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Oct 30, 2023

서브용 초고속 레이저 수술 프로브

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20554(2022) 이 기사 인용 1048 액세스 3 인용 2 Altmetric Metrics 세부 정보 다음을 통해 상처난 성대 내에서 상피하 공극 생성

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20554(2022) 이 기사 인용

1048 액세스

3 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

초고속 레이저 절제를 통해 손상된 성대 내 상피하 공극을 생성하면 주사 가능한 치료용 생체재료를 국소화하여 성대 흉터 치료를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 표면 조직의 정확한 절제를 위해 여러 가지 초고속 레이저 수술 프로브가 개발되었습니다. 그러나 이러한 프로브에는 성대 주름과 같이 산란이 심한 조직의 표면 아래 절제에 필요한 긴밀한 빔 포커싱이 부족합니다. 여기에서는 성대에서 상피하 절제를 수행하도록 설계된 소형 초고속 레이저 수술 프로브를 제시합니다. 임상 사용에 필요한 소형 폼 팩터 및 측면 발사 아키텍처 외에도 표면 아래 절제를 위한 높은 개구수 요구 사항으로 인해 까다로운 광학 설계가 이루어졌습니다. Kagome 중공 코어 광결정 광섬유를 유도하는 억제된 결합은 높은 반복률의 광섬유 레이저에서 맞춤형 소형 대물렌즈를 향해 마이크로 줄 수준의 초단 펄스를 전달하여 1.12 ± 0.10 μm의 1/e2 초점 빔 반경을 생성하고 46 × 46μm2 스캔 영역. 프로브는 전체 시스템을 통해 40% 전송 효율로 조직 표면에 최대 3.8μJ 펄스를 전달할 수 있어 상피하 절제에 필요한 것보다 초점면에서 훨씬 더 높은 플루언스를 제공할 수 있습니다. 수술 성능을 평가하기 위해 우리는 새로 절제된 돼지 반후두에 대한 절제 연구를 수행했으며 외부 단계를 사용하여 조직 표면에 걸쳐 프로브 팁을 기계적으로 이동시킴으로써 성대 주름 내에 넓은 면적의 상피하 공극이 생성될 수 있음을 발견했습니다. 마지막으로, 성대 상피 표면 아래 114 ± 30 μm에 생성된 1 x 2 mm2 공극에 모델 생체재료를 주입하면 공극 없이 조직에 직접 주입하는 것과 비교할 때 향상된 국소화가 나타납니다. 이는 우리의 프로브가 사전 검사에 유용할 수 있음을 시사합니다. 성대 흉터 치료를 위한 주사형 치료용 생체재료의 임상적 평가. 향후 개발을 통해 여기에 제시된 수술 시스템은 임상 환경에서 성대 흉터 치료를 가능하게 할 수 있습니다.

성대주름(VF) 흉터는 음성 장애의 주요 원인입니다1,2. VF 병변의 수술적 절제의 바람직하지 않은 결과로서 VF 흉터는 심각한 발성 장애를 초래하고 삶의 질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다3,4. 현재 만성 흉터가 있는 VF5에 대한 효과적인 치료법은 없습니다. 주로 콜라겐, 엘라스틴 및 레티쿨린 섬유로 구성된 상피하 조직층인 고유판은 VF 진동 현상을 담당하며 흉터 형성에 매우 민감합니다. 상처난 VF6,7,8,9를 복구하기 위해 많은 하이드로겔 기반 생체 재료가 개발되었지만 최적이 아닌 위치 지정으로 인해 치료 반복성이 저하됩니다10,11,12,13,14. 주입된 생체재료가 딱딱한 흉터 조직이 아닌 주위로 침투하는 경향이 있기 때문에 표면 고유층(SLP)에 주사하는 동안 문제가 발생합니다. 따라서 추가적인 흉터 형성을 피하면서 흉터가 있는 SLP 내 생체 물질을 정확하게 위치시키는 방법이 필요합니다.

초고속 레이저 절제 공정은 초점면에서 신속한 다광자 흡수에 의존하여 하위 초점 볼륨 에너지를 제한하고 주변 조직에 대한 열 손상을 최소화합니다. 이러한 높은 수준의 공간 및 열적 제한으로 인해 대량 조직 내부의 정확한 물질 제거가 가능해집니다. VF 흉터 문제를 해결하기 위해 우리 그룹은 초고속 레이저 절제를 통해 SLP 내에 생체재료 주입 공간을 만드는 치료법을 제안했습니다. Hoy et al.은 0.75 NA(개구수) 대물렌즈와 높은 반복률의 펨토초 파이버 레이저가 장착된 벤치탑 현미경을 사용합니다. 인간, 개 및 돼지 VF의 상피 두께가 일반적으로 50-80μm인 것을 고려하면 SLP 내에 있는 상피 표면 아래 100μm까지 절제된 돼지 VF에서 상피하 공극 형성이 입증되었습니다. Hoy et al.의 추가 생체 외 연구. 절제된 흉터가 있는 햄스터 뺨 주머니에 생성된 제거된 공극에 모델 생체재료를 주입하는 것을 보여주었습니다. 저자는 공극에 모델 생체재료(PEG30)를 주입하면 반흔 조직에만 생체재료를 주입하는 것과 비교할 때 역류가 크게 감소하고 국소화가 개선된다는 것을 보여주었습니다. 최근에는 Gabay et al. 생체 내 흉터가 있는 햄스터 뺨 주머니 모델에서 생성된 상피하 공극 내에서 PEG30의 장기간 보유를 입증했습니다. Hoy et al.과 동일한 파이버 레이저 및 벤치탑 시스템을 사용하여 Gabay와 공동 저자는 PEG30이 최대 2주 동안 공극 내에 남아 있음을 발견했습니다. 이는 공극에 주입하면 장기적인 생체 물질 유지가 향상된다는 것을 시사합니다. 이러한 결과는 고무적이었지만 대형 광학 장치(예: 현미경 대물렌즈, 갈보 스캐닝 미러 쌍, 스캔/튜브 렌즈 등)와 레이저 광의 자유 공간 전달로 인해 임상 변환이 제한되었습니다. 따라서 VF 흉터 치료를 임상에 적용하려면 소형 광학 시스템을 통해 긴밀하게 집중된 초단 펄스를 유연하게 전달해야 합니다.