光子引導(dǎo)的光聲流效應(yīng)在輔助根管沖洗中的應(yīng)用進(jìn)展

孫 璐，盛 晨，侯文杰 綜述 汪 林 審校

根管沖洗是根管治療的重要環(huán)節(jié)，這個過程是清除根管系統(tǒng)中的牙髓組織、細(xì)菌、感染物質(zhì)，以及玷污層，希望獲得近乎無菌狀態(tài)的根管。傳統(tǒng)的根管沖洗使用注射器，屬于單純的化學(xué)機械沖洗，沖洗效果較差[1]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，根管清理和成形無法完全清除細(xì)菌，仍有部分病例在根管清理和成形后細(xì)菌培養(yǎng)陽性[2]。由于根管系統(tǒng)的復(fù)雜性和注射器/針沖洗技術(shù)的局限性，這種傳統(tǒng)的方法存在一些缺點。為了提高根管沖洗的效率，目前有多種輔助根管沖洗的方法，包括聲波、超聲、負(fù)壓沖洗和激光輔助沖洗等。

1996年， Er: YAG激光開始用于輔助根管消毒[3]，近年在牙髓治療領(lǐng)域，激光輔助根管沖洗應(yīng)用越來越廣泛。激光發(fā)出的光子能量可以用來激活沖洗液，有潛力提高沖洗效率，清理普通化學(xué)機械沖洗無法到達(dá)的根管區(qū)域[4]。低能量設(shè)置的鉺光可以激發(fā)根管沖洗液引發(fā)光子引導(dǎo)的光聲流效應(yīng)(photon-initiated photoacoustic streaming, PIPS)，本文對 PIPS輔助根管沖洗的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 激光輔助根管沖洗的發(fā)展

目前，多種激光已經(jīng)被應(yīng)用于根管治療，多位學(xué)者使用并研究了不同激光器輔助根管沖洗，已被證實對輔助根管沖洗有效的激光有：(1)摻鉺釔鋁石榴石(Er: YAG)，波長2940 nm；摻鉺鉻銥鈧鎵石榴石(Er，Cr: YSGG)，波長2780 nm；(2)釹:釔鋁石榴石(Nd: YAG)，波長1064 nm；二極管，波長635～980 nm；(3)磷酸鈦酸鉀(KTP)，波長532 nm；(4)二氧化碳(CO2)，波長9600和10 600 nm[5-7]。

George等[6]2008年報道了一項體外研究，該研究檢測到激光可以激活根管系統(tǒng)內(nèi)的沖洗劑，可以增加對根管玷污層的清除能力。2009年，布蘭肯(Blanken)等[8]認(rèn)為，激光會產(chǎn)生沖洗劑的膨脹和連續(xù)內(nèi)爆，原因是二次空化作用導(dǎo)致了流體運動。激光活化蕩洗(laser-activated irrigation, LAI)技術(shù)是激光在管腔內(nèi)流體中產(chǎn)生的特定的空化現(xiàn)象和聲波流。水對Er: YAG激光能量的強烈吸收會產(chǎn)生光聲和光機械效應(yīng)，造成沖洗液汽化和蒸汽泡的形成，這些大橢圓氣泡在100～200 μs后發(fā)生內(nèi)爆，產(chǎn)生二次空化效應(yīng)。LAI技術(shù)可以提高根管沖洗的效率[9]。

Nd:YAG激光和二極管激光輔助根管沖洗可以開放更多的牙本質(zhì)小管，使根管壁更加清潔，都被證明是有效的輔助根管沖洗技術(shù)，但是Nd:YAG激光能量的不良熱效應(yīng)可能會對牙本質(zhì)壁和鄰近的牙周組織造成一定的損傷[10]。Harashima等[11]認(rèn)為，Nd:YAG激光照射后，牙本質(zhì)管壁發(fā)生了形態(tài)的變化，更高的功率級別也會導(dǎo)致熱副作用和形態(tài)學(xué)改變，包括牙本質(zhì)熔化、再結(jié)晶及微裂紋和裂縫的形成。利用Er, Cr: YSGG激光或Er: YAG激光都可以在根管腔內(nèi)產(chǎn)生空化氣泡，激光纖維尖端膨脹和內(nèi)爆的蒸汽泡導(dǎo)致根管內(nèi)大量流體流動，可以增強根管系統(tǒng)內(nèi)的流體動力學(xué)[12,13]。與已被證實的可以輔助根管沖洗的激光比較，Er:YAG激光的優(yōu)勢是它在水中穿透深度僅為1～3 μm，在常規(guī)根管沖洗液(次氯酸鈉、乙二胺四乙酸、洗必定和檸檬酸)[14]中吸收較其他激光更好，并且Er:YAG激光波長在水中具有最高的吸收率，對羥基磷灰石也具有很高的親和力，非常適合用于根管治療。

