فرسایش بافت استخوانی با لیزر فمتوثانیه

خلاصه

لیزرهای فمتوثانیه به دلیل توانایی آنها در به حداقل رساندن بارهای حرارتی وارد شده به مواد تابیده شده، امکان فرسایش با دقت بالا و با کیفیت بالا را از بافت های بیولوژیکی فراهم می کند. با این وجود، نرخ‌های فرسایش گزارش‌شده هنوز برای امکان بهره‌برداری از آنها در سطح بالینی بسیار محدود است. این مطالعه امکان ارتقاء فرآیند فرسایش بافت استخوانی با لیزر FS را با استفاده از منابع لیزری FS صنعتی در دسترس را نشان می‌دهد. یک مطالعه پارامتریک جامع به منظور بهینه‌سازی سرعت فرسایش بافت استخوانی در عین حفظ سلامت بافت با اجتناب از بارهای حرارتی بیش از حد ارائه شده است. سه رژیم جذب مختلف با استفاده از منابع لیزر fs در 1030 نانومتر، 515 نانومتر و 343 نانومتر بررسی می‌شوند. تفاوت های اصلی در سه رژیم طول موج مختلف با مقایسه تکامل نرخ فرسایش و درجه کلسیناسیون بافت فرسایش شده با لیزر مورد بحث قرار می گیرد. حداکثر سرعت فرسایش در رژیم جذب قابل مشاهده است که در آن حداکثر مقدار 0.66 میلی متر مکعب بر ثانیه بر روی یک بافت غیر کلسینه شده برای کمترین میزان تکرار لیزر و کمترین همپوشانی فضایی بین پالس های لیزری متوالی به دست می آید. در این رژیم، هموگلوبین موجود در بافت استخوان تازه، کروموفور اصلی درگیر در فرآیند جذب است. تا جایی که ما می دانیم، این بالاترین نرخ فرسایش است که روی استخوان ران خوک با فرسایش لیزری fs به دست آمده است.

واژه‌های کلیدی: فرسایش بافت استخوانی. لیزر فمتوثانیه; افزایش مقیاس فرآیند

لیزرهای فمتوثانیه برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا

در دهه گذشته، لیزر به ابزار انتخابی برای جراحی های بافت نسل بعدی تبدیل شده است. لیزرهای فمتوثانیه به لطف خواص منحصر به فرد خود، در حال حاضر برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا در نظر گرفته می شوند که در طی آن باید از آسیب های حرارتی ناشی از لیزر برای بهبود کیفیت و مدت زمان بهبودی با دقت اجتناب شود.

Gemini مطالعه جامعی را ارائه می دهد که برای پیشبرد آمادگی این فناوری با بهینه سازی پارامترهای فرآیند همراه با توسعه ابزارهای تشخیصی مناسب انجام شده است. حداکثر کردن نرخ فرسایش روی استخوان ران گوشت خوک در رژیم فمتوثانیه در یک رویکرد افزایش مقیاس با استفاده از منابع لیزر فمتوثانیه صنعتی به دست آمد. برای پیگیری دقیق دمای بافت استخوان در طول و بعد از پردازش لیزر، از تصویربرداری دوربین FLIR و حسگرهای ترموکوپل برای به دست آوردن تکامل توزیع دما بر روی بافت با توجه به تغییرات پارامترهای مختلف فرآیند و همچنین لیزر استفاده شد. تغییرات شیمیایی ناشی از

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که پردازش لیزر فمتوثانیه بافت استخوان در یک محیط اسپری آب تحت فشار اجازه می‌دهد به دمایی کمتر از دمای دناتوره شدن پروتئین استخوان برسد. علاوه بر این، Gemini توضیح می‌دهد که چگونه طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS) تغییرات شیمیایی ناشی از لیزر بافت را با دمای آن و پارامترهای پردازش اعمال شده تجزیه و تحلیل می‌کند. نتایج این بخش از مطالعه نشان می‌دهد که LIBS یک تکنیک قابل اعتماد و مفید برای پایش بلادرنگ وضعیت استخوان در حین فرسایش لیزری است و می‌تواند در چارچوب اتوماسیون نهایی جراحی‌های استخوان با پردازش لیزر فمتوثانیه اجرا شود.

