Utvecklingen och tillämpningen av optik har hjälpt modern medicin och biovetenskap att gå 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 bildbehandling.

1. Användning av laser som energikälla

Konceptet laserterapi introducerades i ögonkirurgi på 1960-talet. När de olika typerna av lasrar och deras egenskaper erkändes utvidgades laserterapin snabbt till andra områden.

Olika laserljuskällor (gas, fast, etc.) kan avge pulsade lasrar (Pulsed Lasers) och kontinuerliga lasrar (Continuous wave), som har olika effekter på olika vävnader i människokroppen. Dessa ljuskällor inkluderar huvudsakligen: pulserad rubinlaser (pulserad rubinlaser); kontinuerlig argonjonlaser (CW argonjonlaser); kontinuerlig koldioxidlaser (CW CO2); yttriumaluminium granat (Nd:YAG) laser. Eftersom kontinuerlig koldioxidlaser och granatlaser av yttriumaluminium har blodkoagulationseffekt vid skärning av mänsklig vävnad, används de mest inom allmän kirurgi.

Våglängden på lasrar som används vid medicinsk behandling är i allmänhet 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 1um, är vatten den primära absorbatorn. Lasrar kan inte bara producera termiska effekter i mänsklig vävnadsabsorption för kirurgisk skärning och koagulering, utan också producera mekaniska effekter.

Speciellt efter att människor upptäckt de olinjära mekaniska effekterna av lasrar, såsom generering av kavitationsbubblor och tryckvågor, applicerades lasrar på fotodisruptionstekniker, såsom kataraktkirurgi och kemisk kirurgi för krossning av njursten. Lasrar kan också producera fotokemiska effekter för att styra cancerläkemedel med ljuskänsliga mediatorer för att frigöra läkemedelseffekter på specifika vävnadsområden, såsom PDT-terapi. Laser i kombination med farmakokinetik spelar en mycket viktig roll inom området precisionsmedicin.

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

Sedan 1990-talet har CCD (Charge-CoupledEnhetskamera introducerades i minimalt invasiv kirurgi (Minimally Invasive Therapy, MIT), och optiken hade en kvalitativ förändring i kirurgiska tillämpningar. De avbildande effekterna av ljus i minimalt invasiv och öppen kirurgi inkluderar huvudsakligen endoskop, mikroavbildningssystem och kirurgisk holografisk avbildning.

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

Endoskopets optiska väg

Endoskopets optiska väg inkluderar 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 kroppskamera i miniatyr är en bildåtergivningsenhet baserad på en miniatyr CMOS- och CCD-teknologiplattform. Till exempel ett kapselendoskop,PillCam. Det kan komma in i matsmältningssystemet i människokroppen för att kontrollera om det finns skador och övervaka effekterna av läkemedel.

Kapselendoskopet

Kirurgiskt holografiskt mikroskop, en avbildningsenhet som används för att observera 3D-bilder av finvävnad 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 minimalt invasiv kirurgi, icke-invasiv behandling och riktad läkemedelsbehandling.

2. På grund av utvecklingen av bildteknik har medicinsk optisk bildutrustning gjort stora framsteg i riktning mot hög upplösning och miniatyrisering, vilket lägger grunden för minimalt invasiv och exakt kirurgi in vivo. För närvarande inkluderar de mest använda medicinska bildbehandlingsanordningarnaendoskop, holografiska bilder och mikrobildsystem.