常規(guī)激光輔助根管治療，是將光纖放置在根管內(nèi)，常放于距離根尖5 mm位置，瞬間的激光效應(yīng)引起氣泡內(nèi)爆，很容易因激光熱效應(yīng)或操做不當(dāng)對根尖區(qū)組織造成損傷。2012年DiVito等[15]，優(yōu)化了Er:YAG激光輔助沖洗的參數(shù)設(shè)置，將激光頭僅放置在根管口，使用低能量和超短脈沖，提高了激光輔助沖洗技術(shù)的效率和安全性，提出了PIPS。

2 PIPS技術(shù)的原理

PIPS是一種激光激活沖洗形式，PIPS使用2940 nm的Er:YAG激光器，設(shè)置低能量(20 mJ, 15 Hz)和超短脈沖(50 μs)，使用圓錐型、寬度600 μm的含條帶輻射狀照射的不包裹聚酰胺的錐形光纖頭，將激光纖維尖端位于根管入口并持續(xù)使用液體沖洗即可。

PIPS已經(jīng)被證明可以產(chǎn)生一系列快速和強大的光沖擊波，能夠有力地推動沖洗液貫穿整個根管系統(tǒng)，可以顯著提高清洗復(fù)雜根管系統(tǒng)的能力[16]。

PIPS技術(shù)需要使用Er:YAG激光器來激活沖洗液中所含的水分子。通過壓力波引起流體運動，壓力波通過PIPS尖端的空化氣泡膨脹和破裂向外傳播。氣泡的大小、形狀和動態(tài)行為是由尖端形狀和Er:YAG激光器的設(shè)置控制的，激光尖端的穿透力是去除生物膜形成的重要因素。水對Er:YAG激光的波長的高吸收與短脈沖(50 μs)產(chǎn)生的高峰值功率相結(jié)合，導(dǎo)致尖端處的氣泡迅速形成，膨脹并隨后破裂，流體在尖端周圍的快速運動傳播到周圍的流體，從而引起PIPS。激光推動沖洗液進(jìn)入側(cè)副根管和狹窄彎曲根管，更利于整個根管系統(tǒng)得到更深層的清潔。由于脈沖持續(xù)時間很短并設(shè)置較低的激光能量，不容易造成牙本質(zhì)溶解[17]，PIPS降低了因激光熱效應(yīng)造成牙本質(zhì)損傷的風(fēng)險。PIPS激活過程中產(chǎn)生的沖擊波會在根管系統(tǒng)中形成三維流動，清除更多的碎屑和牙髓殘留物。PIPS技術(shù)輔助根管沖洗可以去除更多的根管系統(tǒng)內(nèi)的微生物生物膜，開放更多的牙本質(zhì)小管[18,19]。無論使用生理鹽水還是NaClO，應(yīng)用PIPS技術(shù)輔助根管沖洗，在根尖、中、冠方根管內(nèi)的生物膜都有減少[20]。

3 PIPS技術(shù)的參數(shù)研究

在Meire等[21]的研究中，對不同參數(shù)LAI激活沖洗效果進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，纖維尖位置、脈沖長度、脈沖能量、照射時間和頻率是影響人工根管壁碎屑清除的主要因素。目前，尚無關(guān)于Er:YAG激光輔助沖洗根管的金標(biāo)準(zhǔn)。建立這樣一個金標(biāo)準(zhǔn)要考慮到不同參數(shù)：(1)光纖維參數(shù)設(shè)計(平面或錐形尖)，直徑(200～600 μm)，位置在(髓腔入口、根管入口、根管內(nèi))；(2)特定的激光設(shè)置，如脈沖能量為0～80 mJ，脈沖頻率為10～35 Hz，脈沖長度為50～130 μs。

Mathew 等[22]認(rèn)為，PIPS尖端無需到達(dá)根尖區(qū)只需將其放置在根管口即可。使用PIPS激活的Er:YAG激光激活的沖洗液不僅在激光纖維尖端附近有強烈的湍流運動，距尖端最遠(yuǎn)達(dá)21 mm處都有強烈的湍流運動[23]。從激光纖維末端剝?nèi)? mm的聚酰胺護(hù)套，會有更多的側(cè)面發(fā)射電位。當(dāng)使用帶有錐形尖端的常規(guī)纖維時，會產(chǎn)生具有更深遠(yuǎn)的“沖擊波狀”特性和更高清潔效果的空化氣泡。在LAI技術(shù)中，對激光不同的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定比較，較普遍的認(rèn)為PIPS技術(shù)使用錐形纖維尖端結(jié)合50 μs脈沖、20 mJ能量和15 Hz頻率是最有效的[24]。

