Dezvoltarea și aplicarea opticii a ajutat medicina modernă și științele vieții să intre într-o etapă de dezvoltare rapidă, cum ar fi chirurgia minim invazivă, terapia cu laser, diagnosticarea bolilor, cercetarea biologică, analiza ADN-ului etc.

Chirurgie și Farmacocinetică

Rolul opticii în chirurgie și farmacocinetică se manifestă în principal sub două aspecte: iluminare și imagistică cu laser și in vivo.

1. Aplicarea laserului ca sursă de energie

Conceptul de terapie cu laser a fost introdus în chirurgia oftalmologică în anii 1960. Când diferitele tipuri de lasere și proprietățile acestora au fost recunoscute, terapia cu laser a fost extinsă rapid și în alte domenii.

Diferite surse de lumină laser (gaz, solid etc.) pot emite lasere pulsate (lasere pulsate) și lasere continue (undă continuă), care au efecte diferite asupra diferitelor țesuturi ale corpului uman. Aceste surse de lumină includ în principal: laserul cu rubin pulsat (laser cu rubin pulsat); laserul continuu cu ioni de argon (laser cu ioni de argon CW); laserul continuu cu dioxid de carbon (CW CO2); laserul cu granat de ytriu și aluminiu (Nd:YAG). Deoarece laserul continuu cu dioxid de carbon și laserul cu granat de ytriu și aluminiu au efect de coagulare a sângelui atunci când taie țesutul uman, acestea sunt cele mai utilizate pe scară largă în chirurgia generală.

Lungimea de undă a laserelor utilizate în tratamentul medical este în general mai mare de 100 nm. Absorbția laserelor de diferite lungimi de undă în diferite țesuturi ale corpului uman este utilizată pentru a extinde aplicațiile sale medicale. De exemplu, atunci când lungimea de undă a laserului este mai mare de 1 um, apa este principalul absorbant. Laserele nu numai că pot produce efecte termice în absorbția țesuturilor umane pentru tăierea chirurgicală și coagulare, dar pot produce și efecte mecanice.

Mai ales după ce oamenii au descoperit efectele mecanice neliniare ale laserelor, cum ar fi generarea de bule de cavitație și unde de presiune, laserele au fost aplicate în tehnici de fotoperturbare, cum ar fi chirurgia cataractei și chirurgia chimică pentru zdrobirea calculilor renali. Laserele pot produce, de asemenea, efecte fotochimice pentru a ghida medicamentele anticancerigene cu mediatori fotosensibili pentru a elibera efectele medicamentelor asupra unor zone specifice ale țesuturilor, cum ar fi terapia fotodinamică (PDT). Laserul combinat cu farmacocinetica joacă un rol foarte important în domeniul medicinei de precizie.

2. Utilizarea luminii ca instrument pentru iluminarea și imagistica in vivo

Încă din anii 1990, CCD (Charge-Coupled)Camera (dispozitiv) a fost introdusă în chirurgia minim invazivă (terapia minim invazivă, MIT), iar optica a înregistrat o schimbare calitativă în aplicațiile chirurgicale. Efectele imagistice ale luminii în chirurgia minim invazivă și deschisă includ în principal endoscoape, sisteme de microimagistică și imagistica holografică chirurgicală.

FlexibilEndoscop, inclusiv gastroenteroscop, duodenoscop, colonoscop, angioscop etc.

Calea optică a endoscopului

Calea optică a endoscopului include două sisteme independente și coordonate de iluminare și imagistică.

RigidEndoscop, inclusiv artroscopie, laparoscopie, toracoscopie, ventriculoscopie, histeroscopie, cistoscopie, otolinoscopie etc.

Endoscoapele rigide au, în general, doar câteva unghiuri fixe ale traseului optic din care se poate alege, cum ar fi 30 de grade, 45 de grade, 60 de grade etc.

O cameră miniaturală pentru corp este un dispozitiv de imagistică bazat pe o platformă tehnologică CMOS și CCD miniaturală. De exemplu, un endoscop cu capsulă,PillCam. Poate pătrunde în sistemul digestiv al corpului uman pentru a verifica leziunile și a monitoriza efectele medicamentelor.

Endoscopul cu capsulă

Microscop holografic chirurgical, un dispozitiv de imagistică utilizat pentru observarea imaginilor 3D ale țesuturilor fine în chirurgia de precizie, cum ar fi neurochirurgia pentru craniotomie.

Microscopul holografic chirurgical

Rezuma:

1. Datorită efectului termic, efectului mecanic, efectului de fotosensibilitate și altor efecte biologice ale laserului, acesta este utilizat pe scară largă ca sursă de energie în chirurgia minim invazivă, tratamentul neinvaziv și terapia medicamentoasă țintită.

2. Datorită dezvoltării tehnologiei imagistice, echipamentele de imagistică optică medicală au făcut progrese semnificative în direcția rezoluției înalte și a miniaturizării, punând bazele chirurgiei minim invazive și precise in vivo. În prezent, cele mai utilizate dispozitive de imagistică medicală includendoscoape, imagini holografice și sisteme de microimagistică.