DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-939-945


УДК621.373.826:537.312.51:616-089.87

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ БИОТКАНИ МИКРОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА НА ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ

Беликов А.В., Гагарский С.В., Сергеев А.Н., Смирнов С.Н., Загорулько А.М.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Беликов А.В., Гагарский С.В., Сергеев А.Н., Смирнов С.Н., Загорулько А.М. Исследование акустического сигнала при лазерной гидроакустической обработке биоткани микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 6. С. 939–945. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-939-945

Аннотация

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).

Список литературы
1. Федоров С.Н., Копаева В.Г., Андреев Ю.В., Богдалова Э.Г., Беликов А.В. Техника лазерной экстракции ката-ракты // Офтальмохирургия. 1999. № 1. С. 3–12.
2. Копаева В.Г., Андреев Ю.В. Лазерная экстракция 
катаракты. М.: Офтальмология, 2011, 262 с.
3. Беликов А.В., Гагарский С.В., Губин А.Б., Вайнер C.Я., Сергеев А.Н., Смирнов С.Н. Субджоульный лазер на 
иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой и мо-дуляцией полезных потерь резонатора для экстракции катаракты // Научно-технический вестник информаци-онных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 1021–1029. 
doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1021-1029
4. Hale G.M., Querry M.R. Optical constants of water in the 200-nm to 200-μm wavelength region // Applied Optics. 1973. V. 12. N 3. P. 555–563. doi: 10.1364/AO.12.000555
5. Беликов А.В., Гагарский С.В., Сергеев А.Н., Смирнов С.Н. Исследование гидродинамических процессов в жидкости при воздействии мощных микросекундных импульсов Yb,Er:Glass-лазера // Изв. вузов. Приборо-строение. 2017. Т. 60. № 4. С. 367–374. doi: 10.17586/0021-3454-2017-60-4-367-374
6. Jansen E.D., Asshauer T., Frenz M., Motamedi M., Dela-cretaz G., Welch A.J. Effect of pulse duration on bubble formation and laser-induced pressure waves during hol-mium laser ablation // Lasers in Surgery and Medicine. 1996. V. 18. N 3. P. 278–293. doi: 10.1002/(SICI)1096-9101(1996)18:3<278::AIDLSM10>3.0.CO;2-2
7. Frenz M., Pratisto H., Konz F., Jansen E.D., Welch A.J., Weber H.P. Comparison of the effects of absorption co-efficient and pulse duration of 2.12-μm and 2.79-μm ra-diation on laser 
ablation of tissue // IEEE Journal of Quantum Electron-ics. 1996. V. 32. N 12. P. 2025–2036. doi: 10.1109/3.544746
8. Bufetova G.A., Nikolaev D.A., Seregin V.F., Shcherba-kov I.A., Tsvetkov V.B. Long pulse lasing with Qswitch-ing by FTIR shutter // Laser Physics. 1999. V. 9. N 1. P. 314–318.
9. Денкер Б.И., Осико В.В., Сверчков С.Е., Сверчков Ю.Е., Фефелов А.П., Хоменко С.И. Высокоэффектив-ные лазеры на эрбиевом стекле с модуляцией доброт-ности затвором на 
основе нарушенного полного внутреннего отражения // Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 6. С. 544–547.
10. Buratto L., Apple D.J., Zanini M. Phacoemulsification: 
Principles and Techniques. 2nd ed. SLACK Incorporated, 2003. 754 p.
11. Беликов А.В., Гагарский С.В., Загорулько А.М., Сер-геев А.Н., Смирнов С.Н. Формообразование парогазо-вой полости при лазерной гидроакустической обра-ботке биоткани в 
жидкости микросекундными импульсами излучения // Изв. 
вузов. Приборостроение. 2018. (в печати)
12. Frenz M., Paltauf G., Schmidt-Kloiber H. Laser-generated cavitation in absorbing liquid induced by acoustic diffraction // Physical Review Letters. 1996. V. 76. N 19. P. 3546–3549. doi: 10.1103/PhysRevLett.76.3546
13. Paltauf G., Schmidt-Kloiber H., Frenz M. Photoacoustic waves excited in liquids by fiber-transmitted laser pulses // Journal of the Acoustical Society of America. 1998. V. 104. N 2. P. 890–897. doi: 10.1121/1.423334
14. Lu T., Li Z.J. Underwater holmium-laser-pulse-induced 
complete cavitation bubble movements and acoustic transients // Chinese Science Bulletin. 2011. V. 56. N 12. P. 1226–1229. doi: 10.1007/s11434-011-4367-5
15. Lauterborn W., Kurz T., Geisler R., Schanz D., Lindau O. Acoustic cavitation, bubble dynamics and sonolumi-nescence // Ultrasonics Sonochemistry. 2007. V. 14. N 4. P. 484–491. 
doi: 10.1016/j.ultsonch.2006.09.017
16. Duck F.A. Physical Properties of Tissues: A Compre-hensive Reference Book. London: Academic Press, 2013. 346 p.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика