レーザーメスの原理

はじめに

レーザーメスには「出血を少なくできる」「精密な処置を行うことができる」「手術後の痛みや傷跡の腫れが少ない」といった利点があります。
そのため内臓を対象とした外科手術のみならず眼科や歯科、美容外科なども含めて幅広い医療の領域で使用されています。
その原理というのは、どのようになっているのでしょうか？
以下で見ていくことにしましょう。

レーザーの原理

レーザーメスとは、レーザーを応用した医療機器です。
このため、その原理について知ることができれば、レーザーメスの原理を理解することにもなります。
ですので、以下ではレーザーの原理について見ていくことにします。
そもそも、レーザーはLight Amplification by Stimulated Emission of Radiationという英語から作られた略語（LASER）であり、日本語では「誘導放出により増幅された光」という意味があります。

それでは原理について理解するために、原子の世界を考えてみましょう。
原子の構造を見てみると、陽子と中性子からなる原子核の周囲を電子が取りまいています。
この電子に外部から光が当てられると、電子はその光を吸収してエネルギーの高い状態へと変化します。（このような状態は励起と呼ばれます）
その後、直ちにもとの状態に戻ろうとします。（これは遷移と呼ばれます）

遷移の際、電子はエネルギーの差に当たる分を光として放つ（自然放出）のですが、
ここで自然放出された光が励起状態にある別の電子に当たると、その電子からも波長や進む方向がまったく同一の光が放たれることになります。
このとき、1つだった光は2つ（光子が2倍）になって放たれます。

したがって、何らかの手段を用いて励起状態にある電子の数を増やすことができれば、連鎖的な誘導放出による増幅が生じます。
加えて、その光を人為的な方法でさらに増幅すれば、強力な光を作り出すことができるわけです。
これがレーザーの原理です。

最後に

実際の発生装置では、簡単に言えば、レーザー媒質（励起する電子が含まれる物質）が鏡で挟まれた状態になっています。
励起源（励起を起こさせる装置）によって励起状態にされた媒質の電子の数が十分に多くなると、誘導放出された光は増幅され、さらにその光は鏡の反射により増幅されることになります。
そして、その増幅された光が、一方の鏡に開けられた穴から取り出され、物質を切り裂くメスとしての役割を果たすことになるわけです。

なお、レーザーメスは使われている媒質の種類によって炭酸ガスレーザー、アルゴンイオンレーザー、ネオジムヤグ（Nd:YAG）レーザーなどに分類することができ、それぞれに波長が違うことから生体組織への作用も異なるため、目的に応じて使い分けがなされています。