こんにちはEPISODE CLINIC院長パク・グンヒです。
最後の記事では、メラニンとは何か、肌に色素が発生する理由、シミなど、さまざまな色素疾患について話しました。
今回はこんな感じの色素の治療方法について学びましょう。
色素治療を考えると、一番最初に浮かび上がるのがレーザーでしょう。
いざレーザー施術を調べてみると、本当に様々な装備があります。
今回の記事では、レーザーの基本原理から病変の種類に応じたレーザー選択について見ていきます。
EPISODEで色素治療に使用されるさまざまなレーザー
1. レーザー治療を理解するための基本概念
まず、この記事から続く6つの用語があります。
1) 光の波長と媒体
波長銀の光が波の形で進むとき、波のある地点から次の同じ地点までの距離です。
簡単に言えば、光の波動が一度繰り返される長さだと思います。
一般的にナノメートル（nm）単位で表され、1nmは10億分の1mです。
可視光線は380～750nm。 755nmアレクサンドライトと1064nmエンディヤグはその外（赤外線）にあります
レーザーの波長は光を作り出す 媒体によって決定されます。
たとえば、エンディヤグは1064nm、アレキサンドライトは755nm、ルビーは694nm波長を使用します。
エンディヤグレーザの場合、KTP結晶を使用して元の1064nm波長を532nmに変換することもできます。
一般に、５３２ｎｍのような短い波長は表在性色素の治療に利用され、１０６４ｎｍのような長い波長は比較的深い組織に到達するのに有利である。
波長が長いほど深く入ります（概念図）
レーザーは波長によって皮膚組織に吸収される程度と浸透深さが異なるので、治療する色素の種類と位置に応じて適切なレーザーを選択することが重要です。
1つの機器で複数の波長を使用できる場合があります。
たとえば、 GentleMax Pro Plusは755 nmと1064 nmを、レブライトSIは532 nmと1064 nmを利用できます。
同じ機器を使用しても、治療する病変の種類に応じて適切な波長を選択して適用します。
2)発色団
前では、メラニン色素を標的にして病変の深さに合ったレーザー波長を選択する方法を調べました。
ところで、レーザーは浸透したい深さに応じて波長を選択するだけでなく、治療しようとする対象が何であるかに応じて波長を変えることができます。
この時の重要な概念 発色団です。
発色団とは、特定の波長の光を吸収する物質をいい、メラニン色素の他に、ヘモグロビンやタトゥーインクなども発色団として作用することができる。
メラニン、酸化ヘモグロビン、水が波長別に吸収する程度（概念図）
メラニンは色素治療と脱毛で標的となる発色団です。
毛包に存在するメラニンがレーザーエネルギーを吸収すると熱が発生し、これにより毛の成長が抑制される
ヘモグロビンは血液中の赤血球に含まれる物質で、血管レーザー治療の主な標的です。
ヘモグロビンがレーザーエネルギーを吸収すると熱が発生し、血管に影響を与えます。
これらの原理を利用して、紅潮や皮膚に映り込む血管、血管腫などの血管病変を治療することができます。
レーザーは入れ墨の除去にも使用されます。
タトゥーインクは色によって光を吸収する特性が異なるため、インクの色に合わせて波長を選択することになります。
レーザーを照射してインク粒子にエネルギーを伝達し、粒子を細かく砕き、その後体内で除去するように誘導します。
インク色ごとによく吸収する波長が異なります（概念図）
このようにレーザー治療では、まず治療しようとする病変を診断し、どの発色団を標的とするのか、どの深さまで浸透すべきかを考慮して適切な波長のレーザーを選択することになります。
3) パルス幅
同じ波長のレーザーでさえ、光をどれだけ短くまたは長く照射するかによって、皮膚に伝達されるエネルギーと反応が変わる可能性があります。
ロングパルス（Long-pulse）レーザーは、比較的長い時間光を照射して熱を伝達する方法です。
熱は標的組織の温度を上げて治療反応を起こし、これを光熱効果といいます。
これは色素療法だけでなく、血管性病変の治療や脱毛にも使用されます。
キュースイッチ（Q-switched）レーザーは短時間で高いエネルギーを集中して調査する技術です。
主にナノ秒単位 パルス幅を使用し、色素粒子に熱を伝達するだけでなく、光音響効果を通じて色素を細かく粉砕します。
ピコ秒（Picosecond）レーザーはナノ秒より1,000倍短いピコ秒単位でレーザーを照射します。
短いパルス幅で熱拡散を減らし、強い光音響、光機械的作用により色素を微細に分解します。
例えば、キュースイッチレーザーは色素粒子を砂利のように比較的大きな部分に割り込み、ピコレーザーは砂のようにさらに細かく分解します。
