O desenvolvimento e a aplicação da óptica ajudaram a medicina moderna e as ciências da vida a entrar em uma fase de rápido desenvolvimento, como cirurgia minimamente invasiva, terapia a laser, diagnóstico de doenças, pesquisa biológica, análise de DNA, etc.

Cirurgia e Farmacocinética

O papel da óptica na cirurgia e na farmacocinética se manifesta principalmente em dois aspectos: laser e iluminação e formação de imagens in vivo.

1. Aplicação do laser como fonte de energia

O conceito de terapia a laser foi introduzido na cirurgia ocular na década de 1960. Quando os diferentes tipos de lasers e suas propriedades foram reconhecidos, a terapia a laser expandiu-se rapidamente para outras áreas.

Diferentes fontes de luz laser (gasosas, sólidas, etc.) podem emitir lasers pulsados ​​(lasers de pulso) e lasers contínuos (lasers de onda contínua), que têm efeitos diferentes em diferentes tecidos do corpo humano. Essas fontes de luz incluem principalmente: laser de rubi pulsado (laser de rubi pulsado); laser de íon argônio contínuo (laser de íon argônio CW); laser de dióxido de carbono contínuo (laser de CO2 CW); laser de ítrio-alumínio-granada (Nd:YAG). Como o laser de dióxido de carbono contínuo e o laser de ítrio-alumínio-granada têm efeito de coagulação sanguínea ao cortar tecido humano, eles são amplamente utilizados em cirurgia geral.

O comprimento de onda dos lasers usados ​​em tratamentos médicos geralmente é superior a 100 nm. A absorção de lasers de diferentes comprimentos de onda em diferentes tecidos do corpo humano é explorada para ampliar suas aplicações médicas. Por exemplo, quando o comprimento de onda do laser é superior a 1 µm, a água é o principal absorvedor. Os lasers podem produzir não apenas efeitos térmicos na absorção em tecidos humanos para cortes cirúrgicos e coagulação, mas também efeitos mecânicos.

Especialmente após a descoberta dos efeitos mecânicos não lineares dos lasers, como a geração de bolhas de cavitação e ondas de pressão, os lasers passaram a ser aplicados em técnicas de fotodisrupção, como cirurgia de catarata e cirurgia química para fragmentação de cálculos renais. Os lasers também podem produzir efeitos fotoquímicos para direcionar medicamentos contra o câncer com mediadores fotossensíveis, liberando seus efeitos em áreas específicas do tecido, como na terapia fotodinâmica (PDT). A combinação de laser com farmacocinética desempenha um papel fundamental no campo da medicina de precisão.

2. O uso da luz como ferramenta para iluminação e imagem in vivo

Desde a década de 1990, os CCDs (dispositivos de carga acoplada)A introdução de câmeras em dispositivos de imagem na cirurgia minimamente invasiva (Terapia Minimamente Invasiva, MIT) trouxe uma mudança qualitativa para as aplicações cirúrgicas na área óptica. Os efeitos da luz na formação de imagens em cirurgias minimamente invasivas e abertas incluem principalmente endoscópios, sistemas de microimagem e imagens holográficas cirúrgicas.

FlexívelEndoscópio, incluindo gastroenteroscópio, duodenoscópio, colonoscópio, angioscópio, etc.

O trajeto óptico do endoscópio

O percurso óptico do endoscópio inclui dois sistemas independentes e coordenados de iluminação e formação de imagens.

RígidoEndoscópio, incluindo artroscopia, laparoscopia, toracoscopia, ventriculoscopia, histeroscopia, cistoscopia, otolinoscopia, etc.

Os endoscópios rígidos geralmente possuem apenas alguns ângulos de trajetória óptica fixos para escolher, como 30 graus, 45 graus, 60 graus, etc.

Uma câmera corporal em miniatura é um dispositivo de imagem baseado em uma plataforma de tecnologia CMOS e CCD miniaturizada. Por exemplo, uma cápsula endoscópica,PillCam. Ela consegue entrar no sistema digestivo do corpo humano para verificar lesões e monitorar os efeitos de medicamentos.

A cápsula endoscópica

O microscópio holográfico cirúrgico é um dispositivo de imagem usado para observar imagens 3D de tecidos delicados em cirurgias de precisão, como neurocirurgia para craniotomia.

O microscópio holográfico cirúrgico

Resumir:

1. Devido ao efeito térmico, efeito mecânico, efeito de fotossensibilidade e outros efeitos biológicos do laser, ele é amplamente utilizado como fonte de energia em cirurgias minimamente invasivas, tratamentos não invasivos e terapia medicamentosa direcionada.

2. Devido ao desenvolvimento da tecnologia de imagem, os equipamentos de imagem óptica médica têm apresentado grandes avanços em direção à alta resolução e miniaturização, estabelecendo as bases para cirurgias minimamente invasivas e precisas in vivo. Atualmente, os dispositivos de imagem médica mais comumente utilizados incluem:endoscópios, imagens holográficas e sistemas de microimagem.