Развитие и применение оптики способствовали стремительному развитию современной медицины и биологических наук, таких как малоинвазивная хирургия, лазерная терапия, диагностика заболеваний, биологические исследования, анализ ДНК и т. д.

Хирургия и фармакокинетика

Роль оптики в хирургии и фармакокинетике проявляется главным образом в двух аспектах: лазерное и прижизненное освещение и визуализация.

1. Применение лазера в качестве источника энергии.

Концепция лазерной терапии была внедрена в офтальмологическую хирургию в 1960-х годах. После того, как были изучены различные типы лазеров и их свойства, лазерная терапия быстро распространилась и на другие области.

Различные источники лазерного излучения (газ, твердое тело и т. д.) могут излучать импульсные лазеры (импульсные лазеры) и непрерывные лазеры (непрерывные волны), которые оказывают различное воздействие на разные ткани человеческого организма. К этим источникам излучения относятся: импульсный рубиновый лазер (импульсный рубиновый лазер); непрерывный аргоновый ионный лазер (непрерывный аргоновый ионный лазер); непрерывный углекислотный лазер (непрерывный CO2-лазер); иттрий-алюминиевый гранатовый лазер (Nd:YAG-лазер). Поскольку непрерывный углекислотный лазер и иттрий-алюминиевый гранатовый лазер обладают эффектом коагуляции крови при рассечении тканей человека, они наиболее широко используются в общей хирургии.

Длина волны лазеров, используемых в медицине, обычно превышает 100 нм. Поглощение лазерного излучения различной длины волны различными тканями человеческого организма расширяет возможности его применения в медицине. Например, когда длина волны лазера превышает 1 мкм, основным поглотителем является вода. Лазеры могут не только вызывать тепловые эффекты в тканях человека при хирургическом рассечении и коагуляции, но и оказывать механическое воздействие.

В частности, после открытия нелинейных механических эффектов лазеров, таких как образование кавитационных пузырьков и ударных волн, лазеры стали применяться в методах фотодеструкции, например, в хирургии катаракты и химической хирургии для дробления камней в почках. Лазеры также могут создавать фотохимические эффекты для направленного воздействия противораковых препаратов с фоточувствительными медиаторами на определенные участки тканей, например, при фотодинамической терапии (ФДТ). Сочетание лазера и фармакокинетики играет очень важную роль в области прецизионной медицины.

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

Начиная с 1990-х годов, используются ПЗС-матрицы (Charge-Coupled).В малоинвазивную хирургию (МИН) была внедрена камера, и оптика претерпела качественные изменения в хирургическом применении. Эффекты визуализации с помощью света в малоинвазивной и открытой хирургии в основном включают эндоскопы, системы микровизуализации и хирургическую голографическую визуализацию.

ГибкийЭндоскопвключая гастроэнтероскоп, дуоденоскоп, колоноскоп, ангиоскоп и т. д.

Оптический тракт эндоскопа

Оптический тракт эндоскопа включает в себя две независимые и скоординированные системы освещения и получения изображения.

ЖесткийЭндоскопвключая артроскопию, лапароскопию, торакоскопию, вентрикулоскопию, гистероскопию, цистоскопию, отолиноскопию и т. д.

Жесткие эндоскопы, как правило, имеют лишь несколько фиксированных углов оптического пути на выбор, таких как 30 градусов, 45 градусов, 60 градусов и т. д.

Миниатюрная нательная камера — это устройство визуализации, основанное на миниатюрной технологической платформе CMOS и CCD. Например, капсульный эндоскоп.PillCam. Он может проникать в пищеварительную систему человека для проверки на наличие поражений и мониторинга действия лекарственных препаратов.

Капсульный эндоскоп

Хирургический голографический микроскоп — это устройство визуализации, используемое для наблюдения трехмерных изображений тонких тканей в высокоточной хирургии, например, в нейрохирургии при краниотомии.

Хирургический голографический микроскоп

Вкратце:

1. Благодаря термическому, механическому, фоточувствительному 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 оптическое оборудование для визуализации значительно продвинулось в направлении высокого разрешения и миниатюризации, заложив основу для малоинвазивной и точной хирургии in vivo. В настоящее время наиболее часто используемые медицинские устройства для визуализации включают в себя:эндоскопыголографические изображения и системы микроизображения.