Vývoj a aplikácia optiky pomohli modernej medicíne a biologickým vedám vstúpiť do fázy rýchleho rozvoja, ako je minimálne invazívna chirurgia, laserová terapia, diagnostika chorôb, biologický výskum, analýza DNA atď.

Chirurgia a farmakokinetika

Úloha optiky v chirurgii a farmakokinetike sa prejavuje najmä v dvoch aspektoch: laserové a in vivo osvetlenie a zobrazovanie.

1. Použitie laseru ako zdroja energie

Koncept laserovej terapie bol zavedený do očnej chirurgie v 60. rokoch 20. storočia. Keď boli rozpoznané rôzne typy laserov a ich vlastnosti, laserová terapia sa rýchlo rozšírila do ďalších oblastí.

Rôzne zdroje laserového svetla (plyn, tuhé látky atď.) môžu vyžarovať pulzné lasery (pulzné lasery) a kontinuálne lasery (kontinuálna vlna), ktoré majú rôzne účinky na rôzne tkanivá ľudského tela. Medzi tieto zdroje svetla patria najmä: pulzný rubínový laser (pulzný rubínový laser); kontinuálny argónový iónový laser (CW argónový iónový laser); kontinuálny laser s oxidom uhličitým (CW CO2); ytriovo-hlinitý granátový laser (Nd:YAG). Pretože kontinuálny laser s oxidom uhličitým a ytriovo-hlinitý granátový laser majú pri rezaní ľudského tkaniva účinok zrážania krvi, najčastejšie sa používajú vo všeobecnej chirurgii.

Vlnová dĺžka laserov používaných v medicíne je vo všeobecnosti väčšia ako 100 nm. Absorpcia laserov rôznych vlnových dĺžok v rôznych tkanivách ľudského tela sa využíva na rozšírenie ich medicínskych aplikácií. Napríklad, keď je vlnová dĺžka laseru väčšia ako 1 μm, primárnym absorbérom je voda. Lasery môžu nielen vytvárať tepelné účinky v ľudskom tkanive pri chirurgickom rezaní a koagulácii, ale aj mechanické účinky.

Najmä po objavení nelineárnych mechanických účinkov laserov, ako je generovanie kavitačných bublín a tlakových vĺn, sa lasery začali používať v technikách fotodisrupcie, ako je operácia katarakty a chemická chirurgia drvenia obličkových kameňov. Lasery môžu tiež produkovať fotochemické účinky na vedenie liekov proti rakovine s fotosenzitívnymi mediátormi k uvoľneniu účinkov liekov na špecifické oblasti tkaniva, ako je napríklad PDT terapia. Laser v kombinácii s farmakokinetikou zohráva veľmi dôležitú úlohu v oblasti presnej medicíny.

2. Použitie svetla ako nástroja na osvetlenie a zobrazovanie in vivo

Od 90. rokov 20. storočia sa používali CCD (Charge-CoupledZariadenie) kamera bola zavedená do minimálne invazívnej chirurgie (minimálne invazívna terapia, MIT) a optika priniesla kvalitatívnu zmenu v chirurgických aplikáciách. Zobrazovacie účinky svetla v minimálne invazívnej a otvorenej chirurgii zahŕňajú najmä endoskopy, mikrozobrazovacie systémy a chirurgické holografické zobrazovanie.

FlexibilnéEndoskopvrátane gastroenteroskopu, duodenoskopu, kolonoskopu, angioskopu atď.

Optická dráha endoskopu

Optická dráha endoskopu zahŕňa dva nezávislé a koordinované systémy osvetlenia a zobrazovania.

PevnýEndoskopvrátane artroskopie, laparoskopie, torakoskopie, ventrikuloskopie, hysteroskopie, cystoskopie, otolinoskopie atď.

Pevné endoskopy majú vo všeobecnosti na výber iba niekoľko pevných uhlov optickej dráhy, napríklad 30 stupňov, 45 stupňov, 60 stupňov atď.

Miniatúrna telová kamera je zobrazovacie zariadenie založené na miniatúrnej technologickej platforme CMOS a CCD. Napríklad kapsulový endoskop,PillCam. Môže vstúpiť do tráviaceho systému ľudského tela, aby skontroloval lézie a monitoroval účinky liekov.

Kapsulový endoskop

Chirurgický holografický mikroskop, zobrazovacie zariadenie používané na pozorovanie 3D obrazov jemného tkaniva v presnej chirurgii, ako je neurochirurgia pri kraniotómii.

Chirurgický holografický mikroskop

Zhrnúť:

1. Vďaka tepelnému účinku, mechanickému účinku, fotosenzitívnemu účinku a ďalším biologickým účinkom laseru sa široko používa ako zdroj energie v minimálne invazívnej chirurgii, neinvazívnej liečbe a cielenej farmakoterapii.

2. Vďaka rozvoju zobrazovacej technológie dosiahli lekárske optické zobrazovacie zariadenia veľký pokrok smerom k vysokému rozlíšeniu a miniaturizácii, čím položili základy pre minimálne invazívnu a presnú chirurgiu in vivo. V súčasnosti medzi najčastejšie používané lekárske zobrazovacie zariadenia patriaendoskopy, holografické obrazy a mikrozobrazovacie systémy.