Er: YAG激光照射種植體表面微形貌變化的掃描電子顯微鏡觀察

孫旭 鄧振南 文才 趙穎

1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院口腔科 北京 100053；

2.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院修復(fù)科 溫州 325000；

3.西南醫(yī)科大學(xué)口頜面修復(fù)重建和再生實(shí)驗(yàn)室 西南醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院種植科 瀘州 646000

作為牙列缺損修復(fù)方式之一的種植治療，已廣泛開(kāi)展且越來(lái)越被患者接受。然而由于各種原因引起的種植體周炎發(fā)病率較高，據(jù)報(bào)道其發(fā)生率高達(dá)12.4%~43.3%[1]。發(fā)生種植體周炎的種植體周?chē)墙M織被吸收，種植體表面暴露，被細(xì)菌生物膜覆蓋并沉積礦化物。治療種植體周炎，須對(duì)暴露的種植體表面進(jìn)行徹底清創(chuàng)[2]。因種植體表面為螺旋不規(guī)則外形且較為粗糙，利用手用器械或超聲器械刮治清創(chuàng)不夠徹底，且會(huì)損傷種植體表面微結(jié)構(gòu)，不利于再次骨整合[3]。

激光照射處理對(duì)于不規(guī)則粗糙的種植體表面，覆蓋更廣泛且不會(huì)造成醫(yī)源性污染或機(jī)械損傷。研究[4]表明：Er: YAG激光可有效進(jìn)行根面平整，去除齦下菌斑，去除感染物，消融軟硬組織及光生物調(diào)節(jié)作用促進(jìn)愈合等。這些作用同樣可用于種植體周炎的治療。但Er: YAG激光屬于熱輻射，在種植體表面如發(fā)生熱積累，溫度過(guò)高，會(huì)對(duì)種植體表面產(chǎn)生熱損傷，因此設(shè)置激光器能量參數(shù)要合理，去污消毒時(shí)避免熱損傷。不同表面處理的種植體對(duì)激光的反應(yīng)不完全相同[5]。本研究納入了市面銷(xiāo)售較具代表性的4種種植體表面，設(shè)定Er: YAG激光不同模式及能量參數(shù)對(duì)其進(jìn)行照射，照射后掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察表面微形貌的改變，為臨床如何安全、有效地使用Er: YAG激光處理種植體周炎提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料和器械

納入4種種植體：奧齒泰TSⅠⅠⅠ SA種植體（SA表面）、Straumann BL SLA種植體（SLA表面）、美格真Anyone種植體（Xpeed表面）、美格真EZ種植體（RBM表面） 各3枚，波長(zhǎng)2 940 nm的Er:YAG激光（Lite-touch，賽諾龍公司，以色列），激光功率計(jì)（OPHⅠR NOVA Ⅱ型，OPHⅠR公司，以色列）；SEM （EVO18，CARL ZEⅠSS 公司，德國(guó)）。

1.2 設(shè)置激光器參數(shù)并照射種植體表面

選擇直徑1.0 mm激光工作尖，調(diào)整Er: YAG激光模式為“軟組織模式”設(shè)置參數(shù)：50 mJ、10 Hz，100 mJ、10 Hz，200 mJ、10 Hz（激光功率計(jì)測(cè)得能量密度分別為5.5、10.1及18.5 J·cm-2）；調(diào)整為“硬組織模式”設(shè)置參數(shù)：100 mJ、10 Hz，200 mJ、10 Hz（能量密度分別為13.3及23.5 J·cm-2）。以上5種能量參數(shù)，均在充分水冷卻（100%）下，采取非接觸模式，工作尖距離種植體表面1 mm，與種植體表面成80°，選擇同一螺紋固定一點(diǎn)作為同一參數(shù)激光處理區(qū)，照射5 s。

