Fulltext

Simulation Study of Prostate Tissue Ablation by Pulsed Nd:YAG, Ho:YAG and Thulium Fiber Surgical Lasers with Minimum Carbonization Effect

دراسة نمذجة استئصال نسيج البروستات بوساطة ليزرات النيوديميوم - ياك والهولميوم ياك وليزر ليف الثوليوم النبضية وباقل تاثيرتفحمي

Munqith S. Dawood منقذ سليم داود --- Haider Monaf حيدر مناف النعيمي

AL-NAHRAIN JOURNAL FOR ENGINEERING SCIENCES مجلة النهرين للعلوم الهندسية
ISSN: 25219154 / eISSN 25219162 Year: 2016 Volume: 19 Issue: 1 Pages: 145-160
Publisher: Al-Nahrain University جامعة النهرين

Abstract

The laser-tissue interaction and its thermal effects depend on the parameters of both of the tissue and the used laser. In this paper the laser ablation efficiency of prostate tissue has been studied theoretically by using pulsed Nd:YAG, Ho:YAG and Thulium fiber surgical lasers. Different levels of energies were considered for these lasers, which operate in 20 and 40 Hz pulse repetition frequencies (prf) to evaluate the prostate tissue temperature rise up to the required ablation state. The Gambit program was used first to simulate the geometrical shape of the treated prostate tissue, then the radiative transfer equation (RTE) of the ANSYS Fluent program was applied to simulate and solve the ablation process equations. The results showed that the low rates of repetition frequencies and low laser energies increase the allowed time for safe ablation operation before reaching the carbonization state. It was found also that although the Ho:YAG laser vaporizes prostate tissue faster than the Thulium fiber laser did, the pulsed Thulium fiber laser produced much lower temperature side effects like coagulation, hyperthermia and carbonization of the rest of the prostate tissue, which is surrounding the ablated zone for the same applied average powers by the other two lasers.

يعتمد التاثير المتبادل بين الليزر والنسيج الحيوي ومايولده من تاثيرات حرارية على مواصفات كل من النسيج والليزر معا. وفي هذا البحث درست امكانية وكفاءة استئصال نسيج البروستات باستخدام الليزرات النبضية من نوع النيوديميوم ياك والهولميوم ياك وليزر ليف الثوليوم التي تستخدم في العمليات الجراحية. ولهذا الغرض أستخدمت طاقات متعددة من هذه الليزرات في الدراسة وبترددين نبضيين هما 20و40 هرتز لاجل رفع درجة حرارة النسيج الى حد تبخره واستئصاله. لغرض نمذجه هذه العملية استخدم برنامج الكامبت لرسم نموذج هندسي يمثل شكل البروستات ثم أستخدم برنامج الانسس واختيرت معادلات نقل الاشعاع التي تقع ضمن برنامج اخر اسمه الفلونت لحل ونمذجة عملية الاستئصال هذه. وقد اوضحت النتائج التي تم الحصول عليها انه باستخدام الطاقات الواطئة وبترددات تكرار النبضات الواطئة ايضا يزداد الوقت المتاح خلال العملية للحصول على استئصال آمن من دون حدوث تفحم في نسيج البروستات المحيط بمنطقة الاستئصال ووجد ايضا ان ليزر ليف الثوليوم افضل من الليزرين الاخرين في الاستئصال فهو اقل توليدا للتاثيرات الحرارية الجانبية مثل التخثر وفرط الحرارة وتفحم النسيج و ذلك بغض النظر عن كون ليزر الهولميوم ياك اسرع في تبخير النسيج واستئصاله من ليزر ليف الثوليوم.

Keywords

Ho:YAG laser --- Nd:YAG laser --- Thulium fiber laser --- prostate tissue ablation --- ANSYS software --- Gambit program