摻鉺釔鋁石榴石激光在兒童口腔醫(yī)學中的應用研究進展

楊婕 姜秋 李聰聰 劉秋萍

摘 要：摻鉺釔鋁石榴石（Er：YAG）是一種短脈沖型的激光，可用于硬組織消融、軟組織切割及根管蕩洗等，在乳牙去腐、樹脂粘接、多生牙拔除、舌系帶延長、根管蕩洗等方面具有重要意義。由于Er：YAG激光在許多應用范圍可以替代渦輪手機，減少了振動和氣溶膠的產(chǎn)生，微創(chuàng)無痛操作更為患兒接受，因此，在兒童口腔醫(yī)學中的應用研究越來越廣泛。本文將從上述方面對Er：YAG激光在兒童口腔醫(yī)學中的應用進展進行綜述，為進一步的臨床應用提供參考。

關鍵詞：摻鉺釔鋁石榴石；激光；齦切術；光子引導光聲流效應；兒童口腔醫(yī)學

中圖分類號：R788? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2023.01.003

Advances in the Application of Er：YAG in Pediatric Dentistry

YANG Jie， JIANG Qiu*， LI Congcong， LIU Qiuping

（Department of Pediatric Dentistry， Hospital of Stomatology， Jilin University， Changchun 130000， China）

Abstract： The erbium-trium aluminum garnet （Er：YAG） is a short-pulse laser that can be used for hard tissue ablation， soft tissue debridement and root canal decontamination. It can be effectively used in deciduous teeth removal， resin bonding， superordinate teeth extraction， lingual lacunae extension， root canal washing and other aspects. Because the operation is painless， it is more acceptable to children， hence it is very common in pediatric stomatology application research. This article reviews the application of Er：YAG in pediatric stomatology from the above aspects.

Key words： Er：YAG; laser; gingivectomy; photoninduced photoacoustic streaming; pediatric stomatology

（Acta Laser Biology Sinica， 2023， 32（1）： 015-019）

上世紀初就有口腔醫(yī)生嘗試用摻鉺釔鋁石榴石（the erbium-trium aluminum garnet，Er：YAG）激光去腐，90年代美國食品和藥物管理委員會批準波長為2 940 nm的Er：YAG激光用于口腔疾病治療。由于波長接近于水和羥基的紅外線吸收峰值，Er：YAG激光對于口腔內(nèi)的軟、硬組織疾病均能起到治療作用，包括切削軟、硬組織和止血、消毒等。隨著光子引導的光聲流效應（photoninduced photoacoustic streaming，PIPS）技術被提出，Er：YAG激光激活根管蕩洗逐漸在臨床得到應用。

1 硬組織消融

經(jīng)過Er：YAG激光的照射，組織中的水和羥基吸收能量后發(fā)生迅速的升溫、升壓，在表層下發(fā)生小范圍爆炸，礦物基質(zhì)消融，多余的熱量一部分被水分吸收，一部分隨著沖洗被清理，避免損傷健康組織［1］。在乳牙去腐及去骨、分牙術中等通常采用0～300 mJ、0～20 Hz的參數(shù)范圍。

1.1 乳牙去腐

乳牙齲病診療過程中，由于乳牙礦化程度低、髓腔大、髓角高，渦輪手機去腐易發(fā)生意外露髓。Er：YAG激光波長較長，能量作用范圍表淺，可以精確到0.01 mm，故能精確切割齲壞組織。除了良好的去腐效果外，Er：YAG激光作用于水分子產(chǎn)生大量（OH）-自由基，還具有優(yōu)越的殺菌能力，能避免窩洞污染，可以有效預防繼發(fā)齲［1］。盡管Er：YAG激光工作時間更長，但與傳統(tǒng)的機械法相比疼痛明顯減輕，避免了渦輪手機高速轉(zhuǎn)動帶來的振動恐懼，更為大多數(shù)患兒接受［2］。

