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

Kirurgi og farmakokinetikk

Optikkens rolle i kirurgi og farmakokinetikk manifesterer seg hovedsakelig i to aspekter: laser og in vivo-belysning og avbildning.

1. Bruk av laser som energikilde

Konseptet laserterapi ble introdusert i øyekirurgi på 1960-tallet. Da de ulike lasertypene og deres egenskaper ble anerkjent, ble laserterapi raskt utvidet til andre felt.

Ulike laserlyskilder (gass, fast stoff osv.) kan sende ut pulserende lasere (pulserende lasere) og kontinuerlige lasere (kontinuerlig bølge), som har ulik effekt på forskjellige vev i menneskekroppen. Disse lyskildene inkluderer hovedsakelig: pulserende rubinlaser (pulserende rubinlaser); kontinuerlig argonionlaser (CW argonionlaser); kontinuerlig karbondioksidlaser (CW CO2); yttriumaluminiumgranatlaser (Nd:YAG). Fordi kontinuerlig karbondioksidlaser og yttriumaluminiumgranatlaser har blodkoagulerende effekt ved skjæring i menneskelig vev, er de mest brukt i generell kirurgi.

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

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

2. Bruk av lys som et verktøy for in vivo-belysning og avbildning

Siden 1990-tallet har CCD (ladningskoblet(Enhetskamera) ble introdusert i minimalt invasiv kirurgi (Minimalt invasiv terapi, MIT), og optikken hadde en kvalitativ endring i kirurgiske anvendelser. De avbildende effektene av lys i minimalt invasiv og åpen kirurgi inkluderer hovedsakelig endoskoper, mikroavbildningssystemer og kirurgisk holografisk avbildning.

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

Endoskopets optiske bane

Endoskopets optiske bane omfatter to uavhengige og koordinerte systemer for belysning og avbildning.

StivEndoskop, inkludert artroskopi, laparoskopi, thorakoskopi, 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 osv.

Et miniatyrkroppskamera er en bildebehandlingsenhet basert på en miniatyr CMOS- og CCD-teknologiplattform. For eksempel et kapselendoskop,PillCam. Den kan komme inn i fordøyelsessystemet i menneskekroppen for å sjekke om det er lesjoner og overvåke effekten av legemidler.

Kapselendoskopet

Kirurgisk holografisk mikroskop , en avbildningsenhet 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 laserens termiske effekt, mekaniske effekt, lysfølsomhetseffekt og andre biologiske effekter, er den mye brukt som energikilde i minimalt invasiv kirurgi, ikke-invasiv behandling og målrettet medikamentell behandling.

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