Ablation efficiency and thermal damage of infrared lasers on ex vivo lamb brain tissues

Abstract

Bu çalışmanın amacı beyin cerrahisi için kullanlacak olan lazerin seçimine katkıda bulunmaktır. Bu nedenle, ex vivo kuzu beyini üzerinde 1940-nm tulyum fiber lazeri, 1470-nm diyot lazeri, 1070-nm ytterbium fiber lazeri ve 980-nm diyot lazeri kullanılarak deney yapılmıştır. Deneyde, bazı değişkenlerin kombinasyonu uygulanmıştır. Bu değişkenler; beyin dokusu (kortikal ve korteks altı), lazer gücü, enerji yoğunluğu, lazer çalışma yöntemi (sürekli ve module edilmiş darbeli yöntem) ve uygulama süresidir.Ön doz çalışması, kuzu beyinindeki koagülasyon ve karbonizasyon başlama zamanlarını bulmak için yürütülür. Böylece, doz çalışması için lazerin doz uygulama aralığı tespit edilir. Doz çalışmasnda, her iki beyin dokusu kullanılmış ve 1940-nm ile 1470-nm lazerler için sırasıyla 200mW-400mW-600mW-800 mW ve 0.5W-1W-1.5W- 2W güç aralıkları; 2 J ile 4 J enerji yoğunlukları için uygulanmıştır. Diğer iki lazer 1W-2W-3W-4W güç aralıkları; 20 J ile 40 J enerji yoğunlukları için kullanılmıştır. Her bir uygulamadan sonra, beyin dokularnda oluşan koagülasyon ve ablasyon çapları mikroskop yardımıyla ölçülmüştür. Böylece, en yüksek ablasyon verimliliği bulunarak beyin ablasyonu için uygun lazer değişkenleri bulunmak istenmiştir. Ablasyon verimlil- iği, ablasyon çapının koagülasyon çapına oranıyla hesap edilir.Sonuç olarak, ablasyon ve koagülasyon lezyonlar 1940-nm ve 1470-nm lazerler ile oluşturulurken diğer iki lazer sadece koagülasyon lezyonu oluşturur. Ablasyon verimliği 1940-nm ve 1470-nm lazer uygulamalar için hesaplanmış ve ilki korteks alt ablasyon işleminde başarılı olurken; ikincisi kortikal ablasyonu için uygun olduğu görülmüştür.

The objective of this investigation is to guide to select the most sufficient infrared laser for the neurosurgery. For this reason, 1940-nm thulium fiber laser, 1470- nm diode laser, 1070-nm ytterbium fiber laser and 980-nm diode laser were operated with the ex vivo lamb brain tissues. Combination of some parameters such as brain tissue (subcortical and cortical tissues), laser output power, energy density, mode of operation (continuous and pulsed-modulated modes) and exposure time were applied.Pre-dosimetry study was conducted to determine coagulation and carbonization onset times for the lamb brain tissues. In this way, safe operation zone could be described for the dosimetry study. In the dosimetry study, both tissues were exposed to some energy densities (2J-4J) and power levels which are 200mW-400mW-600mW-800 mW and 0.5W-1W-1.5W-2W for 1940-nm and 1470-nm laser applications, respectively. The last two laser emitted light to both brain tissues with some power levels (1W- 2W-3W-4W) and energy densities (20J-40J). After each laser application, coagulation and ablation diameters were calculated under a light microscope. It was aimed to find suitable laser parameter so as to perform the greatest ablation efficiency which is determined as ablation diameter over coagulated diameter.Consequently, 1940-nm and 1470-nm lasers created ablated and coagulated areas while the other two lasers made only coagulated areas. Ablation efficiencies were calculated for 1940-nm and 1470-nm lasers. It was found that the former and the latter can be used as a subcortical and cortical tissue ablator, respectively.