激光活化根管沖洗研究進(jìn)展

劉瑩　　姜濤　　林青

[摘要] 根管系統(tǒng)的細(xì)菌污染被認(rèn)為是牙髓和根尖周病變發(fā)展的主要病因。根管系統(tǒng)有效的化學(xué)機(jī)械預(yù)備是根管治療成功的重要步驟。為了達(dá)到更好的消毒效果，不同的沖洗技術(shù)應(yīng)用于根管治療中，包括根管刷、聲波、超聲蕩洗等。近年來，激光活化根管沖洗亦應(yīng)用于臨床?；诂F(xiàn)階段的研究，激光活化沖洗的效果（尤其是Er：YAG激光的使用）由于特定的空化現(xiàn)象和聲流的誘導(dǎo)而變得更加有效。本文就激光活化根管沖洗的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床醫(yī)生提供根管治療沖洗方案的選擇及比較。

[關(guān)鍵詞] 牙髓病學(xué)；根管治療；根管沖洗；Er：YAG激光

[中圖分類號] R781.05 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-9701（2018）31-0154-06

Research progress of laser-activated root canal irrigation

LIU Ying1 JIANG Tao1 LIN Qing2

1.Center for Stomatology and Medical Cosmetics， Ji'nan Hospital of Stomatology， Ji'nan 250001， China； 2.High-tech Branch， Ji'nan Hospital of Stomatology， Ji'nan 250001， China

[Abstract] Bacterial contamination of the root canal system is considered to be the main cause of the development of pulp and periapical lesions. Effective chemical mechanical preparation of the root canal system is an important step in the success of root canal treatment. In order to achieve better disinfection， different irrigation techniques are used in root canal treatment， including root canal brush， sonic， ultrasonic washing， etc. In recent years， laser-activated root canal irrigation has also been used in clinical practice. Based on current research， the effect of laser-activated irrigation（especially the use of Er：YAG lasers） has become more efficient due to the specific cavitation phenomena and the induction of sound currents. This article reviews the research progress of laser-activated root canal irrigation， and provides clinicians with the choice and comparison of the irritation protocols in root canal treatment.

[Key words] Endodontics； Root canal treatment； Root canal irrigation； Er： YAG laser

隨著激光科學(xué)的發(fā)展，Stern于1965年首次將激光使用于牙科。目前，激光廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域，包括二極管激光、Nd：YAG激光、Er：YAG激光、CO2激光等。不同種類和波長的激光用于牙髓治療中。Er：YAG激光是紅外激光，波長為2940 nm。Er：YAG激光在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究日漸增多，其在牙體硬組織切削方面的獨特優(yōu)勢也得到了越來越廣泛的認(rèn)可。水對2940 nm波長的激光吸收最為強(qiáng)烈。這個特性得以應(yīng)用于根管沖洗中，為激光活化根管沖洗（laser activated irrigation，LAI）的基礎(chǔ)原理。1996年Er：YAG激光開始用于輔助根管沖洗與消毒，2002年，Er：YAG激光獲FDA批準(zhǔn)用于根管治療中的根管清理和消毒[1]。本文就激光活化根管沖洗的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床醫(yī)生提供根管治療沖洗方案的選擇及比較。

1 根管沖洗的研究現(xiàn)狀

根管系統(tǒng)的細(xì)菌污染被認(rèn)為是牙髓和根尖周病變發(fā)展的主要病因。根管系統(tǒng)有效的化學(xué)機(jī)械預(yù)備是根管治療成功的重要步驟?，F(xiàn)代的牙髓治療包括用牙本質(zhì)的機(jī)械清創(chuàng)術(shù)和化學(xué)藥物進(jìn)行沖洗和消毒，目的是將所有的微生物從根管系統(tǒng)中去除。根管系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是側(cè)、副根管、根尖分叉、根尖分歧、根尖鰭狀以及管間交通支等結(jié)構(gòu)的存在給臨床根管治療帶來很大的挑戰(zhàn)，成為影響牙髓非手術(shù)治療效果的重要因素。雖然現(xiàn)有的器械以一種可預(yù)測的方式對根管進(jìn)行塑形，但它們只能接觸到部分的根管壁。根據(jù)Peters等[2]的研究，根管治療中使用器械清理成型后，仍有35%的根管壁未被接觸。軟組織碎片和微生物可能以浮游和多層生物膜的形式存在于根管系統(tǒng)中[3]。此外，在機(jī)械預(yù)備中器械接觸到的根管壁會形成玷污層，是否去除玷污層仍有爭論，目前更多的證據(jù)支持去除玷污層。從生物學(xué)角度看，除了可能感染的玷污層本身外，它還能保護(hù)在牙本質(zhì)小管中已經(jīng)存在的細(xì)菌，妨礙根管內(nèi)的消毒藥劑滲透到小管中[4]，并干擾牙膠進(jìn)入牙本質(zhì)小管和根管封閉劑附著和進(jìn)入牙本質(zhì)小管[5]。

