Photoablation and change of shape of biological fissue by use of excimer laser

Στη παρούσα εργασία µελετώνται τα υλικά Χόνδρος και PMMA. Σκοπός των πειραµάτων µας ήταν η εύρεση και κατανόηση των φαινοµένων τα οποία συµµετέχουν στην αλληλεπίδραση του excimer laser XeCl (308 nm) µε τα παραπάνω υλικά. Ωστόσο κύριος στόχος µας ήταν η εύρεση µεθόδων που να έχουν πρακτική αξία σε εφαρµογές πάνω στη χρήση των laser στην Ιατρική. Για την πραγµατοποίηση των παραπάνω στόχων µετρήθηκε η ταχύτητα διάδοσης του ωστικού κύµατος στο Χόνδρο και στο PMMA και βρέθηκε η εξάρτηση της από την πυκνότητα ενέργειας της εστιασµένης δέσµης του laser πάνω στα δείγµατα. Επίσης βρέθηκε µία µέθοδος κατάλληλη για τον υπολογισµό του ρυθµού εκσκαφής και την εύρεση του βάθους εκσκαφής των υλικών κατά την ακτινοβόληση τους από δέσµη laser. Αυτό το πετύχαµε εκµεταλλευόµενοι την καθυστέρηση στην άφιξη του ωστικού κύµατος, στο σήµα του πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα, σε σχέση µε τον παλµό του laser. Βάσει αυτής της µεθόδου υπολογίστηκε ο ρυθµός εκσκαφής για διάφορες παραµέτρους όπως το εµβαδόν της εστιασµένης δέσµης του laser πάνω στο δείγµα, η συχνότητα των παλµών ακτινοβόλησης και η πυκνότητα ενέργειας της εστιασµένης δέσµης. Η µέθοδος αυτή παρουσιάζει σηµαντικά πλεονεκτήµατα έναντι άλλων µεθόδων λόγω της αµεσότητας των αποτελεσµάτων της (online measurements). Επίσης υπολογίστηκε το κατώφλι της πυκνότητας ενέργειας που απαιτείται για εκσκαφή, µε πολλούς τρόπους, τόσο για το PMMA όσο και για το χόνδρο. Κατά τη διάρκεια της έρευνας παρατηρήθηκαν αλλαγές στη µορφολογία της ακτινοβολούµενης περιοχής του PMMA, από παλµό σε παλµό, και ακολούθησαν οπτικές παρατηρήσεις από οπτικό και ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Από τις παρατηρήσεις αυτές βρέθηκε ο τρόπος µε τον οποίο αλλάζει η µορφολογία της ακτινοβολούµενης περιοχής και η ύπαρξη φυσαλίδων στον πυθµένα της. Οι φυσαλίδες αυτές ανάλογα µε τον αριθµό των παλµών και την ενέργεια της δέσµης ποικίλουν σε µέγεθος και αριθµό. Ακόµη παρατηρήθηκε η βλάβη της γύρω περιοχής από την ακτινοβόληση των δειγµάτων. Βάσει αυτών των παρατηρήσεων αναπτύχθηκαν θεωρίες για τον τρόπο µε τον οποίο αλληλεπιδρά το excimer laser XeCl µε το PMMA. Η ύπαρξη των φυσαλίδων βρέθηκε ότι επηρεάζει τον τρόπο µε τον οποίο αλληλεπιδρά το laser µε το PMMA. Μετρήσεις των τάσεων έδειξαν ότι υπάρχει σχέση ανάµεσα στην πίεση που αναπτύσσεται από το ωστικό κύµα στο δείγµα µε την ύπαρξη ή όχι φυσαλίδων στην περιοχή ακτινοβόλησης. Κατόπιν αυτού επιβεβαιώθηκαν οι θεωρίες µας για τον τρόπο αλληλεπίδρασης του laser µε το PMMA. Τέλος στο ακουστικό σήµα ανακαλύφθηκε η ύπαρξη µίας υψηλής συχνότητας η οποία δίνει πληροφορίες για τον αριθµό των φυσαλίδων. Οι πληροφορίες αυτές παρουσιάζουν το πλεονέκτηµα της άµεσης πληροφόρησης για τη µορφολογία της ακτινοβολούµενης περιοχής. Μάλιστα από την τιµή της συχνότητας υπολογίστηκε ακόµη και το µέγεθος των φυσαλίδων