Dezvoltarea și aplicarea opticii a ajutat medicina modernă și științele vieții să intre într-o etapă de dezvoltare rapidă, cum ar fi chirurgia minim invazivă, terapia cu laser, diagnosticul bolilor, cercetarea biologică, analiza ADN-ului etc.

Chirurgie și farmacocinetică

Rolul opticii în chirurgie și farmacocinetică se manifestă în principal sub două aspecte: laser și iluminare și imagistică in vivo.

1. Aplicarea laserului ca sursă de energie

Conceptul de terapie cu laser a fost introdus în chirurgia ochilor în anii 1960. Când diferitele tipuri de lasere și proprietățile lor au fost recunoscute, terapia cu laser a fost rapid extinsă în alte domenii.

Diferite surse de lumină laser (gaz, solid etc.) pot emite lasere pulsate (Pulsed Lasers) și lasere continue (Continuous wave), care au efecte diferite asupra diferitelor țesuturi ale corpului uman. Aceste surse de lumină includ în principal: laser rubin pulsat (laser rubin pulsat); laser cu ioni de argon continuu (laser cu ioni de argon CW); laser continuu cu dioxid de carbon (CW CO2); Laser cu granat de ytriu aluminiu (Nd:YAG). Deoarece laserul continuu cu dioxid de carbon și laserul granat ytriu-aluminiu au efect de coagulare a sângelui atunci când tăiați țesutul uman, acestea sunt cele mai utilizate în chirurgia generală.

Lungimea de undă a laserelor utilizate în tratamentul medical este în general mai mare de 100 nm. Absorbția laserelor de diferite lungimi de undă în diferite țesuturi ale corpului uman este folosită pentru a-și extinde aplicațiile medicale. De exemplu, atunci când lungimea de undă a laserului este mai mare de 1um, apa este absorbantul principal. Laserele pot produce nu numai efecte termice în absorbția țesuturilor umane pentru tăierea și coagularea chirurgicală, dar produc și efecte mecanice.

Mai ales după ce oamenii au descoperit efectele mecanice neliniare ale laserelor, cum ar fi generarea de bule de cavitație și unde de presiune, laserele au fost aplicate tehnicilor de fotodisrupție, cum ar fi chirurgia cataractei și chirurgia chimică de zdrobire a pietrelor la rinichi. Laserele pot produce, de asemenea, efecte fotochimice pentru a ghida medicamentele împotriva cancerului cu mediatori fotosensibili pentru a elibera efectele medicamentului pe zone specifice de țesut, cum ar fi terapia PDT. Laserul combinat cu farmacocinetica joacă un rol foarte important în domeniul medicinei de precizie.

2. Utilizarea luminii ca instrument pentru iluminarea și imagistica in vivo

Din anii 1990, CCD (Charge-CoupledCamera Dispozitivului) a fost introdusă în chirurgia minim invazivă (Minimally Invasive Therapy, MIT), iar optica a avut o schimbare calitativă în aplicațiile chirurgicale. Efectele imagistice ale luminii în chirurgia minim invazivă și deschisă includ în principal endoscoape, sisteme de micro-imagini și imagistica holografică chirurgicală.

FlexibilEndoscop, inclusiv gastroenteroscop, duodenoscop, colonoscop, angioscop etc.

Calea optică a endoscopului

Calea optică a endoscopului include două sisteme independente și coordonate de iluminare și imagistică.

RigidEndoscop, inclusiv artroscopie, laparoscopie, toracoscopie, ventriculoscopie, histeroscopie, cistoscopie, otolinoscopie etc.

Endoscoapele rigide au, în general, doar câteva unghiuri fixe ale traseului optic, cum ar fi 30 de grade, 45 de grade, 60 de grade etc.

O cameră miniaturală corporală este un dispozitiv de imagistică bazat pe o platformă tehnologică CMOS și CCD în miniatură. De exemplu, un endoscop capsulă,PillCam. Poate intra în sistemul digestiv al corpului uman pentru a verifica leziunile și pentru a monitoriza efectele medicamentelor.

Endoscopul capsulei

Microscop holografic chirurgical, un dispozitiv de imagistică utilizat pentru a observa imagini 3D ale țesuturilor fine în intervenții chirurgicale de precizie, cum ar fi neurochirurgia pentru craniotomie.

Microscopul holografic chirurgical

Rezuma:

1. Datorită efectului termic, efectului mecanic, efectului de fotosensibilitate și altor efecte biologice ale laserului, este utilizat pe scară largă ca sursă de energie în chirurgia minim invazivă, tratamentul neinvaziv și terapia medicamentoasă țintită.

2. Datorită dezvoltării tehnologiei imagistice, echipamentele de imagistică optică medicală au făcut progrese mari în direcția rezoluției înalte și miniaturizării, punând bazele unei intervenții chirurgicale minim invazive și precise in vivo. În prezent, cele mai frecvent utilizate dispozitive de imagistică medicală includendoscoape, imagini holografice și sisteme de microimagini.