의료용 레이저의 핵심인 광학 크리스탈은 빛을 삶의 질을 높이는 정밀한 고급 치료 및 진단 도구로 변신시킵니다.
크리스탈은 현대 의료용 레이저 기술의 핵심입니다. 정밀하게 설계된 크리스탈은 비침습적 미용 시술에서 생명을 구하는 외과 수술에 이르기까지 다양한 의료 분야에서 사용되는 레이저 광선을 생성하고 제어하는 데 없어서는 안 될 필수 요소입니다.
크리스탈은 전기 에너지를 고도로 집중된 강렬한 레이저 빔으로 변환하여, 신체 내의 특정 조직, 구조 또는 심지어 개별 세포에 이르기까지 정밀하게 표적화할 수 있습니다.
크리스탈의 정밀성과 제어 수준이 없었다면, 의료용 레이저가 오늘날 헬스케어에 변화를 가져온 섬세한 시술을 수행하는 데 필요한 전력, 안정성 및 다양성이 부족할 것입니다.
의료용 레이저는 다양한 광학 크리스탈을 사용하여 레이저 광선을 생성하고 레이저의 파장을 변화시킵니다. 이 블로그에서는 다양한 유형의 크리스탈에 대한 자세한 내용과 이점을 중점적으로 설명하겠습니다.
게인 및 비선형 크리스탈
가장 일반적으로 사용되는 게인 크리스탈은 레이저에서 핵심적인 역할을 하며, 광원(예: 램프 또는 다이오드 레이저)의 에너지를 집중된 레이저 빔으로 변환합니다. 게인 크리스탈은 레이저 광선의 세기를 강화하거나 증폭시켜, 광범위한 생명 과학 분야에서 사용할 수 있을 정도로 강화시킵니다.
크리스탈 통합을 강조하는 추가 공동 UV DPSSL 사례.
두 번째 유형인 비선형 크리스탈은 피부 내 특정 구조를 표적으로 하는 정밀한 피부과 시술과 같이 구체적인 파장 요건을 갖는 특수 치료 및 기술에 사용됩니다. 또한 비선형 크리스탈은 고조파 생성 프로세스를 통해 레이저 빔을 변환하여 주파수를 두 배 또는 세 배로 늘립니다. 고조파 변환 크리스탈은 레이저의 파장을 원래("기본") 파장의 반-2차 고조파 생성(SFG) 또는 3분의 1-3차 고조파 생성(THG)으로 조절합니다.
게인 및 비선형 고조파 크리스탈은 현대 의료 레이저 기술의 기본 요소입니다.
Nd:YAG 게인 크리스탈
Nd:YAG 및 Nd:YVO4 레이저 크리스탈의 능력을 활용하는 생명 과학 분야의 혁신가들은 최첨단 의료 치료에서 약 1064nm의 근적외선 빛을 사용하여 피부과, 안과 및 치과 치료의 경계를 넓히고 있습니다.
네오디뮴 도핑된 크리스탈과 파이버는 많은 레이저에서 사용되며 약 1064nm의 근적외선 기본 파장을 생성합니다. 가장 일반적인 두 가지 크리스탈은 호스트 크리스탈이 이트륨 알루미늄 가넷인 Nd:YAG와 호스트 크리스탈이 이트륨 바나데이트인 Nd:YVO4입니다. 의료용 레이저 기술은 YAG와 YVO4를 중요한 구성 요소로 사용합니다. YAG의 고유한 특성은 고에너지 펄스를 생성할 수 있게 지원하는 반면, YVO4는 높은 반복률과 높은 평균 출력을 촉진하여 도움을 줍니다.
이러한 레이저는 어떤 의학 분야에서 사용됩니까? Nd:YAG 레이저는 피부과 및 미용학에서 문신 제거, 제모, 색소 병변 치료 및 피부 재생에 사용됩니다. Nd:YAG 레이저는 안과에서 백내장 수술 후 후낭 혼탁 및 녹내장을 포함한 다양한 안구 질환을 치료하는 특정 안과 수술에 사용됩니다. 그리고 치과에서는 이러한 레이저가 충치 제거, 잇몸 윤곽 교정, 치과 수술과 같은 시술에 사용됩니다.
SHG 크리스탈 – KTP, LBO, BBO
Nd:YAG 레이저의 기본적인 1064nm 파장은 SHG 크리스탈을 사용하여 때때로 2차 고조파 그린((532nm) 출력으로 변환됩니다. Nd:YAG 레이저의 SHG을 위해 여러 가지 다양한 비선형 광학 크리스탈을 사용할 수 있습니다. 다소 긴 정식 명칭 대신에 보통 세 글자 약어로 지칭합니다. Nd:YAG에 가장 흔히 사용되는 세 가지 SHG 크리스탈인 칼륨 티타닐 인산염(KTP), 리튬 삼붕산염(LBO) 및 베타-바륨 붕산염(BBO)은 Nd:YAG 레이저의 효율적인 주파수 배가를 촉진하는 비선형 광학 특성에 따라 분류됩니다.
