Rozwój i zastosowanie optyki pozwoliły współczesnej medycynie i naukom przyrodniczym wejść w fazę szybkiego rozwoju w takich dziedzinach jak chirurgia małoinwazyjna, terapia laserowa, diagnostyka chorób, badania biologiczne, analiza DNA itp.

Chirurgia i farmakokinetyka

Rola optyki w chirurgii i farmakokinetyce ujawnia się głównie w dwóch aspektach: laserowym oraz w oświetleniu i obrazowaniu in vivo.

1. Zastosowanie lasera jako źródła energii

Koncepcja terapii laserowej została wprowadzona do chirurgii oka w latach 60. XX wieku. Wraz z odkryciem różnych typów laserów i ich właściwości, terapia laserowa szybko rozszerzyła się na inne dziedziny.

Różne źródła światła laserowego (gazowe, stałe itp.) mogą emitować lasery impulsowe (lasery impulsowe) i lasery ciągłe (fala ciągła), które mają odmienny wpływ na różne tkanki ludzkiego ciała. Do tych źródeł światła należą głównie: impulsowy laser rubinowy (impulsowy laser rubinowy); ciągły laser argonowo-jonowy (laser argonowo-jonowy CW); ciągły laser CO2 (laser CW CO2); laser itrowo-glinowo-granatowy (Nd:YAG). Ponieważ ciągły laser CO2 i laser itrowo-glinowo-granatowy wywołują krzepnięcie krwi podczas cięcia tkanek ludzkich, są one najczęściej stosowane w chirurgii ogólnej.

Długość fali laserów stosowanych w leczeniu jest zazwyczaj większa niż 100 nm. Absorpcja laserów o różnych długościach fali w różnych tkankach ludzkiego ciała jest wykorzystywana do rozszerzenia ich zastosowań medycznych. Na przykład, gdy długość fali lasera jest większa niż 1 µm, głównym absorbentem jest woda. Lasery mogą nie tylko generować efekty termiczne w absorpcji tkanek ludzkich w celu cięcia chirurgicznego i koagulacji, ale także generować efekty mechaniczne.

Zwłaszcza po odkryciu nieliniowych efektów mechanicznych laserów, takich jak generowanie pęcherzyków kawitacyjnych i fal ciśnienia, lasery zaczęto stosować w technikach fotodysrupcji, takich jak chirurgia zaćmy i chemiczna chirurgia kruszenia kamieni nerkowych. Lasery mogą również generować efekty fotochemiczne, aby kierować leki przeciwnowotworowe za pomocą światłoczułych mediatorów, uwalniając ich działanie na określone obszary tkanek, na przykład w terapii fotodynamicznej (PDT). Połączenie lasera z farmakokinetyką odgrywa bardzo ważną rolę w medycynie precyzyjnej.

2. Wykorzystanie światła jako narzędzia do oświetlenia i obrazowania in vivo

Od lat 90. XX wieku CCD (Charge-CoupledKamera Device) została wprowadzona do chirurgii minimalnie inwazyjnej (Minimally Invasive Therapy, MIT), a optyka przyniosła jakościową zmianę w zastosowaniach chirurgicznych. Efekty obrazowania światłem w chirurgii minimalnie inwazyjnej i otwartej obejmują głównie endoskopy, systemy mikroobrazowania oraz chirurgiczne obrazowanie holograficzne.

ElastycznyEndoskop, w tym gastroenteroskop, duodenoskop, kolonoskop, angioskop itp.

Droga optyczna endoskopu

Tor optyczny endoskopu obejmuje dwa niezależne i skoordynowane systemy oświetlenia i obrazowania.

SztywnyEndoskopw tym artroskopia, laparoskopia, torakoskopia, wentrykuloskopia, histeroskopia, cystoskopia, otolinoskopia itp.

Sztywne endoskopy zazwyczaj oferują możliwość wyboru tylko kilku stałych kątów ścieżki optycznej, np. 30 stopni, 45 stopni, 60 stopni itd.

Miniaturowa kamera nasobna to urządzenie obrazujące oparte na platformie technologii miniaturowych matryc CMOS i CCD. Na przykład endoskop kapsułkowy,PillCam. Umożliwia wniknięcie do układu pokarmowego człowieka w celu wykrycia zmian chorobowych i monitorowania działania leków.

Kapsułka endoskopowa

Chirurgiczny mikroskop holograficzny – urządzenie obrazowe służące do obserwacji trójwymiarowych obrazów drobnych tkanek w chirurgii precyzyjnej, np. w neurochirurgii podczas kraniotomii.

Chirurgiczny mikroskop holograficzny

Streszczać:

1. Ze względu na efekt termiczny, efekt mechaniczny, efekt nadwrażliwości na światło i inne efekty biologiczne lasera, jest on szeroko stosowany jako źródło energii w chirurgii małoinwazyjnej, leczeniu nieinwazyjnym i ukierunkowanej terapii farmakologicznej.

2. Dzięki rozwojowi technologii obrazowania, medyczny sprzęt do obrazowania optycznego poczynił ogromne postępy w kierunku wysokiej rozdzielczości i miniaturyzacji, kładąc podwaliny pod minimalnie inwazyjną i precyzyjną chirurgię in vivo. Obecnie do najczęściej stosowanych urządzeń do obrazowania medycznego należą:endoskopy, obrazy holograficzne i systemy mikroobrazowania.