Pulsed laser ablation is important in a variety of engineering applications involving precise removal of materials in laser micromachining and laser treatment of bio-materials. Particularly, detailed numerical simulation of complex laser ablation phenomena in air, taking the interaction between ablation plume and air into account, is required for many practical applications. In this paper, high-power pulsed laser ablation under atmospheric pressure is studied with emphasis on the vaporization model, especially recondensation ratio over the Knudsen layer. Furthermore, parametric studies are carried out to analyze the effect of laser fluence and background pressure on surface ablation and the dynamics of ablation plume. In the numerical calculation, the temperature, pressure, density, and vaporization flux on a solid substrate are obtained by a heat-transfer computation code based on the enthalpy method. The plume dynamics is calculated considering the effect of mass diffusion into the ambient air and plasma shielding. To verify the computation results, experiments for measuring the propagation of a laser induced shock wave are conducted as well.
The nanosecond laser assisted ablation have been investigated. The biocompatable polymer PMMA was employed as the target material and the two distinctive surface conditions were test. The first surface condition is a dry surface for which the target surface is exposed to air and the second surface condition is the wet surface for which the target surface is covered with dehydrated water. The ablation volume, the laser induced acoustic wave, the laser induced plasma were investigated for both wet and dry condition. The nanosecond laser pulse ablatied more on the wet surface compared to the dry surface. The enhanced ablation of wet surface is attributed to the confined acoustic wave and the laser-induced plasma in the liquid layer.
Sae-Jin Park;Jae Hyun Kim;Jeong Hee Yoon;Jeong Min Lee
Korean Journal of Radiology
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제24권2호
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pp.86-94
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2023
Objective: To compare Octopus multipurpose (MP) electrodes, which are capable of saline instillation and direct tissue temperature measurement, and conventional electrodes for radiofrequency ablation (RFA) in porcine livers in vivo. Materials and Methods: Sixteen pigs were used in this study. In the first experiment, RFA was performed in the liver for 6 minutes using Octopus MP electrodes (n = 15 ablation zones) and conventional electrodes (n = 12 ablation zones) to investigate the effect of saline instillation. The ablation energy, electrical impedance, and ablation volume of the two electrodes were compared. In the second experiment, RFA was performed near the gallbladder (GB) and colon using Octopus MP electrodes (n = 12 ablation zones for each) with direct tissue temperature monitoring and conventional electrodes (n = 11 ablation zones for each). RFA was discontinued when the temperature increased to > 60℃ in the Octopus MP electrode group, whereas RFA was performed for a total of 6 minutes in the conventional electrode group. Thermal injury was assessed and compared between the two groups by pathological examination. Results: In the first experiment, the ablation volume and total energy delivered in the Octopus MP electrode group were significantly larger than those in the conventional electrode group (15.7 ± 4.26 cm3 vs. 12.5 ± 2.14 cm3, p = 0.027; 5.48 ± 0.49 Kcal vs. 5.04 ± 0.49 Kcal, p = 0.029). In the second experiment, thermal injury to the GB and colon was less frequently noted in the Octopus MP electrode group than that in the conventional electrode group (16.7% [2/12] vs. 90.9% [10/11] for GB and 8.3% [1/12] vs. 90.9% [10/11] for colon, p < 0.001 for all). The total energy delivered around the GB (2.65 ± 1.07 Kcal vs. 5.04 ± 0.66 Kcal) and colon (2.58 ± 0.57 Kcal vs. 5.17 ± 0.90 Kcal) were significantly lower in the Octopus MP electrode group than that in the conventional electrode group (p < 0.001 for all). Conclusion: RFA using the Octopus MP electrodes induced a larger ablation volume and resulted in less thermal injury to the adjacent organs compared with conventional electrodes.
