레이저, 카테터의 특성 분석 및 기술 특허에 대한 분석

레이저(Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 기반 말초동맥 개통술은 기존 기술 대비 사용의 편의성과 다양한 병변에 적용 가능한 활용성, 타 의료기기와의 연동 가능성 등의 장점으로 인해 차세대 말초동맥 개통 기술로 주목받고 있다. 이 글에서는 레이저 기반 말초동맥 개통술용 기기에 적용되는 레이저 및 카테터에 대한 전반적인 기술 동향을 살펴보고자 한다.

글/ 고려대학교 주병권 교수 연구실
주병권(고려대학교 전기전자공학부 교수)
전영민(한국과학기술연구원 책임연구원 센서시스템연구센터)
안영준(한국과학기술연구원 학생연구원 센서시스템연구센터, 고려대학교 전기전자공학부 석박사 통합 과정)

1. 서론

말초동맥질환의 주요 원인은 죽상동맥경화증으로서 혈관벽에 콜레스테롤과 같은 노폐물이 쌓이면서 염증이 생기고 이로 인해 혈관벽이 비대화, 섬유화, 석회화로 혈관이 좁아지고 폐쇄되는 현상이다[1]. 현재 우리나라도 식생활의 서구화로 인해 최근 10년간 한국인의 콜레스테롤 수치가 급증했고, 죽상동맥 경화증 환자는 2014년 7만 9433명에서 2017년 9만 1065명으로 꾸준히 증가하는 추세이다[2].

선성형술, 스텐트 시술, 우회로 이식술, 말초동맥 개통술 등이 있다[3]. 풍선성형술 및 스텐트 시술은 물리적으로 압력을 가해 혈관을 넓히기 때문에 노폐물이 남아 있고 허벅지에 위치한 대퇴동맥에서 관절의 움직임이나 근육의 압박에 의해 스텐트가 압박되어 골절을 일으키기도 한다[4]. 따라서 다른 치료 방식과 달리 근본적으로 죽상동맥경화증이 발생하는 원인인 노폐물을 제거할 수 있다는 장점이 때문에 말초동맥개통술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다[10]. 그림 1에는 현재 상용화된 말초동맥 개통술 방식을 보여주고 있으며 각 방식 별 특성이 그림2에 정리되어 있다.

그림 1의 (a), (b), (c)는 모두 기계적 방식으로 칼날을 통해 노폐물을 제거하며 (b), (c)는 칼날에 회전을 더해 제거율을 높였다. 이와 달리 (d)는 레이저 에너지로 노폐물을 제거하는 방식이다. 그림 2를 보면 레이저 개통술 방식은 혈전이 있거나 무릎 뒤쪽 혈관 혹은 석회화된 혈관 등 다양한 조건에서도 온-라벨(On-label)을 받아 매우 우수한 특성을 보이고 있다. 또한 기계적으로 제거하는 방식에 비해 플라크가 잘게 분쇄되어 분쇄된 플라크나 혈전을 따로 처리할 필요가 없으며 기계적 개통술과 달리 재협착병변이나 혈전이 동반된 병변 등 다양한 상황의 하지동맥 시술병변에도 사용될 수 있다[11]. 더 나아가 해당 기술을 하지동맥 뿐만 아니라 관상동맥 치료 및 인공 박동기 리드(Lead) 제거에도 활용될 수 있어 많은 주목을 받고 있는 기술이다[12].
 

말초동맥 개통술에 사용되는 레이저는 침투 깊이가 얕고 열 발생이 적어 조직 손상의 위험성을 최소화 할 수 있는 짧은 파장(300~400nm)이 필요하며, 100 ns 이하의 짧은 펄스폭과 60 mJ 이상의 높은 에너지로 노폐물을 효율적으로 제거할 필요가 있다. 해당 조건을 만족하는 대표적인 레이저는 308nm의 엑시머 레이저와 355nm의 Nd:YAG 3차 고조파 레이저가 있다[13].

이 글에서는 말초동맥 개통술의 핵심 기술인 고에너지 초단파 자외선 레이저 생성 방법 및 특성 분석, 레이저 카테터 특성 분석을 진행하고 각각의 핵심 기술에 대한 개발 동향을 분석하고자 한다.
 

