Розвиток і застосування оптики допомогло сучасній медицині та наукам про життя вийти на етап стрімкого розвитку, таким як малоінвазивна хірургія, лазерна терапія, діагностика захворювань, біологічні дослідження, аналіз ДНК тощо.

Хірургія та фармакокінетика

Роль оптики в хірургії та фармакокінетиці в основному проявляється у двох аспектах: лазерне та in vivo освітлення та зображення.

1. Застосування лазера як джерела енергії

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

Різні лазерні джерела світла (газові, тверді тощо) можуть випромінювати імпульсні лазери (Pulsed Lasers) і безперервні лазери (Continuous wave), які по-різному впливають на різні тканини людського тіла. До таких джерел світла в основному відносяться: імпульсний рубіновий лазер (Pulsed ruby ​​​​laser); безперервний аргоновий іонний лазер (CW argon ion laser); безперервний вуглекислотний лазер (CW CO2); лазер на ітрій-алюмінієвому гранаті (Nd:YAG). Оскільки безперервний вуглекислотний лазер і лазер на ітрій-алюмінієвому гранаті мають ефект коагуляції крові при розрізанні тканин людини, вони найбільш широко використовуються в загальній хірургії.

Довжина хвилі лазерів, які використовуються в медицині, як правило, перевищує 100 нм. Поглинання лазерів різної довжини хвилі різними тканинами людського тіла використовується для розширення його медичних застосувань. Наприклад, коли довжина хвилі лазера перевищує 1 мкм, основним поглиначем є вода. Лазери можуть не тільки виробляти термічні ефекти при поглинанні людських тканин для хірургічного розрізання та коагуляції, але також виробляти механічні ефекти.

Особливо після того, як люди виявили нелінійні механічні ефекти лазерів, такі як утворення кавітаційних бульбашок і хвиль тиску, лазери почали застосовувати для методів фоторуйнування, таких як хірургія катаракти та хімічна хірургія дроблення каменів у нирках. Лазери також можуть створювати фотохімічні ефекти, щоб направляти ліки від раку за допомогою фоточутливих медіаторів, щоб вивільняти вплив ліків на певні ділянки тканини, наприклад, терапія ФДТ. Лазер у поєднанні з фармакокінетикою відіграє дуже важливу роль у галузі точної медицини.

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

З 1990-х років CCD (Charge CoupledПристрій) камера була введена в мінімально інвазивну хірургію (Minimally Invasive Therapy, MIT), а оптика зазнала якісних змін у хірургічних застосуваннях. Вплив світла на зображення під час малоінвазивної та відкритої хірургії в основному включає ендоскопи, системи мікрозображення та хірургічне голографічне зображення.

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

Оптичний шлях ендоскопа

Оптичний шлях ендоскопа включає дві незалежні та узгоджені системи освітлення та зображення.

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

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

Мініатюрна натільна камера — це пристрій для обробки зображень на основі мініатюрної платформи CMOS і CCD. Наприклад, капсульний ендоскоп,PillCam. Він може потрапити в травну систему людського організму, щоб перевірити наявність уражень і контролювати дію ліків.

Капсульний ендоскоп

Хірургічний голографічний мікроскоп, пристрій візуалізації, який використовується для спостереження за 3D-зображеннями тонких тканин у прецизійній хірургії, наприклад нейрохірургії для краніотомії.

Хірургічний голографічний мікроскоп

підсумувати:

1. Завдяки термічному ефекту, механічному ефекту, 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, заклавши основу для мінімально інвазивної та точної хірургії in vivo. В даний час найбільш часто використовувані медичні пристрої візуалізації включаютьендоскопи, голографічні зображення та системи мікрозображення.