Schwind / FEMTO LDV Lenticule extraction 비교

시력교정술의 기본은 안구에 들어온 빛이 망막에 정확히 형성할 수 있도록 해 주는 것이다. 이를 위해서는 크게 각막을 변형하는 방법(Keratectomy, 라식(LASIK), 라섹(LASEK), 에피라식(Epi-LASIK), PRK 등)과 안구 내에 교정용 렌즈를 삽입하는 방법(렌즈삽입술(ICL))의 두 가지가 널리 사용되고 있다. 이 중 한국에서 가장 대중적으로 이루어지는 수술은 아마 라식과 라섹(원래 PRK라고 불러야 맞으나 어쩐 일인지 한국에서는 라섹이라고 많이 부르는 것 같음)으로 대표되는, 레이저로 각막을 깎아 원하는 모양을 만들어내는 수술일 것이다. 어느 정도 시력교정에 대해 찾아보았다면 아마 라식과 라섹의 차이 정도는 알고 있을 것이다. 라식은 각막의 전면부를 절개하여 뚜껑(flap)의 형태로 열고, 이후 각막 내부의 실질에 레이저를 조사한 뒤 다시 뚜껑을 덮는다. 라섹은 각막의 표면 상피를 레이저나 알코올 등으로 벗겨낸 뒤 표면부에 직접 레이저를 조사하는 방법이다.

라섹(PRK, 맨 왼쪽)과 라식(LASIK), 스마일(SMILE)의 수술 방식 비교.

라식은 각막의 뚜껑 절편을 여는 수술이므로 이 뚜껑과 관련된 다양한 합병증이나 사고가 생길 수 있다. 아마 가장 중요하게 느껴지는 건 뚜껑을 만들면서 각막의 신경들이 잘려나가기 때문에 생기는 안구 건조일 것이다. 이외에도 수술 후 외상 등으로 인해 뚜껑이 밀리는 경우(flap dislocation)가 드물게 있으며, 드물게 플랩 절개 과정에서 가운데가 뚫리는 경우(flap buttonhole), 플랩이 밀리거나 접히는 경우(flap fold/striae) 등이 발생하기도 한다. (다만 한국의 시력교정술은 세계 최고 수준인데다 의사들도 항상 충분히 주의하기 때문에 정말 운이 아주 나쁜 경우 생길까 말까 한 정도?) 때문에 운동 등의 격렬한 신체 활동을 하는 사람이나, 평소에 안구 건조가 있는 사람은 라식이 권장되지 않기도 한다.

라식에 의한 안구 건조는 플랩을 만드는 과정에서 절개(주황색 선)선을 따라 각막 표면에 분포하는 신경들이 잘려나가기 때문에 생긴다. 이렇게 잘려나간 신경은 원래 수준으로 회복되는 데에 6개월 이상이 걸린다.[1]

라섹은 각막 절편을 만드는 라식과 달리 각막 표면을 직접 깎기 때문에 이러한 부작용이 생기지 않는다. 다만 라섹은 통증이 매우 심하다는 문제가 있으며, 드물게 회복 과정에서 각막에 염증 반응이 일어나면 혼탁이 생기기도 한다. 또한 라섹 과정에서 깎여 나가는 각막 표면의 보먼 막(Bowman’s membrane, 기능은 알려져 있지 않음)은 완전히 재생되지 않기도 한다.

ReLEx SMILE 수술 – Carl Zeiss Meditec AG

이러한 단점들을 극복하기 위해 2011년에 칼 자이스 메디텍(Carl Zeiss Meditec AG)에서 ReLEx SMILE, 소위 스마일라식이라는 새로운 수술 방식을 개발하였다. ReLEx SMILE은 기술적으로 기존의 레이저 시력교정술과 완전히 다르다. 기존 레이저 시력 교정술은 엑시머 레이저(일반적으로 193nm 파장의 ArF 레이저)를 이용해 각막을 교정량만큼 분해하여 날려버리는 방식이었으나, ReLEx SMILE은 펨토세컨드 레이저를 사용한다. 이 펨토세컨드 레이저가 기존 레이저와 다른 점은, 원하는 특정한 아주 좁은 지점에만 레이저를 조사할 수 있다는 것이다. 기존의 엑시머 레이저는 각막에 닿는 표면에만 작용한다. 빛은 직진하므로 아주 당연한 이치이다. 때문에 반드시 표면부터 깎아들어갈 수밖에 없었고, 교정을 위해 먼저 깎아낼 부분을 노출시켜야 했다. 이 교정 부위를 노출시키는 과정이 라식에서는 절편으로 인한 부작용을 유발했고, 라섹에서는 고통을 유발한다. 하지만 펨토세컨드 레이저는 원하는 깊이만 정확히 절개하는 것이 가능하다. 표면을 건드리지 않고 내부를 잘라내는, 일반적인 상식으로는 불가능한 수술을 할 수 있는 것이다. 이를 이용해 칼 자이스 메디텍에서는 이전에 존재하지 않던 새로운 수술 방식을 고안해낸다. 바로 렌티큘(Lenticule)을 만드는 수술 방법이다.

