光学の開発と応用により、低侵襲手術、レーザー治療、病気の診断、生物学的研究、DNA 分析など、現代の医学と生命科学が急速な発展段階に入ることができました。

手術と薬物動態

手術および薬物動態学における光学の役割は、主にレーザーと生体内照明およびイメージングの 2 つの側面で明らかになります。

1. エネルギー源としてのレーザーの応用

レーザー治療の概念は 1960 年代に眼科手術に導入されました。さまざまな種類のレーザーとその特性が認識されると、レーザー治療は他の分野にも急速に拡大されました。

さまざまなレーザー光源 (気体、固体など) からパルスレーザー (パルスレーザー) と連続レーザー (連続波) が放射され、人体のさまざまな組織にさまざまな影響を与えます。これらの光源には主に次のものが含まれます。 パルスルビーレーザー（パルスルビーレーザー）。連続アルゴンイオンレーザー（CWアルゴンイオンレーザー）。連続炭酸ガスレーザー (CW CO2);イットリウムアルミニウムガーネット（Nd:YAG）レーザー。連続炭酸ガスレーザーやイットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーは、人体組織を切断する際に血液凝固効果があるため、一般外科で最も広く使用されています。

医療で使用されるレーザーの波長は一般的に 100 nm より長くなります。人体のさまざまな組織におけるさまざまな波長のレーザーの吸収は、医療用途を拡大するために使用されます。たとえば、レーザーの波長が 1um より長い場合、水が主な吸収体になります。レーザーは、外科的な切断や凝固のために人間の組織を吸収する際に熱効果を生み出すだけでなく、機械的効果も生み出すことができます。

特に、キャビテーション気泡や圧力波の生成など、レーザーの非線形機械的効果が発見されてからは、レーザーは、白内障手術や腎臓結石破砕化学手術などの光破壊技術に応用されました。レーザーは、PDT 療法など、光化学効果を生成して、光感受性メディエーターを備えた抗がん剤を誘導して、特定の組織領域に薬剤効果を放出することもできます。レーザーと薬物動態学を組み合わせたものは、精密医療の分野で非常に重要な役割を果たします。

2. 生体内照明とイメージングのためのツールとしての光の使用

1990年代以降、CCD（電荷結合素子）Device) カメラが低侵襲手術 (低侵襲療法、MIT) に導入され、光学機器は外科用途に質的な変化をもたらしました。低侵襲手術や開腹手術における光のイメージング効果には、主に内視鏡、マイクロイメージング システム、外科用ホログラフィック イメージングなどがあります。

フレキシブル内視鏡、胃内視鏡、十二指腸鏡、結腸鏡、血管鏡などを含みます。

内視鏡の光路

内視鏡の光路には、照明とイメージングの 2 つの独立した調整システムが含まれています。

硬い内視鏡、関節鏡検査、腹腔鏡検査、胸腔鏡検査、心室鏡検査、子宮鏡検査、膀胱鏡検査、耳鼻鏡検査などが含まれます。

硬性内視鏡には通常、30 度、45 度、60 度など、選択できるいくつかの固定光路角度しかありません。

小型ボディカメラは、小型 CMOS および CCD 技術プラットフォームに基づいた撮像デバイスです。例えばカプセル内視鏡、ピルカム。人体の消化器系に侵入して病変の有無を検査したり、薬の影響を監視したりすることができます。

カプセル内視鏡

手術用ホログラフィック顕微鏡。開頭脳神経外科などの精密手術において微細組織の 3D 画像を観察するために使用される撮像装置。

外科用ホログラフィック顕微鏡

要約:

1. レーザーの熱効果、機械的効果、光感受性効果、その他の生物学的効果により、低侵襲手術、非侵襲的治療、標的薬物療法のエネルギー源として広く使用されています。

2. 画像技術の発展により、医療用光学画像装置は高解像度化と小型化の方向に大きく進歩し、生体内での低侵襲かつ精密な手術の基礎を築きました。現在、最も一般的に使用されている医療用画像装置には次のものがあります。内視鏡、ホログラフィック画像およびマイクロイメージング システム。