การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ทัศนศาสตร์ช่วยให้การแพทย์แผนปัจจุบันและวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตเข้าสู่ขั้นตอนของการพัฒนาอย่างรวดเร็ว เช่น การผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด การรักษาด้วยเลเซอร์ การวินิจฉัยโรค การวิจัยทางชีววิทยา การวิเคราะห์ DNA เป็นต้น

ศัลยกรรมและเภสัชจลนศาสตร์

บทบาทของทัศนศาสตร์ในการผ่าตัดและเภสัชจลนศาสตร์ส่วนใหญ่แสดงออกมาในสองด้าน: การส่องสว่างและการถ่ายภาพด้วยเลเซอร์และการส่องสว่างในร่างกาย

1. การใช้เลเซอร์เป็นแหล่งพลังงาน

แนวคิดของการรักษาด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดตาในทศวรรษปี 1960 เมื่อเลเซอร์ประเภทต่างๆ และคุณสมบัติของเลเซอร์ได้รับการยอมรับ การบำบัดด้วยเลเซอร์จึงขยายไปสู่สาขาอื่นๆ อย่างรวดเร็ว

แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกัน (ก๊าซ ของแข็ง ฯลฯ) สามารถปล่อยเลเซอร์แบบพัลซิ่ง (เลเซอร์แบบพัลส์) และเลเซอร์แบบต่อเนื่อง (คลื่นต่อเนื่อง) ซึ่งมีผลกระทบที่แตกต่างกันต่อเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ แหล่งกำเนิดแสงเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย: เลเซอร์ทับทิมพัลส์ (เลเซอร์ทับทิมพัลส์); เลเซอร์อาร์กอนไอออนต่อเนื่อง (เลเซอร์ไอออนอาร์กอน CW); เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ต่อเนื่อง (CW CO2); เลเซอร์อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (Nd:YAG) เนื่องจากเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์แบบต่อเนื่องและเลเซอร์โกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียมมีผลในการแข็งตัวของเลือดเมื่อตัดเนื้อเยื่อของมนุษย์ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัดทั่วไป

ความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่ใช้ในการรักษาพยาบาลโดยทั่วไปจะมากกว่า 100 นาโนเมตร การดูดซับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นต่างกันในเนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ถูกนำมาใช้เพื่อขยายการใช้งานทางการแพทย์ ตัวอย่างเช่น เมื่อความยาวคลื่นของเลเซอร์มากกว่า 1um น้ำจะเป็นตัวดูดซับหลัก เลเซอร์ไม่เพียงแต่สามารถสร้างผลกระทบด้านความร้อนในการดูดซึมเนื้อเยื่อของมนุษย์สำหรับการผ่าตัดและการแข็งตัวของเลือดเท่านั้น แต่ยังสร้างผลกระทบทางกลอีกด้วย

โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่ผู้คนค้นพบผลกระทบทางกลที่ไม่เป็นเชิงเส้นของเลเซอร์ เช่น การสร้างฟองอากาศคาวิเทชันและคลื่นความดัน เลเซอร์ก็ถูกนำมาใช้กับเทคนิคการรบกวนด้วยแสง เช่น การผ่าตัดต้อกระจก และการผ่าตัดทางเคมีเพื่อบดนิ่วในไต เลเซอร์ยังสามารถสร้างผลกระทบทางเคมีแสงเพื่อนำทางยารักษาโรคมะเร็งด้วยตัวกลางที่ไวต่อแสง เพื่อปล่อยผลกระทบของยาบนเนื้อเยื่อเฉพาะ เช่น การบำบัดด้วย PDT เลเซอร์ผสมผสานกับเภสัชจลนศาสตร์มีบทบาทสำคัญในสาขาการแพทย์เฉพาะทาง

2. การใช้แสงเป็นเครื่องมือในการส่องสว่างและการถ่ายภาพในร่างกาย

ตั้งแต่ปี 1990 เป็นต้นมา CCD (Charge-Coupledกล้องอุปกรณ์) ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด (Minimally Invasive Therapy, MIT) และเลนส์มีการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพในการใช้งานการผ่าตัด ผลกระทบจากการถ่ายภาพของแสงในการผ่าตัดแบบเปิดและรุกรานน้อยที่สุด ส่วนใหญ่ได้แก่ กล้องเอนโดสโคป ระบบการถ่ายภาพขนาดเล็ก และการถ่ายภาพโฮโลกราฟิกในการผ่าตัด

ยืดหยุ่นได้กล้องเอนโดสโคปได้แก่กล้องส่องทางเดินอาหาร, ดูโอดีสโคป, กล้องส่องลำไส้ใหญ่, กล้องแองจิโอสโคป ฯลฯ

เส้นทางแสงของกล้องเอนโดสโคป

เส้นทางแสงของกล้องเอนโดสโคปประกอบด้วยระบบส่องสว่างและการถ่ายภาพที่เป็นอิสระและประสานงานกันสองระบบ

แข็งกล้องเอนโดสโคปได้แก่ การส่องกล้องข้อ, การส่องกล้อง, การส่องกล้องทรวงอก, การส่องกล้องโพรงมดลูก, การส่องกล้องโพรงมดลูก, การส่องกล้องโพรงมดลูก, การส่องกล้องหูชั้นนอก เป็นต้น

กล้องเอนโดสโคปแบบแข็งโดยทั่วไปจะมีมุมเส้นทางแสงคงที่ให้เลือกหลายมุมเท่านั้น เช่น 30 องศา 45 องศา 60 องศา เป็นต้น

กล้องตัวจิ๋วคืออุปกรณ์สร้างภาพที่ใช้แพลตฟอร์มเทคโนโลยี CMOS และ CCD ขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น กล้องเอนโดสโคปแบบแคปซูลพิลแคม สามารถเข้าสู่ระบบย่อยอาหารของร่างกายมนุษย์เพื่อตรวจหารอยโรคและติดตามผลของยา

กล้องเอนโดสโคปแบบแคปซูล

กล้องจุลทรรศน์โฮโลกราฟิกราคาประหยัด ซึ่งเป็นอุปกรณ์ถ่ายภาพที่ใช้ในการสังเกตภาพ 3 มิติของเนื้อเยื่อละเอียดในการผ่าตัดที่มีความแม่นยำ เช่น ศัลยกรรมประสาทสำหรับการผ่าตัดเปิดกะโหลกศีรษะ

กล้องจุลทรรศน์โฮโลแกรมผ่าตัด

สรุป:

1. เนื่องจากผลกระทบทางความร้อน ผลกระทบทางกล ผลกระทบจากความไวแสง และผลกระทบทางชีวภาพอื่นๆ ของเลเซอร์ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะแหล่งพลังงานในการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด การรักษาแบบไม่รุกราน และการบำบัดด้วยยาแบบกำหนดเป้าหมาย

2. เนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายภาพ อุปกรณ์สร้างภาพด้วยแสงทางการแพทย์จึงมีความก้าวหน้าอย่างมากในทิศทางของความละเอียดสูงและการย่อขนาด ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับการผ่าตัด in vivo ที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดและแม่นยำ ปัจจุบันอุปกรณ์ถ่ายภาพทางการแพทย์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดได้แก่กล้องเอนโดสโคป, ภาพโฮโลแกรม และระบบภาพไมโคร