치과용 레이저 안전기준에 대한 고찰

서 론

1)

최근 치과에서는 레이저를 이용하여 다양한 치료 를 시행하고 있다. 레이저를 이용한 치료는 레이저의 에너지 흡수효과를 이용하여 다양한 신체 조직들을 응고, 소작, 절개, 절제, 증발시키는 것 뿐만 아니라 photobiomodulation을 이용하며 통증 및 염증을 감소 시킬 수 있다¹⁾또한 비 열적 치료로 세포를 촉진시켜 조직을 조절(예, 미토콘드리아, Na+/K+ pump의 활성 증가, 혈관과 섬유모세포의 생성증가 등을 통한 조직 의 치유증가)할 수 있다.^{2) 3)}

레이저를 사용할 때 안전에 대한 고려가 필수적이 다. 상당히 적은 량의 레이저 조사도 눈의 영구적인 손상을 야기할 수 있으며 morderate-high power laser의 경우 눈의 망막손상 뿐아니라 피부의 손상도 가능하

교신저자 :안용우 경남 양산시 물금읍 범어리

부산대학교 치의학전문대학원 구강내과학교실 전화 : 055-360-5241

Fax : 055-360-5238

E-mail : ahnyoungw@pusan.ac.kr

* 본 연구는 2016년도 부산대학교 치과병원 임상연구비 지원으로 이 루어졌음.

원고접수일 : 2016-02-01

다. 따라서 레이저를 판매 사용할 때 정부의 규정을 준수해야 하며 최근 대한 치의학회에서는 치과에서 레이저를 사용할 때 국제 전기 위원회(Intenational Electrical Committee; IEC) 60825-1의 안전 유도에 따 라 레이저 치료를 수행할 것을 권고하고 있다. 하지만 아직 치과계의 레이저 안전에 대한 지식 및 이해도는 낮은 편이다. 이에 본 고찰을 통해 레이저 조사의 위 험성 및 손상 기전, 안전 규정에 대한 이해도를 높이 고자 한다.

본 론

1.레이저 조사의 위험성

레이저 조사 상해(laser radiation injury)는 열적 손상 이 우세하나 광화학적 효과도 특정 파장에서 일어날 수 있다. 중등도 레이저(moderately powered lasers)는 눈을 손상시킬 수 있고, 고도 레이저(High power lasers)는 피부 화상을 유발할 수 있다. 또한 아주 강한 레이저의 경우 산란선도 눈에 위해하다.

레이저가 렌즈 증의 optical instrument를 통할 경우 눈의 망막의 작은 초점에 집중될 수 있고 일시적 1 0℃의 상승은 망막의 photoreceptor cell을 파괴한다.

만약 레이저가 충분히 강할 경우 눈 깜박임이 일어나 는 시간보다 짧은 시간에 영구적인 손상이 생긴다. 이

치과용 레이저 안전기준에 대한 고찰

부산대학교 치의학전문대학원 구강내과학교실¹⁾

드림패밀리치과²⁾

옥수민

, 남창옥

, 정성희

, 안용우

최근 치과에서는 다양한 신체 조직들을 응고, 소작, 절개, 절제뿐만 아니라 통증 및 염증을 감소시키는데 레이저를 이용하 고 있다. 이러한 레이저를 통한 시술 시 안전에 대한 고려가 필수적이다. 적은 량의 레이저 조사도 눈의 영구적인 손상을 야기할 수 있으며 morderate-high power laser의 경우 피부의 손상도 가능하다. 아직 치과계의 레이저 안전에 대한 지식 및 이해도는 낮은 편이다. 본 고찰을 통해 레이저 조사의 위험성 및 손상 기전, 안전 규정에 대한 이해도를 높이고자 한다.

Key words: Laser safety, phototherapy, laser therapy

러한 가시광선-근적외선 레이저(400-1400nm)의 경우 망막에 열을 야기하고 400nm이하나 1400nm이상인 경우 각막과 수정체의 백내장 또는 화상을 야기한 다.⁴⁾적외선 레이저의 경우 특히 위험한데 blink reflex 가 가시광선에 의해서만 일어나기 때문이다. 예를 들 어 high power Nd:YAG laser (invisible 1064nm radiation)에 노출될 때 사람들은 통증을 느끼지도, 조 사를 알아차리지도 못한 채 눈 손상을 받는다. 이는 순간적인 pop 또는 click 소리와 함께 망막의 온도가 100℃ 이상 올라가 영구적인 blind spot을 형성한다.⁵⁾ 2. 손상기전

열손상의 경우 조직의 과열점의 단백질의 변성이 일어난다.⁶⁾ 광화학적 손상의 경우 빛이 조직의 화학 적 반응을 야기한다. 광화학적 손상은 주로 짧은 파장 (blue와 ultra-violet)에서 일어난다. ultrashort pulse (picosecond (10^-12second or less)는 눈의 투명영역에서 self-focusing을 하여 같은 에너지를 가진 긴 파장 레이 저보다 더 큰 손상을 야기한다. 광이온화(Photoio- nization)는 titanium-sapphire laser의 주된 손상기전이 다⁷⁾.

