三種激光照射對(duì)種植體表面溫度變化的體外研究*

梁 辰 賴穗萍 白雨豪 李文博 趙 穎

近年來，隨著口腔種植技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，牙種植成為解決牙齒缺失的首選治療方案。大量研究證實(shí)，種植的成功率達(dá)到76%～98.7%。每年植入患者口內(nèi)的種植體也與日俱增，人們對(duì)于治療簡(jiǎn)單化，舒適化，微創(chuàng)化的追求也愈發(fā)增強(qiáng)[1，2]。種植體周圍炎是影響種植成功的重要因素之一，如何處理種植體周圍炎也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。激光在種植治療中有著方方面面的應(yīng)用，如軟組織切割，骨組織處理，種植體周圍炎的控制以及低能量激光生物刺激等[3]。

種植體周圍炎是一種以種植體周圍軟組織感染和硬組織喪失為特征的炎癥性疾病。研究表明，目前種植體周圍炎的發(fā)生率為12%～47%[4]。近年來，很多方法應(yīng)用于治療種植體周圍炎。激光在肉芽組織去除，種植體及周圍組織的消毒方面有著其明顯優(yōu)勢(shì)。很多研究證明激光在種植體周圍炎中能達(dá)到良好的治療效果。Neodymium:yttrium-aluminumgarnet(Nd:YAG)，Erbium:yttrium-aluminumgarnet(Er:YAG)等激光是臨床中治療種植體周圍炎較為常用的激光種類。半導(dǎo)體激光則在種植體生物學(xué)刺激和軟組織切割方面有著廣泛的應(yīng)用[5]。

激光治療具有操作簡(jiǎn)便，縮短愈合時(shí)間，減少疼痛，治療舒適等優(yōu)點(diǎn)[6]。然而，激光工作過程中對(duì)種植體骨界面引發(fā)的溫度提升，是其臨床應(yīng)用中的問題。Eriksson等[7]的研究指出組織溫度達(dá)到47℃并且持續(xù)1分鐘，就會(huì)引起骨組織的不可逆性損傷。由于不同類型的激光作用原理的差異，對(duì)目標(biāo)組織產(chǎn)熱有較大區(qū)別，激光不同參數(shù)設(shè)置對(duì)種植體的溫度影響也不盡相同。本研究以Er:YAG(2940nm)，Nd:YAG(1064nm)和半導(dǎo)體激光(810nm)直接照射種植體，檢測(cè)在各激光不同參數(shù)設(shè)定下種植體表面的溫度變化，為臨床如何安全有效的使用各類激光提供依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 材料與儀器 酸蝕噴砂處理的種植體3枚，直徑4.1mm，長(zhǎng)度12mm(Straumann公司，瑞士)，波長(zhǎng)2940nm Er:YAG激光(Lite-touch，賽諾龍，以色列)，波長(zhǎng)1064nm Nd:YAG激光(Fotona，德國)，波長(zhǎng)810nm半導(dǎo)體激光(西爾歐，美國)。熱電偶測(cè)量?jī)x(金科JK804，中國)。

1.2 種植體表面處理 Er:YAG激光分別設(shè)定100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz 等不同能量，均在水冷卻的條件下，采取非接觸模式，以2mm/s的速度移動(dòng)照射種植體30s，1.3mm直徑工作尖與種植體成80°角。半導(dǎo)體激光能量設(shè)置為0.6w，1.0w，2.0w，連續(xù)波模式，在無冷卻模式下，工作尖距種植體2mm，移動(dòng)照射30s。Nd:YAG激光能量設(shè)置為20mJ，10Hz；50mJ，10Hz；100mJ，10Hz，在無水冷卻的條件下，非接觸脈沖模式，移動(dòng)照射30s。

