Η ανάπτυξη και η εφαρμογή της οπτικής έχει βοηθήσει τη σύγχρονη ιατρική και τις βιοεπιστήμες να εισέλθουν σε ένα στάδιο ραγδαίας ανάπτυξης, όπως η ελάχιστα επεμβατική χειρουργική, η θεραπεία με λέιζερ, η διάγνωση ασθενειών, η βιολογική έρευνα, η ανάλυση DNA κ.λπ.

Χειρουργική και Φαρμακοκινητική

Ο ρόλος της οπτικής στη χειρουργική και τη φαρμακοκινητική εκδηλώνεται κυρίως σε δύο πτυχές: τον φωτισμό και την απεικόνιση με λέιζερ και in vivo.

1. Εφαρμογή του λέιζερ ως πηγή ενέργειας

Η έννοια της θεραπείας με λέιζερ εισήχθη στην οφθαλμολογική χειρουργική τη δεκαετία του 1960. Όταν αναγνωρίστηκαν οι διαφορετικοί τύποι λέιζερ και οι ιδιότητές τους, η θεραπεία με λέιζερ επεκτάθηκε γρήγορα και σε άλλους τομείς.

Διαφορετικές πηγές φωτός λέιζερ (αέριο, στερεό κ.λπ.) μπορούν να εκπέμπουν παλμικά λέιζερ (Παλμικά Λέιζερ) και συνεχή λέιζερ (Συνεχές κύμα), τα οποία έχουν διαφορετικές επιδράσεις σε διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος. Αυτές οι πηγές φωτός περιλαμβάνουν κυρίως: παλμικό λέιζερ ρουμπινιού (Παλμικό λέιζερ ρουμπινιού), συνεχές λέιζερ ιόντων αργού (CW λέιζερ ιόντων αργού), συνεχές λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα (CW CO2), λέιζερ γρανάτη υττρίου αργιλίου (Nd:YAG). Επειδή το συνεχές λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα και το λέιζερ γρανάτη υττρίου αργιλίου έχουν επίδραση πήξης του αίματος κατά την κοπή ανθρώπινου ιστού, χρησιμοποιούνται ευρύτερα στη γενική χειρουργική.

Το μήκος κύματος των λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική περίθαλψη είναι γενικά μεγαλύτερο από 100 nm. Η απορρόφηση λέιζερ διαφορετικών μηκών κύματος σε διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος χρησιμοποιείται για την επέκταση των ιατρικών εφαρμογών του. Για παράδειγμα, όταν το μήκος κύματος του λέιζερ είναι μεγαλύτερο από 1 μm, το νερό είναι ο κύριος απορροφητής. Τα λέιζερ δεν μπορούν μόνο να παράγουν θερμικά αποτελέσματα στην απορρόφηση ανθρώπινων ιστών για χειρουργική κοπή και πήξη, αλλά και μηχανικά αποτελέσματα.

Ειδικά μετά την ανακάλυψη των μη γραμμικών μηχανικών επιδράσεων των λέιζερ, όπως η δημιουργία φυσαλίδων σπηλαίωσης και κυμάτων πίεσης, τα λέιζερ εφαρμόστηκαν σε τεχνικές φωτοδιάσπασης, όπως η χειρουργική επέμβαση καταρράκτη και η χημική χειρουργική επέμβαση για τη σύνθλιψη λίθων στα νεφρά. Τα λέιζερ μπορούν επίσης να παράγουν φωτοχημικά αποτελέσματα για να καθοδηγήσουν τα αντικαρκινικά φάρμακα με φωτοευαίσθητους μεσολαβητές για την απελευθέρωση των επιδράσεων των φαρμάκων σε συγκεκριμένες περιοχές ιστών, όπως η θεραπεία φωτοδυναμικής θεραπείας. Το λέιζερ σε συνδυασμό με τη φαρμακοκινητική παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον τομέα της ιατρικής ακριβείας.

2. Η χρήση του φωτός ως εργαλείου για φωτισμό και απεικόνιση in vivo

Από τη δεκαετία του 1990, το CCD (Charge-Coupled(συσκευή) κάμερα εισήχθη στην ελάχιστα επεμβατική χειρουργική (Ελάχιστα Επεμβατική Θεραπεία, MIT) και τα οπτικά επέφεραν μια ποιοτική αλλαγή στις χειρουργικές εφαρμογές. Τα απεικονιστικά αποτελέσματα του φωτός στην ελάχιστα επεμβατική και ανοιχτή χειρουργική περιλαμβάνουν κυρίως ενδοσκόπια, συστήματα μικροαπεικόνισης και χειρουργική ολογραφική απεικόνιση.

ΕύκαμπτοςΕνδοσκόπιο, συμπεριλαμβανομένων γαστρεντεροσκοπίου, δωδεκαδακτυλοσκοπίου, κολονοσκοπίου, αγγειοσκοπίου κ.λπ.

Η οπτική διαδρομή του ενδοσκοπίου

Η οπτική διαδρομή του ενδοσκοπίου περιλαμβάνει δύο ανεξάρτητα και συντονισμένα συστήματα φωτισμού και απεικόνισης.

ΑκαμπτοςΕνδοσκόπιο, συμπεριλαμβανομένων αρθροσκόπησης, λαπαροσκόπησης, θωρακοσκόπησης, κοιλιοσκόπησης, υστεροσκόπησης, κυστεοσκόπησης, ωτορινοσκόπησης, κ.λπ.

Τα άκαμπτα ενδοσκόπια έχουν γενικά μόνο αρκετές σταθερές γωνίες οπτικής διαδρομής για να διαλέξετε, όπως 30 μοίρες, 45 μοίρες, 60 μοίρες κ.λπ.

Μια μικροσκοπική κάμερα σώματος είναι μια συσκευή απεικόνισης που βασίζεται σε μια μικροσκοπική πλατφόρμα τεχνολογίας CMOS και CCD. Για παράδειγμα, ένα ενδοσκόπιο κάψουλας,PillCam. Μπορεί να εισέλθει στο πεπτικό σύστημα του ανθρώπινου σώματος για να ελέγξει για αλλοιώσεις και να παρακολουθήσει τις επιδράσεις των φαρμάκων.

Το ενδοσκόπιο κάψουλας

Χειρουργικό ολογραφικό μικροσκόπιο, μια συσκευή απεικόνισης που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση τρισδιάστατων εικόνων λεπτών ιστών σε χειρουργικές επεμβάσεις ακριβείας, όπως η νευροχειρουργική για κρανιοτομή.

Το χειρουργικό ολογραφικό μικροσκόπιο

Συνοψίζω:

1. Λόγω της θερμικής επίδρασης, της μηχανικής επίδρασης, της φωτοευαισθησίας και άλλων βιολογικών επιδράσεων του λέιζερ, χρησιμοποιείται ευρέως ως πηγή ενέργειας σε ελάχιστα επεμβατική χειρουργική επέμβαση, μη επεμβατική θεραπεία και στοχευμένη φαρμακευτική θεραπεία.

2. Λόγω της ανάπτυξης της τεχνολογίας απεικόνισης, ο ιατρικός οπτικός εξοπλισμός απεικόνισης έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο προς την κατεύθυνση της υψηλής ανάλυσης και της σμίκρυνσης, θέτοντας τα θεμέλια για ελάχιστα επεμβατική και ακριβή χειρουργική επέμβαση in vivo. Προς το παρόν, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες συσκευές ιατρικής απεικόνισης περιλαμβάνουνενδοσκόπια, ολογραφικές εικόνες και συστήματα μικροαπεικόνισης.