2. 말초동맥 개통술용 레이저 기술

2-1. 엑시머 레이저(Excimer Laser)
엑시머 레이저란 엑시머를 이득물질로 활용하는 레이저를 의미한다. 여기서 엑시머란 바닥상태에서는 결합하지 않고 들뜬 상태에서만 결합하는 화학종을 의미한다. 엑시머는 주로 아르곤(Argon), 크립톤(Krypton), 제논(Xenon) 등과 같은 비활성 기체와 플루오린(Fluorine), 클로린(Chlorine) 등과 같은 할로겐 원소의 결합으로 이루어진다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 엑시머는 들뜬 상태에서만 결합하므로 이 상태를 형성 및 유지하기 위해 전자빔 여기, 방전 여기, 마이크로파 여기, 광 여기 등 다양한 방법이 사용된다[14].

그러나 여기서는 가장 일반적인 방법인 방전 여기 방식에 대해서만 다룬다. 방전 여기 방식은 엑시머 가스를 공간적으로 균일한 고속의 펄스 방전으로 여기하여 동작한다(그림 3참고)[14].
 

고속 대 전류 펄스방전 회로로서는 용량이행형 회로, LC 반전회로, 펄스정형회로 등이 이용된다[14]. 이렇게 형성된 엑시머는 들뜬 상태에서 에너지를 방출하고 붕괴하면서 자외선 파장대의 빛 에너지를 방출한다. 이 때 방출된 빛들이 두 거울 사이를 왕복하면서 자극 방출이 유도되어 레이저가 발진하게 된다. 이 때 엑시머가 빛을 방출한 뒤 빠르게 분리되기 때문에 생성된 레이저 빔을 재흡수 하지 않아서 높은 이득 상태를 유지할 수 있다.

엑시머 레이저는 이득물질인 엑시머에 따라 방출되는 파장이 달라진다(그림 4 참고). 현재 상용화된 말초동맥 개통술에 사용되는 엑시머 레이저는 파장이 308nm인 XeCl 레이저가 사용되고 있으며, 펄스 에너지는 70mJ 정도이고 펄스 폭은 100ns 이상이다. 엑시머 레이저는 이처럼 고 에너지 초단파 자외선 레이저를 만들기 쉽기 때문에 현재까지 사용되어 왔다.

그러나 엑시머 레이저는 XeCl 자체의 유독성과 가스 자체의 붕괴로 인해 이득 물질의 지속적인 교체 필요성, 고전압으로 펄스로 인한 전력 소자 손상 그리고 고가의 가격이 문제가 되고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 내부식성 재료 적용과 고급 가스 재순환 및 정화 시스템 적용, 전력 소자 개발 등 다양한 발전이 이루어져 이러한 한계점을 많이 극복했으나 근본적인 해결책이 되기 어렵다.

2-2. 엔디:야그(Nd:YAG) 레이저

엑시머 레이저의 여러 한계점들로 인해 주목받는 레이저가 엔디:야그 레이저다. 엔디:야그는 고체 레이저에 사용되는 이득 물질 중 하나로 야그(YAG, Ytterium Aluminum Garnet)를 호스트(Host) 물질로 하여 네오듐(Nd, Neodymium)을 소량 도핑한 물질이다. 이를 이득 물질로 사용해 구성한 레이저를 엔디:야그 레이저라 부른다(그림 5 참고).
 

엔디:야그 레이저의 구성도를 살펴보면 엑시머 레이저와 유사하게 두 거울과 이득물질로 구성되어 있으나 일반적으로 펌핑을 전기에너지가 아니라 광 에너지로 한다는 차이점을 갖고 있다. 광 에너지 공급에 사용되는 펌핑 광원은 크게 플래시 램프(Flash Lamp)와 레이저 다이오드(Laser Diode)가 있다. 두 광원 모두 전원 공급장치(Power Supply)로부터 전원을 공급받아 플래시 램프는 광대역의 백색광을 방출하고 레이저 다이오드는 엔디:야그가 흡수하는 특정 파장 위주의 광을 방출한다.

이를 통해 여기된 이득 물질이 자발방출을 시작하고 이로부터 유도된 자극방출이 연쇄적으로 일어나 동일한 특성을 갖는 광을 지속적으로 형성한다. 이 때 형성된 광은 두 거울 사이에서 왕복을 하며 증폭되어 레이저가 발진하게 된다. 이렇게 형성된 레이저는 펌핑 광원이 연속파(CW, Continuous Wave)인지 펄스(Pulse)인지에 따라 연속파 혹은 펄스 레이저로 나뉘게 된다(그림 6 참고). 연속파는 시간에 따라 출력이 일정한 반면 펄스 레이저는 특정 시간 동안 높은 에너지를 출력한다. 일반적으로 말초동맥 개통술은 고에너지 초단파 펄스가 필요하기 때문에 펄스 레이저를 이용한다.

2-3. 고에너지 초단파 펄스 레이저 기술

말초동맥 개통술에 활용되는 고에너지 초단파 펄스 레이저를 생성하기 위해 활용되는 기술 중 하나는 큐-스위칭(Q-Switching)이다. 여기서 큐는 공진기 내부의 손실과 관계된 용어로서 공진기 왕복 시에 손실이 크면 큐가 작으며 손실이 작으면 큐가 높은 상관관계를 보인다. 따라서 큐 스위칭은 공진기 내부의 손실을 조절하는 것을 의미한다. 이 때 손실을 조절하는 방식이 포화 흡수체(SA, Saturable Absorber)를 활용하면 수동 큐-스위칭이고 변조기(Modulator)를 활용하면 능동 큐-스위칭이다(그림 7 참고).

포화 흡수체는 특정 에너지 이하의 광만 흡수하고 임계점을 넘어가면 포화 상태가 되어 에너지를 흡수하지 못하게 되는 물질이다. 따라서 흡수 여부에 따라 큐가 조절된다. 반면 변조기는 전기 신호의 인가 여부에 따라 큐를 조절한다. 큐-스위칭을 통해 펄스를 형성하는 과정이 그림 8에 자세히 설명되어 있다.

그림 8 (a)를 보면 초기에는 손실이 큰 상태가 유지된다. 이는 포화흡수체와 변조기를 통해 공진기에서 왕복되는 에너지가 대부분 손실되는 상태이다. 이 과정에서 이득물질에는 지속적인 펌핑이 가해지기 때문에 이득은 계속 누적되어 밀도반전 상태를 유지한다(그림 8 (b)).

그런데 이 때 포화흡수체가 포화되거나 변조기가 동작하여 손실이 감소하면 그림 8 (c)처럼 로스가 낮아지고 그 동안 이득물질에 쌓은 이득이 한꺼번에 방출되면서 그림 8 (d) 처럼 높은 출력의 펄스가 형성되게 된다. 따라서 펄스폭이 좁으며 에너지가 높은 펄스를 얻을 수 있고 이러한 레이저를 큐-스위칭된 레이저라 부른다.

2-4. 고조파 레이저 생성 기술

그러나 엔디:야그로부터 방출되는 파장은 1064 nm이므로 말초동맥에 적용되는 자외선 파장이 아니다. 따라서 자외선 파장의 레이저를 생성하기 위해 비선형 물질을 활용한 고조파 생성 기술을 이용한다(그림 9참고).



고조파 생성은 높은 2차 비선형 계수를 갖는 물질과 광자가 상호과정을 거쳐 다른 주파수를 갖는 광자로 변환되는 과정을 말한다. 일반적으로 다른 주파수로 변환을 위한 방식은 2차 고조파 생성(SHG, Second Harmonic Generation), 3차 고조파 생성(THG, Third Harmonic Generation), 차 주파수 생성(DFG, Difference Frequency Generation), 합 주파수 생성(SFG, Sum Frequency Generation) 등 다양한 방식이 존재한다.

그 중 355 nm 형성을 위해 보편적으로 사용되는 방식은 2차 고조파 생성과 합 주파수 생성을 결합한 시스템이다. 우선 엔디:야그 레이저로부터 나온 1064nm 레이저 광자 2개가 2차 고조파 결정을 지나 532nm 광자 한 개를 생성한다(그림 10(a) 참고). 이렇게 생성된 532nm와 변환되지 않은 1064nm 광자 두 개가 합쳐져 355nm 파장의 광자를 생성한다(그림 10(b) 참고). 따라서 이 두 번의 과정을 거쳐 1064nm의 3차 고조파인 355nm를 만들 수 있다.
 

이 때 고조파 생성을 위해서는 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 만족해야 하고 두 광자의 파장이 서로 다르기 때문에 위상정합 조건을 맞춰야 한다. 따라서 서로 다른 파장의 위상 정합 조건을 맞추기 위해 온도 조절, 복굴절성, 주기적 분극 배치 방식 등을 이용한다. 이 중 가장 보편적인 방식은 물질의 복굴절성을 이용하는 것이다. 대표적인 물질은 LBO(Lithium Triborate), BBO(Beta Barium Borate), KDP(Potassium Dideuterium Phosphate), DKDP(Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate) 등이 있다.

해당 물질들은 특정 파장에서 위상 정합 조건을 맞추기 위해 온도 및 결정의 각도를 조절하고 결정의 길이 설계를 통해 효율적인 고조파 생성을 이룰 수 있다. 이 과정을 통해 형성된 3차 고조파 레이저의 파장은 355nm로 이를 말초동맥 개통술에 활용한다. 3차 고조파 엔디:야그 레이저는 엑시머 레이저와 달리 유독성도 없고 광학 소자의 소모율이 적어 유지, 관리가 쉽고 가격이 상대적으로 저렴하여 말초동맥 개통술 레이저의 차세대 기술로 주목받고 있다.

3. 말초동맥 개통술용 카테터 기술

말초동맥 개통술용 기기 핵심 기술 중 하나는 카테터이다. 카테터는 레이저에서 나온 에너지를 전달받아 동맥질환을 갖고 있는 환부로 에너지를 전송하는데 사용된다.

카테터의 구성은 그림 11에서 보이듯이 레이저와 연결되는 커플러(Coupler)와 거리를 연장시켜주는 연장부(Extenstion Section), 플라크의 위치를 찾기 위한 가이드선 포트(Guidewire Port), 동맥에 직접 삽입되는 부분인 작업부(Working Section), 레이저 에너지가 전달되어 노폐물을 제거하는 말초 첨단부(Distal Tip)로 구성된다.

이 때 레이저를 전송하기 위해 멀티모드 광섬유 다발이 커플러부터 말초 첨단부까지 연결되어 있다. 카테터의 경우 단순히 레이저의 에너지를 옮기는 것이 아니라 인간의 신체에 직접 삽입되어 시술에 사용되기 때문에 다양한 요소들을 고려하여 설계 및 제작 될 필요가 있다. 이 때 고려해야할 요소는 총 다섯 가지이며 이에 대해 자세히 설명하겠다.

첫 번째는 추적성(Trackability)이다. 추적성은 가이드선을 통해 혈관을 탐색하는 능력으로 정의된다. 시술 시 혈관 내부를 직접적으로 볼 수 없기 때문에 가이드가 휘어지는 느낌을 통해 판단을 내리게 된다. 이 때 과도한 힘이 들어가게 되면 플라크의 위치를 찾기 어려우며 와이어의 미세한 컨트롤도 어렵게 만든다. 따라서 최소한의 힘으로 플라크를 탐색하는 추적성이 필요하다. 이를 위해 테플론(Teflon), 고밀도 폴리에틸렌을 가이드 물질에 적용한다.

두 번째는 밀림성(Pushability)이다. 밀림성은 가해진 힘을 카테터 말초 첨단부로 전달할 수 있는 능력으로 정의된다. 이를 위해서 카테터는 너무 유연해서는 안 되며 적당한 마찰과 강도를 갖도록 제작될 필요가 있다. 그림 12는 밀림성을 확보하기 위해 최적화된 강성에 대한 그래프이다. 동작부의 끝단 쪽으로 갈수록 유연하게 움직이기 위해 강성이 낮으며 시작 부분으로 갈수록 힘의 전달이 쉽도록 하기 위해 강성이 높아야 한다.

