레이저 쇄석술이란?
레이저 쇄석술이란 1980년대부터 있었던 레이저로 신장 결석을 치료하는 시술로서, 대체로 다른 방법에 비해 환자의 예후가 좋습니다. 현재는 홀뮴 레이저가 이 시술의 "최적 기준"이지만, 기술이 계속 발전함에 따라 지금은 툴륨 파이버 레이저가 도입 단계에 있습니다.
일반 성인의 경우 신장은 매일 약 150리터의 혈액을 걸러냅니다. 이 과정에서 때때로 미네랄이 축적됩니다. 이는 갖가지 기능상의 문제, 건강 상태 또는 식이 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 경우에 따라 이러한 물질이 결정화되어 "신장 결석"을 형성할 수 있습니다.
신장 결석은 모래알만큼 작을 수도, 골프공만큼 클 수도 있습니다. 대부분은 크기가 몇 밀리미터 이하입니다. 크기가 약 4mm 미만인 결석은 보통 저절로 요로를 통과하여 소변으로 배설됩니다.
그러나 때때로 요로에 결석이 박히게 되는데, 특히 결석이 클 경우 가능성이 커집니다. 결석이 저절로(또는 약물 치료를 통해) 통과하지 못하여 요로의 심한 폐색이 유발되면 심각한 감염증으로 이어질 수 있습니다. 이러한 상태가 되면 통증도 심해지고 치료가 필요한 상태가 됩니다.
그림 1: 장기에서 결석을 제거하는 내시경 바구니.
신장 결석 치료
신장 결석의 크기, 구조(여러 가지 유형이 존재함) 및 위치에 따라 다양한 치료 옵션이 있습니다.
충격파 쇄석술(SWL) |
쇄석술("돌 부수기"를 의미하는 그리스어에서 파생됨)을 시행하려면 여러 방법을 통해 신장 결석을 산산이 부수거나 분쇄해야 합니다. 그러면 저절로 통과하거나 수술로 제거할 수 있을 정도로 결석이 작아집니다. 체외 충격파 쇄석술(ESWL)이라고도 하는 SWL은 초음파 충격(음파)을 사용하여 결석을 부숩니다. 이 시술을 받는 경우 환자는 이러한 충격파를 생성하는 특수 기계 위에 눕습니다. SWL은 신장 내부에 또는 요관 상부에 박혀있는 작은 결석을 치료할 때 널리 사용됩니다. SWL은 일반적으로 외래 환자 기준으로 시행되며 가벼운 전신 마취 또는 국소 마취가 필요합니다. |
요관경 검사 |
요관경은 요도에 직접 삽입한 다음 요로를 통해 살펴볼 수 있는 길고 가는 관입니다. 요관경에는 외과의가 모든 것을 볼 수 있도록 조명원과 이미징 광학 장치가 탑재되어 있습니다. 요관경에는 또한 결석을 물리적으로 잡아내기 위해 끝부분에 "바구니"가 있습니다. 요관경을 몸에서 빼내면 결석이 제거됩니다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광학 파이버를 요관경에 삽입할 수 있습니다. 고출력 펄스 레이저의 출력이 이 광학 파이버를 통해 전달되고 결석에 집중되어 결석을 부숩니다. 이것이 레이저 쇄석술입니다. 요관경 검사 시 환자는 전신 마취를 받게 되며 시술은 대개 외래 환자 시설에서 시행됩니다. 시술 중에 탈착 가능한 스텐트가 삽입되는 경우도 많습니다. 요관경 검사는 결석이 여러 개일 때 선호되는 방법입니다. 또한 혈액 희석제를 복용하고 있어서 절개 치료는 다소 위험할 수 있는 환자인 경우 특히 유용합니다. |
경피적 신절석술(PCNL) |
PCNL은 결석이 너무 크거나 너무 많거나 접근하기 어려운 위치에 있는 등, 다른 방법으로 치료할 수 없을 때 사용됩니다. PCNL은 환자의 등을 절개한 다음 신장경을 신장에 삽입하는 시술을 수반합니다. 그런 다음 결석을 초음파로 분쇄하고 흡입을 통해 부서진 조각을 제거합니다. 레이저 쇄석술을 사용할 수도 있습니다. PCNL은 일반적으로 전신 마취 상태에서 시행되며 회복을 위해 입원해야 합니다. 시술 중에 탈착 가능한 스텐트가 삽입되는 경우도 많습니다. |
전통적인 수술 |
전통적인 수술 방법은 대형 결석을 제거할 때는 거의 사용되지 않습니다(1% 미만). 전통적인 수술은 더 크게 절개해야 하는 침습적 방법이며 입원해야 합니다. 그리고 다른 치료법에 비해 회복 시간이 더 걸립니다. |
홀뮴 레이저 쇄석술
레이저 쇄석술과 결합된 요관경 검사는 대체로 다른 방식에 비해 장점이 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 신장 결석 치료법입니다. 결석의 크기, 위치, 구조에 관계없이 효과적으로 시행할 수 있습니다. SWL은 그렇지 않습니다. 레이저 쇄석술은 SWL보다 성공률이 높습니다. 또한 일반적으로 폐색을 일으킬 수 있는 큰 조각을 요로에 남기지 않습니다.
