Termowizyjna ocena światłowodowych aplikatorów zol-żelowych do interstycjalnej termoterapii laserowej

Hołowacz, I.; Bindig, U.; Liebold, K.; Podbielska, H.; Ulatowska-Jarża, A.; Muller, G.; Scheller, E.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Termowizyjna ocena światłowodowych aplikatorów zol-żelowych do interstycjalnej termoterapii laserowej

Autorzy

Hołowacz I. , Bindig U. , Liebold K. , Podbielska H. , Ulatowska-Jarża A. , Muller G. , Scheller E.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.inzynieria-biomedyczna.com/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Thermovision evaluation of sol-gel fiberoptics applicators for interstitial laser thermotherapy

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy badano możliwości koagulacyjne aplikatorów zol-żelowych wykonanych na bazie TEOS-u (tetraethyloksysilan) zmieszanego z alkoholem etylowym w procesie hydrolizy kwaśnej. Zol nałożono w postaci ośmiowarstwowego filmu na odpłaszczony rdzeń światłowodu. Wykonano 3 rodzaje aplikatorów o długości 1 cm, 2 cm i 3 cm. Wszystkie aplikatory przetestowano w układzie z kamerą termowizyjną AGEMA 900 i rejestrowano rozkład temperatury w aplikatorze podłączonym za pomocą włókna światłowodowego do lasera półprzewodnikowego Ceralas D, emitującego promieniowanie o długości fali 980 nm i mocy maksymalnej 25 W. Na podstawie termogramów wyznaczono maksymalną temperaturę w zależności od mocy wyjściowej lasera i długości aplikatora. Wykazano, że maksymalne gęstości mocy na 1 cm długości aktywnej aplikatorów (1 cm, 2 cm, 3 cm) wynosiły odpowiednio: 8,73 W/cm, 4,75 W/cm, 2,75 W/cm. Przeprowadzono również badania koagulacji białka jaja kurzego. Wykazano, że objętość skoagulowanego obszaru zależy od mocy promieniowania laserowego. Pokazano również, że na tę objętość ma wpływ pozycja aplikatora. Aplikator umieszczony poziomo w odległości 1 cm od powierzchni białka w naczyniu, z powodu szybszego chłodzenia, prowadził do uzyskania mniejszego obszaru koagulacji (5 cm2), o kształcie spłaszczonego dysku w stosunku do aplikatora umieszczonego pionowo w naczyniu - 11 cm2 w kształcie elipsoidy obrotowej, dla tych samych warunków eksperymentu: 20 minut ekspozycji na promieniowanie lasera 20 W.

The sol-gel based applicators coagulation performance was tested. The applicators were made from TEOS (tetraethyloksysilan) mixed with ethanol in acid hydrolysis. The sol was deposited on fiberoptic core, after removing of fiberoptic clad. The fiber was placed in the container with hole In bottom and the liquid flowed out, leaving the coating on the core. This procedure was repeated 8 times, thus the 8-layers coating was produced. Three types of applicators were prepared of various lengths: 1 cm, 2 cm and 3 cm. The Ceralas laser, emitting 980 nm wavelength with maximal 25 W output power was used In the experiment. AGEMA 900 thermovision camera registered the thermograms of applicators depending on the output power of the laser and applicator length. The maximal temperature was determined from thermograms. It was found that the maximal power densities on the unit length of applicators were 8,73 W/cm, 4,75 W/cm, 2,75 W/cm, for 1 cm, 2 cm and 3 cm long applicators, respectively. The coagulation experiments were performed, as well. As a medium white of hen eggs was used. It was shown that the coagulated volume depends on powerl density and the position of applicator. For applicator placed vertically in the container with egg white the maximal coagulated volume was 11 cm2 and had a form of ellipsoid. In case of applicator placed horizontally (parallel to the egg white surface, 1 cm beneath) the coagulated volume was 5 cm2 and had a form of flattened disc. In the same experimental condition: 20 minute exposure, 20W output power. It was caused by more rapid cooling of the white surface in the second case.

Słowa kluczowe

aplikator zol-żelowy termowizja terapia laserowa

thermovision laser therapy sol-gel applicators

Wydawca

Jacek Doskocz

Czasopismo

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

Rocznik

2005

Tom

Vol. 11, nr 3-4

Strony

14--18

Opis fizyczny

Bibliogr. 36 poz.

Twórcy

autor

Hołowacz I.

Grupa Bio-Optyki, Instytutu Fizyki, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Bindig U.

Laser- und Medizin-Technologie GmbH, Berlin, Fabeckstr. 60-62, 14195 Berlin, Germany

autor

Liebold K.

Charite - Universitatsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Institute of Medical Physics and Laser Medicine, Freie University Berlin, Fabeckstr. 60-62, 14195 Berlin, Germany

autor

Podbielska H.

Grupa Bio-Optyki, Instytutu Fizyki, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Ulatowska-Jarża A.

