Utvecklingen och tillämpningen av optik har hjälpt modern medicin och livsvetenskaper att komma in i ett skede av snabb utveckling, såsom minimalinvasiv kirurgi, laserterapi, sjukdomsdiagnostik, biologisk forskning, DNA-analys etc.

Kirurgi och farmakokinetik

Optikens roll inom kirurgi och farmakokinetik manifesteras huvudsakligen i två aspekter: laser och in vivo-belysning och avbildning.

1. Användning av laser som energikälla

Konceptet laserterapi introducerades inom ögonkirurgi på 1960-talet. När de olika typerna av lasrar och deras egenskaper blev erkända, expanderade laserterapin snabbt till andra områden.

Olika laserljuskällor (gas, fast material, etc.) kan avge pulserade lasrar (Pulsed Lasers) och kontinuerliga lasrar (Continuous Wave), vilka har olika effekter på olika vävnader i människokroppen. Dessa ljuskällor inkluderar huvudsakligen: pulserad rubinlaser (Pulsed Ruby Laser); kontinuerlig argonjonlaser (CW argonjonlaser); kontinuerlig koldioxidlaser (CW CO2); yttriumaluminiumgranatlaser (Nd:YAG). Eftersom kontinuerlig koldioxidlaser och yttriumaluminiumgranatlaser har blodkoagulationseffekt vid skärning av mänsklig vävnad, används de mest inom allmän kirurgi.

Våglängden för lasrar som används vid medicinsk behandling är generellt större än 100 nm. Absorptionen av lasrar med olika våglängder i olika vävnader i människokroppen används för att utöka dess medicinska tillämpningar. Till exempel, när laserns våglängd är större än 1 µm, är vatten den primära absorbatorn. Lasrar kan inte bara producera termiska effekter vid absorption av mänsklig vävnad för kirurgisk skärning och koagulering, utan också producera mekaniska effekter.

Särskilt efter att man upptäckt lasrarnas ickelinjära mekaniska effekter, såsom generering av kavitationsbubblor och tryckvågor, användes lasrar för fotostörningstekniker, såsom kataraktkirurgi och kemisk kirurgi för att krossa njursten. Lasrar kan också producera fotokemiska effekter för att styra cancerläkemedel med ljuskänsliga mediatorer för att frigöra läkemedelseffekter på specifika vävnadsområden, såsom PDT-behandling. Laser i kombination med farmakokinetik spelar en mycket viktig roll inom precisionsmedicin.

2. Användningen av ljus som ett verktyg för in vivo-belysning och avbildning

Sedan 1990-talet har CCD (laddningskopplad(Enhetskamera) introducerades inom minimalinvasiv kirurgi (Minimally Invasive Therapy, MIT), och optiken genomgick en kvalitativ förändring i kirurgiska tillämpningar. Ljusets avbildningseffekter inom minimalinvasiv och öppen kirurgi inkluderar huvudsakligen endoskop, mikroavbildningssystem och kirurgisk holografisk avbildning.

FlexibelEndoskop, inklusive gastroenteroskop, duodenoskop, koloskop, angioskop, etc.

Endoskopets optiska väg

Endoskopets optiska väg omfattar två oberoende och samordnade system för belysning och avbildning.

StelEndoskop, inklusive artroskopi, laparoskopi, torakoskopi, ventrikuloskopi, hysteroskopi, cystoskopi, otolinoskopi, etc.

Stela endoskop har i allmänhet bara flera fasta optiska vägvinklar att välja mellan, såsom 30 grader, 45 grader, 60 grader, etc.

En miniatyrkroppskamera är en avbildningsenhet baserad på en miniatyr CMOS- och CCD-teknikplattform. Till exempel ett kapselendoskop,PillCam. Den kan komma in i människokroppens matsmältningssystem för att kontrollera om det finns lesioner och övervaka effekterna av läkemedel.

Kapselendoskopet

Kirurgiskt holografiskt mikroskop , en avbildningsenhet som används för att observera 3D-bilder av fin vävnad vid precisionskirurgi, såsom neurokirurgi för kraniotomi.

Det kirurgiska holografiska mikroskopet

Sammanfatta:

1. På grund av laserns termiska effekt, mekaniska effekt, ljuskänslighetseffekt och andra biologiska effekter används den i stor utsträckning som energikälla vid minimalinvasiv kirurgi, icke-invasiv behandling och riktad läkemedelsbehandling.

2. Tack vare utvecklingen av bildteknik har medicinsk optisk avbildningsutrustning gjort stora framsteg i riktning mot hög upplösning och miniatyrisering, vilket lägger grunden för minimalinvasiv och precis kirurgi in vivo. För närvarande inkluderar de vanligaste medicinska avbildningsapparaternaendoskop, holografiska bilder och mikroavbildningssystem.