ホルミウムレーザ

ホルミウムレーザとは？

Ho:YAG（またはホルミウム）レーザは、ファイバー伝送が可能な高出力固体近赤外線光源です。 そのため、このツールは泌尿器科、整形外科、婦人科、歯科などの外科応用でよく使用されています。

Ho:YAG（ホルミウム）レーザは、外科応用に広く使用されていますが、その理由はグラフを見ればすぐにわかります。 このグラフは3つのことを示しています。 まず、可視光と赤外線のスペクトル領域における水による光の吸収（青の曲線）。 次に、溶融シリカが透過する波長域（緑の領域）。 最後に、数種類の高出力レーザの出力波長。 

すべての生体組織は基本的に水です。 つまり、水が特定のレーザの波長を吸収すればするほど、そのレーザはより効率的に組織を加熱し、除去することができます。 

溶融シリカは、光ファイバーを製作するために用いられる材料です。 溶融シリカで伝送される出力波長を持つレーザは、ファイバーで伝送することができます。 これは、非常に有益な手術様式です。 

したがって、ファイバー伝送による外科手術に理想的なレーザは、水によく吸収され、かつ溶融シリカの透過率範囲内にある波長です。 現在、この条件を満たすレーザは、実際には2つしかありません。 ホルミウムレーザとツリウムファイバーレーザ（TFL）です。 1000 nm付近の波長では水の吸収が比較的小さいため、Nd:YAGレーザとファイバーレーザは両方とも手術用光源としてはあまり有用ではありません。

ホルミウムレーザは数十年前に開発され、現在では多くのメディカル用途向けの確立された光源となりました。 TFLは、実際は、出力特性、実用性、コストの面でホルミウムレーザよりも望ましい特性を持っています。 しかし、新しい技術であり、外科手術の主流となるために必要な研究や規制当局の承認を完了するには時間がかかります。 そのため、現在はホルミウムレーザの独壇場となっています。

Er:YAG（エルビウム）レーザもCO₂レーザも赤外線の波長が長いため、ファイバーで伝送できません。 そのため、外科手術への展開には限界があります。しかし、両者は歯科や皮膚科を中心としたメディカル応用に広く利用されています。

Ho:YAGレーザの構造と特性

Ho:YAGは、ホルミウム（Ho³⁺）イオンをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット結晶の略称です。 Ho:YAGを使って、波長2.1 μmの出力の固体パルスレーザを構築することができます。 

Ho:YAGの1.9 μmの主吸収帯で出力する一般的な半導体レーザは存在しないため、これらのレーザは一般にフラッシュランプ励起されます。 Ho:YAGレーザ共振器は典型的なフラッシュランプ励起レーザ構成に準じており、これを図に模式的に示しています。 フラッシュランプからの光のバーストをレーザの結晶に集光します。 これによってエネルギーが供給され、結晶はレーザ光のパルスを生成します。 

Ho:YAGレーザは、（平均）出力が約20 Wから150 Wのものが市販されています。広帯域光源（フラッシュランプ）でレーザ結晶を励起するのは効率が悪いため、これらのレーザは比較的電力を必要とし、かなりの量の廃熱も発生させます。 そのため、一般的には230 V電源と水冷が必要です。 

Ho:YAGレーザのパルス特性は、フラッシュランプの操作方法を変えることで変化させることができます。 これにより、レーザ光と組織の相互作用を正確に制御する柔軟性を外科医に提供します。 

このように、Ho:YAGレーザは市販品も豊富であり、また動作可能なパラメータも広いため、さまざまなメディカル応用に対応することができます。 そのため、しばしば「レーザのスイスアーミーナイフ」と呼ばれます。Ho:YAGレーザの最も重要な外科的用途のいくつかをここで解説します。

レーザ砕石術

レーザ砕石術は、Ho:YAGレーザの主な用途の1つです。 この用途では、レーザは尿路に詰まった腎臓結石を砕くために使用されます。 レーザ砕石術は、衝撃波砕石術、尿管内視鏡検査、経皮的腎結石摘出術（PCNL）などの代替法よりも一般的に良好な治療成績が得られます。 