펨토세컨드 레이저는 아주 작은 영역(수 μm)에 아주 짧은 시간(수백 fs)동안만 레이저를 조사함으로써 주변 조직의 손상을 최소화하면서 원하는 부분만을 절개할 수 있다.

이전의 엑시머 레이저는 각막을 원하는 모양으로 직접적으로 깎아냈지만, 렌티큘 수술 방법은 각막 내부를 교정이 필요한 만큼 절개해서 이를 제거하는 방법이다. 각막 내부에 존재하던 (여분의) 콘택트렌즈를 꺼낸다고 생각하면 된다. 이렇게 만들어진 각막 내부의 ‘렌즈’를 렌티큘(lenticule)이라고 하며, 이는 의사가 수작업으로 제거하게 된다. 이 수술 방법은 각막 표면은 최소한으로만 건드리면서 내부에서 렌티큘을 꺼내기 때문에 기존의 라식과 라섹의 장점을 적절히 절충할 수 있게 되었다. (물론 단점도 절충되긴 한다.) 칼 자이스 메디텍에서는 이를 자사의 VisuMax 장비를 통해 Refractive Lenticule Extraction, SMall Incision Lenticule Extraction, 최소 절개 렌티큘 제거, ReLEx SMILE이라는 브랜드로 상용화하였다.

ReLEx SMILE의 수술 과정 먼저 펨토세컨드 레이저로 각막 내부를 렌즈 모양으로 잘라낸 뒤, 만들어진 ‘조각’을 의사가 포셉으로 꺼내게 된다.

물론 이러한 펨토세컨드 레이저가 칼 자이스만의 기술은 아니다. Ziemer라는 회사에서는 이미 FEMTO LDV Z시리즈 장비를 만들고 있고, 아큐브 렌즈로 잘 알려진 Johnson & Johnson Vision의 IntraLase FS, 바슈롬의 Femtec 등 많은 장비가 이미 출시되어 다양한 안과에서 펨토라식, 레이저 백내장 수술 등의 목적으로 사용되고 있다. 그래서 곧 ReLEx SMILE과 유사한 렌티큘 제거 방식의 수술을 다양한 회사에서 실용화할 것으로 보였다. 그리고 2021년 현재, 드디어 아마리스 시리즈 레이저로 유명한 Schwind에서 개발한 ATOS 펨토세컨드 레이저를 사용한 SmartSight 수술과 FEMTO LDV Z8 레이저를 사용하는 CLEAR 수술이 실용화를 앞두고 있는 것으로 보인다. 2020년에 이들 새로운 장비가 CE 인증을 받고 이들을 사용한 수술에 대한 실험 데이터가 공개되어 이들을 간단히 정리해 본다. 다음 링크에 있는 펨토세컨드 레이저 장비를 비교한 글을 함께 읽으면 더욱 좋을 것이다. https://crstoday.com/wp-content/themes/crst/assets/downloads/CRST1008_06.pdf

SmartSight 수술 – SCHWIND eye-tech-solutions GmbH

우선은 완전히 새로 출시된 장비인 Schwind의 ATOS를 이용한 SmartSight이다. Schwind는 이미 아마리스 시리즈의 시력교정용 레이저를 오랫동안 만들어 왔고, 아마리스 시리즈의 최신 기종인 AMARIS 1050 RS는 업계 최고의 성능을 자랑한다. ATOS는 Schwind사에서 처음으로 출시한 펨토세컨드 레이저 장비로, 이전의 AMARIS 시리즈에서 제공되는 다양한 기능들을 그대로 담았다.