세 번째는 프로파일(Profile)이다. 프로파일은 환부에 삽입되는 카테터의 직경을 의미한다. 일반적으로 카테터의 프로파일은 혈관 내부로 삽입되기 때문에 작은 것이 선호되지만 이 경우 에너지 전달 면적에서 손해를 본다는 단점이 생기게 된다.

네 번째는 와이어 이동성(Wire Movement)이다. 이는 가이드 와이어를 이동하고 조정하는데 필요한 힘으로 정의된다. 해당 특성은 추적성에서도 언급되는 부분이지만 임상 및 사용 용이성 관점에서 매우 중요한 부분이다. 의사는 카테터를 삽입 후 와이어를 환자에게 삽입하여 동맥의 노폐물을 관통하는데 이 때 카테터에 의해 와이어의 이동이 방해 받으면 협착부를 통과하기 어렵게 만들고 시술 시간 연장 및 환자에게 불편을 줄 여지가 있다. 따라서 카테터의 빈 공간과 와이어 사이에는 여유 공간을 두어 와이어의 움직임을 방해하지 않도록 해야 한다.

다섯 번째는 광 영역(Optical area)이다. 이는 카테터의 끝부분에서 발광하는 표면적의 합으로 정의된다. 시술 시 플라크가 제거되는 면적과 관계가 되어있는 특성이다. 일반적으로 사용되는 광섬유와 달리 레이저 카테터에 사용되는 광섬유는 코어(Core)와 클래딩(Cladding) 부의 비율이 1:1.1 혹은 1:1.05로 코어의 크기가 상대적으로 크다. 이는 더 넓은 광 영역을 확보하기 위한 방식으로 방사선이 방출되지 않는 클래딩의 비율을 최대한 낮춘 것이다. 그림 13은 카테터 말초 첨담부를 확대한 사진으로 파란색 동그라미 영역이 광 영역이며 레이저가 방출되는 부분이다. 이처럼 용도에 따라 다양한 형태의 광 영역 카테터를 활용한다.

위에서 언급하는 5가지 특성은 서로 상충되는 부분이 있으므로 실험 및 임상을 통해 최적화된 특성을 찾아 설계할 필요가 있다. 지금까지 말초동맥 개통술에 사용되는 중요 기술들에 대해 알아보았다. 이후에는 현재 개발된 말초동맥 개통술 관련 기술 동향을 알아보고자 한다.
 

4. 말초동맥 개통술 관련 특허 기술 동향

4-1. 레이저 관련 특허 기술 동향
첫 번째 특허는 AngioDynamics 사에서 2020년에 등록한 레이저 관련 특허이다. 이 특허는 기존에 자주 사용되는 엑시머 레이저의 취급 및 관리의 문제점 때문에 말초동맥 개통술에 큐 스위칭 엔디:야그 레이저를 활용하기 위한 기술이다. 엔디야그는 큐 스위칭을 통해 짧은 펄스폭을 갖게 되어 플라크 제거에는 유리하지만 높은 레이저 세기로 인해 카테터의 광섬유나 동맥에 손상을 줄 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 세 가지 기술을 제시했다.

첫 번째는 그림 14에서 보이듯이 레이저에 조작 유닛이라고 통칭해 놓은 광학계 적용을 통해 에너지를 균일하게 분산시키는 방식이다. 일반적으로 레이저의 경우 빔의 중심에 에너지가 집중되며 멀티모드인 경우에도 에너지가 높은 지점이 존재한다. 이 에너지를 고르게 분산시키기 위해 광학계를 도입하여 에너지 밀도를 균일하게 만들어서 손상의 위험성을 감소시켰다. 두 번째는 그림 15처럼 빔 분할기 두 개를 사용하여 단일 펄스를 이중 펄스로 분할하는 시스템이다.

방식은 반파장판을 통해 레이저를 s 편광과 p 편광이 혼합된 상태로 만든 뒤에 빔 분할기를 통해 하나의 편광만 분리하여 시간 지연을 만든다. 그 뒤에 다시 빔 분할기로 두 편광을 동일한 경로로 보내면 단일 펄스가 두 개의 펄스로 변환되는 시스템이다. 이 때 반파장판의 각도에 따라 두 개 펄스의 에너지 비율을 조절하여 결과적으로 펄스 당 에너지를 낮추는 시스템을 구현했다. 세 번째는 실시간 모니터링 시스템이다. 이 시스템은 엔디:야그 레이저 뿐만 아니라 엑시머 레이저에도 적용될 수 있는 기술이다.

