WHO报道，龋病是人类患病率最高的三大非传染性疾病之一，接近90%的成年人患有龋病等牙体硬组织疾病。牙体硬组织的预备和充填是治疗此类疾病的有效方法。激光应用于口腔领域已经有50余年的历史，利用激光进行牙体硬组织预备具有微创、无痛等优势，近年来愈来愈受临床医生的重视。
1.激光进行牙体预备的历史
自1960年Maiman发明第一台红宝石激光器以来，激光在医疗领域中的应用不断延展。激光用于牙体硬组织预备的历史可追溯到1964年，Stern等首次使用红宝石激光对牙体硬组织进行消融。虽然红宝石激光可高效地去除牙体组织，但却会使周围组织显著升温并造成损伤。
随后的研究发现，Nd∶YAG激光、CO2激光和钬（Ho）激光也存在同样的问题，即会造成周围软组织的热损伤和牙体硬组织的微裂和碳化。牙体硬组织的预备需要既高效又安全的激光，并且通过控制能尽量减少周围组织的升温。铒激光则在很大程度上符合这些特点，不但能切削牙体硬组织，而且穿透组织的深度较浅，于1989年被首次报道。
目前，铒激光（包括Er∶YAG激光和Er，Cr∶YSGG激光）已逐渐成为牙体硬组织预备的标准工具，并在1997年获得美国食品药品监督管理局（FDA）的认证。20世纪90年代，随着脉冲激光的脉宽可不断被缩短，激光产生的热量和机械应力得到了更好的控制，这使激光在牙体硬组织预备中的应用得到进一步发展。另一方面，越来越多的学者对G.V.Black提出的预防性扩展理论提出质疑，认为牙体硬组织的治疗应强调微创，即尽可能地保留健康的牙体组织。很多研究报道，应用铒激光进行牙体硬组织预备，可精确地进行选择性去腐，并且能够得到良好的粘接界面。
2.激光预备牙体硬组织的原理
激光进行牙体硬组织预备的原理主要有3种，包括光化学消融、热消融及等离子射频消融。短波长激光的预备原理多为光化学消融，对牙体硬组织的切割效率很低；等离子射频消融需要高能量密度，还处于研究和开发的阶段。目前常见的牙体硬组织预备原理是热消融，如Er∶YAG激光和Er，Cr∶YSGG激光。Er∶YAG激光和Er，Cr∶YSGG激光的波长分别为2940nm和2780nm，位于水分子和羟基磷灰石的吸收高峰附近。
正常牙釉质的含水量为12%，牙本质的含水量为20%。牙釉质和牙本质中的水分吸收激光能量后，温度迅速升高并汽化。水分子汽化导致组织内部压力增加，无机物发生爆炸样的破坏，从而去除牙体硬组织。因为水对铒激光的吸收系数很大，所以周围组织对激光的吸收量相对较少，这使铒激光的穿透深度表浅，对邻近组织的热效应小，从而有效地避免了对周围组织的热损伤。但即便如此，热传导现象也是不可避免的，尽管组织中的水吸收了大部分的激光能量，在预备时仍需对术区进行水雾冷却，以避免对牙髓组织造成热损伤。另一方面，龋坏组织比正常牙釉质和牙本质具有更高的含水量。
有研究报道，龋坏的牙本质含水量可高达54%。所以应用铒激光进行牙体硬组织预备时，龋坏组织会先发生爆破和崩解，从而达到选择性去除感染牙体组织、最大限度保护健康牙体组织的目的。
3.激光与涡轮机预备牙体硬组织的优劣势比较
涡轮机是口腔临床最常使用的硬组织切削设备。虽然涡轮系统可提供2×105r/min的转速进行高效地切削，但这种预备模式始终存在压力、震动、温度改变等影响因素，会引起患者恐惧和疼痛等不适。另外，涡轮预备依赖特殊几何形态的车针，其优势在于可通过器械形态来对预备体进行修整，并且在修整过程中存在触觉反馈，但难以做到精确及微创地预备，往往会过度切削健康的牙体组织。同时，涡轮机在预备过程中会产生1~5μm厚的玷污层，对牙体组织与修复材料的粘接有着重要影响。用铒激光进行牙体预备，相比传统涡轮机预备模式具有以下优势：
（1）精确地微创预备。首先，铒激光本身具有选择性去腐的优势。其次，激光预备依靠非接触式的强化电磁能量，工作尖作用位点集中，可精确地点状去除病变，摆脱传统车针几何形态的束缚。但由于激光预备过程中没有触觉反馈，所以对操作者的临床经验有一定的要求。
（2）良好的粘接界面。铒激光预备后的牙体组织具有良好的粘接界面，其特征包括暴露的釉质结构、无玷污层、开放的牙本质小管等。因此，在随后的粘接修复过程中，铒激光预备后的界面不需要进行酸蚀，因而可避免酸蚀过程可能带来的副反应，如过度酸蚀、酸蚀后牙髓副反应、酸蚀剂残留等。