ATOS 장비의 첫 수술 결과에 대한 보고서는 2020년 10월에 공개되었으며, 네팔에서 185명의 환자를 대상으로 이루어졌다.[2] 이 논문의 저자는 원래 ReLEx SMILE 수술에 대한 경험이 1만회 이상 있었으며, 우선 수술이 쉬운 경우부터 시작하여 조금씩 다양한 환자에게 SmartSight 수술을 시행해 본 것으로 보인다. 이 논문에 따르면 SmartSight 수술을 할 때 ATOS에서 레이저 설정은 spot distance 4.0μm, 펄스 에너지 120nJ, 총 수술 시간 33s였다. 전체적인 레이저 스펙은 ReLEx SMILE에 사용되는 VisuMax와 크게 다르지 않다.

ReLEx SMILE에서 만드는 렌티큘의 구조.

그러나 상세 동작에서는 꽤 차이가 나는 것 같다. VisuMax는 ReLEx SMILE을 위한 렌티큘을 만들 때 볼록렌즈 모양인 렌티큘을 찢어지지 않게 잘 꺼낼 수 있도록 렌티큘의 테두리를 따라 두께 15μm정도의 사이드 컷(side cut)을 만든다(아래 그림 참고.) 그런데 ATOS는 사이드 컷을 만들지 않는다. 수술 결과를 보면 이 점이 크게 문제가 되지는 않는 것 같다.

그리고 VisuMax는 자동화된 안구 추적을 지원하지 않기 때문에 의사가 직접 눈에 반사된 초록색 불빛을 보고 안구의 중앙을 정렬해야 한다. 일반적으로는 안구의 중앙이면 그냥 동공에 맞추면 되는 게 아닌가? 싶겠지만 안타깝게도 인간의 눈은 그렇게 정확하게 만들어져 있지 않다. 동공의 중앙과 시야의 중앙점, 안구의 광학적 중심, 각막의 정단(apex)은 일반적으로 서로 일치하지 않고, 때문에 이 중 하나에 중심을 맞추게 되면 나머지 지점과는 어긋나게 된다. 일반적으로 이러한 오차는 크지 않기 때문에 수술 후 시력에 영향을 미치지는 않는다.[3] 다만 시력이 아주 나쁘다면 혹시 문제가 될 가능성이 없지는 않고, 이왕 맞추는 김에 정확히 맞추면 기분이 좋지 않은가. 이상적이라면 당연히 안구의 광학적 중심에 레이저의 중심을 맞추어 수술하는 것이 좋겠지만, 이 점 때문에 사실상 안구의 광학적 중심에 수술을 하는 것은 불가능하다. 때문에 VisuMax의 가이드에서는 장치의 초록색 불빛이 안구에 반사되는 푸르킨예 상(Purkinje image)이 일치하도록 맞출 것을 권고하고 있다. 국내의 시력교정 안과들에서는 서로 자기들이 안구의 중심점을 더 잘 맞춘다며 광고하는 진풍경도 쉽게 볼 수 있다.

ReLEx SMILE 수술에서는 VisuMax 레이저 장치에서 나오는 초록색 불빛이 환자의 안구 내부에서 반사되어 생기는 푸르킨예 상(Purkinje Image)이 일치하도록 레이저를 정렬한다.

그런데 Schwind는 현존하는 최고의 안구 추적 기술을 보유하고 있다. AMARIS 1050 RS는 1050Hz로 안구를 추적하며, 안구의 상하좌우 회전, 상하좌우 이동은 물론이고 Z축 회전(cyclotorsion)과 앞으로의 움직임까지 예측하는 안구 추적을 지원한다. ATOS에서도 이러한 안구 추적 기술이 그대로 들어갔는데, 여기서 눈여겨 볼 것은 Z축 회전(cyclotorsion)에 대한 보상이다. VisuMax는 Z축 회전(cyclotorsion) 보정을 지원하지 않기 때문에 난시(astigmatism)가 매우 심한 경우 수술 후 시력에 영향을 미칠 가능성이 있는데, ATOS는 이 문제를 해결했다.

Schwind ATOS 장비는 안구의 Z축 회전(cyclotorsion)을 자동으로 보상한다.