傳統(tǒng)的臨床根管沖洗技術(shù)是使用針管用不同濃度次氯酸鈉溶液和EDTA溶液交替沖洗，這種方法對于去除根管冠1/3及中1/3的碎屑及玷污層非常有效，而對于根管根尖1/3處的效果較差[6]。這很大程度是因為根尖部根管狹窄的尺寸以及如何使沖洗液體接觸到根管壁的物理問題。使用末端或側(cè)方開口的針頭沖洗根管創(chuàng)造了液體的運動，可以從根管壁上清除松散的附著的碎片和微生物。使用注射器所達(dá)到的沖洗效果是非常溫和的，因為沖洗液體達(dá)到的區(qū)域不超過針尖1 mm[7]。根管沖洗的程度受根管直徑、根管橫截面形態(tài)、針頭放置的深度以及針頭的直徑的影響。沖洗根管會出現(xiàn)很多問題，包括氣泡和蒸汽鎖的形成，阻止了液體流入根管峽部、側(cè)支根管。這解釋了為何傳統(tǒng)的沖洗方法及沖洗系統(tǒng)均無法徹底清理根管的原因[8]。

學(xué)者們改進(jìn)了多種方法來增加沖洗液體的接觸程度，包括使用機(jī)械振動、超聲能量或者脈沖激光。這些方法增加沖洗液和根管壁的接觸，升高液體的溫度，從而增加它們的化學(xué)作用。超聲震蕩會產(chǎn)生一種持續(xù)的沖洗運動，并通過一種稱為聲流的效果來改善碎屑的去除[9]。超聲激活的NaClO還可以改善玷污層的去除[10]，但主要目的是改善消毒和軟組織殘余的去除[11]。除了聲流，超聲波能在儀器的尖端產(chǎn)生空泡[12]。隨之而來的爆炸和內(nèi)爆會產(chǎn)生剪切應(yīng)力，從而破壞生物膜，并破壞微生物。

2 激光活化根管沖洗原理

在過去的十年中，學(xué)者們已經(jīng)研究了使用激光能量誘導(dǎo)根管內(nèi)沖洗液的空化和聲流，并且已經(jīng)開發(fā)了使用激光活化沖洗的一些臨床方案。激光活化沖洗依賴于水對激光能量的吸收。在相關(guān)研究[13]中，大部分的工作都使用中紅外區(qū)域激光，在這個區(qū)域水的吸收最強(qiáng)烈，如Er：YAG激光（2940 nm波長）和Er，Cr：YSGG激光。當(dāng)沖洗劑中產(chǎn)生蒸汽和氣泡時，吸收產(chǎn)生光聲和光機(jī)械效應(yīng)。這些氣泡形成然后內(nèi)爆，由氣泡塌陷產(chǎn)生的沖擊波使流體快速移動。沖擊波和流體運動的結(jié)合在根管壁上產(chǎn)生高剪切應(yīng)力[14]。這可以破壞厚的玷污層，清除根管壁的碎片，大大提高EDTA去除玷污層的效果[15]。當(dāng)使用脈沖激光活化根管沖洗時，NaClO和EDTA溶液在牙髓治療中的性能可以顯著提高。這些能量源產(chǎn)生流體運動，改善沖洗液與旋轉(zhuǎn)器械無法達(dá)到的根管壁區(qū)域的接觸。它們還會增加流體的溫度，從而增強(qiáng)它們在軟組織和硬組織上的化學(xué)作用。盡管激光尖端本身仍處于靜止位置，但在LAI對根管沖洗液中空化氣泡的誘導(dǎo)的研究已證實在管道中有高速流體運動[16]。這是一個重要的臨床因素，因為醫(yī)生不必操縱激光光纖來達(dá)到所需的沖洗液的激活。