لیزر برای میکروسکوپ کانفوکال

لیزرها زمانی "راه حلی برای جستجوی مشکل" نامیده می شدند. این کلمه-که مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of تابش است-برای به تصویر کشیدن تصاویر سلاح های مرگبار از فیلم ها و سریال های علمی تخیلی استفاده می شود. با این حال ، استفاده روزافزون آنها در زندگی روزمره ، ابتدا در دستگاه های پخش سی دی و سپس در اسکنرها و نشانگرهای بارکد ، باعث شده است که آنها به نظر برسند.

آنها همچنین برای میکروسکوپ کانفوکال مناسب هستند.

منبع نوری مناسب برای میکروسکوپ کانفوکال

اولین انتشار لیزر توسط تئودور میمن در 16 مه 1960 ایجاد شد و کار در Nature منتشر شد - پس از رد شدن توسط Physical Review Letters.

اما چه چیزی لیزرها را بسیار خاص می کند؟ پاسخ آسان است: توانایی آنها در ایجاد یک پرتو شدید و بسیار باریک از نور به طول یک موج. این پرتو در فواصل بسیار طولانی باریک می ماند ، که این امر را برای کاربردهای طولانی مدت بسیار مفید می کند ، مانند پرتاب آن از یک بازتابنده کوچک در سطح ماه. قطر کوچک پرتو لیزر آنها را به ویژه به عنوان منابع نوری برای میکروسکوپ اسکن کانفوکال مناسب می کند.

منبع نوری مناسب برای روشنایی کانونی باید روشن ، پایدار ، به راحتی متمرکز و البته در طول موج مناسب باشد. سایر ملاحظات عبارتند از میزان تولید گرما و سر و صدا و بدیهی است که هزینه خرید و اجرای آن شامل مصرف انرژی است.

روشنایی

قدرت در واحد سطح یا روشنایی مشخصه لیزرها است. از آنجا که قطر پرتو لیزر معمولاً در محدوده کمتر از یک میلی متر است ، حتی یک لیزر چند مگاواتی نقطه ای از نور بسیار روشن را تولید می کند ، دقیقاً به این دلیل که تمام انرژی آن بر آن نقطه متمرکز است. به هر حال ، این چیزی است که لیزر را برای چشم خطرناک می کند.

یکنواختی و ثبات روشنایی

شدت ، مشخصات پرتو و جهت ، همه عوامل مهمی در حین تهیه تصویر هستند که روشنایی یکنواخت را تضمین می کنند. روشنایی باید نه تنها در حین کسب بلکه در روز به روز پایدار باشد تا مقایسه اندازه گیری های انجام شده در روزهای مختلف امکان پذیر باشد.

تمرکز

توانایی تمرکز نور بر روی نقطه محدود با پراش از اهمیت بالایی در میکروسکوپ کانونی برخوردار است. تمرکز لیزری که با پرتو غیر واگرا ساطع می کند بسیار آسان است.

طول موج

طول موج ، که به نوع لیزر متصل است ، بیشترین بحث را دارد. در حقیقت ، نوع لیزر دارای بخش مخصوص به خود است و انتخاب نوع لیزر را می توان یکی از مهمترین تصمیمات دانست.

انواع لیزر

3 نوع اصلی لیزر در میکروسکوپ کانفوکال استفاده می شود:

گاز: لوله های شیشه ای یا کوارتز پر از گاز که توسط تخلیه های الکتریکی ولتاژ بالا پمپ می شوند

نیمه هادی: دیودهایی که با اعمال جریان در محل اتصال لایه های نیمه هادی پمپ می شوند

کریستال (حالت جامد): میله های بلور فلورسنت که توسط نور در طول موج مناسب پمپ می شوند

البته هر دو دستگاه دیود و کریستال حالت جامد دارند ، اما نحوه عملکرد آنها متفاوت است. بنابراین ، آنها به طور جداگانه طبقه بندی می شوند - معمولاً "حالت جامد" به لیزرهای کریستالی اشاره دارد. این امر برای ما که به hi-fi علاقه داریم ، گیج کننده است ، جایی که "حالت جامد" همیشه به تجهیزات دیود (ترانزیستور) اشاره می کند ، در مقایسه با دستگاه های خلاء لوله!

گاز

هنگامی که میکروسکوپ کانفوکال به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت ، از گاز ، هلیوم نئون (HeNe) ، لیزرها به عنوان منابع نوری استفاده شد. این لیزرها نسبتاً ضعیف ، در حدود 0.5 میلی وات ، با خطوط در 633 نانومتر و 543 نانومتر بودند ، دومی برای فلوروکروم های محدودی که در آن زمان در دسترس بود مفیدتر بود. لیزر گازی دیگر ، لیزر Argon (Ar) با دو انتشار برجسته در 488 نانومتر و 514 نانومتر بهتر بود ، به ویژه اینکه خط 488 نانومتر آن FITC کامل و مشتقات آن و همچنین GFP است. لیزرهای Ar هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرند و پنج خط تحریک مختلف در محدوده آبی/سبز-سبز ارائه می دهند.

کریستال و دیود

اگرچه لیزرهای گازی هنوز در حال استفاده هستند ، اما واحدهای کریستالی و دیودی در حال تسخیر هستند. آنها پایدارتر هستند و گرمای کمتری تولید می کنند. بنابراین ، لیزرهای کریستالی و دیودی نیازی به خنک کننده فن فعال ندارند. اگر ساعات طولانی را از کانفوک استفاده می کنید ، برای گوش شما بسیار مفید است. آنها همچنین طیف وسیعی از طول موجها را منتشر می کنند. اکثر آنها لیزرهای پالسی هستند ، که آنها را برای تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) نیز مناسب می کند. آنها فقط می توانند در یک طول موج ساطع کنند ، بنابراین تعدادی منبع لیزر برای طول موج های متعدد مورد نیاز است ، با پنج خط مختلف که معمولاً برای طیف وسیعی از رنگها در محدوده قابل مشاهده برانگیخته می شوند.

امروزه از لیزرهای دیود 405 نانومتری برای UV استفاده می شود ، زیرا می توانند DAPI را به شدت تحریک کنند (البته در لبه منحنی تحریک آن) که طول موجهای کوتاهتری لازم نیست. این لیزرها همچنین می توانند برای پروتئین های فلورسنت تحریک شده با رنگ آبی عمیق استفاده شوند.

لیزرها می توانند در میکروسکوپ کانفوکال به روشهای پیشرفته تر و همه کاره تر از فلوروفورهای هیجان انگیز با استفاده از تعداد معینی و طول موج استفاده شوند. این نتیجه توسعه کلاسهای جدید لیزر است که در مقاله دیگری به آن خواهیم پرداخت.

تصویربرداری توموگرافی انتشار پوزیترون

توموگرافی گسیل پوزیترون

تصویربرداری عملکردی پزشکی هسته ای

روشهای جایگزین اسکن

کاربردهای توموگرافی گسیل پوزیترون

انکولوژی ، تصویربرداری عصبی ، قلب ، بیماریهای عفونی و فارماکوکینتیک

تصویربرداری از حیوانات کوچک

تصویربرداری اسکلتی عضلانی

ایمنی

عملیات

رادیونوکلئیدها و رادیو ردیابها

انتشار

محلی سازی رویداد نابودی پوزیترون

بازسازی تصویر

ترکیبی از PET با CT یا MRI

محدودیت های PET

تولید رادیونوکلئیدهای ساطع کننده پوزیترون ، سنتز و کنترل کیفیت رادیو ردیابها و توسعه رادیو ردیابهای جدید

تجویز رادیو ردیاب ها و استراتژی های آماده سازی بیمار

استفاده در ارزیابی سلامت انسان و تشخیص و نظارت بر بیماریها شامل سرطانها و تومورهای غیر بدخیم ، اختلالات عصبی ، بیماریهای قلبی عروقی و بیماریهای زمینه ای و اثرات دیابت و سایر شرایط در تصویربرداری PET

تصویربرداری اسکلتی عضلانی

نظارت بر اثرات درمان دارویی و استفاده در آزمایشات بالینی داروهای جدید و در مطالعات روی حیوانات

ارزیابی عملکرد و عفونت دستگاههای کاشتنی و پروتزها

نقش ها و خصوصیات انتقال دهنده های غشایی و/یا گیرنده های هدف ، مشخصه متابولیسم زمینه ای و مسیرهای کنترل و تغییرات در بیان و/یا فعالیت نشانگرهای بیولوژیکی مرتبط

متابولیسم و ​​سرنوشت ردیابهای رادیویی

اهداف جدید مولکولی و بیماری برای تصویربرداری PET

طراحی آشکارساز و ساخت تصویر PET ، پیشرفت در مدیریت ریاضی و محاسبه داده ها ، بهبود حساسیت و وضوح تصویر

PET چند بعدی ، پویا و با زمان حل شده و پیوند PET با سایر روشهای تصویربرداری برای تولید تصاویر ادغام شده