눈은 가시광선과 근적외선을 망막에 초점을 맞춘 다. 이러한 기전이 레이저에 적용되면 레이저 광선이 눈을 지나면서 망막에 초점이 맞추어져 그 효과가 200,000배 증강된다. 대부분의 빛은 photoreceptor 후 방의 멜라닌 색소에 흡수되어 망막의 화상을 야기한 다.⁶⁾400nm보다 짧은 자외선은 수정체에 흡수되는 경 향이 크고 300nm의 경우는 각막에 흡수된다. 이는 상 대적으로 낮은 power에서 광화학적 손상을 야기한다.

근적외선은 주로 망막에 열손상을 야기하고 좀더 긴 적외선은 눈의 좀더 앞쪽에 손상을 야기한다. 피부는 눈보다 레이저광선에 덜 민감하다. 그러나 과도한 자 외선에의 노출은 햇볕에 의한 화상과 유사한 장단기 효과를 유발하며 반면에 가시광선과 적외선은 주로 열손상이 유발된다⁶⁾.

최대허용노출량(Maximum permissible exposure;

MPE)는 광원의 무시할 수 있는 수준의 손상을 야기 하는 정도의 최대출력(highest power) 또는 energy density(w/cm²또는 J/cm²)를 의미한다. 이는 주로 최대 손상의 50%수준의 손상을 야기할 수 있는 energy density의 10%수준이다⁷⁾. MPE는 인간의 눈의 각막, 피부에 따라 각각의 파장과 노출시간으로 측정된다.

MPE는 인간의 눈의 각막, 피부에 따라 각각의 파장

과 노출시간으로 측정된다. MPE의 계산결과는 다양 한 파장의 빛이 다양한 수준에서 눈에 영향을 줌을 보여준다. 예를 들어 자외선은 낮은 power에서 손상 을 일으키고 긴파장을 가진 적외선은 망막에 닿기전 눈의 수정체에서 흡수된다. 이는 가시광선보다 적외 선이 MPE가 높음을 의미한다. MPE는 또한 공간분산 효과가 있어서 잘 사준된 laser는 다소 낮은 출력으로 도 각막의 한곳에 집중되어 손상을 야기할 수 있다.

IEC-60825-1과 ANSI Z136.1 standard에 MPE평가방법 이 포함되어있다.⁶⁾

3. 규정(regulation)

다양한 기관, 법령, 정부 규정에서 위험도에 따라 레이저를 분류하고 레이저에 노출될 수 있는 사람들 에게 필요한 안전 조치를 정의한다. European Community에서는 눈보호장비에 대해 European standard EN 207, 208에 명기했다. 이런 보호장비는 레 이저의 일부만을 통과시켜 레이저 빔의 존재는 알 수 있게 한다. 그리고 레이저의 직접 적용 시에는 완벽한 보호를 제공하지는 못한다. European standard EN 60825에서는 극도의 상황에서 적절한 눈보호장비의 밀도에 대해 명시하였다.

미국의 눈보호장비에 대한 안내와 다른 안전한 레 이저 사용에 대한 요소에 대한 내용이 ANSI Z136 series of standard에 명기되어있다. 이들의 일치된 기 준은 레이저 사용자를 위한 것이다.

21 CFR 1040을 통해서 Food and Drug Admini- stration(FDA)는 레이저 제품을 규제한다. 모든 class IIIb와 class IV 레이저는 다섯가지 안전장치가 필요하 다. : 키 스위치, safety interlock dongle, power indicator, aperture shutter, emission delay(주로 2-3초). DVD burner처럼 제품의 구성요소로 들어가는 OEM laser는 이러한 요구조건에서 제외된다. 몇몇 고정식 레이저 는 safety dongle이나 emission delay가 없어도 된다. 그 러나 emergency stop button 이나/그리고 remote switch 는 반드시 있어야 한다.

