Optical properties of native and coagulated lamb brain tissues in vitro in the visible and near infrared spectral range

Abstract

ÖZETDOĞAL VE KOAGÜLE OLMUŞ in vitro KUZU BEYİN DOKULARININGÖRÜNÜR VE YAKIN KIZIL-ALTI ARALIKLARINDAKİ OPTİK ÖZELLİKLERİ.Bu çalışmanın amacı, kasaptan alınan kuzu beyinlerinin in vitro olarak doğal halleri ile45ºC ,60ºC, 80ºC olmak üzere 3 farklı sıcaklıkta koagüle edilmiş hallerinin ışık dalga kuşağınıngörünür ışık ve yakın- kızılaltı aralıklarında ışıkla etkileşimleri sonucunda dokudaki etkilerininölçülerek, bu ölçümler doğrultusunda elde edilen veriler yardımıyla dokunun optik özelliklerininhesaplanmasıdır. Doz planlanmasında ve doğru cerrahi uygulamalar için beyin dokusunun optiközelliklerinin bilinmesi gerekir. Ayrıca laser terapisi sırasında ortaya çıkan ısının da dokununoptik özelliklerini değiştirebileceği düşünüldüğünde, farklı sıcaklıklarda koagüle olmuş beyindokusunun optik özellikleri de bilinmelidir.Deneyler süresince kuzu beyninin beyincik, beyin sapı kısımları ile beynin ön lobununkabuk(gri madde) ve kabukaltı (beyaz madde) dokuları deneylerde kullanıldı. Hesaplamalar için,dağınık iletim, dağınık yansıma, toplam yansıma ve dağınık yansıma değerleri hem doğal hem dekoagüle olmuş deyin dokuları için ölçüldü.Bu ölçüm verilerini elde etmek için optik düzenek hazırlandı.Işık kaynağından çıkan ışıkoptik tek dalga boyunda ışık yayabilen monokromatöre odaklandı. Monokromatörün çıkışındangelen ışık tümleşik kürenin üzerine, ölçümleri toplamak amacıyla optik lensler yardımıylaodaklandı. Deneylerden elde edilen ölçüm verileri Biophotonics labaratuvarında geliştirilenCAL-g3 yazılımı yardımıyla optik özelliklerin hesaplanmasında kullanıldı.Sonuç olarak, dokuların sıcaklık değerleri arttırıldığında dokuların µa ve µs değerlerininde arttığı gözlemlendi. Ayrıca Mie saçılmasındaki artıştan dolayı, dalga boyu arttıkça tümdokularda saçılmada azalmalara rastlandı.Anahtar Sözcükler: Monokromatör, doku karakterizasyonu, ışık-doku etkileşimi .

ABSTRACTOPTICAL PROPERTIES OF NATIVE AND COAGULATED LAMB BRAINTISSUES in vitro IN THE VISIBLE AND NEAR-INFRARED SPECTRAL RANGEThe aim of this study was to estimate optical properties (µa, µs, µt, µs?, Ï, α, g) ofnative and coagulated lamb brain tissues at three different temperatures (45ºC, 60ºC,80ºC) by means of measured data which formed due to light-tissue interactions in visibleand near-infrared spectral range in vitro. For dosimetry planning and accurate surgery,information about optical properties of brain tissue is required. Since optical properties ofbrain tissue may change due to thermal effects during laser therapy, knowledge of opticalproperties of brain tissue coagulated at different temperatures should also be known forsurgery.During this experimental study, optical properties of cerebellum, brainstem,cortical (grey matter), and sub-cortical regions (white matter) of frontal lobe tissues oflamb brain were estimated. For estimation, optical measurement data were determined foreither native or coagulated tissues. These measurement data were diffused transmittance,diffused reflectance, total reflectance and total transmittance.In order to measure these data, an optical system was designed; light coming froma light source was focused on the monochromator which can emit light at desired singlewavelength. Incoming light from exit slit of monochromator was focused on integratingsphere by means of optic lenses in order to get measured data from lock-in amplifier.Afterwards, data obtained from experiments were used to estimate optical properties oftissues by means of a software (CAL-g3) written in Biophotonics Laboratory of BoğaziciUniversity.As a conclusion, it was stated that both µa and µs values of tissues increased astemperature increases. Also scattering coefficients decreased with the wavelength for alltissue types due to increase in Mie scattering.Keywords: Monochromator, tissue characterization, light-tissue interaction.