앞서 그림 13의 시스템에서 빔 분할기와 1/4 파장판을 추가하였다(그림 16 참고). 광섬유의 표면에서는 프레넬(Fresnel) 반사로 인해 4% 정도의 레이저가 되돌아온다. 되돌아온 빛은 1/4 파장판을 두 번 지난 상태이므로 s 편광으로 변경되어 빔 분할기에서 반사되어 광 검출기로 들어가게 된다. 이 때 반사되는 에너지는 전체 에너지의 4%이므로 이를 역산하여 실시간으로 에너지를 모니터링 할 수 있다. 이 기술을 실제 말초동맥 개통술에 적용한다면 카테터 사용 도중에 내부 교정이 가능하고 시스템의 고장을 감지할 수 있다는 장점이 있다.

4-2. 카테터 관련 특허 기술 동향

다음은 AngioDynamics 사에서 2019년에 등록한 카테터 관련 특허이다. 해당 특허는 말초동맥개통술에 적용 가능한 다양한 카테터 기술을 다루고 있다.

첫 번째는 기존의 기계적 절단 방식의 커터와 레이저 방식을 결합한 하이브리드 카테터를 제시하고 있다(그림 17 참고). 이 방식을 통해 레이저로 플라그를 제거 및 조직을 약화시켜 1차적으로 노폐물을 제거하고 레이저로 제거되지 않은 노폐물 및 조직을 기계적 수단인 커터로 제거하는 기술이다.

레이저가 조직을 경화시키기 때문에 단순히 기계적 방식으로 제거하는 것에 비해 분쇄가 용이하다. 또한 레이저로 발생하는 열손실과 기계적 방식의 스트레스를 서로 보완해주기 때문에 섬세한 조직 분리에 사용 가능하다는 장점이 있다. 두 번째는 광 집광기와 회전 칼날을 적용한 카테터 기술이다(그림 18 참고). 그림 18 (a)는 반사 광 집광기를 커터 외부에 포함한 것으로 금속 또는 유전체 코팅을 통해 방사선을 집광시켜 커터를 둘러싸는 균일할 펄스 방사선 링을 형성한다. 그림 18 (b)는 커터를 포함한 카테터이다. 해당 기술은 소형 모터로 회전시키는 커터를 적용한 카테터 시스템이다. 칼날의 회전을 통해 부족한 힘을 보충할 수 있다는 장점이 있다.

다음은 심박 조율기와 ICD 납 추출 제거를 위해 사용되는 카테터 기술이다(그림 19 참고). 우선 납을 조직으로부터 분리하기 위해 광섬유로부터 나온 방사선으로 조직을 절제, 약화, 절단 등을 진행하고 납을 분리한다. 이 때 납이 충분히 들어온 51뒤에는 고정시키고 빼낼 필요가 있으므로 그림 19의 (b)와 (c)처럼 풍선이나 지지대를 통해 납을 고정시킨다. 이 때 그림 19 (b)에서처럼 풍선으로 수축과 팽창을 통해 리드를 카테터에 삽입할 때는 수축시키고 리드를 빼낼 때는 팽창시키는 방식으로 활용할 수 있다.

다음은 혈관에 약물을 주입하기 위해 카테터 말초 첨단부에 적용되는 기술이다(그림 20 참고). 혈관에 약물을 도포하는 것은 재협착을 최대한 늦춰 시술 빈도를 낮출 수 있으므로 중요한 기술이다. 그림 20(a)를 보면 노즐, 개구가 포함된 부분을 필요에 따라 노출시켜 약물을 도포할 수 있는 기술이다.

