رشته های پزشکی که از فوتونیک و اپتیک سود می برند

رشته‌های پزشکی تخصصی که از پیشرفت‌های اپتیک و بیوفوتونیک بهره می‌برند، شامل جراحی مغز و اعصاب، جراحی آندوسکوپی، تصویربرداری پزشکی، قلب و عروق و داروسازی می‌شود، اما محدود به آن نمی‌شود.

تشخیص غیر تهاجمی

تکنیک های تشخیصی غیر تهاجمی به روش های تشخیصی اطلاق می شود که متکی به شکستن پوست بیمار نیست. بسیاری از تکنیک‌های اپتیک، مانند اشعه ایکس، می‌توانند برای عبور از بافت یا قرار دادن دوربین‌ها برای تشخیص از جمله آندوسکوپی و دوربین‌های بلع استفاده شوند.

لیزرها

لیزرهای پزشکی در جراحی چشم، دندانپزشکی و رفع سرطان استفاده می شود. لیزر همچنین ابزار بسیار مهمی در درمان های پوست و زیبایی پوست است.

توالی یابی ژنومی

با استفاده از نشانگرهای فلورسنت که به پایگاه های DNA خاصی متصل می شوند، می توان از لیزر برای شناسایی نشانگرها و انجام توالی یابی ژنومی استفاده کرد. این دانش از ساختار ژنتیکی بدن ما به پیشرفت های دارویی جدید و درمان های بهتر بیماری کمک می کند.

تصویربرداری زیست پزشکی

تصویربرداری زیست پزشکی از اولین استفاده از تصاویر اشعه ایکس در اواخر قرن نوزدهم راه طولانی را پیموده است. تصویربرداری پزشکی مدرن هنوز به شدت به اشعه ایکس متکی است، اما پیشرفت‌های دیگر شامل فلوروسکوپی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی محوری کامپیوتری (CAT یا CT اسکن)، توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) و رادیوگرافی پروجکشن، و همچنین استفاده از تکنیک ها و تجهیزات میکروسکوپی پیشرفته مانند میکروسکوپ های نیروی اتمی.

پیشرفته بیواپتیک و بیوفوتونیک

لبه برش های بیواپتیک و بیوفتونیک شامل استفاده از میکروسکوپ های نیروی اتمی برای دستکاری مستقیم غشای سلولی، دستکاری لیزری پروتئین ها و تکنیک های تصویربرداری پیشرفته مانند OCT (توموگرافی انسجام نوری) و CT (توموگرافی کامپیوتری) است.

درمان های فعال شده با نور

درمان‌های فعال‌شده با نور از نور برای تشویق فرآیندهایی مانند بهبود زخم یا درمان سرطان‌ها از طریق درمان فوتودینامیک استفاده می‌کنند.

لیزر اگزایمر

کاربردهای لیزر در پزشکی و زیست شناسی 

در دهه گذشته، سرعت توسعه لیزرهای فرابنفش (UV) و فناوری آنها افزایش قابل توجهی داشته است. تا حدی، این نتیجه تقاضا برای طول موج های فرابنفش در زمینه های در حال توسعه فتوشیمی لیزری و فوتوبیولوژی، و تا حدی علاقه به پردازش مواد و ریزساخت است. تا حدی، این نتیجه یک گرایش طبیعی برای فیزیکدان لیزر است که به سمتی بچرخد که تاکنون موفقیت چندانی نداشته است، یعنی در توسعه لیزرهای فرابنفش کارآمد. بارزترین نتیجه این فعالیت کلاس لیزرهای اکسایمر UV بوده است. در نتیجه این کار، این لیزرها به حدی مهندسی شده اند که می توانند انواع منابع منسجم شدید با طول موج های 400 تا کمتر از 200 را ارائه دهند. نانومتر در مقایسه با سایر سیستم های لیزری در همان وضعیت توسعه، آنها به طرز شگفت آوری ساده و ارزان هستند. در حال حاضر آنها می توانند توان متوسط ​​تا 50 وات و توان پالس تا 100 مگاوات را ارائه دهند. توانایی تولید چنین سطوح توانی در طول موج های متغیر از طریق اشعه ماوراء بنفش به وضوح تأثیر عمده ای بر استفاده از لیزر در تحقیقات پزشکی یا بیولوژیکی خواهد داشت.

