De ontwikkeling en toepassing van optica heeft ervoor gezorgd dat de moderne geneeskunde en de levenswetenschappen een fase van snelle ontwikkeling zijn ingegaan, zoals minimaal invasieve chirurgie, lasertherapie, ziektediagnose, biologisch onderzoek, DNA-analyse, enz.

Chirurgie en farmacokinetiek

De rol van optica in chirurgie en farmacokinetiek komt voornamelijk tot uiting in twee aspecten: laser- en in vivo verlichting en 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 erkend werden, werd lasertherapie snel uitgebreid naar andere vakgebieden.

Verschillende laserlichtbronnen (gas, vaste stof, enz.) kunnen gepulseerde lasers (Pulsed Lasers) en continue lasers (Continuous wave) uitzenden, die verschillende effecten hebben op verschillende weefsels van het menselijk lichaam. Deze lichtbronnen omvatten voornamelijk: gepulseerde robijnlaser (Pulsed ruby ​​laser); continue argonionenlaser (CW argonionenlaser); continue koolstofdioxidelaser (CW CO2); yttrium aluminium granaat (Nd:YAG) laser. Omdat de continue koolstofdioxidelaser en de yttriumaluminiumgranaatlaser een bloedstollingseffect hebben bij het snijden van menselijk weefsel, worden ze het meest gebruikt bij algemene chirurgie.

De golflengte van lasers die bij medische behandelingen 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 primaire absorbeerder. Lasers kunnen niet alleen thermische effecten veroorzaken bij de absorptie van menselijk weefsel voor chirurgisch snijden en coaguleren, maar ook mechanische effecten veroorzaken.

Vooral nadat mensen de niet-lineaire mechanische effecten van lasers ontdekten, zoals het genereren van cavitatiebellen en drukgolven, werden lasers toegepast op fotodisruptietechnieken, zoals cataractchirurgie en chemische chirurgie voor het verpletteren van nierstenen. Lasers kunnen ook fotochemische effecten produceren om kankermedicijnen met lichtgevoelige mediatoren te sturen om medicijneffecten op specifieke weefselgebieden vrij te geven, zoals PDT-therapie. Laser gecombineerd met farmacokinetiek speelt een zeer belangrijke rol op het gebied van precisiegeneeskunde.

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

Sinds de jaren negentig is CCD (Charge-CoupledDevice) camera werd geïntroduceerd in minimaal invasieve chirurgie (Minimally Invasive Therapy, MIT), en optica had een kwalitatieve verandering in chirurgische toepassingen. De beeldeffecten van licht bij minimaal invasieve en open chirurgie omvatten voornamelijk endoscopen, microbeeldvormingssystemen en chirurgische holografische beeldvorming.

FlexibeleEndoscoop, inclusief 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.

OnbuigzaamEndoscoop, inclusief artroscopie, laparoscopie, thoracoscopie, ventriculoscopie, hysteroscopie, cystoscopie, otolinoscopie, enz.

Starre endoscopen hebben over het algemeen slechts een aantal vaste optische padhoeken waaruit u kunt kiezen, zoals 30 graden, 45 graden, 60 graden, enz.

Een miniatuur bodycamera is een beeldapparaat gebaseerd op een miniatuur CMOS- en CCD-technologieplatform. Bijvoorbeeld een capsule-endoscoop,PillCam. Het kan het spijsverteringsstelsel van het menselijk lichaam binnendringen om te controleren op laesies en de effecten van medicijnen te controleren.

De capsule-endoscoop

Chirurgische holografische microscoop, een beeldapparaat dat wordt gebruikt om 3D-beelden van fijn weefsel te observeren bij precisiechirurgie, zoals neurochirurgie voor craniotomie.

De chirurgische holografische microscoop

Samenvatten:

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

2. Dankzij de ontwikkeling van beeldvormingstechnologie heeft medische optische beeldvormingsapparatuur grote vooruitgang geboekt in de richting van hoge resolutie en miniaturisatie, waarmee de basis is gelegd voor minimaal invasieve en nauwkeurige chirurgie in vivo. Momenteel zijn dit de meest gebruikte medische beeldvormingsapparatenendoscopen, holografische beelden en micro-beeldvormingssystemen.