Diode Laser

최근 반도체 기술의 비약적인 발전은 의료계에도 반도체 레이저를 도입하기에 이르렀다. 예전의 피부과에서 주로 사용되던 레이저 기기가 안과, 산부인과 영역으로 점차 확대되어지면서 그 기능 또한 다양하고 정교해져 오늘날 치과 분야에서도 없어서는 안 되는 역할을 하고 있는 것이다. 흔히 다이오드 레이저라고 알고 있는 반도체 레이저가 실제 임상에서 어떻게 활용되어지고 어떠한 효과를 지니는지 살펴보는 자리를 마련했다.

김미선 기자 kmsun@denfoline.co.kr

국내에 치과용 레이저기가 처음 도입된 것은 1960년대이다. 이후 1980년에는 잇몸(연조직)등에 사용할 수 있는 Nd:YAG Laser, Argon Laser, CO2 Laser가 치과외래에 도입되어 불소도포와 잇몸치료에 이용되었다. 1990년에는 치아나 잇몸뼈(경조직)에 사용할 수 있는 Erbium Laser가 도입되었고 1995년, 치과용 레이저가 본격적으로 활용되기 시작했다.
이러한 흐름에 따라 치과용 레이저는 꾸준히 발전하며 그 임상 범위를 넓혀 현재에는 치아미백과 충치치료, 잇몸성형, 임플란트 등 치과치료 전반에 이용되고 있는 실정이다.

레이저에 대한 전반적인 이해

레이저(laser)라는 용어는 light amplification by stimulated emission of radiation(유도방출에 의한 빛의 증폭)의 첫 자들을 사용한 합성어를 뜻한다. 이는 빛의 특성 중 일부만을 집중적으로 이용하는 방식 혹은 그 집중장치를 지칭하는 것으로, 빛의 특정한 파장을 집중화시켜 여러 가지 용도로 활용 가능하게 사용하는 방법을 말한다.
집중화에 쓰이는 매개물질에 따라 각기 다른 특성과 파장을 지닌 레이저가 발생하며 매질에 따라서 레이저의 이름이 결정된다. (예 : CO₂레이저, YAG레이저 등)
레이저의 매질은 기체, 액체, 고체, 반도체 등이 사용되며 이에 따라 진료 영역 또한 각기 달라진다. 일반적으로 고체인 루비와 반도체 레이저가 소프트 레이저로서 진통용에 사용되고 있으며 절개용으로서 CO2레이저가, 절삭용으로서 Nd-YAG, Er-YAG레이저가 사용되고 있다.
<표1>매개물질에 따른 분류

<그림1>파장에 따른 분류

<출처 : 레이져를 이용한 치과진료, 김수남 외 명문출판사>

레이저의 적용 형식

·조직에 적용하는 방식에 따른 분류  
 1)접촉식: 레이저 팁을 직접 환부에 접촉시켜 시술   
 2)비접촉식: 돋보기로 햇빛을 모아 종이를 태울 때처럼 레이저를 렌즈로 집속 후, 촛점이 맺히도록 환부로부터 거리를 두고 시술

·레이저의 파형에 따른 분류
 1)연속파(continuous wave): 레이저가 연속적으로 방출되는 방식
 2)개폐형 펄스(gated pulse): 레이저의 발생을 셔터 등의 기계적 장치, 또는 전원의 개폐를 통해 비교적 긴 펄스파형으로 단속하는 방식
 3)자유방출형 펄스(free running pulse): 전원의 공급을 통해 매우 빠른 펄스파형을 얻는 방식

·치과에서 레이저 임상 응용
·경조직 처치용 레이저 - Er:Yag laser(2,940nm), Er,Cr3:Ysgg Laser(2,780nm)
·연조직 처치용 레이저 - Nd:Yag laser(1,064nm/1,320nm/1,340nm), CO2 laser(10,600nm), Diode laser(810nm/980nm)