پالس های لیزری فوق کوتاه در تحقیقات زیست پزشکی

روش‌های مدرن، که عمدتاً برای مطالعه رویدادهای کوتاه‌مدت در فیزیک و شیمی در نظر گرفته شده‌اند، اخیراً به سیستم‌های بیولوژیکی منتقل شده‌اند، جایی که اکنون امکان بررسی مکانیسم‌های دقیق فرآیندهای بسیار سریع را فراهم می‌کنند. این یک تصویر جالب از بازخورد سازنده در علم است، زیرا قرن ها پیش، فیزیولوژی با موفقیت به تولد فناوری های اندازه گیری کوتاه مدت کمک کرد. طبق داستان، گالیله با استفاده از نبض خود به عنوان علامت زمانی، هم زمان بودن آونگ را ایجاد کرد که در ساعت‌های تنظیم‌شده مکانیکی کاربرد پیدا کرد. این و دستگاه های مختلف دیگر، بر اساس مقایسه شنوایی (مثلاً آژیر د لا تور) یا مقایسه بصری رویدادهای سریع با استانداردهای انتخاب شده، به دستاوردهای قابل توجهی منجر شد (از جمله اندازه گیری سرعت نور توسط فوکو). مدت ها قبل از ضبط عکاسی با ابزار دقیق الکتریکی با جرقه های الکتریکی به عنوان منبع نور، امکان مشاهده مستقیم رویدادها در محدوده زمانی نانو (10-9)، پیکو (10-12)، و حتی فمتو (10-15) ثانیه فراهم شد. با این حال، با لیزر می توان این کار را راحت تر و با درجه اطمینان بالاتری انجام داد.

لیزر به عنوان ابزاری در مطالعه فتوسنتز

اکنون می‌توانیم با اطمینان بگوییم که فتوسنتز ناحیه‌ای است که بیشترین بهره را از تکنیک‌های لیزر برده است. در تلاش های ما برای درک طبیعت و به دست آوردن بینش در مورد مکانیسم های فرآیندهای بیولوژیکی اساسی، مزایای بزرگ ارائه شده توسط تجهیزات لیزری با پیشرفت چشمگیر در تحقیقات فتوسنتزی به وضوح نشان داده شده است. لیزر در زمانی به وجود آمد که بیشترین تقاضا برای روش‌های تحقیقاتی جدید وجود داشت که ما را قادر می‌سازد تعدادی از سؤالات اساسی در مورد مکانیسم‌های رویدادهای اولیه فوق سریع فتوسنتز را حل کنیم.

لیزر به عنوان ابزاری در مطالعه فتوسنتز

اکنون می‌توانیم با اطمینان بگوییم که فتوسنتز ناحیه‌ای است که بیشترین بهره را از تکنیک‌های لیزر برده است. در تلاش های ما برای درک طبیعت و به دست آوردن بینش در مورد مکانیسم های فرآیندهای بیولوژیکی اساسی، مزایای بزرگ ارائه شده توسط تجهیزات لیزری با پیشرفت چشمگیر در تحقیقات فتوسنتزی به وضوح نشان داده شده است. لیزر در زمانی به وجود آمد که بیشترین تقاضا برای روش‌های تحقیقاتی جدید وجود داشت که ما را قادر می‌سازد تعدادی از سؤالات اساسی در مورد مکانیسم‌های رویدادهای اولیه فوق سریع فتوسنتز را حل کنیم.