1.2 去骨劈牙

多生牙是一種發(fā)育性疾病，發(fā)病率為 0.18%～6.00%不等 ［3］，好發(fā)于混合牙列或恒牙列期上頜前部，若早期不能檢出并拔除，易造成恒牙的異位萌出。對于已經(jīng)萌出的多生牙可以直接拔除，而埋伏骨內(nèi)的多生牙往往需要經(jīng)翻瓣、去骨、劈牙解除軟、硬組織阻力后拔除。

傳統(tǒng)的去骨劈牙使用渦輪手機，振動及創(chuàng)傷都比較大，而Er：YAG激光用于阻生智齒的拔除術，可以減輕創(chuàng)傷、減少出血、腫脹、疼痛、張口受限等。雖然操作時間幾乎是傳統(tǒng)手術的兩倍，但是Er：YAG激光操作更加方便，在術中避免了渦輪振動給患者帶來的恐懼，更加適合有牙科恐懼癥的低齡兒童［4］。

2 牙面預處理

利用Er：YAG激光對牙面預處理的作用可以粗化牙面，增大粘接面積，粗化過的牙本質(zhì)無玷污層、表面無脫礦，可以提高粘接強度；Er：YAG激光還可以有效加速氟斑牙漂白術中的氧化還原反應，通過抑制牙本質(zhì)小管內(nèi)的液體流動對敏感牙進行脫敏治療。釉質(zhì)預處理通常采用的參數(shù)范圍為50～250 mJ、5～20 Hz，而牙本質(zhì)預處理及牙面漂白通常采用的參數(shù)為50 mJ、10 Hz。

2.1 釉質(zhì)預處理

2.1.1 釉質(zhì)蝕刻

釉質(zhì)蝕刻是指通過物理、化學等方法對釉質(zhì)表面進行粗化處理，提高樹脂粘接固位力。窩溝封閉、正畸托槽粘接、斷冠再接術等釉質(zhì)粘接通常需要磷酸酸蝕牙面，但磷酸有刺激牙髓、牙表面脫礦的風險，而Er：YAG激光照射可以粗化釉質(zhì)表面、增大粘接面積，還能避免熱損傷牙髓、促進釉質(zhì)礦化。電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，Er：YAG激光處理過的牙面比酸蝕的粗化孔隙更清晰、分布更均勻，并且激光能量越大，釉柱邊界越清晰。

窩溝封閉采用Er：YAG激光預處理的優(yōu)勢在于牙面清潔、消毒、釉質(zhì)蝕刻等步驟一步到位，操作方便。然而研究表明，單獨使用Er：YAG激光處理會使粘接面的抗剪切強度（shear bond strength，SBS）降低， Er：YAG激光配合使用磷酸的粘接效果比兩者單獨使用效果更佳［5］。對過度礦化的氟斑牙窩溝封閉時，常規(guī)的酸蝕粘接效果不佳，窩溝封閉劑容易脫落，而Er：YAG激光結(jié)合酸蝕可以改善氟斑牙窩溝封閉的邊緣密合度，減少微滲漏［6］。

正畸托槽脫落后，殘余粘接劑會影響再粘接的效果。Er：YAG激光可以更徹底地去除殘余粘接劑，高能量激光作用下熔化的羥基磷灰石封閉了牙釉質(zhì)表面的微孔，減少了樹脂在釉柱內(nèi)的滲透［7］ 。研究表明，臨床使用250 mJ的低能量Er：YAG激光處理粘接面效果最佳［5］。

2.1.2 牙面漂白

對于有明顯牙色改變的氟斑牙，臨床常采取漂白法進行美白修復，但是容易造成牙本質(zhì)敏感。臨床常用的漂白劑大多含有過氧化氫，需要光、熱等激活水分子釋放氧自由基。Er：YAG激光結(jié)合過氧化氫漂白凝膠的漂白效果顯著，多余的熱量被漂白劑中的水吸收，牙髓受到的熱損傷非常小，可以有效避免牙本質(zhì)敏感［8］。

采用Er：YAG激光結(jié)合滲透樹脂輔助漂白法治療中度氟斑牙，不僅粗化牙面、增大表面積，滲透樹脂可以進入脫礦的釉柱之間，而且還可以加速漂白劑氧化還原反應的發(fā)生，同時能起到牙本質(zhì)脫敏的作用，將氟斑牙的白堊色牙面恢復成健康牙面的色澤和光潔［9］。