目前尚無對PIPS技術(shù)最佳的完整臨床沖洗方案的報道。NaClO的濃度主要有：1%、2%、2.5%、3%、5%、5.25%和6%，比較幾種濃度的研究表明，2.5% NaClO具有較高的效率和較低的細(xì)胞毒性，效果更好[25]，然而6% NaClO被證明是生物膜最有效的消毒劑。沖洗時間的實驗研究從5 s到240 s不等[26]，學(xué)者們還未對沖洗時間達(dá)成共識。沖洗方案目前也沒有被證實的最佳可重復(fù)方案， Turkel等[27]的方案是，關(guān)閉激光的水和氣，將根管中加入5%的NaClO，將Er:YAG激光纖維尖端在根管口保持靜止并激活30 s。隨后，加入17%的EDTA激光激活30 s，總激活時間為60 s。沖洗使用NaClO的總量為5 ml，EDTA的沖洗量為5 ml。為了避免EDTA溶液的延長作用，隨后用5 ml蒸餾水沖洗根管30 s。

4 PIPS技術(shù)輔助沖洗方法的對比實驗研究

傳統(tǒng)沖洗器沖洗常使用注射針頭或側(cè)方開口針頭，沖洗液較難流動到側(cè)副根管和根尖。與傳統(tǒng)沖洗器沖洗相比，PIPS技術(shù)輔助根管沖洗能更有效地去除根管壁的生物膜，使根管壁表面更清潔、更光滑，同時能更有效地清除根尖的牙本質(zhì)碎屑[28,29]。

Koch等[30]利用體外模型測試PIPS和超聲工作尖附近流體的速度，PIPS的總流體速度比模擬模型中超聲的速度要快10倍，超聲沖洗的速度場會在遠(yuǎn)離激發(fā)源處縮減，體外實驗中PIPS誘導(dǎo)的流體運動比超聲更顯著，并認(rèn)為有效的臨床沖洗來源于流體動力學(xué)或機械力學(xué)和化學(xué)的結(jié)合。PIPS技術(shù)去除離體天然牙和人工根管模型牙本質(zhì)碎屑的效果優(yōu)于超聲[31,32]。在清除生物膜方面，多項體外研究發(fā)現(xiàn)PIPS技術(shù)比超聲輔助沖洗技術(shù)的消毒效果更好[33-35]。

A.im等[36]認(rèn)為，XP Endo Finisher新型根管預(yù)備銼在清潔主根管和50 μm深的牙本質(zhì)小管處比PIPS技術(shù)和聲波動能沖洗更強；PIPS技術(shù)比XP Endo Finisher和聲波動能沖洗在深層消毒牙本質(zhì)小管方面更有效。

Suman 等[37]使用負(fù)壓動能沖洗(EndoVac系統(tǒng))和聲波動能沖洗(EndoActivator系統(tǒng))清除根尖三分之一的效果優(yōu)于PIPS。

5 總結(jié)與展望

PIPS技術(shù)的重要特點是可以推動沖洗劑到達(dá)整個根管系統(tǒng)，是一種更高效的根管沖洗方法。同時，在去除根管氫氧化鈣封藥殘留中，PIPS技術(shù)表現(xiàn)出比傳統(tǒng)沖洗器、超聲輔助沖洗更強的清潔能力[38,39]。該技術(shù)為臨床醫(yī)師節(jié)省了治療時間并提高了根管治療的成功率。

在牙髓治療領(lǐng)域，PIPS技術(shù)是一種被證實的較安全且高效的輔助根管沖洗方法。大量的學(xué)者通過體外實驗證明了其有效性。不同學(xué)者的研究設(shè)計有很多不同，包括細(xì)菌培養(yǎng)時間、激光參數(shù)、沖洗方案和使用的沖洗溶液，研究方法的巨大差異使得結(jié)果不同，但大部分實驗都證明了PIPS技術(shù)在輔助根管沖洗中清除碎屑和玷污層方面的能力。然而，目前尚無關(guān)于PIPS技術(shù)輔助根管沖洗的體內(nèi)實驗效果和數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的沖洗方法相比，使用激光活化蕩洗技術(shù)可能會將組織碎片擠出根尖孔，產(chǎn)生術(shù)后疼痛[40]。因此，需要研究最佳激光激活時間和其他參數(shù)，以確保根管治療過程中由氣泡和壓力引起的碎屑和沖洗劑不溢出根尖孔。