Er:YAG激光照射后釉質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分變化的研究

葉麗君，劉魯川，周 霞，劉 銳，劉 寧，李向杰，王金川

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所口腔科，重慶 400042)

近年來(lái)，激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域，尤其是在口腔醫(yī)學(xué)中，應(yīng)用激光進(jìn)行去齲、制洞等方面的作用均已得到證實(shí)［1－2］。Er:YAG激光波長(zhǎng)2940 nm，有很好的水吸收性，也可被羥基磷灰石吸收，因此可有效地切割牙體硬組織。因釉質(zhì)的主要無(wú)機(jī)成分是鈣和磷，根據(jù)Er:YAG激光的作用機(jī)理，經(jīng)其照射后釉質(zhì)表面的成分和結(jié)構(gòu)也必然會(huì)發(fā)生變化。有鑒于此，本研究旨在觀察Er:YAG激光不同能量和不同照射時(shí)間對(duì)釉質(zhì)表面結(jié)構(gòu)和成分的影響，為進(jìn)一步的臨床研究提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要儀器

Er:YAG激光(DEKA，意大利);高速渦輪機(jī)(NSK，日本);體視顯微鏡(SMZ1500，日本);能量色散型X射線熒光光譜(EDX720，美國(guó));掃描電子顯微鏡(AMRAY－1000B，美國(guó))。

1.2 方法

1.2.1 釉質(zhì)樣本制備

選取15～25歲志愿者因正畸減數(shù)拔除的牙冠完整、無(wú)齲、無(wú)裂紋的前磨牙，刮除表面軟組織和牙石，超聲清洗后，用高速渦輪機(jī)和0.3 mm金鋼砂片自釉牙骨質(zhì)界處截去牙根，將牙冠按近中遠(yuǎn)中向和頰舌向作“+”形縱向切開，制成4 mm×4 mm×2.5 mm大小的釉質(zhì)塊104個(gè)。分別用240、400、600、800目砂紙依次打磨釉質(zhì)，使其表面光滑無(wú)附著物。4℃生理鹽水儲(chǔ)存?zhèn)溆茫瑑?chǔ)存時(shí)間＜4周。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)分組和激光照射

從104個(gè)釉質(zhì)樣本中隨機(jī)抽取8個(gè)用于空白對(duì)照(C組)，另96個(gè)樣本隨機(jī)分為A(照射10 s)和B(照射20 s)兩大組，每一大組再按功率隨機(jī)分為 1、2、3、4、5、6 W 6 個(gè)亞組，每個(gè)亞組 8 個(gè)樣本。然后將A、B兩大組所有樣本固定于石蠟上(釉質(zhì)面向上)，用Er:YAG激光在20 Hz頻率下，按相應(yīng)分組(不同功率和不同照射時(shí)間)分別對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行照射。照射時(shí)激光機(jī)頭用三腳架固定，對(duì)準(zhǔn)樣本中央，光纖距釉質(zhì)表面1 cm并與之垂直，同時(shí)以5 mL/min的量噴水。

1.2.3 釉質(zhì)表面形態(tài)觀察

對(duì)照射完成后的A、B兩組樣本分別用體視顯微鏡放大100倍觀察其表面形態(tài)，并用與之配套的成像系統(tǒng)測(cè)量每個(gè)樣本表面經(jīng)激光照射形成的凹坑直徑。然后，再在體視顯微鏡下用高速渦輪機(jī)和0.3 mm的金鋼砂片將每個(gè)樣本沿凹坑中央縱切成兩半，用配套的成像系統(tǒng)測(cè)量其凹坑洞邊緣到坑底的距離作為凹坑的深度。

1.2.4 化學(xué)成分測(cè)量

取A、B、C 3組所有樣本，用能量色散型X射線熒光分析儀定點(diǎn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)組凹坑部位和空白組樣本表面部位的Ca、P含量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 激光照射后釉質(zhì)表面形態(tài)變化

A、B兩組樣本經(jīng)Er:YAG激光以1～6 W不同能量分別照射10 s(A組)和20 s(B組)后，所有樣本表面均產(chǎn)生消融性凹坑，其表面有不同程度的粗糙顆粒，凹坑底部呈不平坦?fàn)顟B(tài)，但未出現(xiàn)明顯的炭化現(xiàn)象。