Objective: This study aimed to investigate the direction of tissue contraction after microwave ablation in ex vivo bovine liver models. Materials and Methods: Ablation procedures were conducted in a total of 90 sites in ex vivo bovine liver models, including the surface (n = 60) and parenchyma (n = 30), to examine the direction of contraction of the tissue in the peripheral and central regions from the microwave antenna. Three commercially available 2.45-GHz microwave systems (Emprint, Neuwave, and Surblate) were used. For surface ablation, the lengths of two overlapped square markers were measured after 2.5- and 5-minutes ablations (n = 10 ablations for each system for each ablation time). For parenchyma ablation, seven predetermined distances between the markers were measured on the cutting plane after 5- and 10-minutes ablations (n = 5 ablations for each system for each ablation time). The contraction in the radial and longitudinal directions and the sphericity index (SI) of the ablation zones were compared between the three systems using analysis of variance. Results: In the surface ablation experiment, the mean longitudinal contraction ratio and SI from a 5-minutes ablation using the Emprint, Neuwave, and Surblate systems were 28.92% and 1.04, 20.10% and 0.53, and 24.90% and 0.45, respectively (p < 0.001). A positive correlation between longitudinal contraction and SI was noted, and a similar radial contraction was observed. In the parenchyma ablation experiment, the mean longitudinal contraction ratio and SI from a 10-minutes ablation using the three pieces of equipment were 38.60% and 1.06, 32.45% and 0.61, and 28.50% and 0.50, respectively (p < 0.001). There was a significant difference in the longitudinal contraction properties, whereas there was no significant difference in the radial contraction properties. Conclusion: The degree of longitudinal contraction showed significant differences depending on the microwave ablation equipment, which may affect the SI of the ablation zone.
Background: Recently, a hybrid surgical-electrophysiological (EP) approach for confirming ablation lines in patients with atrial fibrillation (AF) was suggested. The aim of this approach was to overcome the limitations of current surgery- and catheter-based techniques to yield better outcomes. Methods: Ten consecutive patients with AF underwent total thoracoscopic ablation (TTA) following transvenous catheter EP ablation (residual gap and cavotricuspid isthmus [CTI] ablation). Holter monitoring was performed 6 months postoperatively. Results: Ten patients (90% with persistent AF) underwent successful hybrid procedures, and there was no in-hospital mortality. An EP study was performed in 8 patients and showed that successful antral ablation in all pulmonary veins was achieved in 7 of them. The median follow-up duration was 7.63 months (range, 6.7 to 11.6 months). Nine patients underwent Holter monitoring 6 months postoperatively, and the results indicated an underlying sinus rhythm without AF, atrial flutter, or atrial tachycardia lasting more than 30 seconds in all of the patients. There was no recurrence of AF during follow-up. Conclusion: A hybrid approach that consists of TTA followed by transvenous catheter EP ablation (residual gap and CTI ablation) yielded excellent outcomes in our patient population. A hybrid approach should be considered in patients with a high risk of AF recurrence.
Ovarian cystectomy is the preferred technique for the surgical management of ovarian endometrioma. However, other techniques such as ablation or sclerotherapy are also commonly used. The aim of this review is to summarize information regarding the efficacy of ablation and sclerotherapy compared to cystectomy in terms of ovarian reserve, the recurrence rate, and the pregnancy rate. Several studies comparing ablation versus cystectomy or sclerotherapy versus cystectomy in terms of the serum anti-Müllerian hormone (AMH) decrement, endometrioma recurrence, or the pregnancy rate were identified and summarized. Both ablation and cystectomy have a negative impact on ovarian reserve, but ablation results in a smaller serum AMH decrement than cystectomy. Nonetheless, the recurrence rate is higher after ablation than after cystectomy. More studies are needed to demonstrate whether the pregnancy rate is different according to whether patients undergo ablation or cystectomy. The evidence remains inconclusive regarding whether sclerotherapy is better than cystectomy in terms of ovarian reserve. The recurrence rates appear to be similar between sclerotherapy and cystectomy. There is not yet concrete evidence that sclerotherapy helps to improve the pregnancy rate via in vitro fertilization in comparison to cystectomy or no sclerotherapy.
