Skin tissue welding with near infrared lasers: Investigation of the optimal parameters

Abstract

Laser doku kaynağı/lehimlemesi cerrahi uygulamalarda geleneksel kapatma yöntemlerinebir alternatif olarak sunulmaktadır. Bu çalışmada, laser doku kaynağı tekniklerininiyileşme sürecine sağladığı faydalar ve dokuyu kapatabilme yetisi karşılaştırmalıdeneylerle araştırılmıştır. Üç yakın-kızılaltı dalgaboyunda yaplan ışımanın, 809 nmdiyot laser, 980 nm diyot laser, ve 1070 nm ytterbium fiber laser, deri kapatma yetilerive etkileri hem kendi aralarında hem de klasik dikiş yöntemiyle karşılaştırılmıştır. Laserenerjisi dokuya optik fiberler yardımıyla aktarılmış ve laser güçleri ön doz-kestirimçalışmalar ile belirlenmiştir. Ön doz kestirim deneylerinde her üç dalgaboyu dokukaynağı için denenmiştir, bunun yanında 809 nm diyot laser doku lehimlemesi için detest edilmiştir. Indosiyanin yeşil ve sığır serum albumin karışımı lehim maddesi olarakkullanılmıştır. Ayn enerjide, farkl güç yoğunluğu düzeylerindeki 980 nm laser kaynağı etkileri araştırılmıştır. Tüm deneylerde 21 günlük yara iyileşme periyodunda hayvan modeli olarak erkek Wistar cinsi sıçanlar kullanılmıştır. Bu süreç içerisinde iyileşme belirli günlerde histolojik ve mekanik olarak takip edilmiştir. Laser doku etkileşiiminin ışıl-ısıl özelliğinden veya dikiş tekniğinden kaynaklanan epidermal veya dermal histopatolojik değişikliklerin tespiti için deri örneklerinde Hematoksilen-Eosin boyama yöntemi kullanlmıştır. Bu değişimler farklı mikroskopi teknikleri yardımıyla (parlakalan, polarize, faz-kontrast) kapanma indeksi, ısıl değişim alanları, granülasyon alanları, ve epidermal kalınlık şeklinde sayısallaştırılmıştır. Kapatılmış kesinin kopma gerilimi bilgisayar kontrollü bir çekme aleti tarafından ölçülüp kaydedilmiştir. Laser kaynağı teknikleri dikiş tekniğine kıyasla mekanik olarak güçlü ve hızlı bir kapatma sağlaması açısından daha güvenilir bulunmuştur.

Laser tissue welding/soldering is an alternative to conventional closure techniquesin surgery. In the present study, the closure capability and the contributionto recovery period of laser welding techniques were investigated through comparativeexperiments. Eects of three near infrared (NIR) wavelengths, 809 nm diode laser,980 nm diode laser and 1070 nm ytterbium ber laser, were compared not only amongthemselves but also with classical manual suturing for skin closure competency. Laserswith dierent NIR wavelengths were delivered to skin incisions via optical bers andlaser power was adjusted according to predosimetry studies. In dosimetry experimentsall the three NIR lasers were tested for their ecacy in welding; besides, 809 nm diodelaser was also tested for its ecacy in laser soldering. Indocyanine green (ICG) andbovine serum albumin (BSA) mixture was used as solder material. Eects of 980 nmlaser welding at same energy but dierent irradiation levels were also compared. Allexperiments were performed in vivo and male Wistar Rats were used as animal modelfor 21 days wound healing. Throughout this period, healing was inspected at particulardays (1, 4, 7, 14, 21) by histological and mechanical methods. Skin sampleswere stained with Hematoxylin and Eosin (H&E) in order to assess gross pathologicalchanges along epidermis and dermis created either by photothermal laser tissue interactionsor suturing and suture material itself. These changes were quantied as closureindex (CI), thermally altered area (TAA), granulation area (GA) and epidermal thickness(ET) by using dierent microscopy techniques such as brighteld, polarized lightand phase contrast. Tensile strength of closure was measured and recorded with computercontrolled universal testing machine. The laser welding techniques were foundreliable in terms of immediate and mechanically strong closure compared to suturing.