Er:YAG激光用于比格犬牙髓切断术

郭怡丹，张　笋

(北京大学口腔医学院·口腔医院儿童口腔科　口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室　口腔数字医学北京市重点实验室， 北京　100081)



·论著·

Er:YAG激光用于比格犬牙髓切断术

郭怡丹，张笋△

(北京大学口腔医学院·口腔医院儿童口腔科口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室口腔数字医学北京市重点实验室， 北京100081)

目的：通过比格犬动物试验，观察铒钇铝石榴石(erbium:yttriumaluminiumgarnet，Er:YAG)激光去除比格犬冠髓后剩余牙髓的变化及牙本质桥形成情况，探索Er:YAG激光照射与牙髓反应及牙本桥形成的关系。方法： 选取2只12月龄雄性比格犬前磨牙为试验牙，共24颗，分别应用200mJ/20HzEr:YAG激光、100mJ/20HzEr:YAG激光及传统机械方法去除冠髓，三氧化矿物凝聚体(mineraltrioxideaggregate，MTA)盖髓后充填。通过临床检查试验牙的动度和牙龈情况评价临床效果，拍摄试验牙平行投照X线根尖片评价影像学效果。试验术后1d、2周、4周、8周拔牙，苏木精-伊红染色(Hematoxylin-Eosinstaining，HE)下观察根髓情况及牙本质桥形成情况。结果： 牙髓切断术后1d、2周、4周、8周后机械去髓组和激光去髓组试验牙均无松动，牙龈无红肿瘘管等异常；X线片发现机械去髓组和激光去髓组试验牙均未见牙周膜增宽、根尖周低密度影、牙根内外吸收等影像学异常表现；HE染色组织学切片检查发现术后1d、2周、4周、8周机械去髓组和激光去髓组试验牙根髓均未见明显炎症反应，2周时可见激光去髓组牙本质桥完全覆盖牙髓断面，而机械切髓组未见完整牙本质桥。结论： 100mJ/20Hz和200mJ/20HzEr:YAG激光去髓对剩余根髓未见影响。

牙髓切断术；Er:YAG激光；牙本质；犬

Er:YAG激光波长为2 940nm，放射出的能量大部分被水和羟基磷灰石吸收后发生“微爆炸”，使目标组织破碎，达到切削组织的作用[1]，激光治疗具有疼痛轻[2]，患者满意度高的特点[3]。在进行牙髓切断术时，激光非接触式的工作模式及特有的消毒作用，可以避免机械切割对牙髓组织产生损伤及可能带来的感染风险，能够保证操作在无菌、微创的条件下进行，为提高临床牙髓切断术成功率提供了良好的条件。但是，现阶段对于激光直接切除牙髓组织时的适宜参数及其对牙髓组织的影响并不明确，对于应用激光切除牙髓时能否促进牙本质桥快速生成的相关研究更是少见。本研究通过动物试验的方法，筛选在牙髓切断术中应用Er:YAG激光去除冠髓的合适参数范围，观察激光去除冠髓后残留牙髓组织的炎症反应和修复性牙本质(牙本质桥)形成的情况，为激光牙髓切断术的临床应用提供试验依据。

1　材料及方法

1.1试验动物

12月龄雄性比格犬两只[北京玛斯生物技术有限公司提供，动物生产许可证号SCXK(京)：2009-0017]，委托北京大学口腔医院动物实验中心[动物使用许可证号：SYXK(京)2011-0012]饲养，饲养级别：普通级。本试验开始前经北京大学生物医学伦理委员会实验动物福利伦理分会伦理审核批准(批准号：LA2013-94)。

每只犬选取上颌第一、二、三前磨牙及下颌第二、三、四前磨牙，共24颗前磨牙，各依次分为200mJ/20HzEr:YAG激光去髓组、100mJ/20HzEr:YAG激光去髓组及机械去髓组。犬1左侧前磨牙观察时间1d，右侧观察时间2周；犬2左侧观察时间4周，右侧观察时间8周(图1～3)。

图1同一时间组内牙位分布图
Figure 1Tooth location of different groups in the same observation time

图2犬1(1 d、2周)牙位分布图及观察时间
图3犬2(4周、8周组)牙位分布图及观察时间
Figure 2Tooth distribution of observing 1 d and 2 weeks post-operation on dog No.1
Figure 3Tooth distribution of observing 4 weeks and 8 weeks on dog No.2

