목차
레이저치료기에서 사용되는 레이저의 종류에는 매질인 고체, 액체, 기체, 반도체에 따라서 다양하게 있다. 여기 방법으로는 광, 방전, 전류 등이 있다.
본 글에서는 이렇게 만들어진 레이저의 종류를 자세히 예를 들어가며 설명을 하고 다양한 분야에서 어떻게 사용되고 있는지도 보여주겠다.
목차
- 레이저의 종류
- 레이저의 활용 분야
레이저의 종류
1. 고체레이저 Nd:YAG 레이저
1) 화학적인 조성은 Nd3+이온이 Y3+ 대신에 약 1% 정도 YAG(yttrium aluminium garnet) 결정에 들어 있는 Nd:Y3 Al5 O12 로써 근적외선 파장을 발진한다.
2) 펄스 동작뿐만 아니라 연속 발진도 가능한데 파장이 1.064um이므로 용접도 가능하고 second harmonic generation이라는 비선형 광학 기술을 이용하면 파장이 절반으로 줄어들어 532 nm의 가시광 영역이 된다.
2. 기체 레이저
He-Ne 레이저
1) 632.8 nm의 붉은 파장을 가지는 이 레이저는 대표적인 레이저로서 최초의 가스레이저이기도 하다.
2) 주로 간섭, 회절, 굴절 등 기초 광학 실험용으로 가장 흔히 사용되며 작은 것은 출력이 0.5mW에서 큰 것은 100mW까지의 대형레이저까지 다양한 제품이 시판되고 있다.
3) 매질은 He와 Ne의 혼합기체로서 Ne가스에서 레이저가 발진된다.
아르곤(Ar) 레이저
1) 가장 강력한 가시광 영역의 레이저로서 수백 mW의 출력에서 수십 W의 출력을 내는 대형 아르곤레이저 가 있다.
2) 아르곤 레이저는 청색(488.0 nm)과 녹색(514.5 nm)에서 가장 강력한 레이저 빛이 발생되므로 조명 효과가 뛰어나서 특수조명에 많이 쓰이고 있다. 그 외에도 351.1 nm 등의 자외선을 포함하여 476.5 nm, 496.5 nm 등 여러 파장의 빛이 발진된다.
3) 아르곤 레이저는 제작하기가 쉽지 않고 10 kW 이상의 전력을 쓰기 때문에 매우 고가이며 수명은 보통 5000시간 정도이다.
탄산가스(CO2) 레이저
1) 탄산가스 레이저는 탄산가스 분자의 진동준위 사이에서 10.6um의 적외선이 발진되며 효율이 높아서 용이하게 고출력을 얻을 수 있다. 일반적으로 1 m 길이의 방전관은 최적 조건에서 100W까지의 출력을 얻을 수 있다.
2) CO2 레이저는 1964년 미국의 페텔이 처음으로 연속발진에 성공하였으며 현재 100 kW의 대형 CO2 레이저도 개발되었다. 1972년 출력펄스당 200J의 에너지를 얻는 데 성공하였다.
3. 액체 레이저
색소(dye) 레이저
1) 다른 레이저는 단일파장만을 발생시키는데 비해 색소레이저는 일정한 범위 내의 모든 파장의 레이저가 발진 가능하다. 이것을 가변 파장 레이저(tunable laser)라고 한다.
2) 여러 가지 염료가 레이저 물질로 사용되고 있지만 그중에서도 Rhodamine-6G라는 붉은 염료가 효율이 높고 파장영역이 분광학적 실실험에 적합하므로 가장 많이 사용된다.
3) 염료의 종류에 따라 각기 다른 불진 파장이 다른데 Rhodamine-6G는 580-620 nm의 파장 영역을 가진다.
4) 우리가 원하는 대로 파장을 선택할 수 있으므로 분광학적 응용에 매우 유리하다.
4. 반도체 레이저
1) 다이오드레이저라고도 하며 지금까지 개발된 레이저 중에서 제일 작은 것으로 보통 1nm이하의 크기이다.
2) 반도체 레이저는 체적이 매우 작은 특징이 있고 제조단가가 저렴하고 대량생산이 용이하며 수 mA의 전류만 흘리면 레이저가 되는 이점이 있으므로 CD재생장치, 광통신 등 응용도가 매우 높다.
3) 재료는 GaAs나 GaAIAS 또는 GaAIAsP 등이 개발되어 있다.
레이저의 활용 분야
임상에서의 레이저 응용
1. 안과
녹내장 : 레이저를 이용한 모양주 성형수술은 레이저로 모양주에 구멍을 뚫어 모양주의 그물 섬유를 수축하게 하여 방수의 흐름을 증가시켜 안압을 조절하는 방법이며 이때 아르곤이온 레이저의 열적인 상호작용에 의해 모양주의 그물 섬유가 수축한다.