2.1.3 乳牙齲病預防

第四次全國口腔健康流行病學調(diào)查結(jié)果顯示，乳牙患齲率高達62.5%，但是兒童往往對牙齒治療表現(xiàn)出強烈的恐懼心理，因此，預防乳牙齲病成為家長和醫(yī)生的共同目標。Er：YAG激光的優(yōu)勢在于可以增加釉質(zhì)中鈣離子和磷酸鹽離子含量，減少碳酸鹽離子，這種成分變化可以增加羥基磷灰石的化學穩(wěn)定性［10］。此外，Er：YAG激光照射還可以通過降低牙釉質(zhì)擴張系數(shù)提高乳牙釉質(zhì)耐酸性能［1］，具有乳牙防齲效果。

Er：YAG激光處理乳牙釉質(zhì)可以獲得防齲效果，但是粗化的釉質(zhì)表面可能會增加細菌黏附。研究表明，釉質(zhì)表面粗糙度的增加與所用激光能量水平成正相關，7.5 J/cm2的激光照射對預防乳牙齲病即有效，但是12.7 J/cm2的Er：YAG激光照射會顯著增加變異鏈球菌的黏附［11］，因此，低能量密度的Er：YAG激光的防齲效果更好。

2.2 牙本質(zhì)預處理

2.2.1 牙本質(zhì)粘接

經(jīng)過Er：YAG激光預處理的牙本質(zhì)表面，硬組織消融、膠原纖維暴露，牙本質(zhì)小管開放形成了表面無脫礦的粗糙的基質(zhì)表面，玷污層被去除［12］。理論上來說，這樣一個無菌的粗糙界面有利于樹脂基黏結(jié)劑滲透到牙本質(zhì)，增加牙本質(zhì)粘接強度。

然而研究表明，高能量的Er：YAG激光處理會降低牙本質(zhì)粘接強度，這是由于高能量的Er：YAG激光照射過的牙本質(zhì)表面形態(tài)不規(guī)則、粘接層厚度不均勻，因此，粘接界面的應力分布不均勻；降解、變性的膠原原纖維融合在一起，影響了粘接劑在牙本質(zhì)小管內(nèi)的滲透，減弱了粘接強度。另外，Er：YAG激光的吸水性導致局部水分含量的降低，也影響了粘接樹脂的擴散和溶劑的消除［13］。有學者提出，可以通過加入磷酸基團等活性單體或降低激光能量解決這一問題［14］。

Er：YAG激光處理牙本質(zhì)后采用低能激光改性模式（low-energy laser modification mode，LMM）照射牙面可以有效增強自酸蝕粘接的強度［12］。50～200 mJ能量等級和5～20 Hz頻率的Er：YAG激光預處理乳牙牙面可增加牙本質(zhì)的抗剪切強度、改善牙本質(zhì)與修復材料的結(jié)合界面，但是激光的能量和頻率一旦超過這個范圍，就會產(chǎn)生相反的效果［14］。

2.2.2 牙本質(zhì)脫敏

牙本質(zhì)敏感是指暴露的牙本質(zhì)表面受到溫度、機械、化學等刺激后，牙本質(zhì)小管內(nèi)流動的液體激活了成牙本質(zhì)細胞突起，影響了周圍神經(jīng)末梢而引起刺激痛。臨床常用牙本質(zhì)粘結(jié)劑、蛋白質(zhì)凝固劑（如戊二醛或硝酸銀）、氟化物或草酸鹽等脫敏劑堵塞牙本質(zhì)小管達到脫敏的效果［15］。近年來，激光也逐漸被應用于脫敏治療，Er：YAG激光不僅可以改變細胞膜對鈉、鉀離子的通透性，刺激神經(jīng)軸突合成內(nèi)啡肽，從而阻斷牙髓內(nèi)的痛覺傳導；還能通過吸收牙本質(zhì)中的水分子，不規(guī)則破壞小管周圍的牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)，阻塞牙本質(zhì)小管［16］。Er：YAG激光比其他激光具有更好的吸水性和熱消融性，因此，具有更好的脫敏效果。

