医療における半導体レーザーの応用

この記事では、医療における半導体レーザーの応用を紹介し、ほとんどのレーザーと比較して、半導体レーザーは構造が単純で、持ち運びが簡単で、効率が高く、エネルギー出力が安定しており、サイズが小さく、軽量であると考えられています。持ち運びや輸送が簡単で、必要がありません。大電流または外部循環冷却水により、半導体レーザーを手術室、外来診療所、さらにはフィールドなどの特殊な環境で使用できます。

使いやすいキーワード：レーザー、半導体レーザー、半導体レーザーの実験的・臨床的研究、耳鼻咽喉科における半導体レーザーの応用1.国内開発状況レーザー技術は、原子エネルギーと同じくらい有名な20世紀の4つの主要な発明の1つです。半導体とコンピューターの1つ。

我が国では30年以上にわたり、レーザーをベースにしたレーザー技術が急速に発展し、工業生産、通信、情報処理、医療・健康、軍事、文化、教育、科学研究など、さまざまな分野で広く利用されています。 。優れた経済的および社会的利益は、国の経済的および社会的発展においてますます重要な役割を果たすでしょう。
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（1）科学技術の発展と進歩を促進するレーザーは単色性、コヒーレンス性、方向性、エネルギー密度が高いため、さまざまな分野に浸透し、新しい分野を形成してきました。例：レーザー情報処理、レーザー材料処理、レーザー医学と生物学、レーザー通信、レーザー印刷、レーザー分光法、レーザー化学、レーザー分離同位体、レーザー核融合、レーザー検出と測定、軍事レーザー技術など。地球はこれらの分野で技術の進歩と前例のない開発を推進してきました。

（2）国民経済における新たな産業部門の形成我が国では、レーザーオーディオ・ビデオ、レーザー通信、レーザー加工、レーザー医療、レーザー試験、レーザー印刷装置、レーザーホログラフィーなどのレーザー産業が徐々に形成されています。新たな経済成長ポイントになりつつあり、大きな注目を集めています。例えば、全国で380台以上のレーザーオーディオビジュアル機器（CD、LD、VCD、DVD）が生産されており、1996年には年間生産額85億元以上の新産業が形成され、開発は非常に迅速です。もう一つの例は、レーザーホログラフィック技術を使用して、レーザー成形されたホログラフィック偽造防止商標および装飾産業を発展させることであり、それはまた、大規模な新興産業になりました。

（3）医療技術の進歩を促進し、人々の健康を向上させるレーザー医療技術は、眼科、外科、内科、婦人科、耳鼻咽喉科、心臓血管、皮膚科などの分野で広く使用されており、レーザー医療機器は郡レベル以上に参入しています。 。病院は、医療技術の進歩と人々の健康の改善に重要な役割を果たしています。