2.2 凹坑直徑和深度的變化(表1)

在激光頻率相同的情況下，隨功率和照射時(shí)間的增大，凹坑直徑和深度均相應(yīng)增加。相同功率下不同照射時(shí)間相比，無(wú)論是直徑還是深度，均是B組大于A組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。同一照射時(shí)間組內(nèi)不同功率相比，凹坑直徑和深度均有隨功率增大而增大的趨勢(shì)。

表1 不同照射時(shí)間和功率各組釉質(zhì)表面凹坑直徑、深度比較(mm，)

表1 不同照射時(shí)間和功率各組釉質(zhì)表面凹坑直徑、深度比較(mm，)

不同字母為組內(nèi)不同功率間比較P＜0.05;*為同一功率下B組和A組相比P＜0.05

功率(W)照射10 s組(A組)照射20 s組(B組)直徑 深度 直徑 深度1 0.26 ±0.08A 0.05 ±0.01A 0.66 ± 0.04*A 0.28 ±0.10*A 2 0.53 ±0.10B 0.31 ±0.10B 0.57 ±0.07*B 0.74 ±0.08*B 3 0.49 ±0.10B 0.33 ±0.13B 0.70 ± 0.12*AC 0.80 ±0.11*B 4 0.59 ±0.08C 0.75 ±0.44C 0.70 ± 0.08*AC 0.96 ±0.04*C 5 0.53 ±0.11BD 0.87 ±0.11D 0.71 ± 0.10*AC 1.07 ±0.11*D 6 0.65 ±0.04E 0.94 ±0.14D 0.71 ± 0.05*AC 1.23 ±0.06*E

2.3 Ca、P含量和Ca/P比值的變化(表2)

在激光頻率相同的情況下，隨功率和時(shí)間的增大Ca、P含量和Ca/P比值變化顯示A組和B組經(jīng)不同功率照射后釉質(zhì)表面均明顯高于空白對(duì)照組，Ca、P含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05);但Ca/P比值均與空白對(duì)照組無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。A組與B組相比，Ca含量?jī)H2 W時(shí)，有顯著差異;P含量?jī)H5 W和6 W時(shí)有顯著差異，其他各組間以及所有組Ca/P比值A(chǔ)、B之間相比均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P ＞0.05)。

表2 不同照射時(shí)間和功率各組Ca、P含量(%)Ca/P比較()

表2 不同照射時(shí)間和功率各組Ca、P含量(%)Ca/P比較()

不同字母為組內(nèi)不同功率間比較P＜0.05;*為同一功率下B組和A組相比P＜0.05

功率(W)P Ca A組 B組A組 B組Ca/p A組 B組0 27.29 ±2.44A27.29 ±2.44A 15.49 ±0.35A15.49 ±0.35A 1.75 ±0.15A 1.75 ±0.15A 1 30.57 ±2.08B29.67 ±0.57B 17.42 ±0.05B17.48 ±0.33B 1.76 ±0.12A 1.70 ±0.04A 2 30.83 ±1.42B29.50 ±0.51B 17.27 ±0.14B17.13 ±0.31B 1.79 ±0.09A 1.72 ±0.03A 3 30.15 ±0.68B29.70 ±0.38B 16.85 ±0.30B16.99 ±0.28B 1.79 ±0.05A 1.76 ±0.03A 4 30.06 ±0.80B29.29 ±0.73B 17.22 ±0.21B16.96 ±0.22B 1.75 ±0.04A 1.73 ±0.05A 5 30.09 ±0.85B29.66 ±0.24B 17.11 ±0.22B16.86 ±0.20B*1.76 ±0.04A 1.76 ±0.02A 6 29.65 ±0.43C29.28 ±0.74B 16.54 ±0.40B16.85 ±0.24B*1.79 ±0.03A 1.74 ±0.04A*

