Sự phát triển và ứng dụng của quang học đã giúp y học hiện đại và khoa học sự sống bước vào giai đoạn phát triển nhanh chóng, chẳng hạn như phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, liệu pháp laser, chẩn đoán bệnh, nghiên cứu sinh học, phân tích DNA, v.v.

Phẫu thuật và Dược động học

Vai trò của quang học trong phẫu thuật và dược động học chủ yếu thể hiện ở hai khía cạnh: chiếu sáng và tạo ảnh bằng laser và trong cơ thể sống.

1. Ứng dụng laser như một nguồn năng lượng

Khái niệm trị liệu bằng laser được đưa vào phẫu thuật mắt vào những năm 1960. Khi các loại laser khác nhau và đặc tính của chúng được nhận biết, trị liệu bằng laser đã nhanh chóng được mở rộng sang các lĩnh vực khác.

Các nguồn laser khác nhau (khí, rắn, v.v.) có thể phát ra laser xung (Pulsed Laser) và laser liên tục (Continuous Wave), có tác dụng khác nhau lên các mô khác nhau trong cơ thể người. Các nguồn sáng này chủ yếu bao gồm: laser ruby ​​xung (Pulsed ruby ​​laser); laser ion argon liên tục (CW argon ion laser); laser carbon dioxide liên tục (CW CO2); laser yttrium nhôm garnet (Nd:YAG). Vì laser carbon dioxide liên tục và laser yttrium nhôm garnet có tác dụng cầm máu khi cắt mô người, nên chúng được sử dụng rộng rãi nhất trong phẫu thuật tổng quát.

Bước sóng của laser được sử dụng trong điều trị y tế thường lớn hơn 100 nm. Sự hấp thụ laser có bước sóng khác nhau trong các mô khác nhau của cơ thể người được sử dụng để mở rộng các ứng dụng y tế của nó. Ví dụ, khi bước sóng của laser lớn hơn 1 µm, nước là chất hấp thụ chính. Laser không chỉ có thể tạo ra hiệu ứng nhiệt trong sự hấp thụ mô của người để cắt và đông máu trong phẫu thuật, mà còn tạo ra các hiệu ứng cơ học.

Đặc biệt sau khi con người phát hiện ra các hiệu ứng cơ học phi tuyến tính của laser, chẳng hạn như sự tạo ra các bong bóng xâm thực và sóng áp suất, laser đã được ứng dụng vào các kỹ thuật phá vỡ quang học, ví dụ như phẫu thuật đục thủy tinh thể và phẫu thuật hóa học tán sỏi thận. Laser cũng có thể tạo ra các hiệu ứng quang hóa để dẫn hướng thuốc điều trị ung thư bằng các chất trung gian nhạy cảm với ánh sáng nhằm giải phóng tác dụng của thuốc trên các vùng mô cụ thể, chẳng hạn như liệu pháp PDT. Laser kết hợp với dược động học đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực y học chính xác.

2. Việc sử dụng ánh sáng như một công cụ chiếu sáng và chụp ảnh trong cơ thể sống

Từ những năm 1990, CCD (Charge-Coupled)Thiết bị (camera) đã được đưa vào phẫu thuật xâm lấn tối thiểu (Liệu pháp xâm lấn tối thiểu, MIT), và quang học đã có sự thay đổi về chất lượng trong các ứng dụng phẫu thuật. Hiệu ứng hình ảnh của ánh sáng trong phẫu thuật xâm lấn tối thiểu và phẫu thuật mở chủ yếu bao gồm nội soi, hệ thống vi hình ảnh và hình ảnh ba chiều trong phẫu thuật.

Linh hoạtNội soibao gồm nội soi dạ dày ruột, nội soi tá tràng, nội soi đại tràng, nội soi mạch máu, v.v.

Đường đi quang học của nội soi

Đường dẫn quang học của nội soi bao gồm hai hệ thống chiếu sáng và tạo ảnh độc lập và phối hợp với nhau.

CứngNội soibao gồm nội soi khớp, nội soi ổ bụng, nội soi lồng ngực, nội soi não thất, nội soi tử cung, nội soi bàng quang, nội soi tai, v.v.

Các loại nội soi cứng thường chỉ có một vài góc đường truyền quang cố định để lựa chọn, chẳng hạn như 30 độ, 45 độ, 60 độ, v.v.

Camera đeo trên người thu nhỏ là thiết bị chụp ảnh dựa trên nền tảng công nghệ CMOS và CCD thu nhỏ. Ví dụ, nội soi viên nang,PillCam. Thiết bị này có thể đi vào hệ tiêu hóa của cơ thể người để kiểm tra tổn thương và theo dõi tác dụng của thuốc.

Nội soi viên nang

Kính hiển vi phẫu thuật toàn ảnh, một thiết bị tạo ảnh được sử dụng để quan sát hình ảnh 3D của các mô nhỏ trong phẫu thuật chính xác, chẳng hạn như phẫu thuật thần kinh để mở hộp sọ.

Kính hiển vi phẫu thuật toàn ảnh

Tóm lại:

1. Nhờ tác dụng nhiệt, tác dụng cơ học, tác dụng quang nhạy và các tác dụng sinh học khác của laser, nó được sử dụng rộng rãi như một nguồn năng lượng trong phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, điều trị không xâm lấn và liệu pháp điều trị nhắm mục tiêu.

2. Nhờ sự phát triển của công nghệ hình ảnh, thiết bị hình ảnh quang học y tế đã có những bước tiến vượt bậc theo hướng độ phân giải cao và thu nhỏ, đặt nền tảng cho phẫu thuật xâm lấn tối thiểu và chính xác trên cơ thể sống. Hiện nay, các thiết bị hình ảnh y tế được sử dụng phổ biến nhất bao gồm:nội soi, hình ảnh ba chiều và hệ thống chụp ảnh vi mô.