치과 레이저에 대하여(2)
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치과 레이저에 대하여(2)
  • 승인 2006.01.23 17:01
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치과 레이저에 대하여(2) 

이상호(조선치대 소아치과 교수) shclee@chosun.ac.kr
 
레이저는 인간이 만든 빛으로 우리에게 여러 분야에서 많은 도움을 주는 도구로 이용되고 있다. 레이저는 칼이나 기계를 사용하지 않기 때문에 사람과 접촉되지 않아 위생적이고 깔끔한 결과를 얻을 수 있다. 또한 수술시 출혈이 덜되고 통증이 적어 환자의 육체적 심적 고통을 덜어준다. 이와 같은 레이저가 의학, 치의학 임상분야에 도입된 이래 꾸준히 개발, 개선되어 이제는 수술용 메스를 상당 부분 대체하고 있다. 치과 분야에서도 과거의 연조직 절개를 목적으로 도입된 레이저가 이제는 치아 경조직의 삭제는 물론 근관 치료, 치아 미백 등에 사용되고 있으며 앞으로 치아우식증의 진단, 예방 등에 이르기까지 광범위하게 활용될 날이 머지않았다.
이와 같은 미래의 변화에 대응하여 레이저 의료 기기를 국산화하고 더욱 발전시킬 수 있는 기반 조성의 필요성이 대두되고 있다. 이에 저자는 레이저의 기본 이론을 알기 쉽게 설명하고 임상에 적용할 수 있는 필요한 지식과 정보를 제공하고자 한다. 치과 레이저 분야에 관심이 있으신 많은 분들의 도움이 될 수 있기를 기대해 본다. 
레이저 빛과 인체와의 만남을 통해 새로운 기쁨과 만족을 얻게 될 것을 기대하면서 .....

레이저는 어떻게 조직을 자르나 ?
레이저로 조직을 절제하는 기전을 이해하기 위해서는 우선 레이저의 조직의 반응(laser-tissue interaction) 대한 이해가 있어야 한다. 레이저는 그 종류에 따라 독특한 영역의 파장을 가지고 있으며 조직 또한 분자 수준에서의 고유한 진동수를 가지고 있다. 레이저의 파장과 조직의 진동수가 일치할 경우 레이저는 조직에 잘 흡수되며, 그렇지 않을 경우 반사, 통과, 산란된다(그림 1). 이중에서 조직에 가장 큰 영향을 미치는 것이 흡수인데, 조직에 따라 흡수되는 파장의 영역이 다르다. 인체는 골, 연골, 피부, 근육, 혈관 등 여러 종류의 조직으로 구성되어 있는데, 부위별로 잘 흡수되는 레이저가 다르며 따라서 치료의 종류에 따라 사용하는 레이저도 달라지게된다.         레이저가 조직을 절제하는 기전은 다음의 몇 가지로 대별된다.


1. 열작용에 의한 절제
레이저는 입자와 파장으로 구성된 고강도의 에너지를 가지고 있으며 조직에 닿는 순간 열에너지로 바뀌게 된다. 조직의 열에 대한 반응은 이미 잘 설명되고 있는데, 45℃부터 조직이 증발되기 시작해서 100℃ 전후로 용융되거나 특히 수분을 많이 함유하고 있는 조직은 증발, 기화됨으로써 조직이 제거된다(그림 2).
그러나 열작용에 의한 조직의 절제는 절제된 인접 부위에 부분적으로 비가역적 손상을 초래함으로써 지혈작용과 살균작용이 있음에도 불구하고 치유가 다소 지연되는 원인을 제공한다(그림 3).
또한 너무 출력을 높게 하여 조사할 경우 조직이 까맣게 탄화되어 치유가 지연되거나 잘 되지 않게 된다(그림4). 