تکنیک ها و کاربردهای پیشرفته هوش مصنوعی در بیوانفورماتیک

تکنیک های پیشرفته هوش مصنوعی برای حل جنبه های مختلف مشکل زا در زمینه بیوانفورماتیک ضروری است. این کتاب رویکردهای اخیر در هوش مصنوعی و روش های یادگیری ماشینی و کاربردهای آنها در ویرایش ژنوم و ژن ، طبقه بندی کشف داروهای سرطان و الگوریتم های تاشو پروتئین را در بر می گیرد. یادگیری عمیق ، که به طور گسترده در پردازش تصویر استفاده می شود ، در بیوانفورماتیک نیز به عنوان یکی از محبوب ترین روش های هوش مصنوعی کاربرد دارد. طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی مورد بحث در این کتاب یک منبع ضروری برای دانشمندان کامپیوتر ، مهندسان ، زیست شناسان ، ریاضیدانان ، پزشکان و متخصصان اطلاعات پزشکی است.

 

امکانات:

تمرکز بر رابطه بین رشته ای علوم کامپیوتر و زیست شناسی و نقش روشهای یادگیری ماشین در حل مشکلات پیچیده در بیوانفورماتیک

ترکیبی جامع و متعادل از موضوعات و برنامه ها با استفاده از الگوریتم های مختلف پیشرفته را ارائه می دهد

هنگامی که برای بیوانفورماتیک و راه حل های نوآورانه استفاده می شود ، روش های تحقیقاتی پیشرفته ای را در زمینه روش های هوش مصنوعی ارائه می دهد

در مورد تکنیک های AI/ML ، استفاده از آنها و پتانسیل آنها برای استفاده در کاربردهای بیوانفورماتیکی معمول و آینده بحث می کند

شامل دستاوردهای اخیر در زمینه هوش مصنوعی و بیوانفورماتیک است که توسط یک تیم جهانی از محققان ارائه شده است

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

مهندسی اپتیک و لیزر با شکوفه ساتری

مهندسی اپتیک و لیزر با شکوفه ساتری

آناتومی و فیزیولوژی با شکوفه ساتری

آناتومی و فیزیولوژی

بشر از دیرباز درباره نحوه کار همه چیز کنجکاو بوده است و این کنجکاوی شامل تعجب در مورد نحوه عملکرد خود ما است. زمینه های آناتومی و فیزیولوژی شامل مطالعه ساختار بدن و نحوه عملکرد این ساختارها و بدن ها است.

پزشکی با شکوفه ساتری

بهداشت و پزشکی

مطالعه ذهن و بدن انسان ، نحوه عملکرد آنها و نحوه تعامل آنها-نه تنها با یکدیگر بلکه با محیط اطراف آنها-در تأمین رفاه انسان بسیار مهم بوده است. تحقیقات در مورد درمان های بالقوه و داروهای پیشگیرانه با توسعه پزشکی مدرن بسیار گسترش یافته است و شبکه ای از رشته ها ، از جمله زمینه های ژنتیک ، روانشناسی و تغذیه ، به منظور تسهیل بهبود سلامت ما است.

رادیولوژی دانشگاهی

تصویربرداری کودکان

تصویربرداری از قفسه سینه

تصویربرداری مولکولی

تصویربرداری اسکلتی عضلانی

تصویربرداری و گرافیک پزشکی کامپیوتری

تصویربرداری پزشکی

تکنیک های تصویربرداری در چشم پزشکی

پرتودرمانی با هدایت تصویر

اصطلاحات پزشکی برای اندازه گیری اورولوژی

تصویربرداری قلب و عروق

روندها و تکنیک های تصاویر 2 بعدی/3 بعدی/4 بعدی

تصویرسازی عصبی

رادیولوژی مداخله ای

اخذ رادیولوژی اسکلتی

رادیو تحلیلی و شیمی هسته ای

رادیولوژی مداخله ای کودکان

انکولوژی تشعشعی

تشخیص جسم خارجی

پرتودرمانی در مقابل رادیولوژی

رادیولوژی دانشگاهی

داروهای رادیویی

رادیولوژی عصبی

نورورادیولوژی بالینی

رادیولوژی دامپزشکی

تابش به سرطان

رادیولوژی سرطان روده بزرگ

پرتودرمانی حین عمل

رادیولوژی سرطان روده بزرگ

سرطانهای خاص اندام و ژنتیک سرطان

کشف و توسعه داروهای ضد سرطان

رویکردهای جدید در درمان سرطان

سرطان ایمونوتراپی و سلول درمانی

تأثیر اجتماعی-اقتصادی سرطان

انکولوژی جراحی