光子引導的光聲流效應(yīng)在根管蕩洗中應(yīng)用的系統(tǒng)評價

何蓉 劉學軍 周宇琨

鄭州大學第一附屬醫(yī)院口腔特診科 鄭州450052

牙髓及根尖周疾病是人類常見的疾病，不完善的根管治療是根管治療術(shù)后患牙罹患根尖周炎的主要原因，而細菌感染是導致牙髓及根尖周組織炎癥發(fā)生發(fā)展的重要因素[1]，根管內(nèi)細菌[2]以生物膜的形式存在，可附著于根管壁，隱藏在根管峽部、側(cè)枝根管、根尖分叉和根尖分歧等復雜解剖結(jié)構(gòu)中[3]，通過常規(guī)的根管預備機械清創(chuàng)及沖洗消毒方法難以徹底清除根管內(nèi)細菌，導致炎癥破壞不能完全消除[4]。

為了提高根管清創(chuàng)的效率，研究者嘗試各種輔助根管蕩洗的方法，如負壓沖洗（apical negative pressure，ANP）、被動超聲蕩洗（passive ultrasonic irrigation，PUI）、激光活化沖洗（laser activated irrigation，LAI）及化學沖洗（chemical irrigation，CI）等，評價其清創(chuàng)效果的相關(guān)研究結(jié)果尚未統(tǒng)一。

摻鉺釔鋁石榴石（erbium-doped:yttrium-aluminium-garnet，Er:YAG）激光是一種波長為2.94μm的固體脈沖激光，其在口腔醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用始于1964年，Takahashi等[5]于1996年將Er:YAG激光用于輔助根管消毒。

2002年，Er:YAG激光被美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準用于根管治療的根管清理和消毒[6]。自2011年，研究者在Er:YAG激光LAI方法的基礎(chǔ)上，引入了激光光子引導的光聲流（photon-initiated photoacoustic streaming，PIPS）沖洗系統(tǒng)，該技術(shù)采用低功率、短脈寬的設(shè)計，只需將工作頭置于髓腔，其錐形尖端的光纖工作尖可使能量轉(zhuǎn)換效率增加，高效清潔根管，并且避免了對根管壁及根周組織的熱損傷。

本文將對Er:YAG激光PIPS在根管蕩洗中去除根管內(nèi)玷污層、牙本質(zhì)碎屑、細菌、根管充填材料、增加牙本質(zhì)小管滲透性等方面的相關(guān)研究作一系統(tǒng)評價。為PIPS的應(yīng)用提供理論依據(jù)和臨床指導，以及探索相關(guān)研究的新方向，促進設(shè)備和技術(shù)的進一步發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 文獻檢索策略

計算機檢索中國知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺、維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（VIPChinese Scientific and Technological Journal Database，VIP）、PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science、SCOPUS數(shù)據(jù)庫，時間限定為2010年1月至2020年7月。

英文檢索式為（“photon initiated photoacoustic streaming”O(jiān)R“photon induced photoacoustic streaming”O(jiān)R“PIPS”O(jiān)R“Er:YAG laser”）AND（“irrigation solution”O(jiān)R“bacterial”O(jiān)R“smear layer”O(jiān)R“debris”O(jiān)R“calcium hydroxide”O(jiān)R“dentinal tubule penetration”O(jiān)R“root crack” OR “randomized controlled trial” OR“RCT”）。中文檢索式為（“光子誘導的光聲流”O(jiān)R“鉺激光”）AND（“細菌”O(jiān)R“玷污層”O(jiān)R“碎屑”O(jiān)R“藥物”O(jiān)R“牙本質(zhì)小管滲透”O(jiān)R“根裂”O(jiān)R“隨機對照實驗”）。

1.2 文獻納入標準和排除標準

1.2.1 納入標準 1）實驗設(shè)計：隨機對照試驗（randomized controlled trial，RCT），無論其是否使用盲法；2）研究對象：人類離體牙和因牙髓病及根尖周病就診患者的患牙；3）干預措施：根管預備后，實驗組采用PIPS蕩洗，對照組采用CI、PUI等沖洗方法；4）結(jié)果指標：根管清潔效果（根管內(nèi)碎屑、玷污層、細菌及藥物去除率，牙本質(zhì)小管滲透率）的比較。

1.2.2 排除標準 1）實驗設(shè)計：PIPS有關(guān)原理的研究、病例報告以及綜述類文獻；2）重復報告的研究；3）沒有原始數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)表述不明確的研究；4）在不使用或者沒有明確指出使用PIPS工作尖的情況下研究Er:YAG激光。