레이저 수술과 치료의 원리 및 특징

레이저 수술은 고 에너지 밀도를 가진 레이저빔의 국부 조직 가열에 의해 일어나는 충격 및 광열작용을 이용하여 생체 조직이나 근육의 절개 및 절단 그리고 혈관 응고 및 지혈을 행하는 것을 말한다.
레이저 수술은 통상 기존의 메스에 의한 것보다는 수술에 긴 시간이 소요되나, 필요 부위에만 빔을 전달할 수 있으므로, 환부의 크기를 극소화시킬 수 있고 지혈 작용도 가지고 있다. 특히 광파이버를 이용한 내시경(Endoscope)에 의한 빔전달은 기존의 전기 메스(Mess)에 의해서는 아주 힘이 들었거나, 큰 절개에 의해서만 가능했던 신체 내부 부위와 같이 접근이 어려운 곳의 수술을 내시경의 외경(수mm)에 해당되는 복개만으로도 가능케 하므로, 수술 팀의 환자의 체액 및 조직과의 접촉을 최소화시키며, 수술이 간단하고, 수술 후 환자의 고통 감소 및 회복도 빠르다. 또한 수술 부위의 직접 관찰도 가능하므로 완벽한 수술을 가능케 하고 있다
레이저 수요의 대부분은 수술 및 치료적 응용을 위한 것이며, 수술을 위해서는 짧은 시간 내에 높은 에너지 밀도를 가진 광선의 조사를 필요로 하므로 고출력 펄스형 레이저를 필요로 한다.

Diode Laser(다이오드 레이저)

다이오드란 한 방향으로만 전류를 흐르게 하는 부품을 말한다. 반도체 레이저는 다이오드레이저라고도 하며 사이즈가 적은데 보통 1nm이하의 크기이다. p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 되어 있으며 p-n접합의 양쪽 끝은 평행한 평면이다. 이 두 면은 매우 큰 굴절률 때문에 반사경의 역할이 가능하다. 부도체를 사이에 두고 한쪽에는 양극을 다른 쪽에는 음극을 흘려보내면 800~900nm의 에너지가 발생하며 이것은 diode의 종류와 발생온도에 따라 달라지며 1~2W의 출력을 이용해서 photodynamic therapy biostmulation용으로 사용된다. 근관 및 치주치료에서 멸균효과를 가진다.
반도체 레이저는 체적이 매우 작은 특징이 있고 제조단가가 저렴하다. 재료는 GaAs나 GaAIAS 또는 GaAIAsP 등이 개발되어 있으며 발진파장은 매질의 종류에 따라 다르나 GaAs인 경우 840nm의 적외선영역의 고체 레이저이다. 색소, 물, 헤모글로빈에 흡수가 잘되며, 광섬유로 전달되고 연속파형 또는 펄스형 방식으로 연조직 수술, 생체자극 등에 적용한다. 다이오드 레이저는 기기의 단순성과 적은 유지비로 앞으로도 이용이 증가할 것으로 예상된다.

다이오드레이저의 다양한 기능

·2차 수술(임플란트)    ·지혈        ·절개
·Biostimulation 효과   ·Endodontics 살균
·Periodontics 살균     ·Peri-Implantitis 치료
·Herpes와 Aphtae Lesion의 치료
·Laser assisted tooth whitening

Diode Laser(810nm/980nm)의 특성
·물과 헤모글로빈, 색소에 흡수 됨
·구강 내 연조직 시술, 근관 치료, 지혈, 지각과민처치, Biostimulation 용도로 사용
·광파이버로 전달되어 구강 내 움직임이 자유로움
·접촉식 또는 비 접촉식으로 시술 가능
·광파이버 외에는 소모품 발생이 없으며 고장이 거의 없음
·소형이며 가격이 비교적 저렴함

