Utviklingen og anvendelsen av optikk har hjulpet moderne medisin og biovitenskap inn i et stadium av rask utvikling, som minimalt invasiv kirurgi, laserterapi, sykdomsdiagnose, biologisk forskning, DNA-analyse, etc.

Kirurgi og farmakokinetikk

Rollen til optikk i kirurgi og farmakokinetikk er hovedsakelig manifestert i to aspekter: laser og in vivo belysning og bildebehandling.

1. Anvendelse av laser som energikilde

Konseptet med laserterapi ble introdusert i øyekirurgi på 1960-tallet. Da de forskjellige typene lasere og deres egenskaper ble anerkjent, ble laserterapi raskt utvidet til andre felt.

Ulike laserlyskilder (gass, fast stoff, etc.) kan sende ut pulserende lasere (Pulsed Lasers) og kontinuerlige lasere (Continuous wave), som har forskjellige effekter på forskjellige vev i menneskekroppen. Disse lyskildene inkluderer hovedsakelig: pulsed ruby-laser (Pulsed ruby-laser); kontinuerlig argon ion laser (CW argon ion laser); kontinuerlig karbondioksidlaser (CW CO2); yttrium aluminium granat (Nd:YAG) laser. Fordi kontinuerlig karbondioksidlaser og yttriumaluminium granatlaser har blodkoagulasjonseffekt ved kutting av menneskelig vev, er de mest brukt i generell kirurgi.

Bølgelengden til lasere som brukes i medisinsk behandling er generelt større enn 100 nm. Absorpsjonen av lasere med forskjellige bølgelengder i forskjellige vev i menneskekroppen brukes til å utvide medisinske anvendelser. For eksempel, når bølgelengden til laseren er større enn 1um, er vann den primære absorberen. Lasere kan ikke bare produsere termiske effekter i menneskelig vevsabsorpsjon for kirurgisk skjæring og koagulering, men produserer også mekaniske effekter.

Spesielt etter at folk oppdaget de ikke-lineære mekaniske effektene av lasere, som generering av kavitasjonsbobler og trykkbølger, ble lasere brukt på fotoforstyrrelsesteknikker, som kataraktkirurgi og kjemisk kirurgi for knusing av nyrestein. Lasere kan også produsere fotokjemiske effekter for å veilede kreftmedisiner med lysfølsomme mediatorer for å frigjøre medikamenteffekter på spesifikke vevsområder, for eksempel PDT-terapi. Laser kombinert med farmakokinetikk spiller en svært viktig rolle innen presisjonsmedisin.

2. Bruk av lys som verktøy for in vivo belysning og bildebehandling

Siden 1990-tallet har CCD (Charge-CoupledDevice) kamera ble introdusert i minimalt invasiv kirurgi (Minimally Invasive Therapy, MIT), og optikk hadde en kvalitativ endring i kirurgiske applikasjoner. Bildeeffektene av lys i minimalt invasiv og åpen kirurgi inkluderer hovedsakelig endoskoper, mikroavbildningssystemer og kirurgisk holografisk avbildning.

FleksibelEndoskop, inkludert gastroenteroskop, duodenoskop, koloskop, angioskop, etc.

Den optiske banen til endoskopet

Den optiske banen til endoskopet inkluderer to uavhengige og koordinerte systemer for belysning og bildebehandling.

StivEndoskop, inkludert artroskopi, laparoskopi, torakoskopi, ventrikuloskopi, hysteroskopi, cystoskopi, otolinoskopi, etc.

Stive endoskoper har vanligvis bare flere faste optiske banevinkler å velge mellom, for eksempel 30 grader, 45 grader, 60 grader, etc.

Et kroppskamera i miniatyr er en bildeenhet basert på en miniatyr CMOS- og CCD-teknologiplattform. For eksempel et kapselendoskop,PillCam. Det kan komme inn i fordøyelsessystemet til menneskekroppen for å se etter lesjoner og overvåke effekten av medikamenter.

Kapselendoskopet

Kirurgisk holografisk mikroskop, en bildebehandlingsenhet som brukes til å observere 3D-bilder av fint vev i presisjonskirurgi, for eksempel nevrokirurgi for kraniotomi.

Det kirurgiske holografiske mikroskopet

Oppsummer:

1. På grunn av den termiske effekten, mekaniske effekten, lysfølsomhetseffekten og andre biologiske effekter av laseren, er den mye brukt som energikilde i minimalt invasiv kirurgi, ikke-invasiv behandling og målrettet medikamentell behandling.

2. På grunn av utviklingen av bildeteknologi har medisinsk optisk bildebehandlingsutstyr gjort store fremskritt i retning av høy oppløsning og miniatyrisering, og legger grunnlaget for minimalt invasiv og presis kirurgi in vivo. For tiden inkluderer de mest brukte medisinske bildebehandlingsutstyrendoskoper, holografiske bilder og mikrobildesystemer.