1.3 溫度變化測(cè)量 種植體分別置于37℃水浴統(tǒng)一初始溫度。熱電偶連接于種植體根方，測(cè)溫導(dǎo)絲直接固定種植體表面，實(shí)時(shí)測(cè)量激光照射種植體過程中種植體表面的溫度變化，最終記錄照射時(shí)間30s后的溫度數(shù)據(jù)和溫度升高10℃的照射時(shí)長(zhǎng)。相同位置，待冷卻后重復(fù)10次取平均值。

2.結(jié)果

2.1 Er:YAG激光照射后溫度變化 2940nm Er:YAG激光輸出功率設(shè)置100mJ，10Hz時(shí)，激光照射種植體30s后表面溫度為40.5±0.4℃；能量參數(shù)為200mJ，10Hz后，表面溫度達(dá)到41.9±0.2℃；能量設(shè)置提高到300mJ，10Hz，種植體表面溫度43.6±0.3℃。三種能量參數(shù)設(shè)置下，進(jìn)行激光持續(xù)照射，均未由37℃增加10℃至47℃(表 1)。

表1 Er:YAG激光照射后溫度變化

2.2 Nd:YAG激光照射后溫度變化 1064nm Nd:YAG激光輸出功率設(shè)置20mJ，10Hz時(shí)，激光照射種植體30s后表面溫度為43.7±0.4℃；能量參數(shù)為50mJ，10Hz后，表面溫度達(dá)到56.1±0.3℃；能量設(shè)置提高到100mJ，10Hz，種植體表面溫度72.1±0.4℃。在低能量設(shè)置下，未增加10℃骨損傷溫度閾值，提高能量設(shè)置后，種植體表面溫度增加10℃的時(shí)間分別為15.5±0.3s和 8.5±0.2s(表 2)。

表2 Nd:YAG激光照射后溫度變化

2.3 半導(dǎo)體激光照射后溫度變化 810nm半導(dǎo)體激光輸出功率設(shè)置0.6W時(shí)，激光照射種植體30s后表面溫度為44.8±0.2℃；能量參數(shù)為1.0W，表面溫度達(dá)到47.7±0.3℃；能量設(shè)置提高到2.0W，種植體表面溫度77.9±0.4℃。在低能量設(shè)置下，增加10℃骨損傷溫度閾值用時(shí)48.0±0.3s，而提高能量設(shè)置，1.0w和2.0w下種植體表面溫度增加10℃的時(shí)間分別為29.9±0.2s和7.9±0.3s(表3)。

表3 半導(dǎo)體激光照射后溫度變化

3.討論

近年來，各種類型波長(zhǎng)激光越來越多的被應(yīng)用于口腔種植臨床工作中。根據(jù)激光波長(zhǎng)不同，激光的作用原理也不盡相同。組織根據(jù)激光特性，選擇性吸收其能量，產(chǎn)生相應(yīng)的組織反應(yīng)。激光在止血，消毒，殺菌，舒適治療等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著激光的發(fā)展和各類波長(zhǎng)激光儀的應(yīng)用，激光應(yīng)用于種植治療的越發(fā)普遍。目前，種植手術(shù)中軟、硬組織處理，種植體周圍炎防控以及低能量激光治療等多個(gè)領(lǐng)域均可應(yīng)用激光輔助治療。

種植體周圍炎傳統(tǒng)治療手段如化學(xué)藥物治療，機(jī)械清創(chuàng)，抗生素應(yīng)用和手術(shù)治療等方法均難以保證良好的效果。去除種植體周圍微生物和感染組織是種植體周圍炎的治療的核心理念。治療過程需要對(duì)種植體和骨組織進(jìn)行消毒，修整種植體周圍組織，使之易于菌斑控制，促進(jìn)骨組織再生。常規(guī)治療中金屬刮治器會(huì)損傷種植體表面結(jié)構(gòu)；碳纖維和樹脂刮治器因器械質(zhì)地種植體周的菌斑牙石難以有效清除，同時(shí)還會(huì)遺留器械碎片。抗菌藥物的使用對(duì)早期種植體周圍炎有一定作用，但因耐藥菌株的存在，使用抗生素的治療效果有限[8,9]。而激光在種植體清創(chuàng)，感染組織消毒，軟硬組織處理以及促進(jìn)組織愈合方面有著明顯優(yōu)勢(shì)[10]。

