Optikos kūrimas ir taikymas padėjo šiuolaikinei medicinai ir gyvybės mokslams pasiekti sparčios plėtros etapą, pavyzdžiui, minimaliai invazinę chirurgiją, lazerinę terapiją, ligų diagnostiką, biologinius tyrimus, DNR analizę ir kt.

Chirurgija ir farmakokinetika

Optikos vaidmuo chirurgijoje ir farmakokinetikoje daugiausia pasireiškia dviem aspektais: lazeriu ir in vivo apšvietimu bei vaizdavimu.

1. Lazerio panaudojimas kaip energijos šaltinio

Lazerio terapijos koncepcija akių chirurgijoje buvo pristatyta septintajame dešimtmetyje. Kai buvo pripažinti skirtingi lazerių tipai ir jų savybės, lazerio terapija greitai išplėtė savo taikymą į kitas sritis.

Įvairūs lazerio šviesos šaltiniai (dujos, kietoji medžiaga ir kt.) gali skleisti impulsinius lazerius (impulsinius lazerius) ir nepertraukiamo veikimo lazerius (nuolatinės bangos), kurie skirtingai veikia skirtingus žmogaus kūno audinius. Šie šviesos šaltiniai daugiausia apima: impulsinį rubino lazerį (impulsinį rubino lazerį); nepertraukiamo veikimo argono jonų lazerį (CW argono jonų lazeris); nepertraukiamo veikimo anglies dioksido lazerį (CW CO2); itrio aliuminio granato (Nd:YAG) lazerį. Kadangi nepertraukiamo veikimo anglies dioksido lazeris ir itrio aliuminio granato lazeris pjaunant žmogaus audinius sukelia kraujo krešėjimo poveikį, jie plačiausiai naudojami bendrojoje chirurgijoje.

Medicininiame gydyme naudojamų lazerių bangos ilgis paprastai yra didesnis nei 100 nm. Skirtingo bangos ilgio lazerių absorbcija skirtinguose žmogaus kūno audiniuose naudojama siekiant išplėsti jų medicininį pritaikymą. Pavyzdžiui, kai lazerio bangos ilgis yra didesnis nei 1 μm, vanduo yra pagrindinis absorberis. Lazeriai gali sukelti ne tik terminį poveikį žmogaus audinių absorbcijai chirurginiam pjovimui ir koaguliacijai, bet ir mechaninį poveikį.

Ypač po to, kai žmonės atrado netiesinius lazerių mechaninius efektus, tokius kaip kavitacijos burbuliukų ir slėgio bangų susidarymas, lazeriai buvo pritaikyti fotodisrupcijos metodams, tokiems kaip kataraktos operacijos ir inkstų akmenų smulkinimo cheminė chirurgija. Lazeriai taip pat gali sukelti fotocheminius efektus, nukreipdami vėžio vaistus su jautriais šviesai tarpininkais, kad vaistai veiktų tam tikrose audinių srityse, pavyzdžiui, fotodinaminės terapijos (PDT) metu. Lazeris kartu su farmakokinetika vaidina labai svarbų vaidmenį tiksliosios medicinos srityje.

2. Šviesos naudojimas kaip in vivo apšvietimo ir vaizdavimo priemonė

Nuo 1990 m. CCD (krūvio susietosĮ minimaliai invazinę chirurgiją (minimaliai invazinė terapija, MIT) buvo įdiegta vaizdo kamera (įrenginys), o optika sukėlė kokybinį pokytį chirurginiame taikyme. Šviesos vaizdavimo efektai minimaliai invazinėje ir atviroje chirurgijoje daugiausia apima endoskopus, mikrovaizdavimo sistemas ir chirurginį holografinį vaizdavimą.

LankstusEndoskopasĮskaitant gastroenteroskopą, duodenoskopą, kolonoskopą, angioskopą ir kt.

Endoskopo optinis kelias

Endoskopo optinį kelią sudaro dvi nepriklausomos ir suderintos apšvietimo ir vaizdavimo sistemos.

StandusEndoskopas, įskaitant artroskopiją, laparoskopiją, torakoskopiją, ventrikuloskopiją, histeroskopiją, cistoskopiją, otolinoskopiją ir kt.

Standūs endoskopai paprastai turi tik kelis fiksuotus optinio kelio kampus, iš kurių galima rinktis, pavyzdžiui, 30 laipsnių, 45 laipsnių, 60 laipsnių ir kt.

Miniatiūrinė kūno kamera yra vaizdo gavimo įrenginys, pagrįstas miniatiūrine CMOS ir CCD technologijų platforma. Pavyzdžiui, kapsulinis endoskopas,„PillCam“. Jis gali patekti į žmogaus virškinimo sistemą, kad patikrintų, ar nėra pažeidimų, ir stebėtų vaistų poveikį.

Kapsulės endoskopas

Chirurginis holografinis mikroskopas – vaizdo gavimo prietaisas, naudojamas smulkių audinių 3D vaizdams stebėti tiksliosios chirurgijos, pavyzdžiui, neurochirurgijos kraniotomijos, metu.

Chirurginis holografinis mikroskopas

Apibendrinti:

1. Dėl lazerio terminio, mechaninio, jautrumo šviesai ir kitų biologinių efektų jis plačiai naudojamas kaip energijos šaltinis minimaliai invazinėje chirurgijoje, neinvaziniame gydyme ir tikslinėje vaistų terapijoje.

2. Dėl vaizdo gavimo technologijų plėtros medicininė optinė vaizdo gavimo įranga padarė didelę pažangą didelės skiriamosios gebos ir miniatiūrizacijos srityje, padėdama pagrindą minimaliai invazinei ir tiksliai chirurgijai in vivo. Šiuo metu dažniausiai naudojami medicininio vaizdo gavimo prietaisai yra šie:endoskopai, holografiniai vaizdai ir mikrovaizdavimo sistemos.