1.3 文獻篩選和資料提取

數(shù)據(jù)提取：由2名研究者獨立檢索文獻并且收集提取相關(guān)資料，如遇分歧，共同討論解決，必要時可以由第3名研究者協(xié)助決斷。研究者通過瀏覽檢索文獻的標題和摘要，篩選出可能符合納入標準的文獻，并獲取文獻全文，然后通過閱讀文獻全文，篩選出完全符合納入標準的文獻。數(shù)據(jù)提取的內(nèi)容包括：基本信息、樣本量大小、牙齒類型、根管彎曲度、沖洗液的種類和濃度、激光參數(shù)設(shè)置、測量或評價方法及作者結(jié)論。由于相關(guān)文獻數(shù)量較少以及方法的異質(zhì)性，本文僅對各個研究的結(jié)果進行描述性分析。納入文獻均采用了合理的研究設(shè)計和分析方法，數(shù)據(jù)可信。因此，本文中依據(jù)PIPS在根管蕩洗中的作用將納入文獻進行歸類描述和系統(tǒng)評價，以期得到比較統(tǒng)一的結(jié)論，為臨床使用和實驗研究提供理論依據(jù)。

1.4 質(zhì)量評價（偏倚風險評價）

按照Cochrane系統(tǒng)評價員手冊5.0推薦的隨機對照試驗的偏倚風險評價標準進行評價，根據(jù)本研究內(nèi)容總結(jié)出以下評價標準：1）在開始實驗之前是否進行了足夠的樣本量計算；2）是否由一位操作人員進行牙齒預備；3）牙齒預備蕩洗的過程是否標準化；4）牙齒是否為隨機分組；5）蕩洗過程是否由一名操作人員執(zhí)行；6）對照組和實驗組使用的沖洗液是否相同；7）是否報告了操作者在PIPS使用方面的經(jīng)驗；8）研究人員是否使用盲法評估實驗結(jié)果。

收集這些項目后，將研究分類為偏倚風險高、中或低。未能報告上述5個或更多項目的研究被歸為高風險，未報告3個或4個項目的研究被歸為中度風險，而未報告2個或更少項目的研究被歸為低風險。

2 結(jié)果

2.1 納入研究的基本特征

檢出文獻1 087篇，排除重復文獻以及閱讀摘要和全文后排除病例報道、原理研究、綜述、非隨機對照試驗、表述不明確、所使用非PIPS技術(shù)等文獻，最終納入45篇文獻（如圖1）。

圖1 篩選流程圖Fig 1 Screening flow chart

該系統(tǒng)評價中的45篇文章發(fā)表于2010—2020年，均為體外研究。在這些文獻中實驗檢測方法各不相同，包括掃描電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、細菌檢測、微計算機斷層掃描（micro computed tomography，micro-CT）等。

試驗段位于某高速公路K201+250—K231+500標段，線路全長30.25km，路基寬度設(shè)計為26m，道路全線設(shè)計行車速度為100km/h，該道路路基結(jié)構(gòu)形式設(shè)計為：20cm級配碎石+20cm水泥穩(wěn)定級配碎石+20cm水泥穩(wěn)定級配碎石。由于試驗段所處地區(qū)冬季寒冷夏季炎熱且晝夜溫差較大，常規(guī)半剛性基層瀝青路面容易出現(xiàn)反射裂縫等病害，因此，試驗段道路在設(shè)計時決定采用級配碎石作為路面基層。

本文將文獻分為以下幾類：1）PIPS輔助根管消毒滅菌；2）PIPS輔助根管內(nèi)玷污層的去除；3）PIPS輔助根管內(nèi)藥物的去除；4）PIPS輔助根管內(nèi)牙本質(zhì)碎屑的去除；5）PIPS輔助提高牙本質(zhì)小管滲透率；6）PIPS的安全性和參數(shù)設(shè)置。

2.2 納入研究的偏倚風險評價

對所有45篇納入研究文獻的偏倚風險進行了評估：0篇的偏倚風險較低，12篇（26.7%）為中度風險，大多數(shù)研究即33篇（73.3%）為高風險（表1[7-51]）。