정밀 가공된 KTP, LBO 및 BBO 크리스탈은 효율적인 2차 고조파를 생성할 수 있어서, 적외선 Nd:YAG 레이저 광을 532nm의 강력한 그린 출력으로 변환하여 가시광선 파장 응용 분야를 지원합니다. 복굴절 특성을 가진 KTP, LBO 및 BBO 크리스탈은 최적의 변환을 위해 정밀하게 설계된 소형 장치에서 기본 주파수와 배가된 주파수를 완벽하게 정렬하여 2차 고조파 생성을 강화합니다.
이러한 비선형 크리스탈은 모두 복굴절이라고 알려진 특성을 나타내는데, 이를 통해 기본파와 2차 고조파의 위상 일치가 효율적으로 발생합니다. 이를 통해 기본파와 2차 고조파가 위상에서 전파되고 변환 효율이 극대화됩니다.
비선형 크리스탈은 원하는 파장, 변환 효율, 광학 특성, 손상 임계값 및 레이저 시스템의 기타 특정 요건과 같은 다양한 요인에 따라 다르게 선택됩니다.
그린(532nm) Nd:YAG 응용 분야
그린(532nm) Nd:YAG 레이저는 적응 가능한 성질로 인해 다양한 의료 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 피부과에서는 혈관 병변 치료와 같은 시술에 사용되는데, 여기서 녹색 파장은 혈관의 헤모글로빈에 의해 흡수되어 혈관 병변, 화염상 모반 및 특정 유형의 모반을 효과적으로 표적 치료합니다.
조직 색소에 의한 일관된 녹색 빛을 흡수하여 작동되는 그린 532nm Nd:YAG 레이저는 혈관 병변 치료, 문신 제거 및 이미징 향상을 위한 솔루션을 제공합니다.
안과에서도 유용하게 사용됩니다. 특정 망막 상태 치료 및 안과 수술 등에서 사용됩니다. 미용 의학에서, 녹색 빛은 때때로 모낭의 멜라닌에 의해 흡수되기 때문에 밝은 피부 톤과 더 어두운 머리카락을 가진 사람들을 위한 레이저 제모에 사용됩니다. 또한 문신의 잉크 입자를 분해하는 데 유용한 레이저 파장이며, 특히 녹색, 파란색 및 검은색 안료에 유용합니다. 또 빼놓을 수 없는 용례가 있는데, 그린 Nd:YAG 레이저는 때때로 광학과 초음파 이미징을 결합하여 진단 목적으로 조직을 시각화하는 광음향 이미징 기술에 사용됩니다.
Er:YAG 레이저 크리스탈
에르븀 도핑된 게인 크리스탈 기반 레이저도 의학에서 널리 사용되며, 특히 Er:YAG(에르븀 도핑 이트륨 알루미늄 가넷)가 사용됩니다. Er:YAG 레이저는 중적외선인 2940nm에서 방출되며, 물과 하이드록시아파타이트(치아와 뼈의 구성 성분)에 강하게 흡수됩니다. 따라서 정밀하고 주변 조직 손상을 최소화하는 레이저로 유명합니다.
Er:YAG 레이저 크리스탈은 2940nm에서 방출되어 치과, 피부과, 안과 및 수술에서 정확한 최소 침습적 시술을 하기가 용이합니다.
에르븀 레이저의 의학적 적응증에는 여러 치과 시술이 포함됩니다. 충치 제거에서 하이드록시아파타이트의 선택적 흡수로 건강한 치아 구조를 최소한으로 제거하므로 와동 형성에 적합합니다. 연조직 적응증에는 잇몸 윤곽 교정, 치주 치료 및 잇몸 성형이 포함됩니다. 에르븀 레이저는 또한 근관 치료(근관 세척과 소독)에도 사용됩니다.
Er:YAG 레이저는 피부과에서 피부의 표피층을 제거하여 콜라겐 리모델링 및 회복을 촉진하여 주름, 흉터 및 피부 불규칙성을 치료하는 데 효과적인 레이저입니다. 때때로 검버섯 및 주근깨와 같은 색소 병변을 표적으로 제거하는 데 사용됩니다.
