顔面リサーフェシング用レーザーの生物物理学

選択的光熱分解の概念により、外科医は標的組織成分、すなわち組織発色団によって最大限に吸収されるレーザー波長を選択できます。二酸化炭素レーザーおよびエルビウムYAGレーザーの主な発色団は水です。様々な波長における水または他の発色団によるレーザーエネルギーの吸収を反映する曲線を描くことが可能です。この波長の波長を吸収できる他の発色団についても考慮する必要があります。例えば、532 nmの波長では、レーザーエネルギーは酸化ヘモグロビンとメラニンによって吸収されます。レーザーを選択する際には、競合吸収の可能性を考慮する必要があります。競合発色団による付加的な影響は、望ましい場合もあれば、望ましくない場合もあります。

現代の脱毛用レーザーでは、標的の色素分子はメラニンです。これらのレーザー光は、競合色素分子であるヘモグロビンにも吸収されます。ヘモグロビンによる吸収は、毛包に血液を供給する血管にダメージを与える可能性があり、これは望ましくありません。

表皮の90%は水です。そのため、現代の皮膚再生レーザーでは、水が主要な発色団として機能します。レーザーによる皮膚再生の際、細胞内の水はレーザーエネルギーを吸収し、直ちに沸騰して蒸発します。蒸発する組織の量は、レーザーが組織に伝達するエネルギーの量と伝達時間によって決まります。皮膚再生においては、主要な発色団である水を蒸発させると同時に、周囲のコラーゲンやその他の構造へのエネルギー伝達を最小限に抑える必要があります。I型コラーゲンは温度に非常に敏感で、+60～+70℃の温度で変性します。コラーゲンへの過度の熱ダメージは、望ましくない瘢痕形成につながる可能性があります。

レーザーのエネルギー密度は、組織表面（cm2）に適用されるエネルギー量（ジュール）です。したがって、エネルギー密度は J/cm2 で表されます。二酸化炭素レーザーの場合、組織のアブレーション障壁を克服するための臨界エネルギーは 0.04 J/cm2 です。皮膚リサーフェシングでは、通常、パルスあたり 250 mJ のエネルギーとスポット サイズ 3 mm のレーザーが使用されます。組織はパルス間で冷却されます。熱緩和時間とは、パルス間で組織が完全に冷却されるまでに必要な時間です。レーザー リサーフェシングでは、非常に高いエネルギーを使用して、ターゲット組織をほぼ瞬時に蒸発させます。これにより、パルスを非常に短く（1000 μs）できます。その結果、隣接組織への不要な熱伝導が最小限に抑えられます。通常ワット（W）で測定される比出力は、積分エネルギー密度、パルス持続時間、および治療領域の面積を考慮に入れます。エネルギー密度と電力密度が低いと傷のリスクが減るというのはよくある誤解ですが、実際にはエネルギーが低いと水がゆっくりと沸騰し、熱による損傷が大きくなります。

レーザーによる表面再生直後に採取した生検の組織学的検査では、組織の蒸発とアブレーションの領域と、その下にある好塩基性の熱壊死領域が明らかになりました。最初のパスのエネルギーは表皮内の水分に吸収されます。真皮に達すると、レーザーエネルギーを吸収する水分が少なくなり、熱伝達によってパスごとに熱損傷が大きくなります。理想的には、より少ないパスでより深くアブレーションし、伝導性熱損傷が少ないほど、瘢痕リスクは低くなります。真皮乳頭層の超微細構造検査では、より小さなコラーゲン繊維がより大きなコラーゲン束に組織化されていることが明らかになりました。レーザーによる表面再生後、真皮乳頭層でコラーゲンが生成されると、糖タンパク質テネイシンなどの創傷治癒に関連する分子が蓄積します。

現代のエルビウムレーザーは2本のビームを同時に照射できます。しかし、凝固モードでは1本のビームしか照射できないため、周囲の組織へのダメージが増大する可能性があります。このようなレーザーはパルス幅が長く、組織の加熱が遅くなるため、より大きな熱損傷を引き起こします。逆に、エネルギーが多すぎると、必要以上に深く蒸発してしまう可能性があります。現代のレーザーは、研磨時に発生する熱によってコラーゲンにダメージを与えます。熱損傷が大きいほど、新しいコラーゲンの合成量が増加します。将来的には、水とコラーゲンによく吸収される研磨用レーザーが臨床応用される可能性があります。

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