanai

Kopš 20. gs. deviņdesmitajiem gadiem CCD (lādiņsaistesMinimāli invazīvajā ķirurģijā (minimāli invazīvā terapija, MIT) tika ieviesta (iespējams, ka tā ir ierīce) kamera, un optikai bija kvalitatīvas izmaiņas ķirurģiskajos pielietojumos. Gaismas attēlveidošanas efekti minimāli invazīvā un atvērtā ķirurģijā galvenokārt ietver endoskopus, mikroattēlveidošanas sistēmas un ķirurģisko hologrāfisko attēlveidošanu.

ElastīgsEndoskops, ieskaitot gastroenteroskopu, duodenoskopu, kolonoskopu, angioskopu utt.

Endoskopa optiskais ceļš

Endoskopa optiskais ceļš ietver divas neatkarīgas un koordinētas apgaismojuma un attēlveidošanas sistēmas.

StingrsEndoskops, ieskaitot artroskopiju, laparoskopiju, torakoskopiju, ventrikuloskopiju, histeroskopiju, cistoskopiju, otolinoskopiju utt.

Stingrajiem endoskopiem parasti ir tikai vairāki fiksēti optiskā ceļa leņķi, no kuriem izvēlēties, piemēram, 30 grādi, 45 grādi, 60 grādi utt.

Miniatūra ķermeņa kamera ir attēlveidošanas ierīce, kuras pamatā ir miniatūra CMOS un CCD tehnoloģiju platforma. Piemēram, kapsulas endoskops,PillCam. Tā var iekļūt cilvēka ķermeņa gremošanas sistēmā, lai pārbaudītu bojājumus un uzraudzītu zāļu iedarbību.

Kapsulas endoskops

Ķirurģisks hologrāfisks mikroskops, attēlveidošanas ierīce, ko izmanto smalku audu 3D attēlu novērošanai precīzā ķirurģijā, piemēram, neiroķirurģijā kraniotomijas veikšanai.

Ķirurģiskais hologrāfiskais mikroskops

Apkopot:

1. Lāzera termiskā efekta, mehāniskā efekta, fotosensitivitātes efekta un citu bioloģisko efektu dēļ to plaši izmanto kā enerģijas avotu minimāli invazīvā ķirurģijā, neinvazīvā ārstēšanā un mērķtiecīgā medikamentozā terapijā.

2. Pateicoties attēlveidošanas tehnoloģiju attīstībai, medicīniskās optiskās attēlveidošanas iekārtas ir guvušas ievērojamus panākumus augstas izšķirtspējas un miniaturizācijas virzienā, liekot pamatus minimāli invazīvai un precīzai ķirurģijai in vivo. Pašlaik visbiežāk izmantotās medicīniskās attēlveidošanas ierīces ir šādas:endoskopi, hologrāfiski attēli un mikroattēlveidošanas sistēmas.