Развитие и применение оптики помогли современной медицине и наукам о жизни выйти на этап бурного развития, таким как малоинвазивная хирургия, лазерная терапия, диагностика заболеваний, биологические исследования, анализ ДНК и т. д.

Хирургия и фармакокинетика

Роль оптики в хирургии и фармакокинетике в основном проявляется в двух аспектах: лазерном и прижизненном освещении и визуализации.

1. Применение лазера в качестве источника энергии

Концепция лазерной терапии была введена в глазную хирургию в 1960-х годах. Когда были признаны различные типы лазеров и их свойства, лазерная терапия быстро распространилась на другие области.

Различные источники лазерного света (газовые, твердотельные и т. д.) могут излучать импульсные лазеры (Pulsed Lasers) и непрерывные лазеры (Continuation wave), которые по-разному воздействуют на разные ткани человеческого организма. К таким источникам света в основном относятся: импульсный рубиновый лазер (Pulsed Ruby Laser); непрерывный лазер на ионах аргона (аргон-ионный лазер непрерывного действия); углекислотный лазер непрерывного действия (CW CO2); Лазер на иттрий-алюминиевом гранате (Nd:YAG). Поскольку непрерывный лазер на углекислом газе и лазер на иттрий-алюминиевом гранате обладают эффектом коагуляции крови при разрезе тканей человека, они наиболее широко используются в общей хирургии.

Длина волны лазеров, используемых в медицине, обычно превышает 100 нм. Поглощение лазеров разных длин волн в разных тканях человеческого тела используется для расширения его медицинских применений. Например, когда длина волны лазера превышает 1 мкм, вода является основным поглотителем. Лазеры могут не только оказывать тепловое воздействие на абсорбцию тканей человека для хирургической резки и коагуляции, но также оказывать механическое воздействие.

Особенно после того, как люди открыли нелинейные механические эффекты лазеров, такие как генерация кавитационных пузырьков и волн давления, лазеры стали применяться в методах фоторазрушения, таких как хирургия катаракты и химическая хирургия по дроблению камней в почках. Лазеры также могут оказывать фотохимическое воздействие, направляя лекарства от рака с помощью светочувствительных медиаторов для воздействия лекарств на определенные участки тканей, например, при ФДТ-терапии. Лазер в сочетании с фармакокинетикой играет очень важную роль в области точной медицины.

2. Использование света в качестве инструмента для освещения и визуализации in vivo.

С 1990-х годов ПЗС (зарядовая связь)Устройство) камера была внедрена в малоинвазивную хирургию (Minimally Invasive Therapy, MIT), а оптика качественно изменилась в хирургических приложениях. Эффекты визуализации света в минимально инвазивной и открытой хирургии в основном включают эндоскопы, системы микровизуализации и хирургическую голографическую визуализацию.

ГибкийЭндоскоп, в том числе гастроэнтероскоп, дуоденоскоп, колоноскоп, ангиоскоп и т. д.

Оптический путь эндоскопа

Оптический путь эндоскопа включает две независимые и скоординированные системы освещения и визуализации.

ЖесткийЭндоскоп, в том числе артроскопия, лапароскопия, торакоскопия, вентрикулоскопия, гистероскопия, цистоскопия, отолиноскопия и др.

Жесткие эндоскопы обычно имеют на выбор только несколько фиксированных углов оптического пути, например 30 градусов, 45 градусов, 60 градусов и т. д.

Миниатюрная нательная камера — это устройство формирования изображения, основанное на миниатюрной технологической платформе CMOS и CCD. Например, капсульный эндоскоп.Таблетка Кам. Он может проникать в пищеварительную систему человеческого организма, чтобы проверять наличие повреждений и контролировать действие лекарств.

Капсульный эндоскоп.

Хирургический голографический микроскоп, устройство визуализации, используемое для наблюдения трехмерных изображений тонких тканей в точной хирургии, такой как нейрохирургия при краниотомии.

Хирургический голографический микроскоп

Подведите итог:

1. Благодаря тепловому эффекту, механическому эффекту, эффекту фоточувствительности и другим биологическим эффектам лазера он широко используется в качестве источника энергии в малоинвазивной хирургии, неинвазивном лечении и таргетной лекарственной терапии.

2. Благодаря развитию технологий визуализации медицинское оборудование для оптической визуализации добилось большого прогресса в направлении высокого разрешения и миниатюризации, заложив основу для минимально инвазивной и точной хирургии in vivo. В настоящее время наиболее часто используемые устройства медицинской визуализации включают в себя:эндоскопы, голографические изображения и системы микроизображения.