Grupa Bio-Optyki, Instytutu Fizyki, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Muller G.

Charite - Universitatsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Institute of Medical Physics and Laser Medicine, Freie University Berlin, Fabeckstr. 60-62, 14195 Berlin, Germany

autor

Scheller E.

Chirurgische Klinik, Evang. Krakenhaus Hubertus, Spanische Allee 1-14, 14129 Berlin, Germany

Bibliografia

1. G. Nacht, W. Gorisch, P. Kiefhaber: First laser endoscopy via a fiber optic transmission system, Endoscopy, 5 (1973), s. 2028.
2. P.W. Ascher: Application of the laser in neurosurgery, Laser. Surg. Med. 2 (1983), s. 91-97.
3. S.G. Bown: Phototherapy of tumors, World J. Surg., 7 (1983), s. 700-709.
4. S. Glenn, M.D. Gerber: Lasers in the treatment of benign prostatic hyperplasia, Urology, 45 (2) (1995), s. 193-1999.
5. M. Issa, M. Townsend, K. Jiminez, L. Miller, K. Anastasia: A new technique of interprostatic fiber placement to minimize thermal injury to prostatic urothelium during indigo interstitial laser thermal therapy, Urology, 51 (1998), s. 105-110.
6. J. F Verhey, Y. Mohammed, A. Ludwig, К. Giese: Implementation of a practical model for light and heat distribution using laser-induced thermotherapy near to large vessel, Physics in Medicine and Biology, 48 (2003), s. 3595-3610.
7. A. Derkacz, D. Biaty, M. Protasiewicz, E. Pawlik, K. Abramski, A. Grobelny, Z. Patasz, H. Nowosad: Photostimulation of coronary artery with low power laserradiation: preliminary results for a new method in invasive cardiology therapy, Med. Sci. Monit., 9 (7) (2003), s. 335-339.
8. N. Hosten, A. Stier, С. Weigel, M. Kirisch, R. Puls, U. Nerger, D. Jahn, С. Stroszczyński, CD. Heidecke, U. Speck: Laser-induced thermotherapy (LITT) of lung metastases: description of a miniaturized applicator, optimization, and initial treatment of patients, Rofo. Fortschr. Geb. Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr., 175 (3) (2003), s. 393-400.
9. K. Dowlat, K. Bloom: Experimental and clinical experience in interstitial laser therapy of early breast cancers, LaserNews.net (2002).
10. J. Feyh, R. Gutmann, A. Leunig, L. Jager, M. Reiser, D. Castro, E. Kastenbauer: MRI-guided laser interstitial thermal therapy (LITT) of head and neck tumor: progress with a new method, J. Clin. Laser Med. Surg., 14 (6) (1996), s. 361-366.
11. G.K. Eyrich, E. Bruder, P. Hilker, B. Dubno, H.H. Quick, M.A. Patak et al.: Temperature mapping of magnetic resonance-guided laser interstitial thermal therapy (LITT) in lymphangiomas of the head and neck, Lasers Surg Med., 26 (2000), s. 467-476.
12. C. Philipp, H-P. Berlien, I. Waldschmidt: Ten years of laser treatment of congenital vascular disorders technical techniques and results. Proc SPIE 2327 (1994), s. 44-53.
13. V. Muralidharan, C. Malcontenti-Wilson, C. Christophi: Interstitial laser hyperthermia for colorectal liver metastases: the effect of thermal sensitization and the use of a cylindrical diffuser tip on tumor necrosis, Clin. Laser Med Surg., 20 (4) (2002), s. 180-196.
14. S. Goldberg, G. Gazelle, P. Mueller: Thermal ablation therapy for focal maligancy: a unified approach to underlying principles. Techniques and diagnostic imaging guidance, American Journal of Rentgenology, 174 (2000), s. 323-331.
15. T. Vogl, M. Mack, R. Straub, K. Eichler, K. Engelmann, S. Zangos, D. Woitaschek: MR guided laser-induced thermotherapy (LITT) of malignant liver and soft tissue tumours, Medical Laser Application, 16 (2001), s. 91-102.
16. K. Dowlatshahi, J. Dieschbourg, K. Bloom: Lasertherapy of breast cancer with 3-year follow-up, The Breast Journal, 10 (3) (2004), s. 240-243.
17. A. Minhaj, F. Mann, P. Milne, D. Denham, N. Salas, K. Damgaard-Iversen, J. Parel, D. Robinson: Laser interstitial thermotherapy (LITT) monitoring using high-resolution digital mammography: theory and experimental studies, Phys,. Med. Biol., 47 (16) (2002), s. 2987-2999.
18. G. Rademaker: Nichtinvasives Temperaturmonitoring mit der Magnetresonanz-Tomographie bei medizinischen Thermotherapien mit fokussiertem Ultraschall oder Laser, Praca Doktorska, Ruprecht-Karls-Universität, Heidelberg (8.05.2002).