이외에는 VisuMax의 장점들을 대부분 포함하고 있다. 곡면 형태의 각막 접촉부(patient interface)를 통해 수술 중 각막의 변형을 최소화한 점 등이다. 다만 각막을 고정하는 석션 압력은 250mmHg-400mmHg로 35mmHg정도인 VisuMax에 비하면 높은 편이다. VisuMax는 석션 압력을 낮춤으로서 수술 후 각막에 발생할 수 있는 출혈 등을 줄이고 수술 중 안압(IOP) 상승을 최소화하였으며, 수술 중에도 환자가 앞을 볼 수 있도록 하였으나, 낮은 석션 압력으로 인해 종종 수술 중 각막 고정이 풀리는 사고가 발생하고는 한다. SmartSight는 수술 중 각막 고정이 풀리는 경우는 거의 없을 것 같다.

이외에 레이저 펄스 속도는 <4MHz로 500kHz인 VisuMax에 비해 빠르며, 현재 업계 최고인 FEMTO LDV Z8(5MHz) 수준이다. 레이저 펄스 길이는 <295fs로 220-580fs인 VisuMax와 겹친다. 펄스 에너지는 100nJ-140nJ 범위에서 조절 가능하여 125nJ-170nJ까지 조절 가능한 VisuMax와 거의 겹치지만 다소 약하다. (다만 VisuMax는 공식 제원상 펄스 에너지 조절 범위가 이렇게 되어 있는데, 국내의 몇몇 안과는 기포(OBL) 발생과 조직 손상을 줄이기 위해 110nJ, 혹은 115nJ까지 에너지를 낮추어 사용하고 있는 것으로 보인다.) 레이저 스폿 크기와 스폿간의 거리는 렌티큘 상부 및 하부면에서 2.5-5.0μm 범위, 가장자리에서 1.5-4.0μm 범위 내에서 조절 가능하여 2.0-3.0μm 범위에서 조절 가능한 VisuMax보다 다소 넓다.

또한 VisuMax는 렌티큘 하부를 절개할 때에는 바깥쪽부터, 상부를 절개할 때에는 안쪽부터 바깥쪽으로 진행하는데, ATOS는 모두 안쪽부터 바깥쪽으로 진행한다. VisuMax가 렌티큘 하부를 바깥쪽부터 절개하는 것은 환자가 최대한 오랫동안 시야를 유지할 수 있게 하기 위한 목적인데, ATOS는 어차피 높은 석션 압력으로 인해 수술 시작 순간부터 앞이 보이지 않을 테니 그냥 상관하지 않는 건가 싶다. 이외에 렌티큘 모양이 약간 달라 기존 ReLEx SMILE에 익숙한 의사는 다소의 적응이 필요하다고 하다는데, 큰 차이는 없는 것 같다.

렌티큘을 꺼내기 위한 측면의 절개(incision)창 크기도 2.0-5.0mm 범위 내에서 조절 가능하여 VisuMax와 동일하다. (다만 이 역시 국내의 몇몇 안과들에서는 1mm대로 줄여서 수술하며, 특히 원장님이 안구진탕 환자를 대상으로도 수술을 하는 동영상을 올리는 등 묘기를 선보이고 있는 모 안과에서는 1mm까지도 줄이고 있다. 제원상의 값보다 더 줄이는 것이 가능해 보인다.) 전체적으로 VisuMax와 매우 유사해 보이며, Schwind만의 안구 추적 기술을 기반으로 한 cyclotorsion 보정 기능이 특히 눈에 띈다.

CLEAR 수술 – Ziemer Ophthalmic Systems AG

다음은 CLEAR 수술이다. 이 수술에 사용되는 FEMTO LDV Z8 레이저 장비는 이미 수 년간 안과에서 널리 사용되던 장비로, 국내에서도 이미 많은 안과에서 도입하여 백내장 수술, 펨토라식 수술 등에 널리 사용하고 있다. Ziemer 사에서는 이러한 자사의 FEMTO LDV에서 사용할 수 있는 새로운 수술 모드로 CLEAR라는 렌티큘 수술 방식을 개발했다. 이 CLEAR 수술을 돼지의 눈을 대상으로 진행하고 결과를 평가한 보고서가 2020년 9월에 공개되었다.[4]

FEMTO LDV Z8은 왼쪽과 같이 안구 고정 부위(patient interface)가 평면이며, VisuMax는 오른쪽과 같이 안구를 고정하는 부위가 곡면이다. 곡면형에 각막을 고정하는 방식의 인터페이스는 VisuMax가 처음 나왔을 때 기존의 펨토세컨드 레이저 장비와 가장 크게 차별화되는 점이기도 했다.