1.2主要试验材料包括

1.2.1动物试验部分

戊巴比妥钠购自美国Sigma公司，阿替卡因肾上腺素注射液购自法国PRODUITSDENTAIRESPIERREROLLAND公司，光固化玻璃离子购自美国PulpdentCorporation公司，牙科树脂粘结剂(SEBOND)购自日本可乐丽公司，流动树脂(Tetric®N-Flow)购自列支敦士登的IvoclarVivadent公司，Er:YAG激光购自德国DEKA公司，口内牙片购自日本Kodak公司，MineralTrioxideAggregrate(MTA)购自美国Dentsply公司。

1.2.2病理材料

固定液[10%(体积分数)甲醛溶液中性固定液]购自南昌雨露实验器材有限公司,甲酸购自西陇化工股份有限公司,乙酸、盐酸购自北京化工厂,切片机(RM2235)购自德国LEICA公司,苏木精、伊红购自北京益利精细化学品有限公司,光学显微镜(DP72)购自日本OLYMPUS公司。

1.3试验方法

1.3.1试验步骤如下(图4)

(1)试验动物固定，对试验动物以15mg/kg剂量经耳缘静脉或胫前静脉注射3%(质量分数)戊巴比妥麻醉，以犬肌张力下降、呼吸顺畅、四肢无痛觉反应为麻醉起效；(2)试验牙拍摄术前X线片；(3)试验牙颊侧以0.5mL4%(质量分数)阿替卡因肾上腺素注射液局部浸润麻醉，上橡皮障；(4)涡轮制备开髓洞型至透红或点状露髓；(5)机械去髓组涡轮开髓后挖匙去除冠髓至根管口，激光去髓组分别用200mJ/20Hz和100mJ/20Hz激光开髓并去除冠髓至根管口；(6)生理盐水冲洗，将浸有生理盐水的棉球置于髓腔2～3min止血；(7)按说明书将MTA粉末用无菌注射用水调拌至糊状，取适量至完全覆盖牙髓断面，厚度约1～2mm，湿棉球压平；光固化玻璃离子垫底，牙科树脂粘接剂粘接，流动树脂充填，为避免充填体脱落，调至无咬合接触。

图4试验流程示意图
Figure 4 Process schematic

分别在术后1d、2周、4周、8周复查试验牙临床情况，检查试验牙有无松动、牙龈肿胀等异常,拍根尖片,处死比格犬，拔牙。试验牙去除大部分充填体及根尖2～3mm，保留盖髓MTA，使用10%(体积分数)福尔马林固定24～48h，混合酸(35%甲酸，5%盐酸，3%乙酸，10%固定液)脱钙，石蜡包埋，HE染色，切片(5μm)。在光学显微镜下评估其根髓炎症组织病理学情况及牙本质桥生成情况。

1.3.2根髓炎症评价标准(文献改良标准[4])

0分：无炎症；1分：轻度炎症，可见一些中性粒细胞；2分：中度炎症，一些炎症细胞；3分：重度炎症，大量炎症细胞；4分：牙髓坏死。

1.3.3形成牙本质桥评价

将OLYMPUSDP72光学显微镜联动在电脑上，用DP2-BSW显微镜图形处理软件观察20倍镜下HE染色病理切片，取牙本质桥厚度最厚及最薄处，使用DP2-BSW测量后取平均值，精确到1μm。

2　结果

激光切冠髓速度(约1.5min，根据牙髓大小及操作者熟练程度不同有所不同)略慢于传统方法(约1min)，但是术中出血少，视野清晰，操作性好。

2.1临床检查

所有试验牙临床检查均未发现松动、牙龈肿胀、瘘管等异常。

2.2X线检查

术后1d(图5)、2周(图6)、4周(图7)、8周(图8)X线与相应术前X线对比发现，激光去髓组及机械去髓组根周膜清晰，未见根尖周低密度影表现,牙根未见内外吸收表现,X线均未见明显牙本质桥形成。

A, pre-operation; B, post-operation; L1, 100 mJ laser group; L2, 200 mJ laser group; c, bur group. No signs of widened periodontal ligament or root absorption or periapical radiolucency. No signs of dental bridge.
图5牙髓切断术术前、术后1 d的X线牙片
Figure 5X-ray results pre-operation and 1 day post-operation