19. P. W. Ascher: Absolute indications for the CO2 and the neodym-YAG laser: use in neurosurgery, Fortschr Med., 101 (22) (1983), s. 1033-1036.
20. S. Glenn, M. Gerber: Laser in the treatment of benign prostatic hyperplasia, Urology 45 (2) (1995), s. 193-199.
21. N. Hosten, A. Stier, С. Weigel, M. Kirsch, U. Nerger, R. Puls, D. Jahn, С. Stroszczynski, CD. Heidecke, U. Speck: Laser-induzierte Thermotherapie (LITT) Lungenmetastasen: Beschreibung eines miniaturisierten Applikators, Optimierung und erste Patientenbehandlungen, Fortschr. Röntgenst., 175 (2003), s. 393-400.
22. W. Knappe, A. Roggan, M. Glotz, M. Müller, J-P. Ritz, C-T. German, G. Müller: New flexible Applicators for Laser-Induced Thermotherapy, Med. Laser Appl., 16 (2001), s. 73-80.
23. C.T. Germer, D. Albrecht, С Isbert, J. Ritz, A. Roggan, H. J. Buhr: Diffusing fibre tip for the minimally invasive treatment of liver tumours by interstitial laser coagulation (ILC): an experimental ex vivo study, Laser in Medical Science, 14 (1) (1999), s. 32-39.
24. I. Hołowacz, A. Ulatowska-Jarża, H. Podbielska: Sol-gel coatings for interstitial fiberoptic laser applicators. Surf. Coat. Technol., 2004; ss. 180-181, 663-669.
25. I. Hotowacz, A. Wożniak, A. Ulatowska-Jarża, H. Podbielska, H.J. Eichler: Interstitial laser coagulation in vitro with sol-gel applicators (in Polish) Interstycjalna koagulacja laserowa in vitro z zastosowaniem aplikatorów zol-żelowych, IX Conference on Biocybernetics and Biomedical Engineering, Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna, XIV Konferencja Naukowa, Proceedings of Materiały IBIB PAN, (2005), s. 616-620.
26. I. Hołowacz, J. Bauer, H. Podbielska, A. Ulatowska-Jarza: Performance repeatability of fiberoptics applicators for laser therapy. Proc. SPIE 2005; 5951, s. 70-74.
27. I. Hołowacz, A. Marcinkowska, H. Podbielska, J. Bauer, T. Banaś: Influence of sol-gel biomaterials on biological cells growth in vitro. Engineering of Biomaterials, 47-53 (2005), s. 224-225.
28. J. Bauer, H. Podbielska, A. Ulatowska-Jarża, I. Hotowacz, G. Müller, J. Beuthan: Repeatability of sol-gel biocoatings on optical fibers examined by statistical pattern recognition methodology. Engineering of Biomaterials, 47-53 (2005), s. 227-228.
29. C.J. Brinker, G.W. Scherer: Sol-Gel Science, Academic Press, San Diego, Ca, 1999.
30. A. Roggan: Dosimetrie thermischer Laseranwendungen in der Medizin; Fortschritte in der Lasermedizin Bd.16 (Müller GJ, Berlien H-P; editors), Ecomed (1997).
31. J. Kobei, I. Hotowacz, H. Podbielska: Pomiary biometryczne, rozdział w książce Biopomiary, monografii Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna, red. L. Filipczyński i inni, Akademicka Oficyna Wydawnicza i firma Exit, tom 2 (2001), s. 951-964.
32. J. Kobei, A. Suchwatko, H. Podbielska: Application of thermal imaging for human face images recognition, Optica Applicata, vol. 32, No 4 (2003), s. 653-664.
33. H. Podbielska, J. Kobei, I. Hołowacz, P. Hurnik, W. Mielczarek, J. Zdziarski: Analiza obrazów termowizyjnych w wybranych zastosowaniach medycznych i biometrycznych, rozdział książki Obrazowanie biomedyczne, monografii Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna, red. M. Nałęcz i inni, Akademicka Oficyna Wydawnicza i firma Exit, tom 8 (2003), s. 517-532.
34. J. Bauer, H. Podbielska: Rozpoznawanie biometryczne twarzy - możliwości wykorzystania termowizji, rozdział książki Automatyczna identyfikacja w systemach logistycznych, pod red. S. Kwaśniowskiego i P. Zająca, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław (2004), s. 206-213.
35. J. Bauer, P. Hurnik, J. Zdziarski, W. Mielczarek, H. Podbielska: Termowizja i jej zastosowanie w medycynie, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, vol. 3, nr 2, 3 ,4 (1998), s. 121-131.
36. J. Bauer, P. Hurnik, J. Zdziarski, W. Mielczarek, A. Skrzek, H. Podbielska, Z. Zagrobelny: Zastosowanie termowizji w ocenie skutków krioterapii, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, vol. 3, nr 2, 3, 4 (1998), s. 133-140.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BSL8-0022-0044