光子誘導(dǎo)光聲流技術(shù)（Photon induced Photoacoustic Streaming，PIPS）是一種激光激活沖洗形式[17，18]。其作用機(jī)制是通過創(chuàng)建強(qiáng)烈的光聲波沖擊波，在整個根管系統(tǒng)中三維流動沖洗液。激光器在低脈沖能量下使用，并且使用短脈沖持續(xù)時間[19]。在整個根管長度范圍內(nèi)，空化引起流體流動的速度比超聲波攪拌所見的速度高出十倍[20]。這種流體流動增強(qiáng)了碎片的去除[21]。與其他常規(guī)激光應(yīng)用不同，獨特的錐形和剝離式PIPS尖端不需要放置在根管內(nèi)部，而是僅放置在髓腔內(nèi)，減少了使用較大的銼和旋轉(zhuǎn)器械來預(yù)備較大的錐度，可有效地到達(dá)根尖1/3處精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)如根尖鰭狀、峽部、側(cè)支根管等。這種非熱力壓力波已被證明可有效去除重要組織和壞死組織，殺死細(xì)菌，清除生物膜，甚至消毒牙本質(zhì)小管[22]。

相關(guān)研究[23]報道一種新的沖擊波增強(qiáng)發(fā)射光聲流（Shock wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS）技術(shù)，該技術(shù)同步激光脈沖輸送，增強(qiáng)在根管中由塌陷泡沫發(fā)出的沖擊波。隨著激光誘導(dǎo)空化泡的破裂開始，第二脈沖被輸送到液體中，形成第二空化泡。第二空化氣泡的生長加速了第一空化氣泡的塌陷，導(dǎo)致劇烈的崩潰，在此期間發(fā)出沖擊波。此外，在激光活化沖洗期間，沖擊波也會從塌陷的二次空化氣泡中釋放出來，這些氣泡在整個根管長度內(nèi)自然形成。與主要的空化氣泡不同，次生氣泡在其崩塌過程中靠近管道壁，產(chǎn)生能夠從根管壁去除碎屑的剪切流[24]。另外，由于它們靠近根管壁，發(fā)射的沖擊波在它們到達(dá)玷污層時仍然以超音速傳播，從而可能進(jìn)一步增加清潔機(jī)制。

3 LAI效果的研究進(jìn)展

LAI、PIPS技術(shù)在去除根管內(nèi)碎屑、玷污層、糞腸球菌、氫氧化鈣、根管再治療碎屑等各個方面均有報道。關(guān)于激光活化沖洗技術(shù)的效果及其與沖洗液的配伍在根管沖洗效果的研究結(jié)果不盡相同。多位學(xué)者研究結(jié)果顯示使用PIPS和NaClO沖洗劑進(jìn)行的LAI可改善溶液在牙本質(zhì)小管中的滲透[25]，對根管內(nèi)糞腸球菌有良好的抑制作用[26-27]，以及增強(qiáng)了牙髓軟組織的溶解[28]。Shahrani等[29]研究比較單獨次氯酸鈉沖洗與PIPS聯(lián)合次氯酸鈉沖洗，使用PIPS聯(lián)合次氯酸鈉溶液沖洗去除根管內(nèi)細(xì)菌生物膜最有效。Xiaofei Zhu等[30]比較了PIPS技術(shù)和傳統(tǒng)針管沖洗技術(shù)在抗菌效果以及玷污層的去除效果，發(fā)現(xiàn)PIPS技術(shù)和使用次氯酸鈉溶液和EDTA溶液傳統(tǒng)針管沖洗均能有效地減少糞球菌以及去除根管冠1/3和中1/3的玷污層，但均不能去除根尖1/3的玷污層，提示用PIPS聯(lián)合次氯酸鈉沖洗和用NaClO+EDTA常規(guī)注射器沖洗在單根管中去除糞腸球菌和玷污層的能力相當(dāng)。Pedullà等[31]研究PIPS技術(shù)的抗菌效果，表明單獨使用雙蒸水沖洗的效果顯著不佳，使用或不使用激光活化雙蒸水的情況下，細(xì)菌減少有統(tǒng)計學(xué)差異，而在使用或不使用激光活化的次氯酸鈉溶液時，細(xì)菌減少沒有顯著差異。這些研究提示NaClO的化學(xué)作用似乎比刺激活性的物理作用更重要，從而降低了治療組之間的差異。而且，激光活化似乎并沒有顯著增加NaClO的化學(xué)作用[32]。