2. Hydrokinetic에 의한 미세폭발(microexplosion)과 음파충격(acoustic shock)
Er:YAG 레이저와 Er,Cr:YSGG 레이저는 특히 수분에 잘 흡수되어(그림 5) 레이저가 조직 내 수분에 집중적으로 흡수되어 온도를 급 상승시켜 기화되게 함으로써 그 압력에 의해 폭발이 일어나게 되며 이 조직 내 미세폭발에 의해 조직이 절제된다(그림 6). 레이저를 조사함과 동시에 미세한 물방울을 조직을 향하여 분사해 줄 경우 레이저 에너지가 물방울에 흡수되어 조직의 경계부에 닿는 순간 물방울에 의한 미세폭발을 일으킴으로써 조직이 절제되는 효과를 증진시키는 기술도 개발되었다(그림 7). 이를 레이저 판매 업체에선 물방울 레이저라 지칭하기도 하지만 학술적으로는 정확하지 않은 단어이다.
이외에도 수분에 레이저가 흡수되면 물 내부에 음파가 발생되고 그 음파적 충격에 의해 조직이 파괴되기도 한다. 이와 같은 미세폭발이나 음파충격으로 인한 물리적인 조직의 절
제는 조직이 용융되기 전에 발생하는 것이므로 열에 의한 손상이 적고 조직이 깨끗하게  절제된다는 장점이 있다(그림 8). 

3. 플라스마 형성에 의한 광 절제
고출력이며 짧은 펄스주기를 가지고 있는 레이저에서 가능한 절제 기전이다. 레이저가 조직에 열을 미처 전달하기 전에 부분적으로 온도가 급상승하여 분자수준에서 진동수를 급상승시킴으로써 조직이 제 4의 물질이라고 알려진 구름과 같은 상태로 기화되어 없어지는 것이다(그림 9). 이와 같은 현상의 유도가 가능한 레이저는 파장이 원적외선 계의 nano, pico second 이상의 펄스주기가 매우 짧은 Eximer, Er:YAG 레이저 등으로 알려져 있다. 장점은 열 손상 없이 조직을 깨끗이 절개한다는 것이며 절개 깊이가 깊지 못하다는 것이 단점이다.    결론적으로 레이저에 의한 조직의 절제는 레이저의 조직에 대한 물리-화학적 그리고 열 반응의 유무와 그 정도에 따라 다른 기전에 의해 일어나므로(그림 10) 이와 같은 기본 개념을 근거로 내가 어떤 목적으로 레이저를 사용할 것인가에 따라 레이저를 선택해야 한다.  

치과 레이저는 어떤 것들이 있나 ?
치과분야 에서는 주로 가시광선 영역에서 근적외선, 적외선 영역의 파장을 가진 레이저들이 사용되고 있다(그림 11, 12).

1. 가시광선 영역
아르곤 레이저, 루비 레이저가 있으나 근래에는 루비 레이저는 거의 사용하지 않는다. 아르곤 레이저는 488㎚와 515㎚ 영역의 파장을 가지고 있는데, 청색 계통의 418㎚ 영역은 광중합 수목물의 중합에 사용되며 빛의 강도가 높아 복합레진의 경우 보통 10초 정도 소요된다. 이외에 치면에서의 형광현상을 이용한 치아우식증의 진단에 이용된다. 이 내용은 후에 자세히 언급하기로 하겠다. 녹색 계통의 515㎚ 파장 영역의 경우 주로 연조직의 절개에 사용된다(그림 12).

아르곤 레이저는 미국의 유명한 HGM 회사가 세계적으로 독점 공급하고 있었으나 최근에 다른 회사에 합병됨으로써 공급이 잠시 중단되고 있는 상태이다. 참고로 HGM회사의 스펙트럼이라는 레이저는 출력이 2W까지 되는 비교적 아르곤 레이저로서는 고출력이며 488㎚와 515㎚의 두개의 모드를 사용할 수 있다. 수입 가격은 4-5천 만 원 선이다. 그러나 아르곤 레이저는 발진에 매우 높은 전력이 소모되어 용량이 큰 변압기를 따로 설치해야 하는 단점이 있다.  
최근 우리나라 한 업체가 아르곤 레이저를 개발하여 약 1,700여 만 원에 시판하고 있으나 출력이 낮아 광중합도 잘 되지 않으며 내구성이 떨어지고 자주 고장나며 AS도 엉망이다.   