4. 분류(classification)

레이저의 분류는 accessible emission limits(AEL)의 개념에 의해 이뤄진다. 이것은 주로 특정 입구를 통해 특정 거리를 지나 특정 파장과 시간의 형태로 방사될 수 있는 최대출력(W) 또는 에너지(J)이다. 제조사는

레이저의 분류를 명시해야 하고 적절한 경고 라벨과 앞서 언급한 것처럼 안전 장비를 갖추어야 한다. 안전 장비는 강한 레이저의 경우 레이저 조사를 지시하는 warning light, beam stop 또는 attenuator, 그리고 사용 자가 emergency stop이나 interlock에 연결될 수 있는 electrical contact를 포함한다.

최근 IEC 60825-1 standard에서 수정된 분류에 대해 소개하겠다. Classe 2와 그 이상에서는 경고 라벨이 필요하다. 다른 라벨로는 특정 경우에 필요한 laser emission, laser apertures, skin hazards, invisible wavelengths가 있다.

Class 1

Class 1 레이저는 모든 상황의 보통의 사용에서 안 전하다. 맨눈으로 또는 일반적 확대경(예, telescope, microscope)을 통해서 레이저를 볼 경우에도 안전하다 하지만 충분히 큰 입구를 가지는 거대한 망원경이나 현미경의 경우에는 위험할 수 있다.

Class 1M

현미경이나 망원경을 통하지 않는 모든 접근과 사 용 상황에서 안전하다.

Class 2

밝은 빛에 대한 회피 반응인 blink reflex가 있기에 안전한 것으로 간주된다. 이 blink reflex는 0.25초 이 상 빛은 접근을 허용하지 않고 가시광선인 400-700nm 에만 한정된 기준이다. 1mW continuous wave 이하거 나 이상일 경우 방사시간이 0.25초 이하이거나 빛이 응집하지 않은 경우로 한정된다. 몇몇 lase point나 측 정기구가 class 2이다.

Class 2M

시력을 돕는 기구를 통하지 않으면 안전하다.

Class 3 R

빔 조사를 제한하여 주의 깊게 다루어지면 안전하 다. MPE를 초과할 수 있으나 상해의 확률은 낮다.

Visible continuous lasers은 5mW로 제한된다. 다른 파 장이나 pulsed laser는 다른 한계가 적용된다.

Class 3B

눈에 레이저가 직접 노출되면 위험하다. 그러나 종 이나 반투명 물체를 통한 산란선은 위해하지 않다. 직

접 눈에 노출 가능한 경우 일반적으로 보호안경이 필 요하다. 또한 key switch와 안전 연동장치(safety interlock)가 필수적이다. 일반적으로 CD와 DVD writer에 사용되나 기계 밖으로 레이저가 빠져나가지 못하기에 이 경우 class 1에 해당된다.

Class 4

가장 위험한 레벨의 레이저다. 직접 조사 시 피부화 상을 입을 수 있거나 눈에 영구적인 손상을 입힐 수 있다. 가연성 물질을 발화시킬 수 있다. 산란선도 위 험하여 레이선광선 경로 조절에 주의를 기해야 한다.

key switch와 안전 연동장치(safety interlock)가 필수적 이며 대부분 산업용, 연구용, 군사용, 의학용 레이저 가 이 분류에 해당한다.

5. Safety measures 일반적 주의사항⁸⁾

- 레이저를 사용하는 모든 사람은 그 위험성에 대해 인지해야 한다.

- 레이저 광선의 주행방향에 시계나 보석이 존재하지 않도록 한다.

- 눈손상의 위험이 있는 경우 방안의 모든 사람은 적 절한 눈보호장비를 착용해야한다.

- High-intensity beam(주로 class 4와 자외선)은 피부 손상과 발화를 야기할 수 있다.

- 광선과 광원의 정렬 및 확인은 beam power를 최대 한 줄인 상태에서 시행한다.

Protective eyewear(보호안경류)

MPE를 초과한 눈의 레이저 조사가 가능한 Class 3B와 4 레이저 시술 시 눈의 보호는 필수적이다. 적절 한 광선을 거를 수 있는 spectacles와 goggles의 형태가 레이저 광원의 직접 조사와 산란선으로부터 눈을 보 호할 수 있다. 안경류는 적절한 파장을 차단하기에 적 합한 종류가 선택되어져야 한다. 예를 들어 532nm를 차단하는 안경류는 주황색이다. 이런 형은 800nm의 레이저 광원을 차단하지 못한다. 게다가 몇몇 레이저 는 하나 이상의 파장을 방사한다. 이러한 레이저에 적 합한 dual frequency eyewear가 사용가능하나 비싸다.

안경류는 optical density(OD)로 등급매겨진다. OD 는 MPE(maximum permissible exposure)이하로 광선을 감쇄시킬 수 있기에 충분해야 한다. 또한 레이저의 직 접 조사가 가능한 경우에는 안경류에 레이저의 직접

조사 시 깨지지 않고 레이저 광선을 견딜 수 있어야 한다. 차단할 수 있는 파장이나 OD는 대체로 안경의 상부에 표기된다.