（3）热副反应的控制。当牙髓组织的温度升高超过5.5℃时，可能会造成牙髓的不可逆性损伤。涡轮机的预备可使牙体表面温度升高700~900℃，冷却系统常不能完全控制如此大量的产热，若未彻底降温，牙髓组织的温度可升高15~20℃。相比之下，铒激光作用于牙体硬组织表浅，产热少。此外，非接触式的激光照射可使水雾冷却系统直接接触预备牙体组织的表面，提供更好的温度控制效果。
（4）诱导牙髓组织再生。应用铒激光进行牙体硬组织预备后，牙髓组织有更为明显的成纤维细胞增生和修复性牙本质的形成。一些研究还指出，铒激光可促进牙髓细胞和成牙本质细胞的分化，进而促进继发性牙本质的形成。
（5）院内感染的控制。应用传统涡轮机进行预备时会使用水雾或气凝胶配合降温，形成的水雾会吸附到轴承的间隙中，若未经严格消毒而再次使用设备时，可能会导致院内的交叉感染。而应用激光预备牙体组织水雾形成相对较少，可更好地进行院内感染控制。
（6）术中舒适度的改善。大量研究显示，相比传统的涡轮手机预备过程，患者更容易接受激光预备的过程。因为在术中不产生高频噪声、无机械预备产生的压力和涡轮机引起的热副反应，并且多数病例可不使用局部麻醉。另外，对于儿童和焦虑症等特殊患者群体，激光治疗是一种更加温和的治疗方式。
使用铒激光进行牙体硬组织预备也存在一些弊端：
（1）无法去除金属充填体。铒激光不能去除银汞合金等金属充填体，此类金属会对激光产生强烈的反射，并且产生有毒的蒸汽。但对于羧酸盐、磷酸盐、玻璃离子等复合材料却可很容易地去除。同样，激光也难以去除带有桩核冠的修复体。
（2）微裂隙的产生。不同的研究对激光预备后微裂隙产生的报道不尽相同，但多数研究证实，铒激光预备后会出现更多的牙本质微裂隙，这种微裂隙可能导致牙髓的感染。因此，在使用激光进行牙体预备时，参数的控制有着十分重要的意义，合适的参数可避免硬组织损伤，如熔融、微裂隙及碳化等，从而更好地保护牙体组织的微结构。
（3）预备效率低。激光预备牙体组织的速率明显低于传统涡轮机。Er∶YAG激光在8W的功率下对釉质切割速率仅为0.256mm/s，远低于涡轮机的0.945mm/s。一些临床研究报道，进行等量的组织预备，铒激光的操作时间是传统涡轮机的3倍。在实验研究中，也有学者通过调节参数加快硬组织的预备速率，但这种参数的调节会降低预备过程中牙髓组织的安全性以及边缘残留组织的完整性。
4.激光预备牙体硬组织的临床要点
牙釉质预备所需最低铒激光能量密度为12~20J/cm2，牙本质为8~14J/cm2。对于正常铒激光光斑面积来讲，脉冲能量可设置为150~250mJ，此参数的设置已考虑到硬组织预备所需的激光能量，同时对周围组织的副反应最小。随着激光器冷却系统的改良，目前的铒激光系统可将参数提高至脉冲能量为400~700mJ，频率为10~20Hz，同时保证牙髓组织不受到热损伤。另外，脉宽的缩短也是激光器不断研发升级的重要参数之一。
有研究证实，在同样450mJ的脉冲能量下，500μs脉宽的激光预备速率为0.057mm3/J，而50μs脉宽的激光预备速率为0.165mm3/J，即当脉宽越短时，对硬组织的切割效率越高。目前的铒激光设备均能提供50μs的超短脉宽，从而提供较高的峰值功率，以有效地去除牙体硬组织。对于龋坏组织的预备而言，临床上所使用的参数设置通常与正常牙体硬组织类似。另外，铒激光预备后的牙体组织表面会形成微空泡结构，有利于直接粘接修复，但不利于间接修复体的粘接在临床操作中，为避免高温造成牙髓损伤，应保证术区有足够的水雾冷却，特别要注意防止水雾被窝洞边缘阻挡。
5.结语
近年来，口腔激光治疗仪在工作原理、制造工艺等方面已日趋成熟，但随着技术的进步，可用于口腔领域的新激光器的研发工作仍未停止，波长9300nm的CO2激光近年已被美国FDA批准用于口腔软、硬组织的治疗。相较传统的涡轮机预备，激光可作为一种极具潜能的工具或替代品。充分发挥激光的优势可避免并发症、减少创伤、增进疗效、增加患者舒适度。在牙体硬组织预备领域应用激光最重要的考虑是选择性的微创预备、蚀刻良好的粘接界面以及提供给患者舒适的治疗过程。激光进行牙体硬组织预备在患儿和成人口腔科恐惧症患者中具有较好的应用前景。
