Tedavi amaçlı kullanılan lazer, yoğun atımlı ışık (IPL) ve ışık yayan diyot (LED) gibi ışık kaynaklarının doku benzeri malzemeler üzerindeki sıcaklık ve fotoakustik etkilerinin araştırılması

Abstract

Sağlık sektöründe ışık temelli tedavi cihazları oldukça geniş bir yelpazede kullanılmakta ve bu cihazların çeşitliliği ve kullanım alanları da her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle, ışık bazlı tedavi cihazların etkilerinin araştırılması önem kazanmaktadır. Sağlık alanındaki fizik bilimi çalışmaları çok yeni bir alan olduğu için yapılan bu deneysel çalışmalar öncü ve özgün değerdeki çalışmalardır. Bu çalışmada, doku benzeri malzemeler (fantomlar) kullanılarak, sağlık alanında kullanılan lazer, IPL ve LED gibi ışık temelli tedavi cihazlarının ışık etkilerinden dolayı oluşan sıcaklık ölçümlerinin yapılabilmesi ve fotoakustik etkilerin araştırılması amaçlanmıştır. Bir başka deyişle, bu çalışmada belirlenen birkaç ışık tedavi cihazı temelinde fantomlar kullanılarak in vitro ortamda tedavi cihazlarının termal ve fotoakustik etki çalışmaları yapılmıştır. Sıcaklık etkileri için çeşitli tipteki ısıl çiftler ve infrared termal kamera ölçüm yöntemleri, optik ölçümler için ise optik güç ölçer, tek toplayıcı küre, 200 nm - 1000 nm dalga boyu aralığına sahip geniş bant ışık kaynağı ve spektrometre ölçüm araçları kullanılmıştır. Ayrıca, fantomlar üzerindeki fotoakustik etkilerin belirlenebilmesi için fotoakustik etki ölçüm sistemi kurulmuştur. Bu kapsamda kas ve karaciğer gibi yumuşak dokuları simüle eden doku benzeri malzemeler üretilmiştir. Doku benzeri malzemeler üretildikten sonra, bu yapay dokuların gerçek dokuları simüle edebilme kabiliyetleri için akustik ve optik olarak karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Akustik olarak fantomların ses hızı, yoğunluk, akustik empedans ve zayıflama katsayıları ölçümleri yapılırken optik olarak da fantomların makroskobik (absorbans, geçirgenlik, yansıma, kırıcılık indisi, zayıflama katsayısı) ve mikroskopik (Kubelka-Munk fonksiyon yöntemi kullanılarak, absorpsiyon katsayısı, saçılma katsayısı ve azaltılmış saçılma katsayısı) optik özellikleri ölçülmüştür.

Therapeutic devices are used in a wide range in the health sector, and the variety and areas of use of these devices are also increasing day by day. Therefore, it is important to investigate the effects of light-based treatment devices. Since physical science studies in the field of health are a very new field, these experimental studies are pioneering and original studies. In this study, using tissue-mimicking materials (phantoms), it was aimed to make temperature measurements that occur due to the light effects of light-based therapy devices such as laser, IPL and LED used in the health field and to investigate the photoacoustic effects. In other words, thermal and photoacoustic effect studies of these therapy devices have been conducted in vitro using phantoms based on the several identified light-based therapy devices. Various types of thermocouples and infrared thermal camera measurement methods were used for temperature effects; optical power meter, single integrating sphere, broadband light source with a wavelength range of 200 nm -1000 nm and spectrometer measurement tools were used for optical measurements. In addition, a photoacoustic effect measurement system has been established to determine the photoacoustic effects on the phantoms. In this context, tissue-mimicking materials that simulate soft tissues such as muscle and liver have been produced. After tissue-mimicking materials were produced, acoustic and optical characterization studies were conducted for the ability of these artificial tissues to simulate real tissues. While acoustically, sound velocity, density, acoustic impedance, and attenuation coefficient values of phantoms were measured. Optically, macroscopic (absorbance, transmittance, reflectance, refractive index, attenuation coefficient) and microscopic (absorption coefficient, scattering coefficient and the reduced scattering coefficient by using the Kubelka-Munk function method) optical properties of the phantoms were measured.