常用激光在口腔软硬组织中的应用

2018-10-10 09:10 来源:医学综述
作者:林洁 孙宇 雷雅燕阅读量:6355

    1960年7月由美国科学家梅曼(Maiman)研制出世界上第一台激光器———红宝石激光器,次年便开始应用于临床,此后激光相继应用于医学各个领域。激光具备一些与普通光不同的特性,如亮度高、方向性好、单色性高、相干性高等。激光具有消融、汽化、止血以及生物刺激等作用。

    激光能量当到达组织表面时,可以被反射、散射、吸收或传输到周围的组织。激光的性能取决于吸收的程度。游离水分子、蛋白质、色素、无机物(如磷灰石)和其他大分子的存在是影响激光在生物组织中吸收的主要因素。激光的吸收程度(即激光在生物组织中的穿透深度)取决于波长。较低的吸收系数表示对生物软组织深入渗透,而较高的吸收系数则表现为表面吸收。因此,根据波长的不同,激光一般分为:①深穿透型,如Nd:YAG激光和Diode激光,该类激光穿透和散射到达组织中;②浅穿透型,如CO2激光、Er:YAG激光和Er,Cr:YSGG激光,该类激光在浅层被吸收,不穿透或散射很深。

    根据能量高低,一般可分为:①低能量输出激光,也可称之为“软激光”,如He-Ne激光和Diode激光;②高能量输出激光,也可称之为“硬激光”,如Nd:YAG激光、CO2激光、Er:YAG激光、Er,Cr:YSGG激光。现就常用激光在口腔中的应用与选择进行综述。

    1.Er激光

    Er激光家族有两个不同波长的激光,Er:YAG激光和Er,Cr:YSGG激光。

    1.1Er:YAG激光

    1.1.1Er:YAG激光的作用机制

    Er:YAG激光属于中红外线、固体激光,波长为2940nm,接近水和羟基磷灰石对红外线的吸收峰值,以自由运转的脉冲方式发射。激光辐照口腔软硬组织时,其能量可被组织中的水和羟磷灰石吸收,受辐照区域水的体积膨胀并产生巨大压力,直至超过组织可承受的强度发生微爆炸,从而使牙体组织表面形成凹坑。激光由于大部分能量都用于水的汽化,辐照能量不会在靶点周围过度聚集,能量几乎无残留,局部升温不高,不会对周围组织产生热损害。Er:YAG激光具有良好的烧蚀能力,对软组织和硬组织的热不良反应最小,但止血效果不如CO2激光,且成本高。

    1.1.2Er:YAG激光的临床应用

    ①去除龋坏组织及蚀刻:由于龋损牙体硬组织与正常牙体硬组织的含水量、有机物和无机物的成分比例不同,所以使用Er:YAG激光更容易去除龋损组织。并且Er:YAG激光去龋,噪声小、震动小。有研究发现Er:YAG激光(4Hz,80mJ)和酸蚀剂联合处理牙体硬组织的黏结强度比单独使用激光或酸蚀剂更高。

    ②根管消毒:Er:YAG激光能够杀灭包括粪肠球菌在内的细菌,去除根管内的玷污层,显著提高根管、管间峡区及根尖外细菌的清除率,具有良好的根管消毒效果。

    ③根尖手术、种植手术及拔牙术:Er:YAG激光可凝固、封闭小血管减少术区出血从而获得更为清晰的视野,可减轻术后肿胀、促进愈合。

    ④牙齿漂白及脱敏作用:Er:YAG激光辅助漂白可增强漂白效果且缩短诊疗时间。对患者而言,痛苦少、不会出现牙本质敏感的症状。但Er:YAG激光进行牙齿漂白的长期效果仍有待深入探索。Er:YAG激光被用于治疗牙本质过敏症,效果良好。

    ⑤系带成形术:Er:YAG激光用于软组织在切割时无须麻醉、无痛,切口清洁、准确,术中可有效止血,具有良好消毒作用,无须缝合,且术后愈合较快,瘢痕发生率低。

    ⑥种植体周围炎及牙周治疗:研究发现Er:YAG激光可有效清洁种植体表面。低功率脉冲Er:YAG激光可进入牙周袋内去除龈下结石和牙根表面浅层感染牙骨质,阻止炎症进展,促进牙周愈合。

    ⑦去除牙龈黑色素及黏膜病治疗:Er:YAG激光不需要任何局部麻醉,热损伤小,组织穿透少,因此对上皮组织损伤较小,术中轻微疼痛,用时较短,具有良好的切割和凝血功能,切口炎症反应低,愈合较快,术后感染率低。近年来,Er:YAG激光已用于去除黑色素、黏膜病变手术,均获得良好效果。

    1.2Er,Cr:YSGG激光

    1.2.1Er,Cr:YSGG激光的作用机制

    Er,Cr:YSGG激光又称为水激光,属于中红外线、固体激光,波长为2780nm,与水的吸收峰值接近,并与羟磷灰石的吸收带一致,在作用机制上与Er:YAG激光相似。与Er:YAG激光相比,Er,Cr:YSGG激光对水和牙釉质磷灰石的吸收性能更好。另外Er,Cr:YSGG激光辐照能抑制局部神经冲动的传导,使疼痛缓解。

    1.2.2Er,Cr:YSGG激光的临床应用

    ①龋病的清除和腔的制备:研究表明Er,Cr:YSGG激光可有效去除龋坏组织,并且在4W的条件下去净龋坏的牙釉质及牙本质表面均无熔融及炭化等热损伤的改变。

    ②盖髓术:研究发现Er,Cr:YSGG激光在0.5W无水条件下辐照可达到明显杀菌作用,再联合盖髓剂,预后效果较好。

    ③根管消毒:Er,Cr:YSGG激光除可去除生物膜外,还能在根管中发挥杀菌作用,对粪肠杆菌和白色念珠菌的清除效果较好。但也有研究发现Er,Cr:YSGG激光对感染根管内粪肠球菌的清除效果不如NaOCl溶液。

    ④牙周治疗:Er,Cr:YSGG激光牙龈下清创术是一种安全、舒适、临床有效的牙周清创方法。在一些体外研究中,Er,Cr:YSGG激光被证明可有效去除龈下牙结石,消除组织发炎水肿,而不会对牙根表面造成损害。Er,Cr:YSGG激光在牙周袋清创术中的另一个优点是,只要使用足够的细水雾冷却,就可以避免热损伤(如根表面炭化或熔合)。

    ⑤脱敏:Er,Cr:YSGG激光(1.25W)可有效治疗牙本质过敏症。

    2.Nd:YAG激光

    2.1Nd:YAG激光的作用机制

    Nd:YAG激光属于近红外线、固体激光,波长为1064nm,分为脉冲型和连续型两种辐照模式。其中脉冲型可间断发射激光,很大程度上减少了热量积累,避免温度过高,损伤邻近组织的可能性因此减少。因此,其比连续型Nd:YAG激光得到更广泛的应用。由于Nd:YAG激光波长的吸收特性,应用于牙体硬组织时,硬组织对该激光的吸收能力不强,在表面涂布黑色染料可增强激光在硬组织表面的作用。应用于软组织时,Nd:YAG激光对血红蛋白和色素具有较强的亲和力,通过光热效应对切口起到凝血和杀菌的作用,有效减少切口感染。

    2.2Nd:YAG激光的临床应用

    ①预防龋齿:有研究发现Nd:YAG激光联合染料辐照釉质表面使其受热,可降低釉质中碳酸氢盐和水的含量,最终形成一个更能抵抗酸溶解的结构,故可预防龋齿。

    ②蚀刻:Nd:YAG激光辐照釉质后可见表面粗糙,多孔表面深度较大,表面颗粒明显,凹痕较少与传统酸蚀剂吹后的釉质表面相似。因此,Nd:YAG激光可以作为酸蚀技术的替代而应用于釉质蚀刻。