雖然激光應(yīng)用前景廣泛，但是使用激光過程中要考慮激光對(duì)種植體表面結(jié)構(gòu)損傷的可能，和激光對(duì)種植體溫度升高造成周圍骨組織損傷的風(fēng)險(xiǎn)。有研究證實(shí)，溫度的升高對(duì)骨組織的愈合與再生有著明顯的影響。Eriksson[11,12]的研究建立兔子模型，將溫度提升到50℃持續(xù)1分鐘，會(huì)引發(fā)血管損傷，溫度提升到60℃會(huì)導(dǎo)致血流永久性停止和骨組織壞死。其研究證明，47℃是引起骨組織損傷和骨再生障礙的臨界閾值。溫度上升10℃被認(rèn)定為種植體周圍骨組織可耐受的標(biāo)準(zhǔn)。本研究分別利用2940nm Er:YAG激光，1064nm Nd:YAG激光和810nm半導(dǎo)體激光，在不同參數(shù)設(shè)置下，照射30s，測(cè)量種植體表面溫度變化。同時(shí)計(jì)算不同能量設(shè)置下，種植體表面溫度提高10℃所需要的照射時(shí)間。

Er:YAG激光的波長(zhǎng)為2940nm，其能被牙體硬組織的重要組成部分羥基磷灰石，和水分子充分吸收，產(chǎn)生微爆破，從而有效去除和切割口腔軟硬組織。研究表明，Er:YAG激光能夠安全有效的應(yīng)用于口腔種植相關(guān)治療過程中[13]。本研究中，在充分水冷卻的條件下，Er:YAG激光能有效的避免激光照射對(duì)種植體和周圍組織的熱損傷，不同能量設(shè)置下均能控制溫度保持在閾值之下。Kreisler[14]的研究表明，60mJ至120mJ脈沖式照射120s，在10Hz的頻率下，溫度提升低于47℃。Leja[15]等的研究證實(shí)，充分的水冷卻對(duì)Er：YAG的安全使用時(shí)至關(guān)重要的，能確保種植體溫度變化低于10℃，但僅是空氣冷卻的情況下，Er:YAG激光能使種植體表面溫度提高10℃以上。本研究中，在水冷卻條件下，不同能量設(shè)置下，Er:YAG激光均不會(huì)引起種植體表面溫度變化超過閾值范圍，能較好的避免種植體和周圍組織的熱損傷。