2.3病理学检查

2.3.1根髓炎症情况

2.3.1.1术后1天(图9)可见根髓血管扩张，未见明显炎症细胞浸润及坏死灶，200mJ激光去髓组、100mJ激光去髓组与机械去髓组根髓均未见明显异常，牙本质桥未见。

A, pre-operation; B, post-operation; L1, 100 mJ laser group; L2, 200 mJ laser group; c, bur group. No signs of widened periodontal ligament or root absorption or periapical radiolucency. No signs of dental bridge.
图6牙髓切断术术前、术后2周X线牙片
Figure 6X-ray results pre-operation and 2 weeks post-operation

A, pre-operation; B, post-operation; L1, 100 mJ laser group; L2, 200 mJ laser group; c, bur group. No signs of widened periodontal ligament or root absorption or periapical radiolucency. No signs of dental bridge.
图7牙髓切断术术前、术后4周X线牙片
Figure 7X-ray results pre-operation and 4 weeks post-operation

2.3.1.2术后2周(图10) 200mJ激光去髓组、100mJ激光去髓组与机械去髓组相比无明显区别，仍可见血管扩张，未见明显炎症、坏死。

2.3.1.3术后4周(图11)各组未见明显牙髓炎症及坏死,可见血管扩张。

2.3.1.4术后8周(图12)各组均未见牙髓坏死及炎症。

2.3.2牙本质桥生成情况

术后1天均未见牙本质桥生成；术后2周(图13)激光去髓组可见薄层牙本质桥生成，而机械去髓组未见完整牙本质桥生成；术后4周(图14)激光去髓组及机械去髓组均可见牙本质桥生成；术后8周(图15)均可见牙本质桥生成，厚度较2周和4周明显增加。

A, pre-operation; B, post-operation; L1, 100 mJ laser group; L2, 200 mJ laser group; c, bur group. No signs of widened periodontal ligament or root absorption or periapical radiolucency. No signs of dental bridge.
图8牙髓切断术术前、术后8周X线牙片
Figure 8X-ray results pre-operation and 8 weeks post-operation

A, 200 mJ laser group; B, 100 mJ laser group; C, bur group. No significant inflammation cells infiltration or necrosis in every group. Blood vessel dilation can be observed.
图9术后1 d根髓情况(HE ×20)
Figure 9Pulp reaction 1 day post-operation(HE ×20)

牙本质桥可在激光去髓组2周后发现， 4周、8周激光去除牙髓组及机械去髓组均可见牙本质桥(测量厚度见表1)。

A, 200 mJ laser group; B, 100 mJ laser group; C, bur group. No significant inflammation cells infiltration or necrosis in every group.
图10术后2周根髓情况(HE ×20)
Figure 10Pulp reaction 2 weeks post-operation(HE ×20)

A, 200 mJ laser group; B, 100 mJ laser group; C, bur group. No signi-ficant inflammation cells infiltration or necrosis in every group.
图11术后4周根髓情况(HE ×20)
Figure 11Pulp reaction 4 weeks post-operation (HE ×20)

A, 200 mJ laser group; B, 100 mJ laser group; C, bur group. No signi-ficant inflammation cells infiltration or necrosis in every group.
图12术后8周根髓情况(HE×20)
Figure 12Pulp reaction 8 weeks post-operation (HE ×20)

A, 200 mJ laser group, complete dental brigde (HE ×20);B， 100 mJ laser group, complete dental brigde (HE ×20);C， bur group, uncomplete dental brigde (HE ×20); D, bur group, complete dental bridge can not be seen(HE ×4).
图13术后2周牙本质桥情况
Figure 13Formation of dental bridge 2 weeks post-operation

A, 200 mJ laser group; B,100 mJ laser group; C, bur group. Complete dental bridge can be seen.
图14术后4周牙本质桥生成情况(HE ×20)
Figure 14Formation of dental bridge 4 weeks post-operation(HE ×20)

A, 200 mJ laser group; B,100 mJ laser group; C, bur group. Complete dental bridges become thicker.
图15术后8周牙本质桥生成情况(HE ×20)
Figure 15Formation of dental bridge 8 weeks post-operation (HE ×20)

