Pulsed Laser : Induced Material Ablation and Its Clinical Applications
저자
발행사항
Texas : University of Texas at Austin, 2003
학위논문사항
Thesis(doctoral)-- University of Texas at Austin : [기계공학] 2003
발행연도
2003
작성언어
영어
주제어
KDC
425.9 판사항(4)
DDC
535.8 판사항(21)
발행국(도시)
Texas
형태사항
xxi, 170p. : Illustrations ; 30cm
일반주기명
Includes references
소장기관
레이져를 이용하여 물질의 일부를 제거, 절개 하는 과정을 “레이져를 이용한 물질 제거: 광절개 (Laser-induced material ablation: Photo-ablation)” 이라고 한다. 본 연구는 극초단파 레이져 (ultra short pulsed laser; pico and femto 초), nano 초 레이져, micro 초 레이져 등 여러 펄스 폭(pulse duration)을 가진 레이져의 photo-ablation 과정과 연관된 현상을 계측, 규명 하였다. 이를 바탕으로 레이져 가공(laser machining) 및 레이져를 이용한 질병 치료 분야에서의 응용을 위한 방안을 제시한다. 레이져 펄스가 대상물질(target)에 입사하면, 광에너지(Photon energy)가 표면에서 흡수되고 열에너지로 전환된다. 그 결과 국부적인 온도상승과 상변화가 일어난다. 융해되고 기화된 생체조직들이 열, 운동에너지를 가지고 표면에서 분리됨으로써 원하는 부분의 정밀한 제거 및 가공이 가능하게 된다. 효과적인 물질 제거와 주변부의 손상을 극소화 하는 것이photo-ablation에서 가장 중요한 요구조건들이다. 이 요구조건들은 레이져의 에너지, 파장(Wavelength)과 펄스폭(Pulse duration)을 대상 물질에 맞게 선택함으로서 충족시킬 수 있다. 여러가지 펄스폭을 가진 레이져를 이용하여 산업용 물질(metal, semiconductors, dielectrics)에 서브 마이크론 단위의 가공을 하였다. 가공률, 가공을 위한 최소 에너지(threshold energy), 가공중 발생하는 열, 유체 역학적 현상 및 음성학적 현상을 빛의 산란, 굴절, 편광성 등을 이용하여 계측하였다. 이를 바탕으로 가공률의 증대 및 주변부 손상의 극소화를 위한 최적의 레이져 parameter를 제시하였다. Laser lithotripsy(레이져 석쇄술)는 신장 주위에 존재하는 요도결석(담석)을 수십 나노초(ns)에서 수백 마이크로초(?s)의 펄스폭을 가진 레이져를 이용하여 제거를 하는 시술이다. 임상에서 현재 사용되고 있는 laser lithotripsy 의 결석 제거 과정과 관련된 동역학, 유체 역학적인 현상을 비교 분석하였다. 기존의 laser lithotripsy 를 대체할 수 있는 새로운 레이져의 실행가능성에 관한 연구도 수행하였다.
더보기Removing portions of a material, using a laser is referred to as laserinduced material ablation. The general goal of laser ablation is the efficient removal of material with minimum damage to the surrounding region. The appropriate selection of laser parameters, which determine the ablation mechanism, is essential to achieving a successful outcome. The research described in this dissertation was designed to evaluate the ablation mechanisms associated with pulsed lasers operating with different pulse durations and their medical applications.
The role of a transparent liquid layer during a laser ablation process was studied. In comparison with a dry ablation process, the liquid-assisted ablation process resulted in augmented ablation efficiency and reduced ablation threshold. The results indicate that increased photon energy conversion to mechanical energy is responsible for the enhanced material ablation.
Transparent targets were exposed to the one picosecond mid-IR pulse in order to investigate the origin of laser-induced surface damage. The results indicate that the surface damage was initiated by the laser-induced plasma created through the optical breakdown process.
The retropulsive momentum of calculus during the Ho : YAG laser lithotripsy was measured using a high speed camera. The correlation between laser-induced crater shape, the trajectory of debris, and the retropulsive momentum is discussed.
Due to the strong interaction between the laser pulse and calculus, the endoscopic delivery fiber may be subjected to damage resulting in diminished fragmentation efficiency. Deterioration of the delivery fiber during lithotripsy was quantified in terms of transmission loss and change in exit beam profile.
To test the feasibility of Er : YAG laser lithotripsy, the fragmentation efficiency of Ho : YAG and Er : YAG lasers was compared. The results suggest that although the Er : YAG laser produced more precise drilling it did not create more fragmentation of calculus than the Ho:YAG laser for multiple pulse processes.
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