توسعه و کاربرد اپتیک به پزشکی مدرن و علوم زیستی کمک کرده است تا وارد مرحله‌ای از توسعه سریع شوند، مانند جراحی کم‌تهاجمی، لیزر درمانی، تشخیص بیماری، تحقیقات بیولوژیکی، تجزیه و تحلیل DNA و غیره.

جراحی و فارماکوکینتیک

نقش اپتیک در جراحی و فارماکوکینتیک عمدتاً در دو جنبه آشکار می‌شود: لیزر و روشنایی و تصویربرداری درون‌تنی.

۱. کاربرد لیزر به عنوان منبع انرژی

مفهوم لیزر درمانی در دهه ۱۹۶۰ وارد جراحی چشم شد. هنگامی که انواع مختلف لیزر و خواص آنها شناخته شد، لیزر درمانی به سرعت در زمینه‌های دیگر گسترش یافت.

منابع نوری مختلف لیزر (گاز، جامد و غیره) می‌توانند لیزرهای پالسی (Pulsed Lasers) و لیزرهای پیوسته (Continuous wave) منتشر کنند که اثرات متفاوتی بر بافت‌های مختلف بدن انسان دارند. این منابع نوری عمدتاً شامل موارد زیر هستند: لیزر یاقوت پالسی (Pulsed ruby ​​laser)؛ لیزر یون آرگون پیوسته (CW argon ion laser)؛ لیزر دی‌اکسید کربن پیوسته (CW CO2)؛ لیزر گارنت ایتریم آلومینیوم (Nd:YAG). از آنجا که لیزر دی‌اکسید کربن پیوسته و لیزر گارنت ایتریم آلومینیوم هنگام برش بافت انسان اثر انعقاد خون دارند، بیشترین کاربرد را در جراحی عمومی دارند.

طول موج لیزرهای مورد استفاده در درمان پزشکی عموماً بیشتر از ۱۰۰ نانومتر است. جذب لیزرهای با طول موج‌های مختلف در بافت‌های مختلف بدن انسان برای گسترش کاربردهای پزشکی آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، وقتی طول موج لیزر بیشتر از ۱ میکرومتر باشد، آب جاذب اصلی است. لیزرها نه تنها می‌توانند اثرات حرارتی در جذب بافت انسان برای برش جراحی و انعقاد ایجاد کنند، بلکه اثرات مکانیکی نیز ایجاد می‌کنند.

به خصوص پس از اینکه مردم اثرات مکانیکی غیرخطی لیزرها، مانند تولید حباب‌های کاویتاسیون و امواج فشار را کشف کردند، لیزرها در تکنیک‌های تخریب نوری، مانند جراحی آب مروارید و جراحی شیمیایی خرد کردن سنگ کلیه، به کار گرفته شدند. لیزرها همچنین می‌توانند اثرات فتوشیمیایی ایجاد کنند تا داروهای سرطانی را با واسطه‌های حساس به نور هدایت کنند تا اثرات دارویی را در نواحی خاص بافت، مانند درمان PDT، آزاد کنند. لیزر همراه با فارماکوکینتیک نقش بسیار مهمی در زمینه پزشکی دقیق ایفا می‌کند.

۲. استفاده از نور به عنوان ابزاری برای روشنایی و تصویربرداری درون تنی

از دهه ۱۹۹۰، CCD (بار-جفت‌شده)دوربین (دستگاه) به جراحی کم تهاجمی (درمان کم تهاجمی، MIT) معرفی شد و اپتیک تغییر کیفی در کاربردهای جراحی داشت. اثرات تصویربرداری نور در جراحی کم تهاجمی و باز عمدتاً شامل آندوسکوپ‌ها، سیستم‌های تصویربرداری میکرو و تصویربرداری هولوگرافیک جراحی است.

انعطاف‌پذیرآندوسکوپشامل گاستروانتروسکوپ، دئودنوسکوپ، کولونوسکوپ، آنژیوسکوپ و غیره

مسیر نوری آندوسکوپ

مسیر نوری آندوسکوپ شامل دو سیستم مستقل و هماهنگ روشنایی و تصویربرداری است.

سفت و سختآندوسکوپشامل آرتروسکوپی، لاپاراسکوپی، توراکوسکوپی، ونتریکولوسکوپی، هیستروسکوپی، سیستوسکوپی، اتولینوسکوپی و غیره.

آندوسکوپ‌های سفت و سخت معمولاً فقط چندین زاویه مسیر نوری ثابت برای انتخاب دارند، مانند 30 درجه، 45 درجه، 60 درجه و غیره.

دوربین مینیاتوری بدن، دستگاه تصویربرداری مبتنی بر پلتفرم فناوری CMOS و CCD مینیاتوری است. به عنوان مثال، یک آندوسکوپ کپسولی،PillCam. این دستگاه می‌تواند وارد سیستم گوارش بدن انسان شود تا ضایعات را بررسی کرده و اثرات داروها را زیر نظر بگیرد.

آندوسکوپ کپسولی

میکروسکوپ هولوگرافیک جراحی، یک دستگاه تصویربرداری که برای مشاهده تصاویر سه‌بعدی از بافت‌های ظریف در جراحی‌های دقیق، مانند جراحی مغز و اعصاب برای کرانیوتومی، استفاده می‌شود.

میکروسکوپ هولوگرافیک جراحی

خلاصه کنید:

۱. به دلیل اثر حرارتی، اثر مکانیکی، اثر حساسیت به نور و سایر اثرات بیولوژیکی لیزر، از آن به عنوان منبع انرژی در جراحی‌های کم تهاجمی، درمان غیرتهاجمی و دارودرمانی هدفمند به طور گسترده استفاده می‌شود.

۲. با توجه به توسعه فناوری تصویربرداری، تجهیزات تصویربرداری نوری پزشکی پیشرفت زیادی در جهت وضوح بالا و کوچک‌سازی داشته‌اند و پایه و اساس جراحی کم تهاجمی و دقیق در داخل بدن را بنا نهاده‌اند. در حال حاضر، رایج‌ترین دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی شامل موارد زیر هستند:آندوسکوپ‌ها، تصاویر هولوگرافی و سیستم‌های تصویربرداری میکرو.