表1牙本质桥生成厚度测量结果

1

/μm

3　讨论

本研究能量选择参考文献[5]Er:YAG激光应用于牙髓切断术的推荐参数，应用2.5～3.0W20HzEr:YAG激光在髓角部位打开髓腔，汽化牙髓，接近根管口时，降低功率(约100～120mJ1.0～1.8W功率10～15Hz)，保持喷水状态下才能有效保持牙髓活力。本试验证明100mJ及200mJ的能量激光对牙髓及牙本质桥作用无明显区别，均在可选择应用范围内。能量越高，汽化效率越快，但对深层组织损伤可能性也就越大，能量过低则达不到汽化所需能量，无法有效切割牙髓，在临床实际应用中，可根据自身操作习惯选择适宜的操作参数，但本课题组认为选择应用达到试验目的的最小能量,即100mJ/20Hz,可以确保周围组织的安全；在切割软组织时必须要在有水条件下进行，否则软组织会产生碳化现象。以往试验在进行Er:YAG激光牙髓切断术时无冷却水[6-7]，主要由于其应用激光目的是为了发挥激光的光生物学效应，减低炎症，促进牙本质桥快速生成，激光能量设置很低，热效应小，不会对周围组织产生影响，并且少量的热量产生于牙髓断面表面有助于凝固止血，而本试验主要是应用激光切割牙髓，所以必须在有水的情况下进行操作。

Er:YAG激光可以被牙髓组织中的水分子吸收，迅速汽化，热量高速转化，因此，激光直接作用于牙髓的刺激性小，穿透组织浅，对周围组织损伤小，不损伤深层次牙髓，本试验也证明了这一点，深层牙髓未见明显炎症、坏死，证明激光切断冠髓对于下方牙髓组织无损伤。刘泓等[8]应用1 064nm掺钕钇铝石榴石(neodymium-doped:yttriumaluminiumgarnet,Nd:YAG)激光汽化切除冠髓后即刻HE染色观察，发现根尖区牙髓血管扩张，未见炎症细胞浸润及其他改变，与涡轮去冠髓结果相似。Toomarian等[9]对去除冠髓后的比格犬牙用2 780nm铒，镉：钇钪镓石榴石激光[erbium,chromium:yttrium-scandium-gallium-garnet(Er,Cr:YSGG)laser]在无水条件下照射牙髓断面15s，甲醛甲酚棉球放在牙髓断面5min，氧化锌盖髓7d及60d后HE染色观察根尖区牙髓炎症未见明显差异，其试验结果与本试验相似，均证明激光去除冠髓对剩余根髓不会产生不良影响，为激光切除冠髓的牙髓切除术的早期临床应用打下基础。

有学者报道激光可以刺激牙本质桥快速生成，这主要由于激光的光生物学作用可以使Ⅰ型胶原分泌增加[10]，刺激碱性磷酸酶[11]及相关牙本质桥生成相关因子的早期生成[12]。本试验也观察到在2周时激光组牙本质桥生成情况优于对照组，8周时厚度及形态与对照组情况相似，推测激光可能导致成牙本质桥的早期修复。Jayawardena等[13]发现Er:YAG激光备洞意外露髓后，与传统涡轮组比1周和2周后激光组修复性牙本质生成显著活跃。Takamori[11]研究显示，Er:YAG激光备洞组小鼠磨牙牙髓成纤维细胞增生和修复性牙本质生成在第14天时显著优于传统涡轮组，在第21和35天时无明显差异，与神经源性炎症及受损修复相关的降钙素基因相关肽反应水平在第4天及第7天时明显高于传统涡轮组，在第14、21、35天时未发现差异。Hasheminia等[14]发现在猫牙髓意外露髓后，应用MTA或200mJ/3HzEr:YAG激光组照射牙髓断面后MTA盖髓组的炎症反应较Er:YAG激光+氢氧化钙组轻，但差异不显著，而Er:YAG激光+MTA组在牙本质桥的形成厚度上，比单独应用MTA及氢氧化钙+Er:YAG激光组有优势，但仍不显著。在本试验中MTA组与Er:YAG激光+MTA组在成牙本质桥形成厚度上未见明显差异，可能与本试验样本量偏小，无法得出有统计学意义的差异有关。

