CC BY
13УДК 616-089.843
Лотов К.И.
студент кафедры лазерных и оптико-электронных систем Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ ОПТОВОЛОКНА В МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ: ВЫЗОВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Аннотация: в статье рассмотрены особенности и преимущества использования оптоволокна в медицинских технологиях. Исследована классификация и описание оптических методов диагностики различных тканей и органов. Проанализировано использование оптоволоконных технологий в медицинской диагностике, лечении и хирургии. Обозначены проблемы, с которыми сталкиваются специалисты в этой области и перспективы развития оптоволоконных технологий в медицине.
Ключевые слова: оптоволокно, медицинские технологии, оптические методы диагностики, лечение, хирургия.
Введение. Оптоволокно в буквальном смысле слова изменило мир — благодаря созданию и использованию оптоволокна передача данных стала намного более быстрой, чем когда-либо до этого. Разработки, связанные с созданием новых систем визуализации на основе оптоволокна, способствуют развитию информационной инфраструктуры и ряда других отраслей [1]. Примером эффективного использования оптоволокна в настоящее время могут служить оптоволоконные технологии, применяемые в медицине.
Основная часть. С внедрением оптоволокна в медицину открылись новые области их медицинского применения, как в диагностике, так и в лечении. Они варьируются от инвазивных и неинвазивных методов лечения до эндоскопической хирургии и визуализационной диагностики с использованием
так называемых технологий «замочной скважины». Интеграция оптических волокон в медицинскую сферу позволила сделать процедуры более безопасными, более эффективными, сократить время восстановления и улучшить качество диагностических исследований [2]. Преимущества использования оптоволокна в медицинских технологиях, рассмотрим на рисунке 1:
Оптоволокно устойчиво к электромагнитным помехам
Устойчивы к высоким температурам
Они нетоксичны и химически инертны
Они считаются очень безопасными для использования даже внутри человеческого тела
Гибкость и небольшой размер оптоволоконных кабелей позволяют прокладывать их в узких пространствах и перемещаться по сложным анатомическим структурам, обеспечивая детальное изображение в режиме реального времени. Это значительно расширило диагностические возможности, позволяя раньше выявлять заболевания и _проводить более точные оценки_
Эти устройства имеют небольшие и компактные размеры
Позволяют врачам проводить визуальный анализ и лечение различных заболеваний через очень мелкие надрезы
медицинское оптоволокно играет решающую роль в продвижении минимально инвазпвных процедур, снижая необходимость в открытых операциях, сводя к минимуму дискомфорт пациентов и время восстановления.
Рисунок 1. Преимущества оптоволокна в медицинских технологиях.
Уникальные свойства оптоволокна позволяют разрабатывать сложные медицинские приборы, что соответствует расширению возможностей выполнения диагностических исследований и хирургических процедур.
Симонян Э. А., Горнова В.А. поясняют, что оптическое волокно довольно часто используется в медицине в сфере диагностики. Оптические волокна позволяют врачам проводить визуальный анализ и лечение различных заболеваний [3]. Применение оптических методов диагностики основано на уникальных спектрах поглощения, отражения, рассеяния и люминесценции биохимических и клеточных компонентов тканей и крови. Эти спектры являются "индивидуальными" и различаются для разных типов мягких тканей, а также для областей уплотнений внутри них, что позволяет производить такие исследования.
Гринько С. С., Денисенко А. И., Новикова А. А., Новиков А. А. [4] предполагают, что все оптические методы диагностики различных тканей и
органов, базирующихся на оптоволокне, можно разделить на две большие
группы. Представим их на рисунке 2:
Рисунок 2. Оптические методы диагностики различных тканей и органов.
Сегодня в мире развиваются несколько перспективных направлений медицинской оптической неинвазивной диагностики - лазерная когерентная и диффузионная томография, спектроскопия упругого рассеяния, флюоресцентная диагностика, лазерная доплеровская флоуметрия, тканевая оксиметрия и ряд других направлений. Так, например оптическая когерентная томография (ОКТ) с успехом используется по мнению В.Н. Гришанова [5] для построения высокоточных пространственных изображений исследуемых объектов в реальном времени, ОКТ стала одним из самых быстро и успешно транслируемых методов визуализации с существенные клинические и экономические последствия и признание. Как отмечает группа авторов в лице Райнера А. [6] ОКТ произвела революцию в офтальмологической диагностике и, следовательно, является самой быстродействующей технологией визуализации в истории офтальмологии. Тем не менее, ОКТ не используется полностью и все еще имеет значительный потенциал роста. Это относится не только к офтальмологической области применения, но также и к изначальной цели ОКТ сделать проведение оптической биопсии, т.е. визуализации микроструктуры ткани с разрешением, приближающимся к гистологическому, но без необходимости иссечения ткани.
Однако стоит учитывать, что для диагностических целей по оптическим волокнам обычно передается низкая оптическая мощность, хирургические
процедуры обычно требуют передачи высокой мощности до 200 Вт в непрерывном режиме [7], что создает значительные сложности. Оптоволоконная технология позволяет хирургам восстанавливать органы, диагностировать проблемы и удалять больные ткани, сокращая время восстановления пациента по сравнению с более инвазивными хирургическими методами. Оптоволоконная технология внесла свой вклад во многие современные тенденции в хирургии.
