홀뮴 레이저
홀뮴 레이저란?
Ho:YAG(또는 홀뮴) 레이저는 파이버로 전달될 수 있는 고출력 근적외선 고체 소스입니다. 따라서 비뇨기과, 정형외과, 산부인과, 치과 등에서 외과 수술용 도구로 널리 사용합니다.
Ho:YAG(홀뮴) 레이저는 외과 수술 분야에서 널리 사용되며 그래프를 보면 그 이유를 알 수 있습니다. 그래프는 세 가지 다른 내용을 보여줍니다. 첫째, 가시광선 및 적외선 스펙트럼 영역(파란색 곡선)에서 광선은 수분에 흡수됩니다. 둘째, 용융 실리카가 투과하는 파장 범위(녹색 영역)입니다. 마지막으로 여러 가지 다양한 고출력 레이저의 출력 파장입니다.
모든 생체 조직은 본질적으로 수분입니다. 따라서 수분이 특정 레이저 파장을 더 많이 흡수할수록 더 효율적으로 레이저가 조직을 가열하고 제거할 수 있습니다.
용융 실리카는 광학 파이버를 만드는 데 사용되는 재료입니다. 용융 실리카에 의해 전달되는 출력 파장을 가진 레이저는 파이버로 전달될 수 있습니다. 이러한 특성은 수술 방식에 많은 이점을 가져옵니다.
따라서 파이버 전달 방식의 수술 절차에 이상적인 레이저는 수분에 잘 흡수되는 파장을 가지며 용융 실리카 투과 범위 내에도 있습니다. 현재 단 두 가지 레이저만 이러한 기준을 충족합니다. 홀뮴 레이저와 툴륨 파이버 레이저(TFL)입니다. 약 1000nm 파장에서 수분 흡수는 상대적으로 낮기 때문에 Nd:YAG 및 파이버 레이저는 외과 수술용 소스로 이용 가치가 낮습니다.
홀뮴 레이저는 수십 년 전에 개발되었으며 현재 많은 의료 분야에서 널리 사용하는 소스가 되었습니다. TFL은 출력 특성, 실용적인 기능 및 비용 측면에서 홀뮴 레이저보다 더 가치 있는 특성을 실제로 가지고 있습니다. 그러나 새로운 기술이기 때문에 주류 외과 수술용 소스가 되기 위해서는 필요한 연구와 규제 승인을 완료하는 데 시간이 걸릴 것입니다. 따라서 현재는 홀뮴 레이저를 더 많이 사용합니다.
Er:YAG(에르븀) 및 CO2 레이저의 적외선 파장이 길기 때문에 파이버 방식으로 전달할 수 없습니다. 이러한 특성으로 인해 특히 치과 및 피부과와 같은 의료 분야에 널리 사용하지만 수술에 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 제한합니다.
Ho:YAG 레이저 구성 및 특성
Ho:YAG는 홀뮴(Ho3+) 이온으로 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 결정의 약자입니다. Ho:YAG는 2.1µm 출력의 고체 펄스 레이저를 구성하는 데 사용할 수 있습니다.
1.9 µm에서 Ho:YAG의 기본 흡수 대역에서 출력하는 다이오드 레이저가 보통은 없으므로 이러한 레이저는 전형적인 플래시 램프 펌핑 방식입니다. Ho:YAG 레이저 공진기는 전형적인 플래시 램프 펌핑 레이저 구성을 따르며 그림에 개략적으로 표시되어 있습니다. 플래시 램프의 폭발적인 광선이 레이저 결정에 집중됩니다. 이 광선을 통해 에너지를 공급하고 결정은 레이저 광선의 펄스를 생성합니다.
Ho:YAG 레이저는 약 20W ~ 150W 범위의 (평균) 출력 전력에서 상용 목적으로 이용 가능합니다. 광대역(플래시 램프) 소스로 레이저 결정을 펌핑하는 비효율성 때문에 이러한 레이저는 상대적으로 전력 소모가 크며 상당한 양의 폐열도 만듭니다. 결과적으로 보통은 230V 전원과 수냉장치가 필요합니다.
플래시 램프가 작동하는 방식을 변경하면 Ho:YAG 레이저의 펄스 특성이 달라질 수 있습니다. 이러한 특성은 레이저 광선이 조직과 상호 작용하는 방식을 정확하게 제어하는 외과의에게 유연하게 대처할 수 있는 방법을 제공합니다.
상업적으로 이용 가능한 제품의 다양한 모델은 주어진 Ho:YAG 레이저가 작동할 수 있는 큰 매개변수 공간과 함께 이러한 소스가 광범위한 의료 분야를 지원할 수 있도록 합니다. 이러한 이유로 종종 "레이저의 스위스 군용 칼"이라고 불립니다. Ho:YAG 레이저의 가장 중요한 수술 분야 중 일부는 여기에 요약되어 있습니다.
레이저 쇄석술
레이저 쇄석술은 Ho:YAG 레이저의 주요 분야 중 하나입니다. 여기에서 레이저는 요로 어딘가에 박혀 있는 신장 결석을 부수는 데 사용됩니다. 레이저 쇄석술은 일반적으로 충격파 쇄석술, 요관경 검사 또는 경피 신적석술(PCNL)과 같은 대안 방법보다 더 나은 결과를 제공합니다.
