Study of acoustic signal during laser hydroacoustic processing of biological tissue by microsecond pulses of ytterbium-erbium glass laser radiation

Abstract

Предмет исследования. Представлены результаты исследования акустического сигнала, регистрируемого гидрофоном при воздействии на жидкость микросекундными импульсами лазерного излучения с длиной волны генерации 1,54 мкм и различной временной субструктурой. Обсуждается влияние энергии и временной субструктуры лазерного импульса на величину генерируемых перепадов давления в жидкости и эффективность удаления тканей катарактального хрусталика глаза. Метод. Микросекундные импульсы излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с различной пиковой мощностью «лидирующего» пичка и эквивалентной энергией доставлялись в объем дистиллированной воды через оптическое волокно. Акустический сигнал регистрировался игольчатым гидрофоном NP 10-1 (Dapco Inc., США). В условиях in vitro проведена гидроакустическая обработка катарактального хрусталика глаза человека. Основные результаты. Для импульсов с различной временной субструктурой получены зависимости амплитуды первой (термооптической) и второй (связанной с процессом «коллапс-возобновление» парогазовой полости) компонент акустического сигнала от энергии в импульсе. Установлено, что с увеличением пиковой мощности «лидирующего» пичка микросекундного импульса снижается порог появления второй компоненты акустического сигнала, а максимальная амплитуда обеих компонент возрастает. Получены угловые распределения амплитуды компонент акустического сигнала. Выявлено, что первая имеет выраженный максимум амплитуды в направлении, перпендикулярном оптической оси волокна, тогда как угловое распределение второй более равномерно. В эксперименте in vitro показано, что увеличение пиковой мощности «лидирующего» пичка приводит к существенному увеличению удаленного объема и эффективности удаления тканей катарактального хрусталика глаза человека. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации параметров лазерного излучения для обработки биоткани, окруженной жидкостью, например, в процессе лазерной экстракции катаракты. Ключевые слова лазерная гидроакустическая обработка, лазер на иттербий-эрбиевом стекле, микросекундные импульсы, лидирующий пичок, акустический сигнал, гидрофон, парогазовая полость, биоткани. Благодарности Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Грант 08-08).

Application of Yb,Er:Glass laser radiation for active drug delivery at the treatment of onychomycosis

“…The pulses of Yb,Er:Glass laser radiation used for active delivery had a pronounced high-intensity "leading" spike ( Fig. 2(b)), which makes it possible to amplify the excitation hydroacoustic effects [20]. The energy of Yb,Er:Glass laser pulse varied in the range from 10 to 100 mJ, the pulse duration was 1.5 ± 0.5 µs (base).…”

“…The impact of pulsed radiation of near and middle IR lasers can initiate hydrodynamic effects in liquids. Experimental studies shown that irradiation of water with pulses of Er:YAG [15], Er:YSGG [17], Ho:YAG [17,18] and Yb,Er:Glass [19][20][21] lasers, whose wavelengths lie near its intense absorption bands, can stimulate the appearance of thermoelastic waves and cavitation processes in water, accompanied by the generation of pressure transients. In Refs.…”

“…In Refs. [19][20][21] the hydrodynamic effects initiated in water by microsecond pulses of Yb,Er:Glass laser with a wavelength of 1.54 µm are considered in detail. A significant influence of these effects on the removal efficiency of soft tissue was established [20,22].…”

Study of the influence of the optical fiber output end shape on hydroacoustic processes in a liquid stimulated by microsecond pulses of Yb,Er:Glass laser radiation

“…В последнем случае обработка биоткани происходит в жидкой среде, а доставленные в переднюю камеру глаза через оптическое волокно лазерные импульсы стимулируют гидроакустические процессы, в том числе кавитацию, т. е. возникновение парогазовых полостей в жидкости. Эти процессы оказывают значительное влияние на эффективность разрушения катарактального хрусталика [2][3][4].…”