表1 風險評估表Tab 1 Risk Assessment Form

3 討論

3.1 PIPS技術(shù)的原理

PIPS可以增強根管蕩洗的清創(chuàng)效果，其技術(shù)原理總結(jié)為以下3點。1）蕩洗作用：脈沖激光使蕩洗液產(chǎn)生氣泡，導致液體體積發(fā)生變化，在根管內(nèi)產(chǎn)生劇烈震蕩；2）初級空穴效應(yīng)：脈沖激光產(chǎn)生的大氣泡內(nèi)向破裂，對根管壁表面施以剪切力；3）次級空穴效應(yīng)：大氣泡破裂之后產(chǎn)生的微小氣泡破裂，達到反復沖洗的作用[52]。使用PIPS時，激光尖端僅放置在髓腔的冠部并且保持靜止而不將其推進到根管內(nèi)，沖擊波理論上可以三維地作用于根管中存在液體處，并有效地清理整個根管系統(tǒng)。

3.2 PIPS的參數(shù)設(shè)置

綜合以往的相關(guān)參數(shù)研究，PIPS使用參數(shù)推薦為脈寬50μs，頻率10～20 Hz，輸出功率0.15～0.5 W[17]，目前臨床上PIPS最常用的特定參數(shù)設(shè)置為能量20 mJ、脈沖15 Hz、脈寬50μs、功率0.3 W。Golob等[10]使用10 mJ與20 mJ的PIPS蕩洗離體牙，將其根管內(nèi)細菌減少量進行比較，結(jié)果表明2種能量的滅菌效果無明顯差異。Luca等[32]比較PIPS在24和10 mJ時玷污層去除的效果，在24 mJ時清潔效果更加顯著，在10 mJ的清潔效果與常規(guī)CI無明顯差異。在一定范圍內(nèi)，可能能量設(shè)置越高，清潔效果越好，然而在使用高能量時也要注意防護，避免出現(xiàn)安全問題如根尖溢出液增多、根裂、微滲漏等[53]，另外，在針對不同病例、不同時間和不同目的時，可能都需要不同的激光參數(shù)設(shè)定，仍需要更完善的實驗來進一步探索。

3.3 PIPS的滅菌作用

本文所參考PIPS應(yīng)用于根管滅菌的文獻中文1篇、英文9篇（表2[7,10-18]），研究方法主要有：菌落計數(shù)、掃描電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、組織學染色等，大多數(shù)（8篇）文獻實驗結(jié)果表明PIPS蕩洗根管與常規(guī)的根管蕩洗方法相比，細菌清除效率有明顯的提高，但也有實驗結(jié)果表明PIPS對沖洗劑的滅菌效果并沒有明顯的改善。細菌生物膜培養(yǎng)3～4周可形成成熟的生物膜[54]，培養(yǎng)時間越長，抗藥性越強，這可能會影響實驗的結(jié)果。菌落計數(shù)不能體現(xiàn)PIPS根管不同部位是否會有更好的清理效果，也不能驗證在牙本質(zhì)小管深部的滅菌效果。掃描電子顯微鏡樣本經(jīng)脫水、干燥、固定、染色處理后，會破壞細菌生物膜結(jié)構(gòu)，且能觀察的范圍有限。激光共聚焦顯微鏡方法使用的染色劑可能同時對死去的細菌細胞進行染色，如果死菌的細胞膜保持不變，將導致觀察到的細菌減少量小于實際減少量。所以在研究設(shè)計時，需要多種實驗方法相結(jié)合，以彌補相互不足之處。除此之外，牙根數(shù)量、根管彎曲度、根管長度、參數(shù)設(shè)置、菌種差異[9,55]等因素也可能會影響實驗的結(jié)果，所以PIPS蕩洗根管的滅菌作用仍然需要采用更多的有效實驗方法進行論證。

表2 PIPS滅菌效果的相關(guān)文獻匯總Tab 2 Summary of related literature on sterilization effect of PIPS

3.4 PIPS去除玷污層的作用

本文參考PIPS應(yīng)用于玷污層去除的相關(guān)文獻中文2篇、英文12篇（表3[10,20-25,30-36]），研究方法主要為掃描電子顯微鏡玷污層觀察評分，大部分研究（11篇文獻）表明PIPS技術(shù)能夠活化根管沖洗液，有效去除玷污層，但是仍有實驗結(jié)果差異。相關(guān)實驗[33]表明：在使用相同的激光參數(shù)時，不同的根長和不同的沖洗劑可能無法達到產(chǎn)生相同空穴效果的目的，更長的根可能需要更多的能量輸入才能產(chǎn)生強大的壓力幅度；且在這些初步研究中，僅使用了有限數(shù)量的掃描電子顯微鏡圖像評估玷污層的去除效果。因此，仍然需要進一步的研究，以通過更連續(xù)的可視化方法來觀察根管壁上的玷污層和牙本質(zhì)碎屑。不同沖洗劑、不同根長、不同參數(shù)、不同根管彎曲度等因素均可能導致結(jié)果的差異，且目前缺少相關(guān)的臨床試驗，所以需要更多的標準化體外實驗數(shù)據(jù)及根管治療的臨床試驗結(jié)果來論證這些因素帶來的影響。