外国のレーザー産業の発展状況1997年の「レーザーコレクション」の報告によると、世界のレーザー市場は3つの主要な地域に分けることができます。米国（北米を含む）が55％、ヨーロッパが22％、そして日本と太平洋は23％を占めました。世界のレーザー市場では、日本がオプトエレクトロニクス技術で第1位、米国が第2位、米国がレーザー医療とレーザー検査で第1位、ドイツがレーザー材料加工装置で第1位です。 。
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1.米国におけるレーザー産業の発展状況レーザー医療の面では、米国は世界をリードする立場にあります。レーザー医療機器は、米国で広く使用されているだけでなく、大量に輸出されています。米国のレーザー医療機器は、米国食品医薬品局（FDA）の統一管理下にあり、承認と登録。これは、レーザー医療機器の製品を保証します。会社の品質と信頼性と安全性。統計によると、1986年にアメリカの病院で行われた2100万件の手術のうち250万件がCO2レーザーメスを使用しており、全手術の12％を占めています。米国の外来診療所の3分の2はすでにレーザー医療機器を持っています。米国では、新しいレーザー医療機器と医療技術が引き続き登場しています。たとえば、米国では毎年20万から25万人の椎間板ヘルニア患者がおり、その10〜20％をレーザーで取り除くことができます。14米国では100万人が入れ墨を取り除きたいと考えています。45万人の患者が腎臓結石と診断され、そのうちの3分の1が内視鏡技術またはレーザー砕石術で治療され、2万人以上の症例が角膜スクライビングにエキサイマーレーザーを使用して矯正されています。 。1995年に、それは米国にありました。FDAは使用を承認しました。200-300のエキサイマーレーザーがミオピアの治療のために1996年に米国で販売される可能性があり、出力値は約80-12であると推定されています。 1995年には、特に皮膚のしわを取り除くために、CO2レーザー美容手術が促進されました。手術は歓迎され、これら2つの手術の促進は、1995年の医療用レーザーの収益の増加につながりました。この皮膚のしわを取り除く方法は、皮膚の再平滑化レーザー治療と呼ばれます。米国での各治療の価格は、800ドルから4,500ドル（保険料を除く）の範囲です。皮膚の再平滑化の市場規模は、 15億米ドルに達し、皮膚の再平滑化レーザー治療用のCO2レーザーシステムを発売するために少なくとも8社を引き付けました。第一世代の軟組織レーザー歯科用機械は1990年代初頭に販売され、売上高は9000万米ドルになると予測されています。第二世代の硬組織レーザー歯科用機械は、機械式歯科用ドリル市場のほとんどに取って代わる可能性があります。

2.日本のレーザー産業の発展の現状1980年代初頭、日本の産業は積極的にレーザー加工を採用し、徐々に溶接やろう付けにまで拡大しました。統計によると、今日、日本は世界の産業用レーザー機器の約30％を占めており、レーザー加工は日本の重要な基礎製造技術の1つです。日本では現在、高出力炭酸ガスレーザーとNd：YAGレーザーを材料加工に使用しています。エキシマレーザーも少数使用されています。新開発のガスレーザーには、波長10.6ミクロンの炭酸ガスレーザーと一酸化炭素レーザーがあります。波長5ミクロン、波長1.3ミクロンのヨウ素。レーザーやダイオード励起固体レーザーなどの紫外線エキシマレーザー。現在の炭酸ガスレーザーの出力は主に500Wで、理論的には100KWにもなることがあります。最近、20kWに達したと報告されています。また、出力が大きいほど効果が大きいため、日本は炭酸ガスレーザーの開発と研究に期待を寄せています。日本は、主にArレーザー励起、フラッシュランプ励起、およびエキシマ励起色素レーザーを中心に、癌を治療するためのレーザーの使用に非常に積極的です。光ファイバ技術の発展により、それらは腔内癌の非切開治療のための画期的な新しい方法であり、血管狭窄および閉塞を治療し、心臓外科に革命をもたらすこともできます。光ファイバー腹腔鏡検査は、アプリケーショントラックに着手することに成功しており、手術を伴わない腹腔内疾患のレーザー治療は、日本の高齢者人口構造にとって重要かつ実用的な重要性を持っています。エキシマの紫外線は、非熱的切開や切除に適した優れた光化学的効果があり、赤外線ビームで一般的な切開部分の熱変性や炭化を抑制することができます。一部のArFレーザー（ホーンワックスには193nm付近の吸収帯）眼筋ミオピア治療のための角膜切開や角膜手術に適していますが、治療効果を維持できるかどうかはまだ疑問です。 ArFレーザーは優れた骨切り術機能を備えており、形成外科で非常に役立ちます。日本国防医科大学は最近、臨床現場でエキシマレーザーを用いて重度の火傷（死んだ）皮膚組織を除去する新技術を試みました。短時間で痛みが少なく、過度の発癌性を心配することなく曝露を選択的に制御できます。紫外線。波長780-830nm、出力10-1200mWのGaAlAsレーザーは、眼の白内障、まぶたの異常治療、外科的皮膚筋切開、神経神経線維伸長抑制、循環血流、皮膚温度制御、痛みの緩和などに使用されます。近い将来、小型レーザーの半導体レーザー励起が実現すれば、レーザー医療への応用は飛躍的に進むでしょう。自由電子レーザーは、将来の医療分野の柱であり、将来の医療用レーザー機器の代表となるでしょう。レーザー治療のメイントピックは癌治療であり、エイズや推測が難しい病気の治療に朗報をもたらすでしょう。