백내장 : Nd:YAG 레이저를 이용하여 레이저 capsu-lotomy를 시행하는데 약물로 마취된 눈에 특수한 안경을 씌우고 수정체 뒷면에 정확하게 레이저빔의 초점을 맞추며 안전하게 광학적 파괴를 유발하게 된다.
굴절이상(근시, 원시) : 엑시머 레이저를 이용하며 펄스의 지속시간이 짧아 각막 연마 시 주위조직에 영향이 거의 없으며 한 번의 펄스에 의해 절제되는 각막의 층은 1/1000mm로서 아주 정밀하게 절제할 수 있다. 라식(LASIK)은 근시, 원시 그리고 난시도 교정할 수 있다.
유리체 출혈 및 망막질환=Argon, Holmium/Yag 등의 레이저를 노인성망막질환, 당뇨성증식성망막병, 망막박리, 망막출혈, 망막혈관병변 등에 활용하여 치료한다.
2. 피부과
피부과에서의 레이저 사용은 일반적으로 레이저 빔과 세포조직과의 열적인 상호작용을 피부치료에 응용한다. 아르곤 레이저는 피부에서 투과깊이가 적고 헤모글로빈에 강한 흡수를 나타내기 때문에 모세혈관확장증이나 거미 양 혈관종 등에 이용된다. CO2, Er/Yag 레이저는 표피를 절개하거나 층층으로 증발시킬 수 있으며 조직부위의 정확한 절개를 가능하게 한다. Ruby, Alexandrite 레이저 등과 같이 피부에 있는 문신제거, 제모에 유용하다. Nd:YAG(KTP), Dye 레이저는 섬유종이나 색소성 모반, 티눈, 각화증 등에 이용된다. Nd:YAG 레이저는 투과깊이가 다른 종류에 비해서 가장 깊어서 6㎜까지 광응고를 일으킬 수 있다. 피부암이나 기저세포 상피종 등에 이용된다. Dye 레이저는 파장이 577nm로 안면홍조증이나 화염상 모반, 모세혈관 확장성 모반 등에 이용될 수 있다. 또 탈모증 환자에서 레이저를 이용한 모 이식술이 최근에 시도되고 있다.
3. 이비인후과
귀=청력저하가 일어나는 이경화증에서 등자골절제술(stapedectomy)을 시행할 때 KTP, Argon 레이저를 이용하여 청력회복을 기대할 수 있으며 최근에는 레이저를 이용한 고막절개술을 시행하여 삼출성 중이염 환자에서 중이 삼출액의 배액을 유발하여 중이염을 치료에 사용하고 있다. 코=코의 혈관종이나 표재성 암종의 절제 등에 이용할 수 있고 알레르기성 비염이나 비후성 비염에서 레이저를 이용한 하비갑개 성형술을 시행하여 증상을 호전시킬 수 있다. 비점막의 표재성 혈관의 노출로 인한 반복적인 비출혈에도 레이저를 이용한 광응고가 사용되며, 수면무호흡증에서 유발되는 코골이의 치료에서도 CO₂ 레이저가 사용된다. 목=초기 후두암이나 후두의 양성종양, 유두종 등의 절제에 Nd/YAG, CO₂ 레이저를 사용하여 재발률이 낮고 출혈이 거의 없는 수술로 이용된다.
4. 산부인과
1970년대 말 이후로 다양한 종류의 레이저들이 산부인과용 내시경에 사용되어 왔다. CO₂ 레이저와 같은 기체 레이저와 Nd:YAG 레이저와 같은 고체 레이저들이 여기에 속하며, CO₂ 레이저는 주로 복강경 수술에 Nd:YAG 레이저는 주로 자궁경 수술에 사용된다. CO₂ 레이저는 산부인과 응용에 표준 되는 레이저로 자궁암 외에도 외음부 상피 내 종양 그리고 질 상피 내 종양에도 응용된다. 연속발진(CW mode), 슈퍼펄스(SP wave mode), 촙 펄스(Chopped wave mode)의 3가지 다른 모드로 사용될 수 있다. Holmium, Diode 레이저도 복강경, 질경, 자궁경 수술에서 활용되고 있다.