表3 PIPS去除玷污層作用的文獻匯總Tab 3 Summary of the literature on the role of PIPSin removing the smear layer

3.5 PIPS對牙本質(zhì)碎屑的清除效果

本文所參考PIPS在去除根管內(nèi)碎屑的研究有英文文獻4篇（表4[26-28,38]），該研究應(yīng)用的主要方法是：顯微鏡下拍照，碎屑評分以及micro-CT等，均能體現(xiàn)良好的去除根管內(nèi)碎屑的效果。PIPS依靠脈沖能量在整個根管系統(tǒng)中傳輸聲波，以破壞碎屑并促進液體交換，從而使沖洗液產(chǎn)生剪切力以去除根管內(nèi)的碎屑。相關(guān)研究[37-38]表明：與常規(guī)沖洗相比，PIPS沖洗可以將清除下頜磨牙復雜管腔中碎屑的能力提高約2.6倍，在根尖能更有效地去除牙本質(zhì)碎屑。但是相關(guān)研究數(shù)量較少，在使用不同激光參數(shù)、不同工作模式、工作尖放置位置不同、實驗對象不同時，可能存在效果的差異，仍然需要進一步的研究。

表4 PIPS對牙本質(zhì)碎屑清除效果的文獻匯總Tab 4 Summary of literature on the effect of PIPSon dentin debris removal

3.6 PIPS清除根管內(nèi)藥物的作用

本文參考PIPS在去除根管內(nèi)藥物的研究有英文文獻3篇（表5[8,19,29]），所使用的研究方法均為micro-CT，這些研究都體現(xiàn)出PIPS蕩洗根管具有良好的去除根管內(nèi)氫氧化鈣的效果，對根管充填具有一定的積極作用，也有利于纖維樁的粘接[56]。而PIPS去除不同根管充填材料和藥物、對不同作用對象的效果是否存在差異，仍然有待于進一步研究。

表5 PIPS清除根管內(nèi)藥物作用的文獻匯總Tab 5 Summary of the literature on the effect of PIPSin removing drugs in the root canal

3.7 PIPS對牙本質(zhì)小管滲透作用的影響

本文所參考PIPS對根管滲透性影響的研究僅有3篇英文文獻（表6[35,41-42]），所使用觀察方法為激光共聚焦顯微鏡，實驗結(jié)果均體現(xiàn)為PIPS可以使更多的牙本質(zhì)小管開放，增加沖洗劑的滲透率，使蕩洗液能更易進入牙本質(zhì)小管，且有利于根管充填糊劑進入側(cè)枝根管，以提高封閉劑的密封性[57]，有效避免殘留細菌的集聚和根管的再感染[58]。但是仍然需要使用不同根管沖洗液進行比較，進一步評價PIPS的效果。

表6 PIPS對牙本質(zhì)小管滲透作用影響的相關(guān)文獻匯總Tab 6 Summary of related literature on the effect of PIPSon dentinal tubule penetration

3.8 PIPS的安全性

1）根尖溢出。Arslan等[44]的研究表明：通過比較蕩洗上頜第一磨牙的近中彎曲根管（Schneider法評定10°～20°）的各種方法，PIPS（15 Hz、20 mJ、50μs、0.3 W）蕩洗技術(shù)比CI系統(tǒng)碎屑擠出量更多。而Vidas等[43]通過收集大錐度銼預備后的上頜中切牙根尖溢出液并稱重，得出結(jié)論：PIPS（15 Hz、10 mJ、50μs）蕩洗根管根尖孔擠壓沖洗液的數(shù)量較少，表明與常規(guī)沖洗方法相比，LAI更為安全。

2）熱損傷。在激光的使用過程中，過長時間、高功率的激光照射往往會引起熱損傷等問題，相關(guān)的研究[36]中PIPS在低能量設(shè)置下（15 Hz、20 mJ、50μs、0.3 W）輻照根管，觀察牙根表面平均溫度，在20和40 s輻照時間組分別升高了1.2 和1.5℃，仍然在安全范圍以內(nèi)。