レーザ砕石術は、尿管内視鏡と組み合わせて実施するのが最も一般的です。 尿管内視鏡は、細長く柔軟な管で、尿道に直接挿入し、膀胱から尿管まで誘導することができます。 尿管内視鏡には、術者が誘導して結石を観察するための照明光源と画像光学系が含まれています。

砕石術の場合、尿管内視鏡に光ファイバーを挿入します。 Ho:YAGレーザをファイバーに集光し、ファイバーを通して結石に照射します。 レーザの光を石に吸収させ、石を破壊します。

砕石術では、Ho:YAGレーザの出力パラメータ（繰り返し周波数、パルスエネルギー、パルス幅）を変えることができるため、術者は結石除去にさまざまな方法を採用することができます。 たとえば、低いパルスエネルギーで高い繰り返し周波数を用いると、一般的に「ダスティング」（サブミリメーターサイズの石片の形成）が発生します。 ここでは、石それ自体が通ることができる程度に小さく砕くことを意図しています。 

より低い繰り返し率でより高いパルスエネルギーを使用すると、より大きなデブリが発生します。 この方法は「断片化と抽出」と呼ばれ、術者は尿管内視鏡のキャッチバスケットを使って、これらの大きな破片を除去します。

前立腺手術

前立腺肥大症（BPH）とは、医療用語で前立腺が肥大した状態を指します。 そのため、いら立ったり、排尿が困難になったりすることがあります。 60歳までに男性の約半数がある程度の前立腺肥大症になると言われています。 

前立腺肥大症の外科治療法としては、前立腺のホルミウムレーザアブレーション（HoLAP）と前立腺のホルミウムレーザ核出術（HoLEP）が広く用いられています。 いずれも、尿道から切除用内視鏡を導入して行う手術です。 切除用内視鏡は、視覚光学系と水流路が組み込まれた細長い管です。 また、手術部位にレーザを照射するための光ファイバーを挿入することもできます。 

HoLAPでは、レーザを使って組織を切除し、前立腺を小さくすることができます。 切除した組織は蒸発してしまうので、その後の病理学者による分析には何も使えません。 つまり、がん検診のための前立腺組織の生検には使えません。 

一方、HoLEPはファイバー伝送方式が異なるため、術者が実際に前立腺を大きく切り取る（除核する）ことができます。 この除核した組織を切除用内視鏡で膀胱内に押し込みます。 処置の最後に、断片を取り出して、その後の分析に役立てます。

HoLAPは、レーザエネルギーの浸透深度が小さいため、一定量の組織を除去するのにHoLEPよりも時間がかかる場合があります。 しかし、HoLAPは基本的に非観血的方法で、優れた効果と迅速な回復を実現します。 HoLEPは、より大きなサイズの前立腺の治療に使用することができ、また、病理学的分析のために組織を採取することができるという利点があります。

整形外科

Ho:YAGレーザは、さまざまな整形外科手術に使用されています。 一般的には、関節鏡を使って行われます。 関節鏡は、細長い硬質チューブで構成された手術器具で、視覚光学系と照明用光源が内蔵されています。 また、手術部位にレーザを照射するための光ファイバーを収納することもできます。 

関節鏡は小さな切開創から体内に導入されます。 外科医は治療が必要な部位を特定し、通常、ホルミウムレーザを使用して組織を蒸発させ、問題を矯正します。 そのため、患者の回復を早め、不快感を最小限に抑えることができる低侵襲的方法です。

その1つの例が、レーザ椎間板切除術です。 ここでは、脊椎の椎間板ヘルニアを軽減するための処置が行われます。 具体的には、椎間板の一部が膨れ上がり、脊髄神経を圧迫して痛みやしびれを生じさせています。 膨らんだ部分をレーザで直接蒸発させます。 

また、レーザ支援関節鏡手術は、膝、足首、肩などの関節のさまざまな疾患の治療に用いられています。 具体的には、瘢痕組織や骨病変の除去、関節内の遊離した物質の蒸発などを行うことができます。 

Coherentは、Ho:YAGやその他のレーザ結晶の完全垂直統合型メーカーです。 当社は、広範な結晶成長能力、一貫して吸収を最小化する計測能力、コーティング設備、社内でのレーザ損傷テスト、オプトメカニカルアセンブリの製造により、ホルミウムメディカルレーザ製造業者をサポートしています。