研究表明，低能量Er：YAG激光具有明顯的脫敏治療效果，0.5 W、10 Hz的低能量Er：YAG激光能夠有效封閉牙本質(zhì)小管且不會造成牙髓熱損傷［17］。Er：YAG激光聯(lián)合應用氟化物脫敏效果更佳，激光粗化的牙面有利于氟化物的附著，激光照射使局部Ca2+、PO43–、F–濃度增加，唾液、氟化物在牙面生成CaF2、Ca3（PO4）2 晶體覆蓋在牙本質(zhì)表面，阻塞牙本質(zhì)小管，獲得更好的脫敏效果 ［18］。

3 軟組織

Er：YAG激光是利用組織吸收的光能產(chǎn)生光生物效應，通過光破壞、等離子體誘導燒蝕、光燒蝕、熱和光化學來實現(xiàn)對軟組織的切割作用。非電離輻射避免了細胞DNA的突變，在熱消融過程中，隨著手術部位溫度的升高，軟組織會經(jīng)歷升溫（37～60℃）、蛋白質(zhì)變性、凝固（>60℃）、焊接（70～90℃）、汽化（100～150℃）、碳化（>200℃）等過程［19］。舌系帶延長術、齦切術等黏膜軟組織切割常采用150 mJ、20 Hz的參數(shù)范圍［21］，而活髓保存常用40～50 mJ、10 Hz的參數(shù)范圍［24］。

3.1 舌系帶延長

舌系帶過短的發(fā)病率約為8%［20］，如果不加干預，可能會影響嬰兒的母乳喂養(yǎng)、發(fā)音、頜面發(fā)育、咬合關系，有的甚至會造成睡眠呼吸障礙綜合征。傳統(tǒng)的舌系帶延長術需要全麻下采用橫切縱縫的術式，存在損傷舌神經(jīng)、下頜下腺導管、縫合線周圍感染的風險。而激光舌系帶延長術在門診可局麻進行，出血少，分層切割精度高，Er：YAG激光作用于水分子產(chǎn)生的（OH）-自由基還具有消毒滅菌的作用［21］。

3.2 齦切術

乳牙充填術中常遇到齲壞平齦或達齦下、增生的牙齦覆蓋窩洞的情況，影響充填。臨床上往往需要在充填之前行齦切術，手術刀切除、電刀或激光都是目前臨床應用較多的方式。電刀和激光產(chǎn)生的熱量會破壞上皮的愈合，而長波長激光可以避免這一問題：Er：YAG激光通過減少細胞水平的毒素，增加淋巴液的流動和血液供應，從而緩解疼痛、加速修復，并在傷口愈合的早期階段誘導膠原蛋白和彈力纖維再生［22］，激光對照射的組織面還有消毒滅菌的作用。

3.3 活髓保存

活髓保存治療（vital pulp therapy，VPT）是指對于意外露髓或者部分牙髓炎，可以通過直接蓋髓術或者活髓切斷術保存健康牙髓組織，對于年輕恒牙的牙根繼續(xù)發(fā)育和根尖閉合起到重要作用。傳統(tǒng)的活髓保存在常規(guī)的止血、消毒后采用氫氧化鈣和三氧化物礦物聚集物等蓋髓材料覆蓋露髓點或牙髓斷面，使牙本質(zhì)基質(zhì)釋放生長因子來誘導修復性牙本質(zhì)的形成。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，40 mJ的低功率Er：YAG激光照射區(qū)域HMGB-1因子的表達明顯增強，并且有第三期牙本質(zhì)的形成［23］。Yamakawa等［24］的研究發(fā)現(xiàn)，低功率Er：YAG激光合并二極管照射可以促進牙髓干細胞和成骨細胞的增殖與分化、加速細胞的凋亡，這表明Er：YAG可以加速細胞代謝，激活牙髓再生修復。

激光照射對感染牙本質(zhì)有消毒、干燥等作用，對牙髓有止血、消毒、凝固的作用，還能促進細胞遷移和增殖、線粒體呼吸、蛋白質(zhì)合成和骨形成，這些都為修復性牙本質(zhì)的形成創(chuàng)造良好的生物基礎。另外，Er：YAG激光可以降低窩洞內(nèi)的壓強，感染的牙本質(zhì)碎屑不易進入健康牙髓［25］。