    ③活髓切断术:Nd:YAG激光应用于活髓切断术未发现任何碳化区和凝固性坏死的牙髓组织且临床成功率较高。

    ④根管清洁和消毒:体外研究证明Nd:YAG激光(15Hz,35mJ)能够有效清除根管内粪肠球菌。

    ⑤脱敏:Nd:YAG激光(20Hz,100mJ)是一种快速成功地减轻牙本质过敏反应的工具,患者满意程度较好,治疗时间较短。

    ⑥牙周治疗:Nd:YAG激光去除牙周袋内的上皮细胞,抑制或消除牙周袋中的牙周病原体,据报道,Nd:YAG激光配合龈下刮治及根面平整术治疗慢性牙周炎Ⅱ类根分叉缺损时,细菌数量明显减少。

    ⑦去除色素:Nd:YAG激光相比手术去除色素所花费的时间较短,出血较少,可视性较好。

    ⑧Nd:YAG激光辅助治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructive sleep apnea syndrome,OSAS):Nd:YAG激光对组织的穿透深,有较强的结痂能力,所以Nd:YAG激光联合扁桃体切除、舌基手术和鼻手术是治疗OSAS轻中度手术的有效方法。

    3.CO2激光

    3.1CO2激光的作用机制

    CO2激光属于中远红外线、气体激光,波长为10600nm,以连续或门控脉冲方式发射。CO2激光对水有很强的亲和力,当被CO2激光辐照的物质含有大量水(如软组织)时,表面碳化或热穿透较少,而如果表面不含大量水(如牙本质和釉质),则容易发生碳化和裂纹形成。CO2激光释放的瞬间,大量的光热能量聚集辐照在病变部位将其碳化,组织被快速切除。CO2激光还可封闭血管,减少术中出血、使视野相比传统手术更好。CO2激光相对其他激光有较强的止血、杀菌和光生物调节作用,且成本低,但有会引起组织碳化、不能用光纤引导、设备体积较大等缺点。

    3.2CO2激光的临床应用

    ①预防龋病:研究证实CO2激光在减少表层釉质脱矿方面的有效性,CO2激光辐照区表面损耗(侵蚀)深度和脱矿严重程度有明显的降低。若联合氟化物治疗可增强这种保护作用。

    ②去除色素:CO2激光治疗牙龈色素沉着是一种高效的治疗方法,但CO2激光治疗术中、术后疼痛评分均明显高于Er:YAG激光治疗。

    ③唇系带修整术、黏膜浅表病变切除术:CO2激光因具有与水亲和的性质,成为口腔医师治疗口腔黏膜病变的一种常用激光。CO2激光密度很低,适用于接近关键解剖结构的位置。CO2激光切除软组织的同时可封闭小血管,减少出血和清晰的视野,手术时间短。但Ryu等研究发现,与其他激光相比CO2激光造成的组织损伤更多。

    ④脱敏:研究发现CO2激光辐照牙体组织表面后,牙本质小管口变小,牙本质小管周围熔化,管状闭塞率相对较高。因此,在一定功率下使用CO2激光可以有效治疗牙本质过敏症,减少症状,而且对CO2成分结构没有明显的影响,尤其是矿物质含量。还有研究发现CO2激光联合2%氟化钠能更有效地减轻牙本质过敏所致的疼痛。

    ⑤种植体周围炎:CO2激光(5W)去除种植体表面的细菌污染物,且不会对种植体表面结构造成任何损害。

    4.低功率激光

    4.1低功率激光的作用机制

    医学上将低功率密度或低能量辐射的激光,如He-Ne激光、Diode激光,称为低功率激光,也称为弱激光。He-Ne激光属于气体激光,波长为633nm,无明显热效应,一般输出功率为20mW,人体损伤阈值为1W/cm2。辐照模式有两种:脉冲模式和连续辐照模式。但目前He-Ne激光的作用机制尚未完全阐明。