Mohammed S. Ahmed;Mohamed Tarek El-Wakad;Mohammed A. Hassan
International Journal of Computer Science & Network Security
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제23권2호
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pp.183-192
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2023
Radiofrequency ablation (RFA) is an alternative treatment for liver cancer to the surgical intervention preferred by surgeons. However, the main challenge remains the use of RF for the ablation of large tumours (i.e., tumours with a diameter of >3 cm). For large tumours, RFA takes a large duration in the ablation process compared with surgery, which increases patient pain. Therefore, RFA for large tumours is not preferred by surgeons. The currently materials used in RF electrodes, such as the nickeltitanium alloy (nitinol), are characterized by low thermal and electrical conductivities. On the other hand, the use of materials that have high thermal and electrical conductivities, such as titanium aluminide alloy (gamma titanium), produces more thermal energy for tumours. In this paper, we developed a cool-tip RF electrode model that uses nickel-titanium alloy and replaced it with titanium aluminide alloy by using the finite element model (FEM). The aim of this paper is to study the effect of the thermal and electrical conductivities of gamma titanium on the ablation volume. Results showed that the proposed design of the electrode increased the ablation rate by 1 cm3 /minute and 6.3 cm3/10 minutes, with a decrease in the required time ablation. Finally, the proposed model reduces the ablation time and damages healthy tissue while increasing the ablation volume from 22.5% cm3 to 62.5% cm3 in ten minutes compared to recent studies.
Dong Ik Cha;Min Woo Lee;Kyoung Doo Song;Seong Eun Ko;Hyunchul Rhim
Korean Journal of Radiology
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제23권2호
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pp.189-201
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2022
Objective: To compare the outcomes of radiofrequency ablation (RFA) using dual switching monopolar (DSM), switching bipolar (SB), and combined DSM + SB modes at two different interelectrode distances (25 and 20 mm) in an ex vivo study, which simulated ablation of a 2.5-cm virtual hepatic tumor. Materials and Methods: A total of 132 ablation zones were created (22 ablation zones for each protocol) using three separable clustered electrodes. The performances of the DSM, SB, and combined DSM + SB ablation modes were compared by evaluating the following parameters of the RFA zones at two interelectrode distances: shape (circularity), size (diameter and volume), peritumoral ablative margins, and percentages of the white zone at the midpoint of the two electrodes (ablative margin at midpoint, AMm) and in the electrode path (ablative margin at electrode path, AMe). Results: At both distances, circularity was the highest in the SB mode, followed by the DSM + SB mode, and was the lowest in the DSM mode. The circularity of the ablation zone showed a significant difference among the three energy groups (p < 0.001 and p = 0.002 for 25-mm and 20-mm, respectively). All size measurements, AMm, and AMe were the greatest in the DSM mode, followed by the DSM + SB mode, and the lowest were with the SB mode (all statistically significant). The white zone proportion in AMm and AMe were the greatest in the SB mode, followed by the DSM + SB mode and DSM in general. Conclusion: DSM and SB appear to be complementary in creating an ideal ablation zone. RFA with the SB mode can efficiently eradicate tumors and create a circular ablation zone, while DSM is required to create a sufficient ablative margin and a large ablation zone.
Usually nanosecond pulsed laser processing of metal is mainly affected by the thermal ablation. Many studies of the theoretical analysis and modeling to predict the laser ablation of metal are suggested on the basis of the photothermal mechanism at higher laser fluence. In this paper, we investigate the etching depth and laser fluence of laser ablation of copper foils and propose the simplified SSB Model(Srinivasan-Smrtic-Babu model) to study the photothermal effect of nanosecond pulsed laser ablation. The experimental results show that the photothermal ablation of the 355nm DPSS $NdYVO_{4}$ laser is useful to process the copper thin foils.
Usually nanosecond pulsing laser ablation of metal is under thermal effect. Many studies of the theoretical analysis and modeling to predict a result of laser ablation of metal are suggested on the basis of the photothermal mechanism. In this paper, we investigate the etching depth and laser fluence of laser ablation of copper films. We proposed the simplified SSB Model(Srinivasan-Smrtic-Babudp model) to study the photothermal effect of nanosecond pulsing laser ablation of copper thin metal. The experimental results were obtained by using the 355nm DPSS $Nd:YVO_4$ laser.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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