کاربردهای لیزر در پزشکی و زیست شناسی

معرفی

تنوع فصل‌های ارائه‌شده در این جلد نه تنها کاربردهای فراوان لیزر را نشان می‌دهد، بلکه این واقعیت را نیز نشان می‌دهد که در بسیاری از موارد، اینها استفاده‌های جدیدی از لیزر نیستند، بلکه بهبود تکنیک‌های لیزری هستند که در حال حاضر به طور گسترده در تحقیقات و بالینی پذیرفته شده‌اند. موقعیت ها واکنش‌های بیولوژیکی به برخی از جنبه‌های خاص قرار گرفتن در معرض لیزر همچنان اثرات جدیدی را نشان می‌دهد که پیامدهایی برای موضوع همیشه حاضر ایمنی لیزر دارد. چنین واکنش‌های بیولوژیکی در زمینه‌های تحقیقاتی گنجانده شده‌اند که به ویژگی‌های قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی فقط با لیزر امکان‌پذیر است، برای مثال، پالس‌های کوتاه لازم برای آزمایش‌های پرش دما که توسط ریس بررسی شده است: لیزرهای تخصصی، مانند اتمسفر تحریک عرضی (TEA) گنجانده شده‌اند. ) یا لیزرهای اگزایمر، طول موج ها و حوزه های پالس جدیدی را به مواردی که از قبل برای کاربردهای بیولوژیکی در دسترس هستند اضافه کنید. شرحی از این نوع لیزرهای جدید توسط Osgood برای نشان دادن احتمالات جدید برای استفاده در آینده و جلوگیری از محدود کردن پوشش ما به برنامه های امروزی به خوبی توسعه یافته ارائه شده است. هیلنکمپ و کافمن یک طیف‌نگار جرمی میکروپروب را برای تجزیه و تحلیل مقادیر دقیقه‌ای از ماده تبخیر شده توسط یک پالس لیزر توصیف می‌کنند. امکانات تحلیلی این ابزار بسیار گسترده است و برخی از نتایج مختلف برای نشان دادن قدرت روش آنها و همچنین نشان دادن انواع مشکلات مناسب برای آن شرح داده شده است. مراحل اولیه فتوسنتز به موضوع تحقیقات فشرده تبدیل شده است.

چشم پزشکی

چشم پزشکی

دید بیولوژیکی

میکروسکوپ پیشرفته

کنتراست نوری In Vitro و In Vivo

علوم اعصاب و مغز

تحریک و درمان

گیربکس های نوری پرسرعت

چشم پزشکی مطالعه شرایط پزشکی مربوط به چشم است.

اسکن لیزری افتالموسکوپی (SLO) تغییری را در تکنیک عکاسی نشان داد که از اصل روشن کردن تنها یک نقطه کوچک از شبکیه با نور لیزر همسو شده که از مرکز مردمک هدایت می‌شود و انعکاس‌های کل اطراف آن در محدوده مردمک را به تصویر می‌کشید، استفاده می‌کرد. .

توموگرافی انسجام نوری (OCT) بعد جایگزینی را به تصویربرداری شبکیه با قدرت ایجاد تصاویر مقطعی از بافت شبکیه به وضوح محوری زیر میکرون و نفوذ میلی متری با استفاده از تکنیک تداخل انسجام کم همراه با نور پهن باند اضافه کرد. دامنه زمان در ابتدا و بعداً تکنیک‌های OCT دامنه فوریه وضوح محوری سطح مقطع بافت را بهبود بخشیدند.

اپتیک تطبیقی:

اپتیک تطبیقی ​​(AO) در ابتدا برای بخش نجوم توسعه داده شد تا از انحرافات تاری تصویر ناشی از انتشار جبهه موج در جو زمین خلاص شود. اختراع چشمی مستقیم به مطالعه بیماری های شبکیه چشم با دانش برگشت پذیری پرتوها و مشاهده پاراکسیال کمک کرد.

پیشرفت بیشتر، افتالموسکوپ غیرمستقیم بود که به پرتوها اجازه می داد با استفاده از یک سیستم معادل که نور را به سمت توجه همگرا می کرد، تصاویر واقعی بسازند. برخلاف تصویربرداری از اشیاء روزمره، تصویربرداری از شبکیه به اندازه مردمک ورودی محدود می‌شود و اشعه‌های خروجی که تصویر می‌شوند با اندازه همان مردمک خروجی محدود می‌شوند.