Holmium:YAG(Ho:YAG) 레이저는 최고의 쇄석술 도구입니다. 이 레이저는 2.1µm의 파장에서 고출력 펄스 출력을 생성하는 플래시 램프 펌핑 고체 레이저입니다.
Ho:YAG 레이저가 대중화된 이유는 여러 가지입니다. 예를 들어, 파장이 물에 잘 흡수되기 때문에 결석을 효율적으로 절제할 수 있습니다. 또 파이버로 전달할 수도 있는데, 요관경과 함께 사용할 때 필수적인 속성입니다.
Ho:YAG 레이저는 유연한 도구이기도 합니다. 여러 레이저 출력 매개변수(반복률, 펄스 에너지 및 펄스 지속 시간)를 조정할 수 있습니다. 따라서 외과의는 다양한 방법으로 결석을 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 반복률을 높이고 펄스 에너지를 낮추면 일반적으로 "분진"(밀리미터 이하 크기의 결석 조각)이 생성됩니다. 이 때 의도는 결석이 스스로 요도를 통과할 수 있을 만큼 작은 조각으로 부수는 것입니다.
반복률을 낮추고 펄스 에너지를 높이면 더 큰 결석 조각이 생성됩니다. "추출에 의한 파쇄"라고 하는 이 방법으로 외과의는 캐치용 바구니를 사용하여 큰 조각을 제거합니다.
레이저 펄스 지속 시간을 늘리면 결석 역행을 줄일 수 있습니다. 결석 역행이란 결석 또는 조각이 절제 후에 파이버 끝에서 먼 방향으로 이동하는 것을 뜻하는 용어입니다. 역행을 제한하면 외과의가 벗어난 결석 조각을 찾고 잡아내기 위해 범위를 이동할 필요가 최소화되므로 유용합니다.
툴륨 파이버 레이저
쇄석술용 Ho:YAG 레이저는 성공적으로 광범위하게 수용되고 있음에도 불구하고 완벽한 도구는 아닙니다. 지난 몇 년 동안 툴륨 파이버 레이저(TFL)는 비용, 신뢰성, 성능 및 치료 효능 측면에서 상당한 이점이 있는 대안으로 부상했습니다.
TFL은 대부분의 파이버 레이저와 동일한 구성을 사용합니다. 즉, 다이오드 레이저의 펌프 광은 이득 파이버(이 경우 Coherent NuTDF 시리즈와 같은 툴륨이 첨가된 파이버)에 결합됩니다. 레이저 캐비티는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 엔드 미러(end mirror)로 통합하는 이 파이버에 의해 형성됩니다.
이 구조에는 다음을 포함하여 플래시 램프 펌핑 Ho:YAG 기술에 비해 여러 가지 실용적인 이점이 있습니다.