1.3 SEM觀察

將激光照射前后的種植體表面噴金，固定在載物臺(tái)上，觀察照射區(qū)表面微形貌變化。檢測(cè)倍數(shù)為500倍和5 000倍。

2 結(jié)果

SEM觀察可見(jiàn)：SA表面在軟組織模式50 mJ、10 Hz及100 mJ、10 Hz照射下無(wú)變化，能量提高到200 mJ、10 Hz可見(jiàn)微形貌部分熔化；SLA表面在軟組織模式50 mJ、10 Hz照射下無(wú)變化，能量提高到100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz可見(jiàn)部分熔化及完全熔化；SA表面和SLA表面在硬組織模式100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz照射下無(wú)變化；Xpeed表面和RBM表面在軟組織模式50 mJ、10 Hz照射下分別表現(xiàn)為高峰塌陷和片狀熔化，在能量提高到100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz均可見(jiàn)部分熔化及完全熔化；Xpeed表面及RBM表面在硬組織模式100 mJ、10 Hz照射下無(wú)變化，能量提高到200 mJ、10 Hz可見(jiàn)部分熔化；Xpeed表面未見(jiàn)涂層剝脫（圖1）。

圖1 Er: YAG激光處理種植體表面后SEM觀察Fig 1 SEM observation of implant surfaces after Er: YAG laser treatment

3 討論

種植體周炎局部為以厭氧菌為主的多種微生物感染，其表面生物膜主要細(xì)菌為革蘭陽(yáng)性球菌和桿菌[6]，后逐漸在種植體表面形成菌斑，沉積鈣化物。種植體表面所具有的微形貌是影響骨整合的重要因素[7]。治療種植體周炎首先需去除種植體表面的菌斑和肉芽，對(duì)污染表面徹底清創(chuàng)控制感染，且不造成醫(yī)源性污染，對(duì)種植體表面不產(chǎn)生機(jī)械損傷或熱損傷，因此其表面結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生變化，以維持良好的生物相容性，利于完成再次骨整合。

目前，口腔科臨床常用的激光有Er: YAG、Nd: YAG、CO2和二極管激光等。這些激光均可通過(guò)熱效應(yīng)對(duì)組織去污殺菌。如果參數(shù)設(shè)置不合理，照射過(guò)程中局部溫度積累過(guò)高，會(huì)對(duì)植體表面產(chǎn)生熱損傷。已有學(xué)者初步探索種植體鈦表面可耐受的Er: YAG激光的能量值。Stubinger等[8]研究顯示：Er: YAG激光在3.0 W（300 mJ、10 Hz、10 s）非接觸模式照射下，種植體SLA表面發(fā)生熔融和裂紋，種植體光滑表面在5.0 W（500 mJ、10 Hz、10 s）非接觸模式照射下，會(huì)發(fā)生變化。Taniguchi等[5]用Er: YAG激光近距離模式充分水冷下照射種植體表面，結(jié)果顯示：在50 mJ、30 Hz（17.7 J·cm-2）和40 mJ、30 Hz（14.2 J·cm-2）能量參數(shù)下，SLA表面和RBM表面出現(xiàn)明顯熔化和微結(jié)構(gòu)邊緣的輕微熔化。在30 mJ、30 Hz（10.6 J·cm-2）能量參數(shù)下，未見(jiàn)SLA表面及RBM表面受損。而陽(yáng)極氧化表面即使在30 mJ、30 Hz照射下也會(huì)發(fā)生剝脫。梁辰等[9]用Er: YAG激光“硬組織模式”充分水冷卻，100 mJ、10 Hz能量參數(shù)照射，未見(jiàn)SLA表面的結(jié)構(gòu)變化；當(dāng)能量提高到200 mJ、10 Hz 及300 mJ、10 Hz時(shí)，可見(jiàn)SLA表面顏色加深成淡棕色及明顯的微結(jié)構(gòu)熔融。綜上所述，Er: YAG激光能量在何種范圍內(nèi)不會(huì)破壞種植體表面目前尚無(wú)共識(shí)[10]。這些研究未對(duì)種植體表面的類(lèi)型進(jìn)行對(duì)比，而不同類(lèi)型的種植體表面其微觀形態(tài)，粗糙度、浸潤(rùn)性等均不同，對(duì)激光的反應(yīng)也不同。