2. 근적외선 영역
반도체 레이저(810㎚), Nd:YAG(1,064㎚), Ho:YAG(2,060㎚), Er:YAG(2,904㎚) 등의 레이저가 있으며 이들은 주로 네오다이움, 이트리움, 알루미늄, 가넷 등의 고체를 레이저 매질로 이용한다. 반도체 레이저는 주로 조직의 치유를 증진시킬 목적으로 사용되는 저출력용 소프트 레이저이며 Nd:YAG 레이저는 연조직의 절개에 많이 이용된다. 특히 Nd:YAG 레이저는 가는 광섬유(optic fiber)를 사용할 수 있어 구강 내 접근성이 매우 좋으므로 근관치료 시 근관 내 소독 등의 목적으로 이용된다. 그러나 연조직 절개 시 절제 효과가 크지 않아 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다. 특이한 점은 흑색에 흡수가 잘되어 구강 내 치은에 멜라닌 색소침착이 있는 경우 제거를 비교적 용이하게 할 수 있다. Er:YAG 레이저는 수분에 흡수가 잘되어 연조직의 절개는 물론 치아의 삭제에 효율적이다(그림 13). 특히 열에 의한 절제 보다는 미세폭발에 의한 제거 기전을 가지고 있어 향후 치아의 와동형성에 이용 가능성이 높은 레이저이다. 
근래에 우리나라의 모 대기업체에서 치과용 레이저를 국산화 하였는데, Nd:YAG, Er:AYG, 그리고 이 두 가지를 모두 탑제하고 있는 dual 레이저를 개발하여 비교적 저렴하게 판매하고 있다. 외국에서 수입한 제품과 성능이 전혀 떨어지지 않으며 AS가 좋다.  
Er:YAG 레이저는 Nd:YAG 레이저와는 달리 광섬유에 의해 beam을 전달할 수 없다. 따라서 과거에는 articulated arm이라는 내부에 거울이 장착된 tube를 몇 번 꺾여 움직이도록 고안되어 구강 내 접근이 이루어 졌으나 근래에는 사파이어 섬유 등을 통한 유연한 재질로 대치되어 구강 내 접근성이 향상되었다. 따라서 Er:YAG 레이저는 2가지 전달계를 가지고 있는데, articulated arm은 구강 내 접근은 다소 어려우나 고장이 적다는 점, 사파이어 재질 등의 유연한 전달 시스템은 구강 내 접근성은 좋으나 고장이 날 수 있는 확률이 높다는 것이 단점으로 지적된다.

3. 적외선 영역
이산화탄소 레이저(CO2 레이저, 10,640㎚)가 있다(그림 14). 이산화탄소 레이저는 주로 구강 내 연조직의 절제에 많이 사용되며 삭제 효율이 Nd:AYG에 비해 높은 것으로 알려져 있다. 
이산화탄소 레이저는 오래 전부터 치과영역에서 구강 내 연조직 절제에 많이 쓰이기 시작한 레이저로 1976년에 미국 FDA로부터 치과영역에서 연조직 처치용으로 안전성 승인을 받았다.  
이상화탄소 레이저는 수분에 잘 흡수되는데 연조직은 수분이 70~90% 정도이므로 대부분의 레이저 에너지가 연조직에서 열로 전환되어 작용합니다. 이산화탄소 레이저는 조직의 절제 시 기화(vaporization)가 일어나는 주변에 비가역적 손상이 적게 나타나므로 연조직 절개에 좋다고 알려져 있다. 이산화탄소 레이저는 주로 조직에 대해 1~3㎜의 일정한 거리를 두고 조사하며 직법 조직에는 접촉하지 않는다. 
특히 최근에 레이저를 이용하여 임플란트 주변을 시술할 때 부주의 하여 임플란트에 조사될 경우 다른 레이저에 비해 손상이 적다고 보고 되고 있다. 
이밖에 자외선 영역의 Eximer 계(XeF, XeCl, KrF, ArF) 레이저가 있으나 치과 영역에서는 잘 사용하지 않는다.
가시광선 영역의 레이저 이와의 근적외선, 적외선, 자외선 영역의 레이저 빔은 우리 눈에 잘 보이지 않는다. 따라서 He-Ne(헬늄-네온)레이저의 빔을 결합하여 guiding beam으로 사용하고 있다. 시술시 눈에 보이는 빛은 He-Ne 레이저 beam이다. 

레이저에 대한 정보는 어디서 수집하고 기본 지식과 시술은 어떻게 배우나 ?
대한레이저치의학회에서는 1년 4회 표준 숙련과정이라는 연수회를 갖는다. 이 연수회의 내용은 레이저 물리 등의 기본 이론으로부터 레이저의 종류와 조작법, 레이저 안전과 보호에 대한 이론과정과 사람의 치아와 돼지 턱을 이용한 실습으로 나뉘어 진행된다. 이 연수의 내용은 미국 레이저 치의학회의 연수내용과 내용과 수준이 같으며 연수 후 시험을 거쳐 자격증이 수여된다. 




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