（光熱効果や光音響効果、光機械的効果などのレーザー原理は、以下に詳細な説明があります！）
4)エネルギー密度とスポットサイズ
エネルギー密度は、レーザーが一定の面積に伝達するエネルギーの量で、通常J / cm²単位で表されます。
簡単に言うと、皮膚の一定の面積にどれだけのレーザーエネルギーが伝達されるかを示す値です。
エネルギー密度が高くなると、標的組織により多くのエネルギーが伝達され、反応が強くなることがありますが、無条件に高いと治療効果が良いわけではありません。
高すぎるエネルギーは周囲の組織に損傷を与えたり、副作用を引き起こす可能性があり、色素の種類や深さ、肌の状態に合わせて適切に調整する必要があります。
スポットサイズは、レーザーが皮膚に照射される面積の大きさを指します。
一般に、スポットサイズが大きくなると、皮膚表面からの光の散乱によって失われるエネルギーの割合が減少し、レーザーエネルギーが比較的深い組織に到達するのに有利であり得る。
逆にスポットサイズが小さいと狭い部位にレーザーを照射するのに有利で、小さな病変や特定の部位を治療する際に活用できます。
エネルギー密度とスポットサイズは互いに影響を与えるため、一緒に考慮する必要があります。
同じエネルギーを使用しても照射面積が変わると、単位面積に伝達されるエネルギー量が変わることがあります。
レーザー治療は、適切なパルス幅とエネルギー密度、スポットサイズを選択して所望の反応を誘発するプロセスです。
同じ色素病変でも患者ごとに治療設定が変わることがあり、同じ患者でも皮膚の状態や治療の経過に応じてパラメータを調節することになります。
2. レーザー治療の原理
ここまで、レーザー治療の基本概念を見てきました。
それでは、レーザー光が皮膚に吸収された後にどのような反応が起こるのでしょうか？
レーザーは光エネルギーが熱エネルギーに変わり、組織に反応を起こしたり、短時間でエネルギーを伝達して圧力波のような機械的な効果を誘導することもあります。
今回は、これらの違いを中心に、選択的光熱分解や光音響、光機械的効果など、レーザー治療の原理について調べます。
1）選択的光熱分解
レーザー光が皮膚組織に吸収されると、光エネルギーが熱エネルギーに変わり、組織の温度が上昇する。
これを 光熱効果(photothermal effect)と言います。
皮膚科で使用されるいくつかのレーザーは、これらの原理を利用してメラニン色素や血管などの特定のターゲットに熱エネルギーを伝達します。
ところが、レーザーが目標とする色素に吸収されて熱を発生させても、発生した熱が周辺組織に広がることがあります。
目標組織に十分な反応を起こしながら、周辺正常組織の損傷は最小限に抑えることが重要です。
これらの原則 選択的光熱分解(Selective photothermolysis)と言います。
選択的な光熱分解が行われるには、いくつかの条件が必要です。
まず、治療したい標的がよく吸収する波長を選択する必要があります。
ここでは、ターゲット組織に十分なエネルギーを伝達しながら周囲の組織に熱が拡散するのを減らすために、パルス幅とエネルギーを調整する必要があります。
（基本概念の部分で説明したものは、選択的な光熱分解を理解するために必要だったものです。）
色素治療では、メラニン色素が主な標的になります。
色素が表皮にあるのか真皮にあるのか、色素の大きさや特性が何であるかに応じて、適切な波長と照射条件が異なる。
例えば、キュースイッチエンディヤグレーザーは色素病変の治療に利用され、機器や設定に応じて選択的な光熱分解原理を利用することができます。
ただし、すべての色素レーザーが同じように作用するわけではなく、特にピコレーザーのように光音響、光機械的効果が重要に作用する装置もあります。
2) 熱緩和時間 TRT
選択的な光熱分解を理解するときに一緒に見てみると、良い用語 TRT (Thermal Relaxation Time, 熱緩和時間)です。
TRTは、レーザーエネルギーを吸収して加熱されたターゲット組織から熱が周囲に広がり、冷やすのにかかる時間を意味します。
TRTはターゲットのサイズと特性によって異なります。
一般に、小さな色素粒子のように標的が小さいほどTRTが短くなり、大きな組織であるほどTRTが長くなる傾向があります。
したがって、治療対象が何であるかに応じて適切なパルス幅を選択することが重要です。
オプションの光熱分解では、通常、パルス幅はターゲットのTRTと同じか短くなければなりません（PD ≤ TRT）は原則を適用します。
レーザーエネルギーを短時間で伝達して標的の温度を十分に高め、熱が周囲組織に広く拡散する前に標的に所望の反応を起こすためです。
逆に、パルス幅が標的のＴＲＴよりも長すぎると、熱が周囲組織に広がる時間が長くなり、周囲組織の熱損傷が大きくなる可能性がある。
