Laser brain surgery with near infrared lasers: Investigation of the optimal parameters by real-time temperature monitoring

Abstract

Sürekli-dalga laser uygulamaları çevre dokularda istenmeyen ısıl hasara neden ola- bilmektedir. Laser uygulamalarının konvansiyonel cerrahi tekniklere alternatif olabilmesi için bu ısıl hasarların detaylı bir doz çalışması ile kontrol altına alınabilmesi gerekir. Isıl hasarları düşük bir seviyeye indirgemede gerçek zamanlı sıcaklık monitorizasyonu da etkin bir yol olabilir. Bu çalışmanın amacı, fototermal etkileşimin istenmeyen etkilerinin daha iyi bir deney düzeneğiyle üstesinden gelmek ve laserlerin klinik uygulamlarda kullanıla- bilmesi için optimal laser parametrelerini belirlemektir. Çalışmada, 980-nm, 1070-nm ve 1940-nm olmak üzere, üç farklı kızılaltı laser karşılaştırmalı deneylerle incelenmiştir. ex vivo çalışmaların ardından in vivo çalışmalar yapılmıştır. Bütün deneylerde dokudaki sıcaklığın gerçek zamanlı olarak ölçümü yapılmıştır. Deneylerde hayvan modeli olarak erkek Wistar sıçanları kullanılmıştır. Stereotaktik cerrahileri takiben hayvanlar sakrifiye edilmiş ve histolojik incelemeler için hazırlanmıştır. Hayvanlardan alınan dokular Cresyl Fast Violet ile boyanarak ısıl değişim gösteren bölgeler ölçülmüştür.Uygulanan laser parametreleri ile ablasyon verimlilikleri ve sıcaklık değişimleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Sıcaklık değişim hızı ile ablasyon verimlilikleri arasındaki korelasyonlar hesaplanmıştır. Sonuç olarak bu çalışma sıcaklık monitorizasyonunun dal- gaboyundan bağımsız olarak oluşan lezyonların özellikleri yönünden önemli bir gösterge olduğunu ortaya koymuştur.

The thermal damage of the surrounding tissue can be an unwanted result of continuous-wave laser irradiation. In order to propose an effective way alternative to conventional surgical techniques, photothermal damage must be taken under control by a detailed dose study. Real-time temperature monitoring can be also an effective way to get rid of these side effects. The aim of this study was to overcome the side effects of photothermal interactions with a better establishment of experiments for investigating the photothermal effects of lasers and to specify optimal laser parameters in order to propose lasers in clinical use. In the present study, ablation/vaporization capability of three different infrared lasers operating at 980-nm, 1070-nm and 1940-nm were investigated through comparative experiments. All studies were performed ex vivo followed by in vivo with real-time temperature monitoring and male Wistar rats were used as an animal model. Animals were sacrificed immediately after the stereotaxic surgery for histological examinations. Sections were stained with Cresyl Fast Violet in order to measure the thermally altered areas.The relation between laser parameters, temperature changes and ablation efficiency were determined. The correlations between rate of temperature change and ablation efficiency were calculated. In conclusion, this comparative study showed that the change in temperature in the tissue during laser irradiation, even though the laser source is different in terms of wavelength, can be a good indicator for the characteristics of lesion created by the laser.