Розвиток та застосування оптики допомогли сучасній медицині та наукам про життя вступити у стадію швидкого розвитку, таку як малоінвазивна хірургія, лазерна терапія, діагностика захворювань, біологічні дослідження, аналіз ДНК тощо.

Хірургія та фармакокінетика

Роль оптики в хірургії та фармакокінетиці проявляється головним чином у двох аспектах: лазерному та in vivo освітленні та візуалізації.

1. Застосування лазера як джерела енергії

Концепція лазерної терапії була введена в хірургію ока в 1960-х роках. Коли були вивчені різні типи лазерів та їхні властивості, лазерна терапія швидко поширилася на інші галузі.

Різні джерела лазерного світла (газові, твердотільні тощо) можуть випромінювати імпульсні лазери (імпульсні лазери) та лазери безперервної дії (безперервна хвиля), які мають різний вплив на різні тканини людського тіла. До цих джерел світла в основному належать: імпульсний рубіновий лазер (імпульсний рубіновий лазер); безперервний аргоновий іонний лазер (безперервний аргоновий іонний лазер); безперервний вуглекислотний лазер (CW CO2); ітрій-алюмінієвий гранатовий (Nd:YAG) лазер. Оскільки безперервний вуглекислотний лазер та ітрій-алюмінієвий гранатовий лазер мають ефект згортання крові під час розрізання тканин людини, вони найбільш широко використовуються в загальній хірургії.

Довжина хвилі лазерів, що використовуються в медицині, зазвичай перевищує 100 нм. Поглинання лазерів різної довжини хвилі різними тканинами людського тіла використовується для розширення їх медичного застосування. Наприклад, коли довжина хвилі лазера перевищує 1 мкм, основним поглиначем є вода. Лазери можуть не тільки створювати теплові ефекти в тканинах людини для хірургічного розрізання та коагуляції, але й створювати механічні ефекти.

Особливо після того, як люди відкрили нелінійні механічні ефекти лазерів, такі як генерація кавітаційних бульбашок та хвиль тиску, лазери були застосовані в методах фотодеструкції, таких як хірургія катаракти та хімічна хірургія дроблення каменів у нирках. Лазери також можуть створювати фотохімічні ефекти, спрямовуючи препарати від раку за допомогою фоточутливих медіаторів для вивільнення лікарських ефектів на певні ділянки тканин, такі як фотодіалізована терапія. Лазер у поєднанні з фармакокінетикою відіграє дуже важливу роль у галузі прецизійної медицини.

2. Використання світла як інструменту для освітлення та візуалізації in vivo

З 1990-х років, ПЗЗ (матриці із зарядовим зв'язкомПристрій) камера була впроваджена в малоінвазивну хірургію (мінімально інвазивна терапія, MIT), і оптика якісно змінила хірургічне застосування. Візуалізаційні ефекти світла в малоінвазивній та відкритій хірургії включають переважно ендоскопи, системи мікровізуалізації та хірургічну голографічну візуалізацію.

ГнучкийЕндоскоп, включаючи гастроентероскоп, дуоденоскоп, колоноскоп, ангіоскоп тощо.

Оптичний шлях ендоскопа

Оптичний шлях ендоскопа включає дві незалежні та скоординовані системи освітлення та візуалізації.

ЖорсткийЕндоскоп, включаючи артроскопію, лапароскопію, торакоскопію, вентрикулоскопію, гістероскопію, цистоскопію, отоліноскопію тощо.

Жорсткі ендоскопи зазвичай мають лише кілька фіксованих кутів оптичного шляху на вибір, таких як 30 градусів, 45 градусів, 60 градусів тощо.

Мініатюрна нагрудна камера — це пристрій візуалізації, що базується на мініатюрній платформі технологій CMOS та CCD. Наприклад, капсульний ендоскоп,PillCam. Він може проникати в травну систему людського організму для перевірки на наявність уражень та моніторингу дії ліків.

Капсульний ендоскоп

Хірургічний голографічний мікроскоп — пристрій для візуалізації, який використовується для спостереження 3D-зображень тонких тканин у точній хірургії, такій як нейрохірургія для краніотомії.

Хірургічний голографічний мікроскоп

Підсумуйте:

1. Завдяки тепловому ефекту, механічному впливу, ефекту фоточутливості та іншим біологічним ефектам лазера, він широко використовується як джерело енергії в малоінвазивній хірургії, неінвазивному лікуванні та цілеспрямованій медикаментозній терапії.

2. Завдяки розвитку технологій візуалізації, медичне оптичне обладнання для візуалізації досягло значного прогресу в напрямку високої роздільної здатності та мініатюризації, закладаючи основу для малоінвазивної та точної хірургії in vivo. Наразі найпоширенішими медичними пристроями візуалізації єендоскопи, голографічні зображення та системи мікровізуалізації.