3.作用の原理生体組織がレーザーエネルギーを吸収し、その光エネルギーを熱エネルギーに変換するプロセスは、光熱作用と呼ばれます。熱反応による局所組織への影響の程度は異なり、熱凝固、気化、穿孔、切断などの一連の熱影響がありますが、臨床現場では、治療目的に応じてそのうちの1つを選択することがよくあります。局所組織の熱効果の強さに影響を与える多くの要因がありますが、主な要因は、レーザー出力のレベル、照射された組織による対応する波長のレーザーエネルギーの吸収率、およびレーザー作用の持続時間です。新世代のライトナイフとして、半導体レーザーが臨床現場に登場しました。その波長は一般的に使用されるレーザーとは異なるため、理論的には、その医療用光線量はCO2、Nd：YAGなどの従来のレーザー線量を使用できませんが、電源を入れる前にパワープリセットを実行する必要があります。したがって、さまざまなニーズに応じてパワープリセットレベルを選択することは、レーザーの安全で効率的な使用と事故の防止に重要な役割を果たします。組織の種類と手術環境に応じて事前設定されたレーザー出力を選択することに加えて、外科医のレーザー手術の習熟度と手術速度も非常に重要な要素です。

また、半導体レーザー接触処理方式を採用しており、レーザーエネルギーは伝送システムを介してレーザープローブに伝達され、一部は専用プローブに吸収されて組織を気化・切断し、残りの部分は漏れます。主に凝固と止血として機能するプローブから。このような一定のエネルギー分布により、気化切断と凝固止血を同時に行うことができ、気化切断速度を加速し、術中の出血を防ぐだけでなく、この波長のレーザー侵入深さは適切です（0.5cm）。そして周囲の組織を損傷することは容易ではありません。

（1）半導体レーザーの実験的および臨床的研究武田は1988年に低エネルギー半導体レーザーを用いてマウス唾液腺の実験的研究を最初に実施し、管上皮細胞の有糸分裂に1時間から24時間の間に非定型肺炎がないことを確認した。レーザー照射タイプが増え、有糸分裂ではほとんどの管上皮細胞が粒状に見え、いくつかは線状になり、いくつかは棒状になります。同時に、異なる特性を持つ低出力レーザーは唾液腺上皮へのさまざまな影響。江本は、閉塞隅角緑内障のウサギ10匹（20眼）と患者24人（40眼）に半導体レーザー虹彩切開術を行った。虹彩切開術は比較的容易であることが確認された。選択されたエネルギーは1,000mW、スポット径は75μm、持続時間であった。 0.05秒は虹彩の穿孔を助長し、角膜内皮の損傷は小さく、他のレーザーに比べて明らかな利点があります。 Milokhovaらは、歯髄炎と歯周炎の臨床患者242人に半導体レーザーを適用し、さまざまな出力の半導体レーザーがさまざまな種類の歯髄炎と歯周炎の治療に有効であり、痛みや腫れを軽減できることを確認しました。 Kucharskaらは、半導体レーザーを使用して骨と関節の疾患を持つ205人の患者を治療し、骨と関節の痛み症候群を軽減し、骨の接続の変性変化を軽減し、痛みと浮腫を軽減することを証明しました。国内では、Sun Aidaらは、局所麻酔下で36人の婦人科患者に腹部手術を行うために半導体レーザーを適用しました。手術は安全で合併症もなく成功し、半導体レーザー治療には安全性、有効性、操作のしやすさという利点があることがわかりました。同時に、半導体レーザーのエネルギーは、柔軟な光ファイバーを介してレーザープローブに伝達され、エネルギーの一部は特殊なプローブによって吸収されて組織を蒸発および切断し、エネルギーの残りの部分は凝固のためにプローブから漏れます。出血を防ぐために、気化と凝固を同時に行います。

