Vývoj a aplikácia optiky pomohla modernej medicíne a biologickým vedám vstúpiť do štádia rýchleho rozvoja, ako je miniinvazívna 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: laserom a in vivo osvetlením a zobrazovaním.

1. Aplikácia lasera ako zdroja energie

Koncept laserovej terapie sa do očnej chirurgie dostal v 60. rokoch minulého storočia. Keď boli rozpoznané rôzne typy laserov a ich vlastnosti, laserová terapia sa rýchlo rozšírila do iných oblastí.

Rôzne zdroje laserového svetla (plynové, pevné atď.) môžu vyžarovať pulzné lasery (Pulsed Lasers) a kontinuálne lasery (Continuous Wave), ktoré majú rôzne účinky na rôzne tkanivá ľudského tela. Medzi tieto svetelné zdroje patria najmä: pulzný rubínový laser (Pulzný rubínový laser); kontinuálny argónový iónový laser (CW argónový iónový laser); kontinuálny oxid uhličitý laser (CW CO2); ytriový aluminiový granátový (Nd:YAG) laser. Pretože kontinuálny laser s oxidom uhličitým a laser s ytriom a hliníkovým granátom majú účinok zrážania krvi pri rezaní ľudského tkaniva, najčastejšie sa používajú vo všeobecnej chirurgii.

Vlnová dĺžka laserov používaných pri liečbe je zvyčajne väčšia ako 100 nm. Absorpcia laserov rôznych vlnových dĺžok v rôznych tkanivách ľudského tela sa využíva na rozšírenie jeho medicínskych aplikácií. Napríklad, keď je vlnová dĺžka lasera väčšia ako 1 um, primárnym absorbérom je voda. Lasery môžu produkovať nielen tepelné účinky pri absorpcii ľudského tkaniva na chirurgické rezanie a koaguláciu, ale môžu vytvárať aj mechanické účinky.

Najmä potom, čo ľudia objavili nelineárne mechanické účinky laserov, ako je vytváranie kavitačných bublín a tlakových vĺn, boli lasery aplikované na techniky fotodisrupcie, ako je operácia sivého zákalu a chemická chirurgia drvenia obličkových kameňov. Lasery môžu tiež produkovať fotochemické účinky na vedenie liekov proti rakovine s fotosenzitívnymi mediátormi na uvoľnenie účinkov liekov na špecifické oblasti tkaniva, ako je terapia PDT. Laser v kombinácii s farmakokinetikou hrá veľmi dôležitú úlohu v oblasti presnej medicíny.

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

Od 90. rokov 20. storočia je CCD (Charge-CoupledPrístrojová) kamera bola zavedená do minimálne invazívnej chirurgie (Minimally Invasive Therapy, MIT) a optika mala kvalitatívnu zmenu v chirurgických aplikáciách. Zobrazovacie účinky svetla v minimálne invazívnej a otvorenej chirurgii zahŕňajú najmä endoskopy, mikrozobrazovacie systémy a chirurgické holografické zobrazovanie.

FlexibilnéEndoskop, vrátane gastroenteroskopu, duodenoskopu, kolonoskopu, angioskopu atď.

Optická dráha endoskopu

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

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

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

Kamera s miniatúrnym telom 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 sledoval účinky liekov.

Kapsulový endoskop

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

Chirurgický holografický mikroskop

zhrnúť:

1. Vďaka tepelnému efektu, mechanickému efektu, fotosenzitívnemu efektu a ďalším biologickým účinkom lasera je široko používaný ako zdroj energie v minimálne invazívnej chirurgii, neinvazívnej liečbe a cielenej medikamentóznej terapii.

2. Vďaka rozvoju zobrazovacej technológie dosiahli medicínske optické zobrazovacie zariadenia veľký pokrok v smere vysokého rozlíšenia a miniaturizácie, čím sa položil základ pre minimálne invazívnu a presnú chirurgiu in vivo. V súčasnosti medzi najčastejšie používané medicínske zobrazovacie zariadenia patríendoskopyholografické obrázky a mikrozobrazovacie systémy.