3）選択的光熱分解の拡張理論
色素療法では、標的に発生した熱が周囲の組織に過度に広がらないようにして、正常組織の損傷を最小限に抑えることが重要です。
ところで 選択的光熱分解の拡張理論では、熱が周囲に伝わる特性をむしろ治療に活用することもあります。
代表的な例は脱毛と血管レーザー治療です。
光を吸収する発色団と実際に治療しようとする組織が一致せず、発色団から発生した熱を周囲の治療標的まで伝達して所望の反応を誘導します。
脱毛レーザーは毛髪と毛包に存在するメラニンにエネルギーを供給します。
メラニンが光を吸収して熱が発生すると、この熱が周囲に伝達され、毛包の毛髪生成に関与する組織に影響を与えます。
つまり、光を吸収する発色団であるメラニンと実際に損傷させようとする組織の間に距離がある可能性があります。
血管レーザーも同様です。
このとき光を吸収する発色団は血液中のヘモグロビンであり、ヘモグロビンがレーザーエネルギーを吸収すると熱が発生します。
この熱が血管壁に伝達され、血管に損傷を誘発したり、血管を凝固させる方法で治療効果を発揮します。
このように脱毛と血管治療では、発色団が吸収したエネルギーが熱に変換された後、周囲の治療標的まで伝達される過程が重要です。
発色団と標的組織との間の距離、熱が伝達される時間、周囲組織の性質に応じて、治療反応が変化し得る。
4）光音響効果と光機械的効果
前述の選択的光熱分解が主に熱を使用して標的組織に反応を引き起こす原理である場合、レーザーエネルギーを非常に短時間で伝達するときは、他の反応も現れることがあります。
代表的なもの 光音響効果(photoacoustic effect)と 光機械的効果(photomechanical effect)です。
光音響効果は、色素がレーザー光を吸収した後、非常に速く加熱され膨張しながら圧力波を作り出す現象です。
この圧力波は、色素粒子に機械的力を伝達し、色素を細かく分解するのに寄与することができる。
熱を利用してターゲットを損傷させる方式とは異なり、短時間で発生した圧力変化と機械的反応が重要な役割を果たすという点が特徴です。
光機械的効果は、レーザーエネルギーがターゲットに急速に伝達されたときに発生する膨張と圧力、衝撃波などの機械的作用をカバーする概念です。
光音響効果と密接に関連しており、2つの用語が完全に別個の現象を意味するものではありません。
光音響効果が光の吸収で発生した圧力波に焦点を当てた表現であれば、光機械的効果はその圧力や衝撃などがターゲットに引き起こす機械的作用を強調する表現と理解できます。
これらの効果は、色素療法や入れ墨の除去に利用されます。
例えば、ピコ秒レーザーはパルス幅が非常に短く、色素にエネルギーを素早く伝達し、光音響、光機械的反応を介して色素粒子を分解するために利用されます。
5) 応力緩和時間 SRT
光音響効果と光機械的効果を理解するとき SRT（Stress Relaxation Time、応力緩和時間）という用語が登場します。
ＴＲＴが熱が周囲に拡散する時間に関する概念である場合、ＳＲＴは、レーザ照射によって生じる圧力および機械的応力が標的の内部で伝達され緩和される時間に関連する。
レーザーエネルギーが色素に非常に短時間吸収されると、色素は急速に加熱され膨張する。
このとき発生した圧力が周囲に伝わり、圧力波が作られることがあります。
エネルギーの伝達時間がSRTより短いと、圧力が周囲に広がる前にターゲットの内部に素早く形成することができ、光音響反応を誘導するのに有利です。
これを 応力拘束(stress confinement)といいます。
3. まとめ
長く書いてみましたが、結局患者さんに説明させていただくときは、以下のようにまとめてお話します。
レーザーは光を皮膚に照射し、色素が光を吸収しながら発生する熱を利用したり、瞬間的に発生する圧力で色素粒子を細かく割ったりして作用します。
患者ごとに色素の種類と深さ、肌の状態を調べ、適切なレーザー機器を選択し、エネルギー密度や照射面積などのパラメータを決定します。
その後、実際の皮膚反応と治療経過を確認しながら調整していきます。
4. 終わり
レーザー治療についてできるだけ簡単に解いて説明してみましたが、よく理解されたでしょうか？
見知らぬ用語が多く、一度に理解しにくい部分もあるでしょうが、今回の文がレーザー治療を理解するのに少しでも役に立たれてほしいです。
次の記事では、治療効果と安全性を決定する重要な基準である治療範囲（Therapeutic window）とレーザーの他に色素治療に活用される方法は何かについて説明します。
色素治療を受けながら一度くらい気になったような質問も一緒に扱う予定ですので、次の文もお楽しみください。
読んでくれてありがとう！