（2）耳鼻咽喉科での半導体レーザーの適用Wang et al。は、気道での移植片固定の問題を解決するために、実験で「スタンプ」粘膜移植と色素タンパク質レーザー溶接を使用しました。また、810 nmの半導体レーザーは、他の医療用レーザーよりも透過力が強く、無毒の青緑色色素がレーザーエネルギーのしきい値を下げることができることも確認されています。アルブミンと混合すると、組織の結合強度が高まり、熱による損傷が軽減されます。緑染料アルブミン半導体レーザー溶接」「スタンプ」粘膜技術は、喉頭気管狭窄の内視鏡治療の展望を開きます。国内のJinXiaojieらは、低出力半導体レーザー連続放射線溶接を使用して、ギニアピッグの切断された顔面神経を吻合し、一般的に使用される3本針のエンドツーエンド縫合糸と比較しました。4での顔面神経筋電図の変化を観察します。 、吻合後6週間および8週間、ならびに走査型電子顕微鏡および走査型電子顕微鏡。透過型電子顕微鏡下の神経形態学。その結果、4週間後、3針の動物の顔面神経損傷はレーザー溶接よりも重度であり、顔面神経機能の回復は著しく遅く、半導体レーザー顔面神経吻合法の使用が可能であることが示唆された。 。半導体レーザーは新世代のレーザーであり、臨床現場で広く使用されていますが、耳鼻咽喉科ではまだ広く使用されていません。 Wang Binquanらは、高効率半導体レーザーを使用して鼻咽頭閉鎖症の3例を治療し、追跡調査後の効果は満足のいくものでした。 Zhang Baoquanらは、閉塞性睡眠時無呼吸症候群の204例を治療するためにDIOMED半導体レーザーを使用し、良好な結果を達成しました。また、DIOMED半導体レーザー手術は出血が少なく、切断機能と切断機能の両方を実行できるさまざまな光ファイバープローブを備えていることを確認しました。深部内部照射により、1台の機械で操作を完了できます。 Wang Yuyingらは、アレルギー性鼻炎の10例を半導体レーザー治療装置で治療しました。方法は、連続的に調整可能な出力と平均出力5 mWの大きな光空洞半導体レーザー治療装置を使用することでした。結果は、次のことを確認しました。半導体レーザー治療は、迅速な効果、信頼性の高い治療効果、簡単な方法、そして痛みがなく、患者はそれを喜んで受け入れ、宣伝と適用に値します。

要するに、レーザー治療の利点：

①組織の損傷が少なく、手術時間が短く、出血がほとんどないか、まったくありません。

②術後の回復時間は従来法よりも短く、炎症や不快感も従来法よりも少ない。

③術中の視力がはっきりしていて、患者さんの痛みも少なく、従来の手術に比べて手術が簡単です。

④局所組織への軽度の刺激により、術後癒着や肉芽組織過形成が軽減されます。 4.結論要約すると、半導体レーザーは、その強力な透過力、単純な構造、安定した性能、高効率、空冷、無毒で無害などにより、その目的と実用性を示していますが、一部の性能は理想的ではありません。として：不均一な光点と低いヘモグロビン吸収率。半導体レーザーは、小型、軽量、持ち運びや輸送に便利で、大電流や外部循環冷却水を必要としないため、手術室、外来診療所、さらには野外などの特殊な環境で使用できます。使いやすい。現在、TVファイバー喉頭鏡の指導のもと、喉頭疾患の治療に半導体レーザーが適用されており、その効果は十分であり、耳鼻咽喉科などでより大きな役割を果たすと考えられています。