더 높은 콘센트 효율성 |
플래시 램프에서 생성되는 대부분의 빛은 낭비되고 열로 변합니다. 이와 대조적으로, 대부분의 다이오드 레이저 출력은 툴륨이 첨가된 파이버를 펌핑하기 시작하므로 작동 효율성이 높고 전력 소비가 낮습니다. |
단순화된 냉각 |
Ho:YAG 레이저에서 발생하는 대량의 폐열은 비용과 복잡성을 수반하는 수냉식을 필요로 합니다. TFL은 일반적으로 공냉식일 수 있습니다. |
더 작은 크기 |
수냉식 시스템을 제거하여 공간을 절약할 수 있고, 펌프 다이오드 레이저 모듈 자체의 크기도 플래시 램프 시스템보다 훨씬 작습니다. |
시설 요건 감소 |
TFL은 특수한 고전류 또는 고전압 공급 장치가 없이도 표준 전력(110V 또는 220V)에서 작동할 수 있습니다. 또한 크기도 작습니다. 따라서 TFL은 손쉽게 옮기고 플러그를 꽂기만 하면 거의 모든 곳에서 사용할 수 있습니다. |
TFL의 출력 특성은 또한 쇄석술 측면에서 상당한 장점이 됩니다. 우선, TFL은 1940nm에서 출력됩니다. 그리고 물은 Ho:YAG 파장보다 약 4배 더 강하게 이 파장을 흡수합니다. 이 덕분에 훨씬 효율적인 결석 절제가 가능해집니다.
그림 2: TFL은 근적외선에서 물의 흡수 피크와 거의 일치하는 파장에서 출력을 전달하며 보다 효율적으로 파이버로 전달될 수 있습니다. 그런 점에서 Ho:YAG 레이저보다 훨씬 이상적인 수술 소스입니다.
두 번째 이점은 TFL의 고품질 출력 빔에 있습니다. Ho:YAG 레이저는 멀티 모드의 균일하지 않은 빔을 생성합니다. 이는 코어 직경이 200µm 미만인 광학 파이버에 결합하기 어렵습니다. 따라서 시스템 광학 효율성이 낮아지고 파이버의 출력단에서 초점이 맞춰진 작은 스폿 크기를 달성하는 기능도 제한됩니다.
반면, TFL은 거의 회절이 제한된 가우스 분포 출력 프로파일을 달성하므로 핫스폿이 없습니다. 이 빔은 코어 직경이 50µm인 광학 파이버에 쉽게 초점을 맞출 수 있습니다. 따라서 초점이 맞춰진 작은 스폿을 생성하는 요관경을 더 쉽게 제작할 수 있으므로 보다 효율적인 치료가 가능해집니다.
TFL은 또한 펄스 에너지, 반복률(펄스 주파수) 및 펄스 모양 면에서 훨씬 더 넓은 작동 범위를 가지고 있습니다. 따라서 의사가 작업할 수 있는 훨씬 더 큰 “매개변수 공간”을 확보하여 더 많은 수술 방식을 가능하게 합니다.
예를 들어, TFL은 Ho:YAG보다 10배 낮은 펄스 에너지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 10배 이상 더 큰 펄스 반복률을 유지할 수도 있습니다. 이러한 조합을 통해 보다 향상된 결석 절제를 위한 "분진" 기법을 구현할 수 있습니다. Ho:YAG보다 더 긴 펄스를 생성하는 TFL의 성능은 역행을 추가적으로 제한합니다. 또한 긴 펄스 지속 시간은 파이버 팁 번 백(fiber tip burn back) 감소 및 성능 저하와 직접적인 상관관계가 있습니다.
마지막으로, 더 작은 직경의 파이버를 통해 TFL에서 빛을 전달할 수 있어 보다 효과적인 차세대 요관경을 만들 수 있습니다. 파이버 크기를 줄임으로써 세척 공간이 더 많이 확보되므로 외과의의 가시성이 높아집니다. 기구를 더 작게 만들고 파이버를 더 유연하게 만들 수 있으므로 더 다양한 수술 시나리오에서 사용할 수 있습니다.
TFL은 거의 모든 면에서 쇄석술을 위한 효과적인 소스이지만 의료계 사용자들은 신기술을 채택하는 속도가 느립니다. 의료계 사용자들이 확신을 갖고 사용하게 하려면 새 방법의 이점을 검증하고 정량화하는 임상 연구가 필요합니다. 그리고 새 도구 사용법에 대한 교육도 필요합니다. 또한, 새로운 의료 기술을 일반적인 용도로 허가받으려면 여러 규제 장애물을 넘어야 합니다. 그러나 시간이 지나면 필연적으로 TFL이 Ho:YAG를 대체하는 레이저 쇄석술 소스가 될 것입니다.