그림 20(b)의 경우 롤러가 포함되어 약물 전달의 효율을 증대시키고 스텐트 내 재협착시 스텐트를 확장하는데 응용되기도 한다. 그림 20(c)는 카테터 하우징에 개구부가 내장되어있고 필요할 때만 열려 약물을 도포시킨다. 마지막으로 그림 20(d)는 약물 투여를 위한 바늘이 어레이 형태로 구성되어 있어 카테터의 이동방향에 따라 바늘의 방향이 바뀌며 약물을 도포하는 방향을 조절할 수 있다.

그림 21은 혈관 이미징을 위한 하이브리드 카테터의 구성도이다. 레이저 방사에 사용되는 카테터 광섬유 다발 중 일부를 혈관에서 반사 및 산란되는 빛을 수용하는 역할로 활용하여 이미지에 사용하는 시스템이다. 일반적인 카테터는 실제로 내부를 관측하지 않기 때문에 의사의 감각에 의존해야 하므로 시술에 어려움이 있다. 때문에 해당 기술을 이용해 되반사 되는 빛을 광섬유로 받아 광학 이미징 장치와 연동하면 시술 시 환자나 혈관이 받는 스트레스를 최소화 할 수 있다. 또한 카테터 흡입부가 존재하여 레이저 및 칼날로 제거된 파편을 흡입하여 제거해주는데 도움이 되는 기술이다.

5. 결론

이 글에서는 말초동맥 개통술 기기의 핵심 기술인 레이저 및 카테터에 대한 기술동향을 살펴보았으며, 세부적으로는 레이저, 카테터의 특성 분석 및 기술 특허에 대한 분석을 진행했다.

레이저 기술은 기존 엑시머 레이저의 지속적인 교체 필요성과 기체의 유독성 및 상대적으로 큰 부피 및 가격으로 인해 엔디:야그 3차 고조파 생성 기술이 주목받고 있다. 엔디:야그 레이저는 엑시머 레이저에 비해 좁은 펄스폭을 형성하기 유리하다. 따라서 엔디:야그를 활용한 말초 개통술용 기술은 높은 레이저 세기를 관리하기 위한 에너지 밀도 균일화, 이중 펄스 형성 기술 및 에너지 모니터링 기술 등이 연구되고 있다.

다음으로 레이저 카테터 기술은 기존의 기계적 방식에 비해 사용이 용이하며 다양한 병변이 포함된 시술에도 적용이 가능하고 말초동맥 개통술 이외의 분야에도 다목적으로 사용될 수 있는 장점들을 가지고 있다. 레이저 카테터에 관련된 기술로는 칼날을 결합한 하이브리드 카테터 기술, 심장박동기 납 추출 기술, 약물 도포 기술과 혈관 모니터링 시스템 등 다목적성을 용이하게 하기 위한 기술 위주로 연구되고 있다.

현재 식생활의 서구화와 의학 기술의 발달로 고령화가 진행되면서 말초동맥 질환자가 급증하고 있는 추세이다. 그러나 말초동맥 개통술용 레이저 기술을 상용화한 곳은 전 세계적으로도 그 수가 적으며 국내는 모든 시스템을 수입에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 우리나라도 말초동맥 개통술에 적용되는 엑시머 및 엔디:야그 레이저와 레이저 카테터 기술에 대한 원천 기술 확보가 필요하다.

 참고문헌 
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[15] https://www.photonics.com/Articles/Excimer_Lasers_Photonic_Stamps_with_Micron/a25164
[16] https://www.rp photonics.com/excimer_lasers.html
[17] http://www.aml.engineering.columbia.edu/ntm/level1/ch05/html/l1c05s07.html
[18] R?diger Paschotta, “Field Guide to Lasers”, SPIE Digital Library, 2008
[19] Qusay Raghib Ali Al-Taai, “Study of Modified Rate Equations for Passively Q-Switched Laser Systems”, University of Baghdad, 2003.
[20] L. Bonacina et al., “Harmonic generation at the nanoscale”, Int. J. Appl. Phys., Vol. 127, Issue 23, 2020, pp. 230901
[21] EXIMO MEDICAL LTD., “System for tissue ablation using pulsed laser”, US 10792103, filed October 17, 2019, issued October 06, 2020.
[22] EXIMO MEDICAL LTD., “Hybrid catheter for vascular intervention”, US 10363099, filed July 13, 2017, issued July 30 2019.