    有研究认为可能是激光能量被细胞内的发色团吸收并转化为代谢能,使腺苷三磷酸活性增加,从而促进巨噬细胞和成纤维细胞生长因子的释放和这些细胞的繁殖。所以,许多研究发现He-Ne激光在难愈创面和慢性溃疡的治疗中都取得了良好的效果。Diode激光又称为半导体激光,属于近红外线、固态激光,Diode激光的介质主要由铝、镓、砷、铟化物组成,波长由介质的组成来确定,为800~980nm。二极管激光以连续和(或)门控脉冲模式发射。

    目前应用较多的Diode激光是GAlAs(Gallium-Aluminum-Arsenide)激光(810~830nm)和InGaAs(Indium Gallium-Arsenide)激光(980nm)。Diode激光作用的机制是基于这些半导体中传导电子和价带电子之间能级的差异。由于波长(805~980nm)的吸收特性,Diode激光对色素组织、血红蛋白和氧血红蛋白具有亲和力,利用激光的热效应还封闭毛细血管。研究发现对成纤维细胞具有生物刺激作用,在不改变细胞周期的情况下刺激成纤维细胞增殖能力和细胞分化,利于切口创面的愈合。

    Diode激光在黏膜病、种植体周围炎等疾病的治疗中均取得良好的效果。在软组织中切割中能够减少术区出血,保持术野清晰,对生物组织具有较高的穿透深度,而且比其他激光系统节省空间和成本。低功率激光治疗(low level laser therapy,LLLT),也称为光生物调节,LLLT作为一种生物调节疗法,具有促进待修复组织中生物调节的优点。可增加线粒体呼吸和腺苷三磷酸合成,有利于组织修复,诱导细胞增殖,促进核酸的生成,并增加细胞分裂和胶原合成。在骨组织中,它能促进新骨的形成,促进成骨细胞活性的提高,增加血管化和胶原纤维组织。

    4.2低功率激光的应用

    ①黏膜病:LLLT应用于灼口综合征、扁平苔藓可减轻疼痛。LLLT对口腔黏膜成纤维细胞的增殖有明显的促进作用所以用于治疗复发性阿弗他溃疡可有效促进切口愈合,缩短愈合时间。

    ②脱敏:大量研究证明低能量激光有良好的脱敏效果。

    ③种植:在动物研究中发现低功率激光照射钛种植体,增加了骨与种植体的接触,更好地连接骨种植体,钙和磷的百分比、羟基磷灰石钙的百分比增加,对骨吸收无影响。激光辐照有助于促进骨愈合。增加组织的细胞活性。随着腺苷三磷酸活性的增加,骨细胞的活性和活力也随之增加。有研究认为LLL光子能量被传递到细胞核,经过DNA、RNA以及蛋白质的合成,将导致骨的新形成和吸收,从而增加骨整合。

    ④直接盖髓:低能量激光应用于直接盖髓术在有效杀菌的同时低能量激光的生物刺激作用促进成牙本质样细胞的细胞分化、细胞外基质的合成和修复性牙本质的形成。另外,血红蛋白和黑色素对低能量激光的大量吸收有利于治疗区域在短时间内干燥,止血效果良好。

    5.结语

    随着医疗水平的不断提升,应用于口腔医学的激光种类越来越多,目前激光技术在口腔医学中的应用正处于高度的细化、完善的状态。各类激光在口腔疾病的治疗中有不同的优、缺点。不同的激光工作原理不同,在物理和生物学性能方面有很大的区别,从而决定了不同激光对于软、硬组织的效用不同。对于相同激光在治疗疾病时使用的参数范围不同如波长、频率、功率密度、脉冲结构和应用时间等,其治疗效果也会不同。所以选择合适的激光类型及参数对疾病进行治疗不仅会为医师带来了方便,也会减轻患者痛苦。

编辑: 陆美凤

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