本實(shí)驗(yàn)納入的4種種植體表面，在相同能量參數(shù)下，軟組織模式照射比硬組織模式照射對(duì)種植體表面損傷均更嚴(yán)重，原因?yàn)檐浗M織模式的脈寬比硬組織模式的脈寬值大。本實(shí)驗(yàn)中的Er: YAG激光器在軟組織模式10 Hz下，50、100及200 mJ的脈寬分別為155、195和279 μs；在硬組織模式10 Hz下，100及200 mJ的脈寬分別137和192 μs。脈寬即脈沖持續(xù)時(shí)間，與激光的切削能力和周?chē)M織的熱沉積密切相關(guān)[11]。相同的能量值下，激光脈沖越快，切削能力越強(qiáng)，熱量傳導(dǎo)到鄰近組織的時(shí)間越短，組織殘留熱量越低，熱損傷越小。金屬對(duì)Er: YAG激光的吸收率很低，所以其表面的高溫主要是因?yàn)榉e累造成。因此，建議在臨床中應(yīng)用Er: YAG激光，設(shè)置合適的能量參數(shù)，應(yīng)用“軟組織模式”去除種植體表面的細(xì)菌生物膜，發(fā)揮殺菌作用。應(yīng)用“硬組織模式”去除種植體表面的鈣沉積物、結(jié)石等。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，SA及SLA表面適合在軟組織模式50 mJ、10 Hz下清除細(xì)菌；在硬組織模式200 mJ、10 Hz下去除牙石；Xpeed表面及RBM表面不適合用Er: YAG激光軟組織模式處理，可在硬組織模式100 mJ、10 Hz下去除牙石。