اپتیک و لیزر در پزشکی

اپتیک و لیزر در پزشکی

اپتیک زیست پزشکی

کاربردهای لیزر در پزشکی

لیزر در دندانپزشکی

لیزرها اکنون با طول موج های خروجی از اشعه ماوراء بنفش دور تا مادون قرمز میانی در دسترس هستند. تعداد فزاینده ای از این طول موج های لیزر در پزشکی استفاده می شود. برای اینکه لیزر اثر مطلوبی داشته باشد، باید انرژی آن در بافت مورد نظر جذب شود. به این ترتیب، لیزرها برای کاربردهای خاص بر اساس ویژگی های جذب طول موج(های) آنها در بافت و وسایل موجود برای رساندن انرژی لیزر به محل درمان انتخاب می شوند.

تاثیر لیزر بر روی بافت: وقتی انرژی لیزر بر روی بافت برخورد می کند، سه اتفاق می افتد. مقداری از نور منعکس می شود، مقداری در محل درمان جذب می شود و مقداری به بافت های خارج از محل درمان منتقل می شود.

برای اینکه لیزر موثر باشد، نور باید توسط بافت های مورد نظر جذب شود. میزان وقوع هر کدام تابعی از طول موج لیزر و نحوه تعامل انرژی لیزر با بافت تحت تابش است.

اثرات تابش: تابش به درجه ای گفته می شود که انرژی لیزر بر روی بافت های مورد نظر متمرکز می شود. تابش در هدف، توان لیزر تقسیم بر ناحیه هدف است و واحد اندازه گیری وات بر سانتی متر مربع است. از آنجایی که اکثریت قریب به اتفاق پرتوهای خروجی لیزر جراحی گرد هستند و مساحت یک دایره به صورت Br2 تعریف می شود، اگر شعاع نقطه هدف افزایش یا کاهش یابد، تغییر حاصل در تابش به عنوان تابع معکوس r2 افزایش یا کاهش می یابد. بنابراین، یک تغییر کوچک در اندازه نقطه می تواند تأثیر چشمگیری بر تابش هدف و به تبع آن سرعت تخریب بافت توسط لیزر داشته باشد.

آناتومی پوست

چهار لایه اپیدرم عبارتند از:

Stratum Basale: این عمیق ترین لایه اپیدرم است و از یک لایه تک سلول های پایه تشکیل شده است. این از این سلول های شکل ستون است که کراتینوسیت ها ایجاد می شوند. سلول های ملانوسیت و مرکل نیز در این لایه یافت می شوند. اساسا Stratum نیز لایه پایه یا stratum germinativum نامیده می شود.

Spinosum Stratum: این ضخیم ترین لایه اپیدرم است. به عنوان سلول ها تحت mitosis (تقسیم سلولی) در لایه زیر قرار می گیرند، کراتینوسیت های تازه تشکیل شده به اسپینوسوم Stratum منتقل می شوند. همچنین در این لایه یافت می شود سلول های لانگرهان.

Stratum Granulosum: به عنوان keratinocytes جدید به این لایه تحت فشار قرار داده شده به تغییر در اندازه و شکل، تبدیل شدن به سخت تر و دلپذیر، ایجاد یک لایه که دارای ظاهر گرانول است. هسته سلول و ارگانلز شروع به مرگ در این لایه، ترک پشت کراتین سخت.

Stratum Lucidum: این لایه پنجم تخصصی اپیدرم است و تنها بر روی کف دست ها و کف پا یافت می شود. این یک لایه اضافی از حفاظت را به این مناطق اضافه می کند. این لایه از سلول های مرده و مسطح ساخته شده است.

Stratum Corneum: همچنین لایه سفت نامیده می شود، این لایه بالایی از اپیدرم است. این ساخته شده از سلول های تنگ بسته بندی شده، کراتینیزه شده است. هنگامی که آنها به این لایه رسیده اند، کراتینوسیت ها فوت کرده اند، مسطح، سخت شده اند و اکنون Corneocytes نامیده می شوند. این سلول ها مانع ضد آب، مانع محافظ سطح پوست می شوند. به عنوان Corneocytes جدید ایجاد شده و تحت فشار به سطح، cornocytes قدیمی ریخته شده است.

درم

درم ها لایه میانی پوست است. DERMIS لایه ای است که پوست را ساختار و انعطاف پذیری می دهد.

درم دارای دو لایه است: لایه پاپیلری و لایه رتیکولی.