氫氧化鈣是常見的根管內(nèi)封藥，然而殘留的氫氧化鈣阻礙了封閉劑滲透到牙本質(zhì)小管中，影響了根管封閉的效果[33]。研究顯示所有的技術(shù)均不能完全去除根管內(nèi)的氫氧化鈣，激光活化沖洗比傳統(tǒng)針管沖洗更有效[34]，激光活化沖洗和超聲被動沖洗技術(shù)在根管內(nèi)殘留的氫氧化鈣更少[35]。Arslan等[36]比較PIPS、超聲沖洗、Endo Activator和沖洗器，分別沖洗60 s觀察去除氫氧化鈣的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PIPS可完全去除氫氧化鈣，而其他三種方法均不能完全去除，殘留藥量分別為24%、54%和 75%。PIPS是目前報道過的唯一能完全清除氫氧化鈣的沖洗方法，但由于研究尚少，其沖洗效果需進(jìn)一步驗證。

根管內(nèi)殘留壞死組織和細(xì)菌是造成根尖炎癥和治療失敗的主要原因之一。從預(yù)備不完全、已充填的根管內(nèi)盡可能地去除牙膠及糊劑是清除根管內(nèi)殘留的壞死組織和細(xì)菌的關(guān)鍵步驟[37]。目前研究表明，尚無任何一種方法可以完全去除根管內(nèi)充填物，特別是根尖1/3[38]。Keles等[39]比較了激光、超聲、自適應(yīng)銼去除卵圓形根管再治療后根管內(nèi)碎屑及玷污層的效果，與傳統(tǒng)的針頭沖洗相比，激光活化沖洗、PIPS、超聲被動沖洗、自適應(yīng)銼法均能減少碎屑和玷污層，在所有的方法中，Er：YAG激光活化沖洗殘留的碎屑及玷污層最少。該作者認(rèn)為，與Er：YAG激光活化沖洗（將平頭的光纖頭插入根管內(nèi)）相比，PIPS去除玷污層效果較差的原因在于低能量激光減少了熱效應(yīng)。由于LAI形成了更深的光聲和光機(jī)械效應(yīng)，并且通過加熱效應(yīng)增加了次氯酸鈉溶液的反應(yīng)速率，去除玷污層和碎屑的效果更好。

4 激光光纖的設(shè)計進(jìn)展

不同設(shè)計的激光光纖頭、不同的操作方案被應(yīng)用于激光活化沖洗。平頭尖端、錐形的PIPS尖端是目前常用的設(shè)計。為了增強(qiáng)由空化事件引起的流體運動的方向，已經(jīng)開發(fā)了側(cè)向發(fā)射激光器尖端，可以在玻璃基材料上形成圓錐形端部，包括使用管蝕刻工藝摻雜有氟化物、鍺或鎵材料，以增強(qiáng)橫向發(fā)射。這種尖端向根管壁提供更多的激光能量，而不是朝向牙齒的頂點。這種圓錐形尖端已被證明優(yōu)于傳統(tǒng)的平端尖端以去除較厚的玷污層和碎屑[13]。商用光纖已經(jīng)通過一系列工藝進(jìn)行了改變，圓錐形尖端設(shè)計的改進(jìn)包括使用特定的蝕刻方法對表面進(jìn)行微型圖案化，然后進(jìn)行粒子束磨蝕，然后進(jìn)行額外的蝕刻，形成了一系列類似蜂窩狀的圓形刻面，形成球形發(fā)射模式[40]。當(dāng)與Er：YAG和Er，Cr：YSGG激光器使用時，尖端的蜂窩狀表面結(jié)構(gòu)改善了側(cè)向發(fā)射[分別增加（452±69）%和（443±64）%]，并減少了正向發(fā)射[（48±5）%和（49±5）%]。這種改進(jìn)的尖端設(shè)計使激光得以均勻照射根管壁，加強(qiáng)了治療效果，并且防止局部過熱損傷根部牙本質(zhì)和相鄰的牙周膜[41]。