3 討論

制洞是進(jìn)行牙體牙髓治療的必要步驟。但使用高速渦輪機(jī)和牙鉆制洞時(shí)，常會(huì)磨除過多的健康牙體組織，而且還會(huì)產(chǎn)生敏感和疼痛。自激光引入口腔治療以來(lái)，已有不同的激光系統(tǒng)應(yīng)用于臨床。其中Er:YAG激光不僅可用于軟組織處理，還能有效切割牙體硬組織進(jìn)行制洞后釉質(zhì)和牙本質(zhì)邊緣清潔［2］。其機(jī)理主要是激光產(chǎn)生的光熱效應(yīng)，被牙齒中的水和羥磷灰石吸收后，產(chǎn)生微爆炸，使釉質(zhì)結(jié)構(gòu)破碎，形成牙體切割的效果［3］。大量的文獻(xiàn)與其他激光相比，Er:YAG激光對(duì)釉質(zhì)的消融效率更高，且不易損害健康牙體組織，同時(shí)還具有減少脫礦的作用［4－5］。

有研究認(rèn)為:激光對(duì)牙體硬組織的消融率主要受照射時(shí)間和強(qiáng)度等因素的影響［6］。Corona等［1］用不同能量的Er:YAG激光照射釉質(zhì)，觀察其消融率和形態(tài)的變化，結(jié)果顯示能量的增加和釉質(zhì)消融效率和形態(tài)的變化成正比關(guān)系，認(rèn)為激光照射牙體硬組織的不同參數(shù)是提供臨床治療的重要指標(biāo)。本研究選用的參數(shù)參考臨床上的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:隨著激光能量和照射時(shí)間的增加，直徑和深度均呈上升的趨勢(shì)，但照射20 s時(shí)(B組)，凹坑直徑從3 W以后趨向穩(wěn)定，而深度仍保持穩(wěn)定上升趨勢(shì)，其部分原因可能與有機(jī)物從牙齒的表面向深部逐漸遞增有關(guān)。另外，在照射過程中髓腔溫度的變化也值得注意，我們?cè)谇捌诘膶?shí)驗(yàn)和借鑒國(guó)外的研究，認(rèn)為在本研究的界定范圍內(nèi)髓腔溫度變化均在安全閾值內(nèi)［7］。

釉質(zhì)主要由無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和水組成，其中鈣、磷等無(wú)機(jī)物的含量所占比例最大［8］。波長(zhǎng)2940 nm的Er:YAG激光除了有很好的水吸收性，而且在照射時(shí)可被羥基磷灰石吸收，故可以有效地切割牙體硬組織。但是，激光照射后釉質(zhì)表面的化學(xué)成分有無(wú)變化一直是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)［4，9］。Choeysuppaket［9］報(bào)道:Er:YAG 激光照射可減少釉質(zhì)和牙本質(zhì)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。一般來(lái)講，Ca/P比值越高，磷酸鹽含量越高，鈣化組織沉積越穩(wěn)定。Bevilácqua等［10］研究發(fā)現(xiàn):利用 Er:YAG 激光和氟化物結(jié)合照射釉質(zhì)，可以減少釉質(zhì)的酸溶解度，從而防止釉質(zhì)的脫礦。本研究結(jié)果顯示:激光照射后，釉質(zhì)表面的 Ca、P含量均明顯高于空白對(duì)照組，這可能是因?yàn)榧す庠谡丈鋾r(shí)釉質(zhì)表面能瞬間達(dá)到300～400℃，使牙體表面水分減少和有機(jī)物質(zhì)的熔化和膨脹，從而降低了Ca、P的溶出率，使激光照射后的釉質(zhì)Ca、P含量相對(duì)增高。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的Ca/P比值相比沒有明顯差別，可能因?yàn)檠荔w硬組織中的主要無(wú)機(jī)物鈣和磷多以HA的形式存在［8］，其分子中Ca/P比值恒定。同時(shí)還表明激光照射后的釉質(zhì)表面仍以HA晶體形式存在。

Er－YAG激光和傳統(tǒng)的渦輪機(jī)相比可以達(dá)到無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)和無(wú)疼痛的效果，且在治療中具有出血量少、不用接觸組織，減少感染機(jī)會(huì)和疼痛，從而緩解緊張。在本研究界定的范圍內(nèi)，選擇合適的參數(shù)制洞，不會(huì)造成組織的炭化和牙髓的損害。但激光參數(shù)、有無(wú)噴水和噴水量的選擇、激光機(jī)頭照射距離、照射時(shí)間等因素的選擇都會(huì)影響牙體組織結(jié)構(gòu)和成分的變化，因此在今后的研究中需要更詳細(xì)的探索和證實(shí)。

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