لایه پاپیلری لایه نزدیک به اپیدرم است. درمات و اپیدرم توسط پیش بینی های انگشتی به نام پاپیلا پوستی متصل می شوند. پاپیل های پوستی مواد مغذی را به اپیدرم ارسال می کنند از طریق یک فرایند به نام انتشار. در لایه پاپیلری، فراوانی رگ های خونی کوچک، فاگوسیت ها (سلول های محافظتی که پاتوژن ها را مصرف می کنند)، الیاف عصبی و گیرنده های لمسی به نام Corpuscles می گویند.

لایه رتیکولی ضخیم تر از دو لایه پوستی است. این در درجه اول از الیاف کلاژن و الاستین تشکیل شده است. این به قدرت درم کمک می کند و اجازه می دهد تا آن را کشش.

در داخل لایه Reticular از درم ها یافت می شود:

غدد سباسه: غدد سباسه مسئول ترشح یک ماده روغنی به نام Sebum هستند که پوست را روان می کنند. غدد سباسه در همه جا یافت می شود، به جز کف دست و کف پا. بالاترین غلظت غدد سباسه بر روی صورت، پوست سر و عقب بالا است.

فولیکول های مو: فولیکول های مو به طور نزدیک با غدد سباسه کار می کنند تا به سطح پوست به سطح پوست کمک کنند. ترکیبی از فولیکول مو و غدد سباسه با هم واحد pilosebasupleupley نامیده می شود. فولیکول های مو بر اکثریت پوست یافت می شود. آنها در کف دست دست، کف پا، لب ها، آلت تناسلی ها و Labia minor وجود ندارد. لازم به ذکر است که فولیکول مو از طریق اپیدرم گسترش می یابد و در سطح پوست باز می شود.

غدد sudoriferous: اینها نیز به عنوان غدد عرق شناخته می شوند، که دو نوع - اکسیژن و آپوکرین وجود دارد. غده های اکرینین غدد لنفاوی هستند که عرق تولید می کنند و در کمک به تنظیم دمای بدن هستند. این غدد نیز مقدار کمی از محصولات زباله مانند اوره، لاکتیک و اسید اوریک، آمونیاک را از بین می برد. آپوکرین در ناحیه زیر بغل و کشاله ران زیاد است و تا بلوغ فعال نیست. غدد آپوکرین نوعی عرق را تولید می کنند که به راحتی توسط باکتری ها هضم می شود و مسئول ایجاد بوی بدن است.

Arrector Pili Muscle: عضله ردیابی Pili یک عضله کوچک است که به پایه مو متصل است. هنگامی که آن قرارداد، آن را ایجاد می کند یک goosebump و باعث می شود مو در پایان.

غدد سرامیکی: این غدد تخصصی، تنها در درم در داخل کانال گوش یافت می شود، ایجاد گوشواره.

عروق لنفاوی

رگ های خونی

گیرنده های حسی

لایه زیر جلدی

دو لایه بالای پوست در بافت زیر جلدی قرار می گیرند. این لایه گاهی اوقات به عنوان زیرزمینی یا پونهولوس نامیده می شود.

این لایه عمدتا از بافت چربی به نام بافت چربی تشکیل شده است. این جایی است که بدن فروشگاه های چربی خود را ذخیره می کند.

لایه زیر جلدی نیز از بافت همبند شل، رگ های خونی بزرگتر و اعصاب تشکیل شده است. این لایه به اتصال پوست فوقانی به عضلات زیر کمک می کند.

این لایه در ضخامت بسته به جایی که بر روی بدن یافت می شود متفاوت است (ضخیم ترین در باسن، کف دست، پالم ها و پاها) و همچنین سن، جنس و سلامت یک فرد است.

تغییرات تشریحی

ضخامت پوست از سن متفاوت است. پوست تا حدود 40 سالگی به تدریج ضخیم تر می شود، زمانی که دوره آن را تغییر می دهد و به آرامی این تغییرات را تغییر می دهد. این تغییرات عمدتا در درم رخ می دهد.