5 LAI在臨床使用中的問題

由于激光在根管內(nèi)的沖洗液中產(chǎn)生強(qiáng)烈的流體運動和壓力波，所以沖洗液有可能從根尖孔擠出到根尖組織。研究比較了Er：YAG和Er，Cr：YSGG激光器用于活化沖洗擠出根尖孔溶液的量，其中常規(guī)和錐形纖維尖端位于距根尖5 mm或10 mm的距離處，發(fā)現(xiàn)擠出流體的體積與傳統(tǒng)的25號針頭用于根管沖洗時的流體體積相似，具有較大根管口的牙齒表現(xiàn)出較多的液體擠出[42]。雖然傳統(tǒng)的平端纖維和圓錐形尖端在很大程度上產(chǎn)生了向前流動的運動，但蜂窩狀尖端會產(chǎn)生攪動作用，使得液體向根面流動，降低了沖洗液擠出根尖孔的風(fēng)險[43]。也有學(xué)者聲稱僅負(fù)壓沖洗可以避免沖洗液的擠出，其他沖洗方法都無法避免，PIPS技術(shù)比傳統(tǒng)針管沖洗、EndoActivator、XP Endo Finisher擠出沖洗液的量更大[44]，在彎曲根管中，PIPS沖洗比傳統(tǒng)根管沖洗擠出碎屑更多[45]。

根管治療中的產(chǎn)熱是臨床中需考慮的問題。根據(jù)Saunders[46]的研究，牙根表面溫度升高10℃超過1 min即可造成骨組織的損傷。加熱根管沖洗液有助于提高活性。Divito等[22]使用Er：YAG激光以PIPS技術(shù)（參數(shù)為20 mJ，15 Hz，50 μs脈寬）持續(xù)活化40 s后，牙根表面溫度升高僅1.4℃。在提高沖洗效率和減少因溫度升高造成的牙周組織的破壞中如何找到平衡，是學(xué)者們需要考慮的問題。

激光光纖放置的位置、脈寬、脈沖能量、照射時間及頻率均能影響根管沖洗的效率[47，48]。為了達(dá)到根尖區(qū)更好的清潔效果，有學(xué)者建議將光纖頭放置于距解剖根尖孔2～3 mm處[49]。然而，在染料實驗中，光纖尖距離根尖5 mm處比4 mm處擠出沖洗液更少[42]。Fincham等[49]利用顯微數(shù)字測速技術(shù)研究了PIPS和超聲沖洗在3、5、10和15 mm的距離產(chǎn)生的流體運動。PIPS顯示出在距尖端3 mm處的速度超過1.2 m/s，在5、10和15 mm處的峰值速度顯示了相同的范圍為0.3 m/s。該研究表明PIPS在從探針尖端能量開始下降之后，在這個小瓶中測量的速度場中沒有距離的進(jìn)一步衰減，渦旋結(jié)構(gòu)在5、10和15 mm處也清晰可見。同時，研究測量在超聲尖端下的瞬時速度場，平均流速為0.036 m/s，為PIPS組的1/20。距超聲尖端5 mm處，測量的速度小于0.01 m/s。這解釋了PIPS技術(shù)中，光纖僅需放置于髓腔內(nèi)，超聲被動沖洗工作尖需放置于根管深部。各種參數(shù)組合如何達(dá)到LAI最佳的沖洗效果、更加安全，有待更多的研究。

6 小結(jié)

任何臨床根管沖洗方案的一個重要方面是其應(yīng)該提高有效性，但不會產(chǎn)生額外的安全問題?；诂F(xiàn)階段的研究，激光活化沖洗的效果（尤其是Er：YAG激光的使用）由于特定的空化現(xiàn)象和聲流的誘導(dǎo)而變得更加有效。次氯酸鈉擠出根尖孔會對根尖周組織產(chǎn)生顯著的刺激，因此LAI或PIPS在粗大根尖孔的根管內(nèi)要慎用。激光活化沖洗無法和負(fù)壓吸引同時使用。熱損傷也是需要考慮的因素。由于激光是直線傳播，在彎曲根管中的沖洗效果亦有待進(jìn)一步研究。

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（收稿日期：2018-08-20）