Nd:YAG激光的波長(zhǎng)1064nm，具有創(chuàng)傷性小、選擇性光熱效應(yīng)、有效殺菌、抗炎、促進(jìn)新骨形成的功能[16]。因此在種植體周圍炎治療中，Nd:YAG激光成為了很多醫(yī)生臨床治療的激光選擇。Giannelli等[17]研究表明，通過低能量Nd:YAG激光(1.4W，20mJ，70Hz)照射，鈦片上的脂多糖誘導(dǎo)的氮氧化物顯著減少，能夠降低巨噬細(xì)胞的活性，減少血管粘附分子的表達(dá)，證明其具有治療種植體周圍炎的作用。Nd:YAG激光對(duì)不同類型細(xì)胞，特別是成骨細(xì)胞具有生物刺激作用，能夠顯著增加其中堿性磷酸酶和RUNX2的表達(dá)，增加成纖維細(xì)胞中膠原蛋白I的表達(dá)。Kim等[18]研究證實(shí)低能量Nd:YAG激光可誘導(dǎo)內(nèi)源性BMP-2表達(dá)、增加成骨細(xì)胞活行，并加速礦物質(zhì)沉積。Nd:YAG激光的特點(diǎn)使之在種植體治療中促進(jìn)組織再生和種植體周圍炎的治療方面具有很好的應(yīng)用前景。對(duì)于Nd:YAG激光使用的安全性，Yousif等[19]的研究，將Nd:YAG激光能量設(shè)置在1.3W，10Hz的參數(shù)下，在脈沖模式下，給與充足間歇時(shí)間，能將溫度提升維持在閾值內(nèi)。本研究中，在20mJ，10Hz的設(shè)置下，激光照射30s，種植體表面溫度為43.7±0.4℃，未達(dá)到閾值限定值。當(dāng)能量參數(shù)進(jìn)一步提升到50mJ，10Hz時(shí)，種植體表面溫度變化為56.1±0.3℃，達(dá)到溫度閾值的照射時(shí)間為15.5±0.3s。在100mJ，10Hz照射條件下，經(jīng)過8.5±0.2s的照射，種植體表面溫度即達(dá)到閾值標(biāo)準(zhǔn)，30s后種植體表面溫度升高至72.1±0.4℃。隨著輸出功率的增高，溫度提升明顯，當(dāng)輸出能量達(dá)到0.5W時(shí)，可引起種植體表面溫度高于47℃。結(jié)果顯示：臨床應(yīng)用Nd:YAG激光要充分控制能量設(shè)置以及照射時(shí)間，盡可能提供冷卻條件，避免直接、定點(diǎn)照射種植體表面。

研究表明，810nm的半導(dǎo)體激光在1.0W能量，連續(xù)波模式下能有效的對(duì)種植體表面進(jìn)行消毒和感染控制[20]。Moslemi[21]的研究證實(shí)，半導(dǎo)體激光在軟組織切割、殺菌、生物刺激效應(yīng)等方面的作用。臨床中，拔牙后照射促進(jìn)骨愈合、引導(dǎo)骨再生手術(shù)、種植體二期手術(shù)等口腔種植治療過程中的多個(gè)階段，都可以應(yīng)用半導(dǎo)體激光進(jìn)行治療。特別是軟組織處理、種植體周圍炎治療和低能量激光治療方面，該激光具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在本研究中，半導(dǎo)體激光在較低能量設(shè)置下，照射30s，種植體表面溫度未超過安全閾值，但增加照射時(shí)間至48.0±0.3s能達(dá)到甚至超過臨床中所需的安全邊界。當(dāng)激光能量進(jìn)一步調(diào)高至1.0W和2.0W時(shí)，種植體表面溫度分別升高到47.7±0.3℃和77.9±0.4℃。Kreisler等[22]的研究也表明，半導(dǎo)體激光照射種植體表面，能夠引起明顯的溫度上升。對(duì)于半導(dǎo)體激光，本研究顯示將能量控制在1.0W以下，并采用連續(xù)波模式，選擇合理的冷卻時(shí)間，移動(dòng)式操作，能夠降低激光對(duì)種植體表面的熱損傷，控制種植體及周圍組織的溫度變化，充分發(fā)揮激光的功效。

本研究通過探討三種不同類型激光，在不同能量設(shè)置下，激光對(duì)種植體表面溫度變化的影響，總結(jié)了各類激光在種植治療應(yīng)用操作要點(diǎn)。臨床中Er:YAG激光因具備良好的冷卻功能，能夠很好的控制熱損傷，是理想的治療種植體周圍炎，進(jìn)行軟硬組織手術(shù)的激光類型。Nd:YAG激光和半導(dǎo)體激光因未配備冷卻系統(tǒng)，臨床使用中需要嚴(yán)格控制參數(shù)設(shè)置和照射時(shí)間。此外，激光照射距離和照射角度對(duì)激光能量的聚集也有一定影響。本研究為體外研究，臨床中因種植體部分位于骨內(nèi)，冷卻效果和體外研究相比有一定差異，種植體不同位置的溫變化也不盡相同，所以為安全有效的在種植治療中使用激光，還需要進(jìn)行更多的研究確定各類激光的操作規(guī)程。