3）根管微裂。有學者[24]將PIPS的0.3、0.6和0.9 W的能量設(shè)置相對比后發(fā)現(xiàn)：PIPS在0.9 W功率下，增加了根管微滲漏的可能性，并且在與PUI聯(lián)用時出現(xiàn)了根管微裂的現(xiàn)象，而由于樣本量較少，微裂發(fā)生的機制尚不能明確，仍然需要進一步實驗證實其安全性。

4）根管治療后疼痛。根管治療后疼痛是根管治療的一大問題，發(fā)生率高達83.5%，目前旨在調(diào)查LAI是否會引起患者治療后疼痛的相關(guān)研究表明：PIPS（15 Hz、20 mJ、50μs、0.3 W）不會加重術(shù)后疼痛反應(yīng)，甚至會使疼痛發(fā)生率降低[47]。

所以，目前的研究表明：PIPS的安全性能較好，但是仍然存在根尖溢出液、碎屑增加和根管微裂等爭議，需要進一步的實驗驗證。

3.9 PIPS對根尖牙乳頭干細胞的作用

除了以上方面，PIPS對根尖牙乳頭干細胞的作用也具有重要的臨床意義，在牙髓再生的過程中，如何徹底消毒根管系統(tǒng)而不損傷根尖周的干細胞至關(guān)重要，PIPS能有效破壞生物膜，增強根管內(nèi)的抗菌效果，為牙髓再生提供更好的環(huán)境，Er:YAG激光的相關(guān)體外實驗表明其對牙髓干細胞分化為成牙本質(zhì)細胞起到了促進作用[59]，但是目前尚無PIPS系統(tǒng)對根尖牙乳頭干細胞是否有促進分化的作用或者是否有細胞毒性的相關(guān)研究。

4 結(jié)論

綜上所述，Er:YAG激光PIPS技術(shù)在滅菌、增加牙本質(zhì)小管滲透性、去除玷污層及牙本質(zhì)碎屑、去除根管內(nèi)氫氧化鈣等方面有顯著的成效，相比于其他方法不僅可以不損傷牙體組織，還能夠減少各種并發(fā)癥，但是仍有部分實驗結(jié)果未能體現(xiàn)PIPS的優(yōu)勢。

以往PIPS的研究存在以下問題。1）實驗對象標準化：缺乏不同根管長度和不同彎曲度的離體牙作為研究對象的相關(guān)研究；2）實驗過程及方法標準化：在使用不同根管沖洗藥物時，沖洗劑濃度、沖洗時間、沖洗針頭及方法對PIPS輔助蕩洗的效果產(chǎn)生影響；3）缺乏PIPS是否會引起根管微裂等損傷的相關(guān)參數(shù)研究；4）根尖溢出沖洗液和擠壓碎屑的研究：應(yīng)進一步完善實驗，從根尖周環(huán)境的模擬、根尖孔大小的統(tǒng)一、參數(shù)設(shè)置等方面進一步探索其安全性；5）PIPS標準參數(shù)應(yīng)用：應(yīng)進一步探究PIPS在不同功率下的根管清理效果是否有差異；6）比較不同激光的作用效果：因為類型不同、原理不一、參數(shù)是否有可比性也有待進一步探究；7）應(yīng)增加隨機、對照的臨床試驗研究，進一步評價其臨床應(yīng)用效果；8）研究方法的差異：如采用激光共聚焦顯微鏡、細菌培養(yǎng)、掃描電子顯微鏡等觀察。

近年來，隨著Er:YAG激光輔助根管蕩洗技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者研發(fā)了發(fā)射尖連續(xù)脈沖發(fā)射技術(shù)（shock wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS），SWEEPS利用連續(xù)發(fā)射短脈寬的脈沖串，使蕩洗液產(chǎn)生空穴效應(yīng)，增加蕩洗液對根管壁的壓力與切削能力，從而進一步增強Er:YAG激光輔助蕩洗的效果[60]。有相關(guān)研究[50-51]結(jié)果表明：SWEEPS可以降低對根尖部產(chǎn)生的壓力，從而減少沖洗液溢出根尖孔，更為安全、高效。由于該技術(shù)的研究尚少，其在根管蕩洗中的作用、參數(shù)設(shè)置、研究對象選擇等方面，仍然需要進一步臨床研究證實。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。