FEMTO LDV Z8의 레이저 펄스 반복 속도(pulse repetition rate)는 업계 최고 수준인 최대 5MHz로, VisuMax의 10배이다. 또한 FEMTO LDV만의 특징적인 기능으로, 각막을 석션으로 고정한 뒤 다시 중심점을 설정하려면 고정을 풀어야 하는 VisuMax나 ATOS와는 다르게 각막을 고정한 후에도 그 상태로 중심점을 다시 설정할 수 있다. 또한 렌티큘 제거를 처음 하는 의사를 위해 절개창을 2개 만드는 기능을 지원한다. 수술 중 OCT(Optical Coherence Tomography, 각막의 단면을 볼 수 있는 장비라고 생각하면 됨)를 사용할 수 있어 이를 통해 안구의 중심점을 맞출 수도 있다. 다만 곡면형 안구 고정 장치(patient interface)를 사용하는 VisuMax나 ATOS와 다르게 FEMTO LDV는 안구 고정 장치가 평면이고 결막 부분을 고정하는 방식이기 때문에 수술 중 환자가 앞을 볼 수 없으며, 석션 압력이 높아 수술 중 안압(IOP)의 증가 역시 201.9mmHg 수준으로 83mmHg 수준인 VisuMax에 비해 높다.[5] 수술 시간이 기본적으로 길지만 고정 압력이 높은 만큼 수술 중 고정이 풀릴(suction loss) 위험은 VisuMax보다 낮을 지도 모르겠다. FEMTO LDV Z8은 백내장 수술을 할 때에는 액체 형태의 인터페이스(liquid patient interface)를 제공하는데, CLEAR 수술에도 적용된다면 각막에 무리가 가해지는 것을 크게 줄일 수 있지 않을까 싶다.

이외에 수술 결과는 기본적으로 돼지의 안구를 사용한데다 절대적으로 샘플 수가 적기 때문에 크게 무게를 두고 보지는 못할 것 같다. 수술 시간은 FEMTO LDV Z8에서 더 길고, 절개된 렌티큘의 표면은 FEMTO LDV에서 더 균일했다. 아마 펄스 속도가 빠르고 레이저 펄스 스팟의 크기 역시 2μm 미만으로 VisuMax에 비해 작다 보니 자연히 더 균일한 절개면이 나온 것 같다.

위 보고서를 작성한 사람은 500사례 이상의 ReLEx SMILE 수술 경험이 있는데, SMILE에서는 렌티큘의 가장자리 부위 고리 모양을 쉽게 확인하여 절개창을 구분할 수 있는 반면 FEMTO LDV Z8은 렌티큘의 가장자리가 다소 덜 뚜렷하게 식별된다고 한다. 때문에 기존에 ReLEx SMILE 수술 경험이 풍부한 의사라도 다시 적응하는 과정이 필요하다고 한다.

이 글을 작성하면서는 VisuMax의 FDA 승인 문서(https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf15/P150040D.pdf)와 ATOS의 설명서(https://www.eye-tech-solutions.com/services/customer-support/user-documentation/User%20Docu%20Treat%20EN/IfU_E090_SCHWIND_ATOS_V4.0_EN.pdf)를 많이 참고하였다.

[1] Bandeira, Francisco et al. “Corneal re-innervation following refractive surgery treatments.” Neural regeneration research vol. 14,4 (2019): 557-565. doi:10.4103/1673-5374.247421

[2] Pradhan, K. R., and S. A. Mosquera. “Initial experience with the SCHWIND ATOS and SmartSight lenticule extraction.” J Clin Res Med 3.4 (2020): 1-5.

[3] Mosquera, Samuel Arba, Shwetabh Verma, and Colm McAlinden. “Centration axis in refractive surgery.” Eye and Vision 2.1 (2015): 1-16.

[4] Wang, Mengmeng, et al. “First Experience in Small Incision Lenticule Extraction with the Femto LDV Z8 and Lenticule Evaluation Using Scanning Electron Microscopy.” Journal of Ophthalmology 2020 (2020).

[5] Williams, G. P., et al. “Comparison of intra-ocular pressure changes with liquid or flat applanation interfaces in a femtosecond laser platform.” Scientific reports 5.1 (2015): 1-11.

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