Vývoj a aplikace optiky pomohly moderní medicíně a biologickým vědám vstoupit do fáze rychlého rozvoje, jako je minimálně invazivní chirurgie, laserová terapie, diagnostika nemocí, biologický výzkum, analýza DNA atd.

Chirurgie a farmakokinetika

Role optiky v chirurgii a farmakokinetice se projevuje hlavně ve dvou aspektech: laserové a in vivo osvětlení a zobrazování.

1. Použití laseru jako zdroje energie

Koncept laserové terapie byl do oční chirurgie zaveden v 60. letech 20. století. Když byly rozpoznány různé typy laserů a jejich vlastnosti, laserová terapie se rychle rozšířila do dalších oborů.

Různé zdroje laserového světla (plynové, pevné atd.) mohou vyzařovat pulzní lasery (pulzní lasery) a kontinuální lasery (kontinuální vlny), které mají různé účinky na různé tkáně lidského těla. Mezi tyto zdroje světla patří zejména: pulzní rubínový laser (pulzní rubínový laser); kontinuální argonový iontový laser (CW argonový iontový laser); kontinuální laser s oxidem uhličitým (CW CO2); yttrium-hlinitý granátový (Nd:YAG) laser. Protože kontinuální laser s oxidem uhličitým a yttrium-hlinitý granátový laser mají při řezání lidské tkáně účinek na srážení krve, jsou nejrozšířenější v obecné chirurgii.

Vlnová délka laserů používaných v lékařství je obecně větší než 100 nm. Absorpce laserů různých vlnových délek v různých tkáních lidského těla se využívá k rozšíření jejich lékařských aplikací. Například, pokud je vlnová délka laseru větší než 1 μm, je primárním absorbérem voda. Lasery mohou nejen vyvolávat tepelné efekty v lidské tkáni pro chirurgické řezání a koagulaci, ale také vyvolávat mechanické efekty.

Zejména poté, co lidé objevili nelineární mechanické účinky laserů, jako je generování kavitačních bublin a tlakových vln, se lasery začaly používat k technikám fotodisrupce, jako je operace šedého zákalu a chemická chirurgie drcení ledvinových kamenů. Lasery mohou také vyvolávat fotochemické efekty, které vedou léky proti rakovině s fotosenzitivními mediátory k uvolnění léčivých účinků na specifické oblasti tkáně, jako je například PDT terapie. Laser v kombinaci s farmakokinetikou hraje velmi důležitou roli v oblasti přesné medicíny.

2. Využití světla jako nástroje pro osvětlení a zobrazování in vivo

Od 90. let 20. století se používají CCD (Charge-CoupledZařízení) kamera byla zavedena do minimálně invazivní chirurgie (minimálně invazivní terapie, MIT) a optika znamenala kvalitativní změnu v chirurgických aplikacích. Zobrazovací účinky světla v minimálně invazivní a otevřené chirurgii zahrnují zejména endoskopy, mikrozobrazovací systémy a chirurgické holografické zobrazování.

FlexibilníEndoskop, včetně gastroenteroskopu, duodenoskopu, kolonoskopu, angioskopu atd.

Optická dráha endoskopu

Optická dráha endoskopu zahrnuje dva nezávislé a koordinované systémy osvětlení a zobrazování.

PevnýEndoskop, včetně artroskopie, laparoskopie, torakoskopie, ventrikuloskopie, hysteroskopie, cystoskopie, otolinoskopie atd.

Pevné endoskopy mají obvykle na výběr pouze několik pevných úhlů optické dráhy, například 30 stupňů, 45 stupňů, 60 stupňů atd.

Miniaturní tělová kamera je zobrazovací zařízení založené na miniaturní technologické platformě CMOS a CCD. Například kapslový endoskop,PillCam. Může vstoupit do trávicího systému lidského těla, aby zkontroloval léze a sledoval účinky léků.

Kapslový endoskop

Chirurgický holografický mikroskop, zobrazovací zařízení používané k pozorování 3D obrazů jemné tkáně v přesné chirurgii, jako je neurochirurgie pro kraniotomii.

Chirurgický holografický mikroskop

Shrnout:

1. Vzhledem k tepelnému účinku, mechanickému účinku, fotosenzitivnímu účinku a dalším biologickým účinkům laseru se široce používá jako zdroj energie v minimálně invazivní chirurgii, neinvazivní léčbě a cílené farmakoterapii.

2. Díky rozvoji zobrazovacích technologií dosáhla lékařská optická zobrazovací zařízení velkého pokroku směrem k vysokému rozlišení a miniaturizaci, čímž položily základy pro minimálně invazivní a přesnou chirurgii in vivo. V současné době mezi nejčastěji používaná lékařská zobrazovací zařízení patříendoskopy, holografické obrazy a mikrozobrazovací systémy.