برخی از نشانه هایی وجود دارد که مردان، زیست شناختی، پوست را به طور کلی ضخیم تر از زنان دارند. برخی از مطالعات، هر چند، تفاوت معنی داری بین ضخامت پوست مردان در مقابل زن وجود ندارد

آناتومی پوست

آناتومی پوست

بزرگترین ارگان شما محافظت می کند، گرما را تنظیم می کند و احساس می کند

پوست بزرگترین ارگان بدن انسان است. توابع اصلی آن حفاظت، تنظیم حرارتی و احساس است. پوست از سه لایه اصلی تشکیل شده است: اپیدرم، درم و لایه زیر جلدی.

آناتومی

پوست بخشی از سیستم مستمر است که همچنین شامل ناخن ها، مو و غده های غده ای است. این یک عضو فوق العاده بزرگ است که 15٪ از وزن کل بدن بالغ را تشکیل می دهد.

ضخامت کل پوست بسته به جایی که بر روی بدن یافت می شود متفاوت است. ضخیم ترین پوست در پشت، کف دست ها و پایین پاها یافت می شود، جایی که می تواند تا 3 میلی متر (میلی متر) ضخامت داشته باشد. 2. نازک ترین پوست بر روی پلک یافت می شود، جایی که اپیدرم اندازه گیری می شود فقط 0.05 میلی متر با درم بسیار کم و چربی زیر جلدی

سه لایه اصلی پوست هر کدام شامل سلول های تخصصی، بافت ها و ضمیمه ها هستند و هر کدام عملکرد منحصر به فرد بدن را انجام می دهند.

اپیدرم

اپیدرم لایه ی خارج از پوست، لایه پوست است که قابل مشاهده است. اپیدرم نیز باریک ترین لایه های پوست است. این یک لایه پوست پوستی است، بنابراین رگ های خونی وجود ندارد.

این لایه سختی عمدتا از سلول های کراتین و اپیتلیال تشکیل شده است که در ورق های محکم بسته بندی شده اند. این در حالت تجدید ثابت است، به عنوان سلول های پوست جدید به طور مداوم ایجاد شده است، در حالی که سلول های مسن تر در یک فرآیند به نام Dualjamation خسته شده اند.

انواع سلول های مهم اپیدرم عبارتند از:

Keratinocytes: اکثریت قریب به اتفاق اپیدرم از کراتینوسیت ها تشکیل شده است. کراتینوسیت ها سلول هایی هستند که کراتین را تولید می کنند، پروتئین ساختاری که پوست، مو و ناخن را تشکیل می دهند. کراتین چیزی است که مانع از محافظ، مانع مقاوم در برابر آب از پوست است.

ملانوسیت ها: پس از keratinocytes، ملانوسیت ها دومین تعداد زیادی هستند. این سلول ها ملانین را تولید می کنند، پروتئین که رنگ پوست، مو و چشم را رنگ می کند. ملانین همچنین به عنوان یک مانع عمل می کند، محافظت از پوست از نور UV.

سلول های Langerhans: این فقط تعداد کمی از سلول های داخل اپیدرم را تشکیل می دهند، اما عملکرد مهمی دارند. سلول های لانگرهان سلول های تخصصی هستند که با سیستم ایمنی بدن برای محافظت از پوست از پاتوژن های خارجی کار می کنند.

سلول های مرکل: این سلول های گیرنده لمسی بیشترین تعداد زیادی در زمینه های لمسی بالا مانند نوک انگشتان، لب ها و اطراف شفت مو هستند. این سلول ها یک ماده شیمیایی را ترشح می کنند که اطلاعات را به طور مستقیم به مغز منتقل می کند، اجازه می دهد که پوست حتی سبک ترین لمس را حس کند.

اپیدرم خود را از چهار لایه تشکیل شده است، با برخی از مناطق دارای یک لایه اپیدرمال پنجم تخصصی.

Keratinocytes از طریق تغییرات رادیکال از طریق عمیق ترین لایه اپیدرمی سفر می کنند، جایی که آنها "متولد" به لایه بالایی هستند که در نهایت از بین رفتند. کل فرایند گردش خون سلول از تولد سلولی تا خرد شدن، به طور متوسط ​​حدود 28 روز طول می کشد.