홀뮴 기반 레이저
홀뮴 도핑된 크리스탈 기반 레이저(특히 크롬, 툴륨, 홀뮴, 도핑 YAG(CTH:YAG))는 약 2100nm를 방출하는 또 다른 중요한 유형의 의료용 레이저입니다. 이 레이저는 주로 비뇨기과에서 사용되며, 특히 파쇄술이라는 파편화 과정에 의해 요로 결석(신장 결석, 요관 결석, 방광 결석)을 치료하기 위해 사용됩니다. 이러한 결석을 작은 조각으로 분해하여 자연스럽게 배출하거나 추출할 수 있습니다.
홀뮴 도핑된 YAG 크리스탈은 요로 결석을 파편화하고, 전립선 조직을 정확하게 제거하고, 내시경적으로 위장관 질환을 치료하여 비뇨기과 및 위장관과 시술의 합병증을 최소화하는 의료용 레이저를 지원합니다.
홀뮴 크리스탈 기반 레이저는 종종 양성 전립선 비대증(BPH) 치료에도 사용됩니다. 여기서 흔히 시행되는 시술은 BPH 치료를 위한 홀뮴 레이저 전립선 적출술(HoLEP)로서 출혈은 최소화하면서 정밀한 조직 제거가 가능합니다.
마지막으로, 홀뮴 레이저는 주로 협착, 종양 또는 기타 이상과 관련된 치료를 위해 때때로 위장관 내시경 수술에서 사용됩니다.
Nd, Er 및 Ho 도핑 파이버
파이버 기반 레이저 아키텍처로의 업계 전환에 따라 재료 호환성이 필수 요소가 되었습니다. 제조업체는 이제 레이저 크리스탈에서 전통적으로 발견되는 동일한 희토류 원소(Nd, Er, Ho 등)를 사용하여 게인 파이버를 생산하는 데 중점을 두고 있습니다. 호환되는 재료를 사용하면 크리스탈과 파이버 사이의 광학적 특성이 최적으로 조정되어 전체 레이저 시스템의 효율성, 출력 안정성 및 성능이 극대화됩니다.
Coherent 이점
크리스탈이 레이저 광을 생성하고 필요할 때 파장을 변환하므로 생명 과학 진단 및 의료용 레이저의 가장 핵심적인 구성 요소 중 하나임을 알기란 어렵지 않습니다. 그리고 정밀 암 수술과 같은 분야에서 이러한 레이저는 말 그대로 생사를 결정할 수 있습니다. 그렇기 때문에 적합한 크리스탈과 크리스탈 제조업체를 선택하는 것이 매우 중요합니다.
Coherent는 의료용 레이저에서 사용되는 원통형 막대와 마름모꼴 슬래브와 같은 맞춤형 형상과 크기의 모든 종류의 레이저 크리스탈 뿐 아니라 많은 다른 유형의 광학 크리스탈을 공급하는 시장 선두업체입니다. 수십 년의 경험, 전 세계 400곳 이상의 성장하는 현장을 통해 이러한 성공을 뒷받침하는 중요한 장점을 하나로 조합합니다.
수직 통합. Coherent는 세계에서 가장 수직적으로 통합된 광자 기업으로서, 레이저 크리스탈 같은 원자재부터 완제품 레이저, 특수 레이저 기반 기계에 이르기까지 모든 제품을 만듭니다. 때문에 광학 구성품 제조업체이자 사용자로서 고유한 관점을 갖고 품질 및 공정 제어, 정시 배송에 집중하고 있습니다.
또한 놀라운 기술적 다양성을 갖추고 있습니다. 이를 통해 레이저 크리스탈이라는 특정 분야에서 타의 추종을 불허하는 우수한 레이저 크리스탈을 공급하고 있습니다. Coherent는 모든 소재의 상대적 장점을 충분히 파악하고 있으며, 의료용 레이저 제작 시우 기술 편견 없이 고객사의 응용 분야에 가장 적합한 솔루션을 안내할 수 있습니다.
QA/계측. Coherent는 모든 유형의 상업적 공정을 통해 수십 년 동안 크리스탈 분야를 성장시킨 경험을 바탕으로 QA와 계측의 중요성을 잘 알고 있습니다. 크리스탈 성장은 쉬운 일입니다. 그러나 수명이 긴 레이저 품질 크리스탈 성장은 쉽지 않은 일입니다. 독점 지식, 품질에 대한 강조, 계측 도구의 포괄적인 응용을 통해 Coherent 크리스탈은 생명 과학 계측기의 성능을 높이고 수명을 연장합니다.
또한 Coherent는 글로벌 공급망 불확실성의 시대에 미국 내 여러 시설에서 모든 크리스탈을 생산한다는 실질적인 장점을 가지고 있습니다.
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