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Abstract:
Medical lasers can significantly contribute to minimal invasive procedures in surgery, since lasers can basically cut at the level of a single cell. However, ablation of tissue with a laser involves damage of the surrounding tissue, induced by thermal effects and shock wave propagation. The Picosecond InfraRed Laser (PIRL) drives the ablation of tissue faster than thermal and shock wave propagation can occur in the surrounding tissue. Furthermore, the pulses are within a suitable energy regime and have a picosecond pulse length so that ionization of the tissue is avoided. The infrared PIRL wavelength of 2.96 μm is highly absorbed by the water, which leads to a phase transition from liquid to gas phase. This phase transition drives the formation of a plume consisting of the material from the ablated sample. Important characteristics of the ablation plume are spatial distribution, velocity and density profile, which are providing information about the plume.
In this thesis, a Mach-Zehnder interferometer was set up and a computer code for the analysis developed and used. To verify the functionality of the interferometer and the analysis code a known sample was analyzed, firstly. Afterwards, the spatial distribution of the plume has been evaluated as well as the velocity of the plume. Therefore, a pump-probe experiment was set up, where the PIRL creates the plume which is analyzed by a nanosecond laser based interferometer. The interferometer is working at a spatial resolution of 3 μm and temporal resolution of a few nanoseconds. For resolving the dynamics, the plume was imaged at different times after creation concluding in a velocity of vplume = 1.16 km/s.
Abstract:
Medizinische Laser können wesentlich zu minimalinvasiven Verfahren in der Chirurgie beitragen, da Laser auf der Ebene einer einzelnen Zelle schneiden können. Jedoch verursacht die Ablation von biologischen Proben mit einem Laser eine Schädigung des umgebenden Gewebes, hervorgerufen durch thermische Effekte und Schockwellenausbreitung. Der Pikosekunden InfraRot Laser (PIRL) ablatiert die Probe schneller als Wärme- und Schockwellenausbreitung in dem umgebenden Gewebe auftreten können. Darüber hinaus ist die Länge der Pikosekunden-Laserpulse groß genug und liegen im geeigneten Energiebereich, dass die Ionisation des Gewebes zu vermeiden. Zudem wird die PIRL-Wellenlänge stark vom Wasser absorbiert, was dann dazu führt, dass ein Phasenübergang von
flüssig zu gasförmig auftritt. Dieser Phasenübergang treibt die Bildung einer Ablationswolke (eng. "ablation plume"), die aus dem Material der ablatierten Probe besteht. Wichtige Eigenschaften dieser Ablationswolke sind die räumliche Verteilung, die Geschwindigkeit und das Dichteprofil, welche Informationen über die Ablationswolke liefern.
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut und ein Computer Analyse Programms entwickelt. Um die Funktionalität des Interferometers und des Analyse Codes zu überprüfen, wurde zunächst eine bekannten Probe analysiert. Anschließend wurde die räumliche Verteilung sowie die Geschwindigkeit der Ablationswolke untersucht. Um dies zu realisieren wurde ein "Pump-Probe"-Experiment durchgeführt, bei dem der PIRL die Ablationswolke erzeugt, die mittels eines Nanosekunden basierten Laser-Interferometers mit einer räumlichen Auflösung von 3 μm und einer zeitliche Auflösung von wenigen Nanosekunden analysiert wird. Um die Dynamik der Ablationswolke zu ermitteln wurde diese zu verschiedenen Zeiten nach der Erzeugung abgebildet. Daraus wurde eine Geschwindigkeit von vplume = 1,16 km/s ermittelt.