表面微形貌和粗糙度作為種植體的表面形貌特征，與種植體-骨結(jié)合的關(guān)系密切。粗糙度增加可促進(jìn)創(chuàng)傷愈合及骨結(jié)合[12-13]，但同時(shí)也更易于菌斑附著，加重種植體周炎癥。因此，激光照射后，種植體表面應(yīng)保持原有微形貌及粗糙度。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，在軟組織模式50 mJ、10 Hz照射下，SA及SLA的表面無(wú)變化，Xpeed和RBM表面分別出現(xiàn)高峰塌陷和片狀熔化；在軟組織模式100 mJ、10 Hz照射下，SA表面無(wú)損傷，SLA、Xpeed及RBM表面均出現(xiàn)部分熔化；在硬組織模式200 mJ、10 Hz照射下，SA和SLA表面無(wú)損傷，Xpeed及RBM表面出現(xiàn)部分熔化?？梢?jiàn)對(duì)激光的抵抗能力，SA表面優(yōu)于SLA表面，且均優(yōu)于Xpeed表面及RBM表面。由于鈦的熔點(diǎn)為1 668 ℃，說(shuō)明Er:YAG激光在種植體表面照射時(shí)產(chǎn)生的溫度非常高[14]。Taniguchi等[5]用Er: YAG激光在50 mJ、30 Hz參數(shù)下照射后發(fā)現(xiàn)：SLA表面、Tioblast表面及RBM表面有輕微熔化，而Osseotite種植體未發(fā)生變化，對(duì)Er: YAG激光的抵抗力最強(qiáng)；原因是Osseotite種植體是由熔點(diǎn)超過(guò)純鈦的鈦合金制成。而本研究納入的4種種植體均為4級(jí)純鈦，不存在熔點(diǎn)不同。所以本實(shí)驗(yàn)中，有可能造成種植體對(duì)激光照射的抵抗力不同，是由于不同類(lèi)型表面的微形貌、粗糙度及化學(xué)成分[14]。SA表面是由直徑1~3 μm 大小的微坑組成，粗糙度（Ra） 為2.5~3.0 μm；SLA表面是大孔內(nèi)含多個(gè)小孔，Ra為2.0 μm；Xpeed表面與SLA表面微形貌接近，只是表面有一層厚約0.5~0.7 μm的納米級(jí)陶瓷層，Ra為1.8~2.5 μm；RBM表面由多個(gè)微坑組成，像魚(yú)鱗狀分不同層面，Ra約為0.53 μm。由此推斷：粗糙度大的表面，激光照射時(shí)積累的熱量較分散，不易發(fā)生微形貌的改變，抵抗激光照射的能力強(qiáng)。有研究[9]顯示：SLActive表面比SLA表面對(duì)激光照射的抵抗力低。設(shè)定Er: YAG激光為硬組織模式200 mJ、10 Hz及300 mJ、10 Hz進(jìn)行照射，SEM下均觀察到SLActive表面比SLA表面微結(jié)構(gòu)熔融更嚴(yán)重，甚至在300 mJ、10 Hz時(shí)，SLActive種植體表面出現(xiàn)裂紋。原因是SLActive種植體表面具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)，且羥基化鈦含量比SLA高。陳中仁等[10]用能量參數(shù)為30 mJ、30 Hz（10.6 J·cm-2）的Er: YAG激光照射種植體表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SA、SLA和RBM表面無(wú)變化，而陽(yáng)極氧化表面卻發(fā)生了剝脫；原因是陽(yáng)極氧化表面是由含有鈣和磷酸鹽的厚氧化物組成[15]，熔點(diǎn)低于純鈦，在激光熱效應(yīng)下氧化表面從種植體表面完全剝脫。而本實(shí)驗(yàn)中，Xpeed表面未觀察到剝脫現(xiàn)象，分析原因：Xpeed表面是4級(jí)純鈦先通過(guò)噴砂+酸洗這種“減法”方式處理，然后再在Ca+溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，形成的納米級(jí)鈣鹽晶體，層厚較薄，因此不會(huì)在激光的沖擊或熱效應(yīng)下發(fā)生剝脫。

另有報(bào)道[16]其他方法配合Er: YAG激光對(duì)種植體表面殺菌，如“齦下噴砂+Er: YAG激光+局部抗生素”的綜合方案治療種植體周炎可顯著改善探診出血的癥狀和牙周探診深度。另有“Er: YAG+二極管激光”及“Er: YAG+ Nd: YAG激光”，不同波長(zhǎng)的激光聯(lián)合使用效應(yīng)互補(bǔ)，可發(fā)揮良好的清潔、殺菌和生物刺激作用，并促進(jìn)組織愈合和再生。在臨床中，感染種植體表面存在細(xì)菌生物膜，對(duì)Er: YAG激光吸收充分，種植體表面的熱積累可能會(huì)有減輕。在空氣中，激光照射鈦種植體，除了表面形貌發(fā)生變化外，還有表面浸潤(rùn)性、粗糙度及氧化層厚度的改變，引起對(duì)骨組織親和性的變化，這需在進(jìn)一步的研究中探討。

4 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)條件下，不同類(lèi)型的種植體表面受Er: YAG激光照射后表面形貌不同。SA和SLA表面適合用軟組織模式50 mJ、10 Hz下殺菌；在硬組織模式200 mJ、10 Hz下去污；Xpeed及RBM表面不適合用Er: YAG激光軟組織模式處理，可在硬組織模式100 mJ、10 Hz下進(jìn)行表面去污。臨床中，應(yīng)用Er: YAG激光對(duì)種植體表面進(jìn)行去污殺菌時(shí)，要考慮到種植體表面處理的類(lèi)型不同，選擇合適的操作模式及能量參數(shù)，避免損傷種植體表面微形貌。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。