Optikas attīstība un pielietojums ir palīdzējis mūsdienu medicīnai un dzīvības zinātnēm nonākt straujas attīstības stadijā, 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 kā enerģijas avota pielietojums

Lāzerterapijas jēdziens acu ķirurģijā tika ieviests pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Kad tika atpazīti dažādi lāzeru veidi un to īpašības, lāzerterapija tika strauji paplašināta citās jomās.

Dažādi lāzera gaismas avoti (gāzes, cietie u.c.) var izstarot impulsu lāzerus (Pulsed Lasers) un nepārtrauktos lāzerus (Continuous wave), kam ir atšķirīga ietekme uz dažādiem cilvēka ķermeņa audiem. Šie gaismas avoti galvenokārt ietver: impulsa rubīna lāzeru (impulsu rubīna lāzeru); nepārtraukts argona jonu lāzers (CW argona jonu lāzers); nepārtraukts oglekļa dioksīda lāzers (CW CO2); itrija alumīnija granāta (Nd:YAG) lāzers. Tā kā nepārtrauktam oglekļa dioksīda lāzeram un itrija alumīnija granāta lāzeram ir asins koagulācijas efekts, griežot cilvēka audus, tos visplašāk izmanto vispārējā ķirurģijā.

Ārstniecībā izmantoto lāzeru viļņa garums parasti ir lielāks par 100 nm. Dažāda viļņa garuma lāzeru absorbcija dažādos cilvēka ķermeņa audos tiek izmantota, lai paplašinātu tā pielietojumu medicīnā. Piemēram, ja lāzera viļņa garums ir lielāks par 1 um, ūdens ir primārais absorbētājs. Lāzeri var ne tikai radīt termiskus efektus cilvēka audu absorbcijā ķirurģiskai griešanai un koagulācijai, bet arī radīt mehāniskus efektus.

Īpaši pēc tam, kad cilvēki atklāja lāzeru nelineāros mehāniskos efektus, piemēram, kavitācijas burbuļu un spiediena viļņu veidošanos, lāzeri tika izmantoti fototraucēšanas paņēmieniem, piemēram, kataraktas ķirurģijai un nieru akmeņu drupināšanas ķīmiskajai ķirurģijai. Lāzeri var arī radīt fotoķīmiskus efektus, lai vadītu vēža zāles ar gaismjutīgiem mediatoriem, lai atbrīvotu zāļu iedarbību uz noteiktām audu zonām, piemēram, PDT terapiju. Lāzeram kombinācijā ar farmakokinētiku ir ļoti liela nozīme precīzās medicīnas jomā.

2. Gaismas kā in vivo apgaismojuma un attēlveidošanas instrumenta izmantošana

Kopš 1990. gadiem CCD (Charge-CoupledIerīce) kamera tika ieviesta minimāli invazīvā ķirurģijā (Minimally Invasive Therapy, MIT), un optikai bija kvalitatīvas izmaiņas ķirurģiskajos lietojumos. Gaismas attēlveidošanas efekti minimāli invazīvā un atklātā 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, tostarp artroskopija, laparoskopija, torakoskopija, ventrikuloskopija, histeroskopija, cistoskopija, otolinoskopija u.c.

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

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

Kapsulas endoskops

Ķirurģiskais hologrāfiskais mikroskops — attēlveidošanas ierīce, ko izmanto, lai novērotu smalko audu 3D attēlus precīzās ķirurģijā, piemēram, kraniotomijas neiroķirurģijā.

Ķirurģiskais hologrāfiskais mikroskops

Apkopojiet:

1. Pateicoties lāzera termiskajam efektam, mehāniskajam efektam, fotosensitivitātes efektam un citiem bioloģiskiem efektiem, to plaši izmanto kā enerģijas avotu minimāli invazīvā ķirurģijā, neinvazīvā ārstēšanā un mērķtiecīgā zāļu terapijā.

2. Pateicoties attēlveidošanas tehnoloģiju attīstībai, medicīniskās optiskās attēlveidošanas iekārtas ir panākušas lielu progresu augstas izšķirtspējas un miniaturizācijas virzienā, liekot pamatu minimāli invazīvai un precīzai operācijai in vivo. Pašlaik visbiežāk izmantotās medicīniskās attēlveidošanas ierīces ietverendoskopi, hologrāfiskie attēli un mikroattēlveidošanas sistēmas.