De ontwikkeling en toepassing van optica heeft de moderne geneeskunde en biowetenschappen geholpen een fase van snelle ontwikkeling in te gaan, zoals minimaal invasieve chirurgie, lasertherapie, ziektediagnose, biologisch onderzoek, DNA-analyse, enzovoort.

Chirurgie en farmacokinetiek

De rol van optica in chirurgie en farmacokinetiek komt hoofdzakelijk tot uiting in twee aspecten: laserverlichting en in vivo beeldvorming.

1. Toepassing van laser als energiebron

Het concept van lasertherapie werd in de jaren zestig geïntroduceerd in de oogchirurgie. Toen de verschillende soorten lasers en hun eigenschappen eenmaal bekend waren, werd lasertherapie snel uitgebreid naar andere vakgebieden.

Verschillende laserlichtbronnen (gas, vaste stof, enz.) kunnen gepulseerde lasers (gepulste lasers) en continue lasers (continue golf) uitzenden, die verschillende effecten hebben op verschillende weefsels van het menselijk lichaam. Deze lichtbronnen omvatten hoofdzakelijk: gepulseerde robijnlaser (gepulste robijnlaser); continue argonionlaser (CW argonionlaser); continue koolstofdioxidelaser (CW CO2); yttriumaluminiumgranaatlaser (Nd:YAG-laser). Omdat de continue koolstofdioxidelaser en de yttriumaluminiumgranaatlaser een bloedstollingseffect hebben bij het snijden van menselijk weefsel, worden ze het meest gebruikt in de algemene chirurgie.

De golflengte van lasers die in de medische wereld worden gebruikt, is over het algemeen groter dan 100 nm. De absorptie van lasers met verschillende golflengten in verschillende weefsels van het menselijk lichaam wordt gebruikt om de medische toepassingen ervan uit te breiden. Wanneer de golflengte van de laser bijvoorbeeld groter is dan 1 µm, is water de belangrijkste absorbeerder. Lasers kunnen niet alleen thermische effecten teweegbrengen door absorptie in menselijk weefsel voor chirurgisch snijden en coagulatie, maar ook mechanische effecten genereren.

Vooral nadat men de niet-lineaire mechanische effecten van lasers ontdekte, zoals de opwekking van cavitatiebellen en drukgolven, werden lasers toegepast in fotodisruptietechnieken, zoals staaroperaties en chemische chirurgie voor het vergruizen van nierstenen. Lasers kunnen ook fotochemische effecten teweegbrengen om kankermedicijnen met lichtgevoelige mediatoren te sturen, zodat ze hun werking op specifieke weefselgebieden afgeven, zoals bij PDT-therapie. Lasertherapie in combinatie met farmacokinetiek speelt een zeer belangrijke rol in de precisiegeneeskunde.

2. Het gebruik van licht als hulpmiddel voor in vivo belichting en beeldvorming

Sinds de jaren negentig, CCD (Charge-CoupledDe introductie van een camera in de minimaal invasieve chirurgie (Minimally Invasive Therapy, MIT) leidde tot een kwalitatieve verandering in de optiek bij chirurgische toepassingen. De beeldvormende effecten van licht bij minimaal invasieve en open chirurgie omvatten voornamelijk endoscopen, micro-beeldvormingssystemen en chirurgische holografische beeldvorming.

FlexibeleEndoscoopwaaronder gastro-enteroscoop, duodenoscoop, colonoscoop, angioscoop, enz.

Het optische pad van de endoscoop

Het optische pad van de endoscoop omvat twee onafhankelijke en gecoördineerde systemen voor verlichting en beeldvorming.

OnbuigzaamEndoscoopwaaronder artroscopie, laparoscopie, thoracoscopie, ventriculoscopie, hysteroscopie, cystoscopie, otolinoscopie, enz.

Bij starre endoscopen is doorgaans slechts een beperkt aantal vaste optische padhoeken beschikbaar, zoals 30 graden, 45 graden, 60 graden, enzovoort.

Een miniatuur bodycamera is een beeldvormingsapparaat gebaseerd op een miniatuur CMOS- en CCD-technologieplatform. Een voorbeeld hiervan is een capsule-endoscoop.PillCam. Dit apparaat kan in het spijsverteringsstelsel van het menselijk lichaam worden ingebracht om te controleren op afwijkingen en de effecten van medicijnen te monitoren.

De capsule-endoscoop

Een chirurgische holografische microscoop is een beeldvormingsapparaat dat wordt gebruikt om 3D-beelden van fijn weefsel te bekijken tijdens precisiechirurgie, zoals neurochirurgie bij een craniotomie.

De chirurgische holografische microscoop

Samenvatten:

1. Door het thermische effect, het mechanische effect, het lichtgevoeligheidseffect en andere biologische effecten van de laser wordt deze veelvuldig gebruikt als energiebron bij minimaal invasieve chirurgie, niet-invasieve behandelingen en gerichte medicamenteuze therapie.

2. Door de ontwikkeling van beeldvormingstechnologie heeft medische optische beeldvormingsapparatuur grote vooruitgang geboekt op het gebied van hoge resolutie en miniaturisatie, waarmee de basis is gelegd voor minimaal invasieve en precieze chirurgie in vivo. De meest gebruikte medische beeldvormingsapparaten zijn momenteel onder andere:endoscopen, holografische beelden en micro-beeldvormingssystemen.