5. 비뇨기과
비뇨기과의 레이저 사용은 처음에는 외성기의 치료로부터 시작하여 요도관, 방광, 요관으로 그리고 신장까지 확장되었다. 방광암에는 오래전부터 Argon 레이저나 Nd:YAG 레이저를 광응고에 사용하여 왔으며 최근에는 광역학적인 치료를 성공적으로 수술에 이용하고 있다. 요관결석이나 신장결석의 제거에도 레이저의 충격파 치료를 응용할 수 있다. 외성기종양=외성기의 병변은 주로 Nd:YAG 레이저나 CO₂ 레이저를 이용하여 치료한다. 방광암=Nd:YAG 레이저로 방광암을 치료하는 광역학적인 치료는 육안으로 볼 수 없는 암조직을 내시경을 거쳐서 치료할 수 있는 유용한 방법이다. 요로결석 치료에 레이저는 내시경을 이용하여 결석에 에너지를 집중하여 전달할 수 있으며 Nd:YAG 레이저가 주로 응용된다. 전립선 비대=치료에 holmium 레이저를 사용하고 있다.
6. 소화기내과
소화기내과에서의 레이저 사용은 유연한 내시경과 결합되어 있다. CO₂ 레이저의 파장은 유리에 흡수되므로 광섬유에 사용할 수 없고 대신 투과율이 높은 아르곤 레이저나 Nd:YAG 레이저가 사용된다. 또한 Gold-vapor 레이저나 Dye 레이저를 이용한 광역학적 치료도 많은 응용이 기대되고 있다. 소화기 암=식도암과 결장암에서 내시경을 통해 종양부위에 초점을 맞추고 종양을 증발시킴으로써 치료에 응용된다. 주로 Nd:YAG 레이저가 사용된다. 양성종양=식도에서의 협착이 일어나거나 폴립 같은 표피성 양성종양이 대장에서 생겼을 경우 레이저를 이용하여 절제한 후 확장시킴으로써 정상적인 소화기능을 가능하게 한다. 출혈치료=Nd:YAG 레이저는 물을 포함하는 조직에 높은 흡수율을 나타내므로 혈관조직을 응고하기에 적합하다. 궤양성 병변이나 식도 정맥류에 의한 출혈 등에 이용될 수 있다.
7. 정형외과
Holmium=YAG 레이저가 각종의 관절 내시경하의 연골절제, 연골재건, 인대, 건의 수술 등에 활용되며 추간판탈출증의 수술에도 활용되고 있다.
8. 외과영역
복강경을 통한 각종의 수술에 레이저가 이용되고 있고, 치질의 수술에는 Diode, CO₂ 레이저가 활용된다. 뇌기저부의 뇌하수체 종양을 치료하는데 레이저를 이용하거나 재발성의 유방암에서 레이저를 이용한 절제가 최근 시도되고 있다.
9. 광영상 단층촬영기(Optical Coherence Tomography)
레이저 빔을 피부와 점막 등 조직의 표면에 조사하여 최고 3㎜ 깊이의 조직의 단층면을 세포단위까지의 상을 볼 수 있는 기술로서 현재 초기단계의 시제품이 활용되고 있으며 아직까지도 좀 더 좋은 제품을 개발하기 위하여 많은 연구가 진행 중이다.
10. 광역학치료(photodynamic therapy, PDT)
이처럼 개별적인 영역에서의 레이저의 이용 이외에도 거의 모든 임상분야에 걸쳐서 최근에 각광받고 있는 것이 레이저를 이용한 광역학 치료이다. 광역학치료는 종양세포에만 선택적으로 축적되는 광감각제를 체내에 주입한 후 그 광감각제에 가장 잘 흡수되는 특정파장의 레이저를 조사하면 각종의 반응이 일어나서 종양조직만 선택적으로 괴사시키는 새로운 암치료법이다. 광역학치료의 또 다른 필수요건인 레이저는 Diode, Dye, Gold-vapor, He-Ne, KTP 레이저를 포함해서 다양한 레이저가 사용되고 있다.
11. 저출력 레이저(Low Power Laser)
최근에는 레이저의 새로운 응용으로 각종의 저출력 레이저가 연구되고 있고 또 임상에 환자의 치료에 활용되고 있다. 피부절개부위나 만성적인 피부 궤양 등에 저출력의 레이저를 반복적으로 조사하여 피부재생을 촉진하고 궤양의 치료를 도와주는 연구도 활발히 진행되고 있다. 통증의 조절 등 재활치료에 활용되고 있으며, 정형외과 영역에서는 골절 등의 손상을 입은 환자에서 수술 후 레이저를 조사하면 뼈와 골수의 재생이 빨라져서 회복이 빠르다는 연구와 상처부위에 이차적 감염이 적다는 보고가 있다.
매질에 따른 레이저의 종류에 대해서 알아보았고 임상에서 레이저가 어떻게 사용되고 있는지 11가지의 예를 들어서 설명을 하였다. 임상뿐만 아니라 우리의 일상에서도 중요한 부분을 차지할 것이라고 기대해 본다.