반도체 저출력 레이저 광의 치과적응용

레이저에는 SOFT LASER, MID LASER, HARD LASER 등 크게 세 가지로 대별된다. 치과 진료에는 외과적 수술을 제외한 일반진료 분야에서는 SOFT LASER 또는 MID LASER,의 사용이 효과적이다. 저출력 레이저광의 생체자극에 대한 작용과 효과로서 혈관이 확장되어 혈액순환이 증가하고 조직 내 수분의 압력을 조절하여 줌으로서 항부종 효과를 나타낸다. 또한 엔돌핀과 같은 신경전달 물질을 분비하여 진통효과를 발휘하는데, 이러한 생체 자극 효과에 큰 영향을 미치는 것이 파장이다. 대개 750nm의 파장 아래서는 혈액 속에 레이저 광의 흡수가 증가하고 반대로 904nm의 파장 이상에서는 물에 대하여 흡수가 증가한다.

반도체 레이저의 효용

레이저는 다양한 기종이 있다. 강력한 파워의 탄산가스 레이저, 저출력의 헬륨 네온가스 레이저, 갈륨비소의 반도체 레이저 등이 있다. 그러나 치과 분야에서 CO₂레이저는 위험부담이 많고 고가이며 수술 등 특별한 경우가 아니면 사용이 곤란하다. 또한 헬륨네온 레이저 역시 투과력이 약하기 때문에 깊은 부위의 상처나 통증 치료에는 사용이 어렵다. 그러므로 치과에서는 반도체 레이저가 (GaAs)가 가장 사용하기 적합하다.
반도체 레이저는 침투력이 우수하며 웬만한 깊이의 상처 치료나 통증에는 위험성이 없어 다양하게 사용할 수 있다. 더욱이 생체 자극 효과로 염증은 물론 지각 과민 및 통증의 치료에도 우수함이 임상학적으로 입증되었다.
최근에는 레이저 기술의 발달로 두 가지 타입의 레이저 즉 펄스변조와 연속방출을 병행하여 사용할 수 있는 레이저가 치과용으로 출현되고 있다. 가능한 한 펄스변조와 연속방출을 겸용할 수 있는 레이저가 효과적이라 할 수 있다.

레이저의 올바른 이해와 안전한 사용을 위하여

제품 형태로 출시된 레이저는 기본적으로 제조업체의 안정성 검토를 끝낸 것이긴 하지만 레이저는 기본적으로 위험성을 내포하고 있는 도구임을 인지해야한다. 안구 손상과 조직 손상, 호흡기 손상, 화재와 폭발, 전기 쇼크 등의 위험 요소가 존재하기 때문이다. 반도체 레이저의 경우 미국 보건 후생성의 건강 및 안정에 관한 규정 class 1-4의 등급 중 class 3B를 사용하고 있어 레이저 광을 직접 눈으로만 보지 않으면 인체에는 아무런 해가 없다. 하지만 술자는 이러한 잠재적 위험성에 대해 인지하고 시술시 보안경을 반드시 착용하는 등 제조업체에서 권장하는 사용법과 안전수칙을 지켜야할 것이다.

치과진료에 있어서 레이저에 대한 역할에 술자와 환자들의 기대가 높았던 것은 사실이다. 하지만 일부에서는 이를 이용해 레이저를 단순히 개인적인 마케팅의 수단으로 활용해왔던 점도 없지 않았다. 또한 치과용 레이저가 버를 완전히 대체할 수 없으며 시술시 보다 오랜 시간이 걸린다는 문제점이 지적되기도 했다. 따라서 무엇보다 중요한 것은 레이저에 대한 올바른 이해를 바탕으로 한 적절한 활용이라고 할 수 있을 것이다.
환자의 조건, 사용하는 레이저 장비의 종류 및 용도( 경조직용, 연조직용 별도), 수술하는 의사의 경험 및 실력, 그리고 임상적 data base가 두루두루 연계되어 치과용 레이저를 이용한 새로운 임상수술이 조심스럽고 신중하게 발전되기를 기대해본다.