Interlocks and autonomic shutdown

Interlock는 레이저 케이스나 방의 문의 열려있으면 레이저 빔이 멈추는 우회로이다. Class 3B나 4레이저 는 전형적으로 이러한 external interlock circuit를 위한 연결이 존재한다.^{9) 10 11))}

Laser safety officer

많은 관할권에서 레이저를 다루는 기관에서는 laser safety officer(LSO)를 지정하도록 하고 있다. LSO는 기관의 모든 근로자가 안전규정에 따라 레이저를 다 루도록 관리한다¹⁴⁾.

Fiber optics for communications

Fiber optics laser safety는 optic fiber가 뽑히거나 부 러져서 제대로된 접근이 불가능 할 경우 결과적으로 빠져나간 beam이 산란이 많이 되서 눈의 안전이 거리 에 의해 결정되게 되며 만약 확대경 등의 안경류를 착용하고 있는 경우 더 위험할 수 있다. 실제 임상에 서 대부분의 레이저 기계의 의한 우발적 노출은 적외 선이 대부분이고 1mw이하, 예를 들어 Class 1이 대부 분이기에 거의 위험하지 않다. 하지만 소수의 심각한 예외도 존재한다.

대부분의 single mode/multi mode fiber system에서 주로 눈의 회피반사를 유발하지 않는 적외선을 주로 쓴다. 그래서 오랫동안 응시할 경우 또는 high power 일 경우 위험할 수 있다.

Non-beam harzards electrical and other

대부분 beam 자체에 의한 손상이나 Non-beam harzards도 일부 존재한다. 대부분의 레이저는 주로 400V 이상 5mJ pulsed laser, 그리고 kilovolts 를 초과 하는 higher powerd laser로 high voltage devise이다. 그 래서 레이저 냉각을 위한 고압수가 존재하고 다른 전 기기구와 관련되면 beam자체보다 큰 위험을 일으킬 수 있다.

전기 기구는 물의 범람 등의 상황에 대비해 electric risk를 줄이기 위해 바닥으로부터 250mm이상에 설치 되어야 하고 optical table, lasers, 그리고 다른 장비들 도 흔들리지 않아야 한다.

또한 레이저는 화학적, 기계적 또는 특정 설치에 따

른 다른 위험도 존재한다. 화학적 위험은 argon ion laser tubes의 beryllium oxide, excimer lasers의 halogens, dye lasers의 독성 또는 가연성의 solvents, helium cadmium lasers의 heavy metal vapors 또는 석면 절연체 등이 있고 금속이나 플라스틱 등을 절제할 때 발생할 수는 연기 등도 위험할 수 있다.

기계적 위험은 움직이는 부분인 진공과 압력 펌프, Flash lamp, plasma tube, water jackets, 그리고 gas handling equipment의 내파 또는 폭발에서 비롯될 수 있다.

고열에 의한 화재의 위험은 class IIIB 나 class IV에 의해 일어날 수 있다.

상업적으로 유통되는 레이저 시스템에서 위험을 감소시키기 위해 fusible plugs, thermal interrupters 그 리고 pressure relief valves 등이 있다. Interlocks, shutters, 그리고 warning light 도 주요 요소이다.

결 론

레이저 기전과 레이저에 의한 손상가능기전에 대 한 이해, 레이저의 분류 및 규정에 대한 고찰을 통해 안전한 레이저의 치료 적용이 가능할 것이다.

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11. US patent 6194707, Yang, Ki-seon, “Automatic laser shutdown method and apparatus in optical transmission system”, assigned to Samsung Electronics Co issued Feb.

27, 2001.

ABSTRACT

The study of dental laser safety

Soo-Min Ok D.D.S.,M.S.D.,Ph.D¹⁾, Chang-Ok Nam D.D.S.,M.S.D.²⁾, Sung-Hee Jeong D.M.D.,M.S.D.,Ph.D¹⁾, Yong-Woo Ahn D.D.S.,M.S.D.,Ph.D¹⁾ Department of Oral Medicine, School of Dentistry, Pusan National University, Dental Research Institute¹⁾

Family dental clinic²⁾

Recently in dentistry, laser therapy is used frequently for an incision, coagulation, managing of pain and inflammation. When we use laser for the treatment, we have to consider the laser safety. The low dose of laser irradiation can make irreversible eye damage.

And morderate-high power laser can cause skin damage. But many of dentist have low level of understanding of laser safety. In this study, we are going to discuss damage mechanisms of laser radiation, regulation and safety measures.

Key word : Laser safety, phototherapy, laser therapy