레이저 쇄석술은 가장 일반적으로 요관경과 함께 시술됩니다. 요관경은 요도에 직접 삽입한 다음 방광을 통해 요관까지 이어질 수 있는 길고 가늘고 유연한 관입니다. 요관경에는 외과의가 결석의 위치를 찾은 후 볼 수 있도록 하는 빛 소스와 이미징 광학장치가 포함되어 있습니다.
쇄석술의 경우 광학 파이버를 요관경에 삽입합니다. Ho:YAG 레이저는 파이버에 집중된 후 이를 통해 결석에 전달됩니다. 레이저 광선이 돌에 흡수되어 돌을 깨뜨립니다.
쇄석술에서 Ho:YAG 레이저의 출력 매개변수(반복 속도, 펄스 에너지 및 펄스 지속 시간)를 변경할 수 있는 기능을 사용하면 외과의는 결석을 제거하기 위한 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 더 높은 반복률로 더 낮은 펄스 에너지를 사용하면 일반적으로 "분진"(밀리미터 이하 크기의 결석 조각)이 만들어 집니다. 여기서 의도는 결석을 스스로 요도를 통과할 수 있을 만큼 작은 조각으로 부수는 것입니다.
더 낮은 반복률로 더 높은 펄스 에너지를 사용하면 더 큰 결석 조각이 만들어 집니다. "추출을 이용한 파편화"라고 하는 이 방법으로 외과의는 요관경의 캐치 바스켓을 사용하여 이러한 큰 조각을 제거합니다.
전립선 수술
양성 전립선 비대증(BPH)은 전립선이 확대된 증상에 대한 의료 용어입니다. 이 증상은 배뇨 시 자극과 어려움을 유발할 수 있습니다. 모든 남성의 절반 가량이 60세에 도달하면 어느 정도 BPH를 겪게 됩니다.
BPH에 널리 시술하는 두 가지 수술 치료법은 전립선의 홀뮴 레이저 절제술(HoLAP)과 전립선의 홀뮴 레이저 적출술(HoLEP)입니다. 두 과정은 모두 요도에 삽입되는 절제경을 이용하여 시술합니다. 절제경은 볼 수 있는 광학장치와 유체 흐름 채널이 포함된 길고 가는 튜브입니다. 또한 수술 부위에 레이저 빔을 전달하기 위해 파이버 광학장치를 삽입할 수 있습니다.
HoLAP에서 레이저는 조직을 파괴하고 전립선의 크기를 줄이는 데 사용됩니다. 제거된 조직은 증발하며, 이는 병리학자가 후속 분석할 수 있는 것이 남아 있지 않음을 의미합니다. 즉, 이 과정은 암 선별 검사 목적으로 전립선 조직을 생검하는 데 사용할 수 없습니다.
이와 반대로, HoLEP는 외과의가 실제로 전립선에서 더 큰 조각을 절제(적출)할 수 있도록 하는 다른 파이버 전달 구성을 사용합니다. 이렇게 적출된 조직은 절제경을 사용하여 방광으로 흘러듭니다. 절차가 끝나면 조직의 조각이 추출되어 후속 분석을 할 수 있습니다.
HoLAP은 레이저 에너지가 더 작은 깊이로 침투하기 때문에 주어진 양의 조직을 제거하는 데 HoLEP보다 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 그러나 HoLAP은 무혈 방법으로 본질적으로 우수한 결과와 빠른 회복 시간을 가져옵니다. HoLEP는 더 큰 크기의 전립선을 치료하는 데 시술할 수 있으며, 다시 적출된 조직을 병리학적 분석할 수 있는 이점을 제공합니다.
정형외과
Ho:YAG 레이저는 다양한 범위의 정형외과 시술에 사용됩니다. 일반적으로 이 방식은 관절경을 사용하여 수행됩니다. 관절경은 볼 수 있는 광학장치와 빛 소스를 포함하는 길고 가늘고 단단한 튜브로 구성된 또 다른 종류의 수술 도구입니다. 추가로 수술 부위에 레이저 빔을 전달하기 위해 파이버 광학장치를 삽입할 수 있습니다.
관절경은 작은 규모로 절개한 후 신체에 삽입됩니다. 외과의는 치료가 필요한 부위를 찾은 후 일반적으로 홀뮴 레이저를 사용하여 조직을 증발시키고 문제 부위를 치료합니다. 따라서 이후 환자 회복 속도를 높이고 불편함을 최소화하는 최소한의 침습 시술 방법입니다.
한 예시는 레이저 디스크 절제술입니다. 여기서 시술은 탈출된 척추 디스크를 줄이기 위한 것입니다. 구체적으로 척추사이원반의 일부가 튀어나와 척수신경을 압박하고 통증이나 저림을 유발합니다. 불룩하게 튀어난 부분을 직접 증발시키기 위해 이 레이저를 사용합니다.
레이저 보조 관절경 수술은 무릎, 발목, 어깨와 같은 관절의 다양한 증상을 치료하는 데에도 사용됩니다. 특히 흉터 조직과 뼈 병변을 제거하고 관절 내 느슨해진 물질을 증발시키는 시술을 할 수 있습니다.
Coherent는 Ho:YAG 및 기타 레이저 결정의 완전 수직 통합 제조업체입니다. 당사는 광범위한 결정 성장 기능, 지속적으로 흡수를 최소화하기 위한 계측, 코팅 시설, 사내 레이저 손상 테스트, 광학기계 어셈블리 생산을 통해 홀뮴 의료용 레이저 빌더를 지원합니다.