Возможность точно контролировать и просматривать объекты внутри тела в режиме реального времени привела к увеличению количества роботизированных процедур и уменьшению размеров хирургических инструментов. Новые типы датчиков, совместимых с оборудованием для визуализации, помогают инструментам в их работе и способствуют успеху.
Хотя в целом эти тенденции положительны, недостатком этих тенденций является то, что хирурги часто не имеют физической, тактильной обратной связи, как при выполнении процедур вручную. Иногда из-за этого хирургам может быть сложно понять, оказывают ли они нужное давление в нужном месте во время процедур [8]. Усиление тактильной обратной связи требует оценки разработки новых датчиков и систем обратной связи, что является сложной вычислительной проблемой, требующей дальнейшего решения.
Применение оптоволокна в медицинских технологиях продолжает развиваться, открывая новые возможности в практике медицины и улучшая результаты лечения пациентов. Ожидается, что к 2024 году индустрия медицинской оптоволокна достигнет оборота более 1 миллиарда долларов. Хотя оценки немного различаются, рыночные отчеты сходятся во мнении, что ближайшие годы станут временем значительного роста для отрасли. Согласно недавнему отчету о глобальном исследовании рынка [9], индустрия медицинского оптоволокна и технологий должна ежегодно расти на 8-9 процентов до 2026 года. Что в очередной раз подтверждает актуальность дальнейших исследований применения оптоволокна в медицинских технологиях.
Заключение. Таким образом, оптоволокно - это передовая технология, широко применяемая в медицинских технологиях. Его уникальные свойства и возможности делают его незаменимым инструментом для медицинской диагностики, хирургии и лечения. Несмотря на широкое использование оптических технологий, применение оптоволокна в медицинских технологиях продолжает создавать проблемы. Медицинские устройства, как правило, должны быть надежными, высокостабильными, безопасными и биосовместимыми среди многих других компонентов. Хотя эти требования создают препятствия в исследовательском сообществе, спрос на такое сложное оборудование продолжает сохраняться.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Орлова Е. Ю., Орлов А. А. Оптоволоконные технологии и сферы их применения // T-Comm. 2016. №3. URL: https://cyberlenmka.m/artide/n/optovolokonnye-tehnologii-i-sfery-ih-primeneniya (дата обращения: 06.12.2023);
2. Fiber optics: applications in the medical community [Электронный ресурс]. URL: https://www.fmdHght.net/Ыog/medical-fiber-optics/(дата обращения: 06.12.2023);
3. Симонян Э. А., Горнова В.А. Использование оптоволокна в медицине для диагностирования заболеваний // Научный журнал. 2018. №7 (30). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-optovolokna-v-meditsine-dlya-diagnostirovaniya-zabolevaniy (дата обращения: 06.12.2023);
4. Гринько С. С., Денисенко А. И., Новикова А. А., Новиков А. А. Современные технологии оптоэлектронной диагностики в медицине // ВЕЖПТ. 2010. №2 (47). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-tehnologii-optoelektronnoy-diagnostiki-v-meditsine (дата обращения: 06.12.2023);
5. Гришанов В.Н. Оптическая когерентная томография в медицинской диагностике. Самара: Изд-во СГАУ. 2015. С 4-6;
6. Лейтгеб Р.А., Плачек Ф., Ранг Э.А., Крайнц Л. Расширенная медицинская диагностика для врачей: перспективы оптической когерентной томографии // Journal of biomedical optics. 2021. Vol. 26, Issue 10. URL: https://doi.org/10.Ш7/1JBO.26.10.100601(дата обращения: 06.12.2023);
7. Optical fibers in medical technology [Электронный ресурс]. URL: https://www.lasercomponents.com/de-en/news/optical-flbers-in-medical-technology/(дата обращения: 06.12.2023);
8. What is the future of fiber optics in medicine [Электронный ресурс]. URL: https://www.nai-group.com/what-is-the-future-of-fiber-optics-in-medicine/(дата обращения: 06.12.2023);
9. Medical fiber optics market outlook 2020-2026: Focus on illumination, endoscopic imaging, biomedical sensing, laser signal delivery, and other applications [Электронный ресурс]. URL: https://www.prnewswire.com/news-releases/medical-fiber-optics-market-outlook-2020-2026-focus-on-illumination-endoscopic-imaging-biomedical-sensing-laser-signal-delivery-and-other-applications-301118935.html (дата обращения: 06.12.2023)
Lotov K.I.
Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia)
APPLICATION OF OPTICAL FIBERS IN MEDICAL TECHNOLOGIES: CHALLENGES AND PROSPECTS
Abstract: the paper considers the features and advantages of using optical fibers in medical technologies. Classification and description of optical methods of diagnostics of various tissues and organs are studied. The use of fiber optic technologies in medical diagnostics, treatment and surgery is analyzed. The problems faced by specialists in this field and the prospects for the development of fiber optic technologies in medicine are outlined.
Keywords: fiber optics, medical technologies, optical methods of diagnostics, treatment,
surgery.