4 根管蕩洗

對于年輕恒牙外傷、畸形中央尖折斷或深齲造成的根尖周炎癥，臨床大多采取根尖誘導成形術或牙髓血運重建。近年來，Er：YAG開始被應用于根管蕩洗，相比傳統(tǒng)根管沖洗，激光激活根管蕩洗（laser-activated irrigation，LAI）可以加速沖洗液的滲透，協(xié)助有機碎屑的溶解，獲得更加清潔的根管［26］。

Neelakantan等［27］利用3種不同的沖洗液，對比傳統(tǒng)沖洗、超聲蕩洗、半導體激光激活和Er：YAG激光激活4種方法對根管消毒的效果，發(fā)現(xiàn)Er：YAG激光激活對糞腸球菌的滅菌率顯著高于另外幾組，其中6%NaClO+18%依替膦酸作為沖洗液的滅菌效果最佳，數(shù)據(jù)比較可見圖1。

2018年，有學者用Er：YAG激光蕩洗根管時發(fā)現(xiàn)了激波增強發(fā)射光聲流（shock wave-enhanced emission photo-acoustic streaming，SWEEPS）的現(xiàn)象［28］：向一定容積的液體中注入成對的超短脈沖，引發(fā)一系列氣泡的產(chǎn)生，第二波脈沖擊破第一波脈沖產(chǎn)生的氣泡，會產(chǎn)生非常強的沖擊波和光聲流，根管內(nèi)的消毒液受到這樣的沖擊，產(chǎn)生更強的消毒活性。然而作為一種新技術，SWEEPS的根管蕩洗效果還需要進一步證實。

Er：YAG激光激活根管蕩洗能徹底清理根管，是由于其能量水平25 mJ、50 μs超短脈沖引起光子引導的光聲流現(xiàn)象，根管消毒更徹底。Er：YAG激光消除礦化組織，在牙本質(zhì)表面形成孔隙，導致牙本質(zhì)膠原蛋白大量暴露［29］，這些暴露的膠原蛋白可以促進牙髓干細胞的黏附，對于牙髓血運重建具有重要意義［30］。

5 總結(jié)與展望

Er：YAG是一種短脈沖型、波長2 940 nm的激光，對于口腔軟硬組織具有消融作用、止血的效果，再加上激光本身就具有消毒滅菌的作用，因此，可以用于去腐、舌系帶延長術、活髓保留或牙髓血運重建等臨床操作。Er：YAG激光在兒童口腔醫(yī)學發(fā)揮著重要作用：如在臨床上遇到牙外傷患兒，其不僅可以用于保留活髓，還可以在軟組織出血時發(fā)揮重要的消毒止血作用；而對于乳恒牙齲病，Er：YAG激光去腐不僅微創(chuàng)無痛，能促進修復性牙本質(zhì)形成，還可以輔助樹脂粘接。

除了治療價值外，Er：YAG激光的使用對預防傳染病也具有重要意義。Er：YAG激光的許多應用范圍都可以替代渦輪手機，高速轉(zhuǎn)動的渦輪手機產(chǎn)生的氣溶膠成為院內(nèi)病毒傳播的重要媒介，Er：YAG激光可以明顯減少氣溶膠的產(chǎn)生，有效降低病毒傳播風險［31］。

此外，Er：YAG激光操作簡單，作用范圍局限，聲音及振動輕，患兒更愿意配合，也更加有利于治療，因此，在兒童口腔疾病中的應用會越來越廣泛，值得在臨床推廣。

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收稿日期：2022-12-06；修回日期：2022-12-26。

基金項目：吉林省發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)技術研究與開發(fā)項目（2019C051-4）；青年人才托舉工程項目（2021QNRC001）。

作者簡介：楊婕，碩士研究生。

* 通信作者：姜秋， 教授，主要從事牙齒生長發(fā)育及發(fā)育異常的研究。E-mail： jiangqiu1221@163.com。