由于本试验是对牙根发育完全的健康牙髓进行牙髓切断术，激光的杀菌消毒效果未能发挥，在真实临床情况中，露髓点或近髓处乃至炎症冠髓断面周围都有可能存在部分细菌，机械的方法去除冠髓不仅达不到杀菌消毒效果，操作不当还有可能将外部细菌带入牙髓断面，而激光的非接触式工作模式及直接汽化软组织的作用机制则避免了这种情况发生的可能性，除此以外，激光特有的杀菌作用也进一步保障了根髓断面的无菌状态。Er:YAG激光的止血作用及瘢痕形成作用则保证形成最小凝血块，使盖髓材料与牙髓断面更紧密接触，进一步提高了牙髓治疗成功的可能性，如Moritz等[6]在临床治疗中对去腐露髓孔小于2mm的龋源性露髓牙或意外露髓的300颗患牙的牙髓应用CO2激光照射，氢氧化钙盖髓后充填，观察2年，与传统氢氧化钙盖髓比较，二氧化碳激光组成功率较高，认为CO2激光消毒、瘢痕形成及止血效果是直接盖髓成功率得以提高的重要因素。

本试验结果存在一定局限性，首先，样本量较小，进一步研究应加大样本；其次，本试验对于激光抑制炎症的效果不明确，应在未来试验中进一步改进试验方法，进一步论证该方法各方面性能，为其早日应用于临床打下基础。

综上所述，200mJ/20Hz及100mJ/20HzEr:YAG激光去除牙髓后，下方根髓未见异常，牙本质桥生成良好，证明激光去除冠髓的牙髓切断术方法可行。为确保下方根髓的安全，推荐使用100mJ/20HzEr:YAG激光在有水情况下去除冠髓。本实验显示2周时牙本质桥生成情况激光去髓组优于机械去髓组，激光有非接触式工作模式及其杀菌、炎症反应低、促进牙本质桥快速生成等特点，使其在牙髓切断术中有一定的优势，值得进一步研究。

[1]ColuzziDJ.Anoverviewoflaserwavelengthsusedindentistry[J].DentClinNorthAm, 2000, 44(4): 753-765.

[2]NairPR,BaltenspergerMM,LuderHU,etal.PulpalresponsetoEr:YAGlaserdrillingofdentineinhealthyhumanthirdmolars[J].LasersSurgMed, 2003, 32(3): 203-209.

[3]FornainiC，RiceputiD，Lupi-PegurierL，etal．PatientresponsestoEr:YAGlaserwhenusedforconservativedentistry[J]．LasersMedSci, 2012, 27(6): 1143-1149.

[4]CastilhoMS，Souza-GabrielAE，MarchesanMA，etal．TemperaturechangesinthedeciduouspulpchamberduringcavitypreparationwiththeEr:YAGlaser[J]．JDentChild(Chic), 2007, 74(1): 21-25.

[5]OliviG,MargolisFS,GenoveseMD.Pediatriclaserdentistry:auser’sguide[M],Berlin:QuintessencePublishingCompany，2011： 97-98．

[6]MoritzA,SchoopU,GoharkhayK,etal.AdvantagesofapulsedCO2laserindirectpulpcapping:along-termin vivostudy[J].LasersSurgMed, 1998, 22(5): 288-293.

[7]TabarsiB,ParirokhM,EghbalMJ,etal.Acomparativestudyofdentalpulpresponsetoseveralpulpotomyagents[J].IntEndodJ, 2010, 43(7): 565-571.

[8]刘泓, 赵尔, 陈力, 等.Nd：YAG激光处理犬牙髓实验研究初步报告[J]. 中国激光医学杂志， 1997, 6(1): 21-23.

[9]ToomarianL,FekrazadR,SharifiD,etal.HistopathologicalevaluationofpulpotomywithEr,Cr:YSGGlaservsformocresol[J].LasersMedSci, 2008, 23(4): 443-450.

[10]PromklayA,FuangtharnthipP,SuraritR,etal．ResponseofdentalpulpcelltoEr:YAGirradiatio[J].PhotomedLaserSurg, 2010, 28(6): 793-799.

[11]TakamoriK．AhistopathologicalandimmunohistichemicalstudyofdentalpulpandpulpalnervefibersinratsafterthecavitypreparationusingEr:YAGlaser[J]．JEndod, 2000, 26(2): 95-99.

[12]SinghA,VeluKA．Histologicalchangesinpulpaftertoothpreparationwithhigh-speedhandpeicesandEr:YAGlaser:alight-microscopicanalysis[J]．JOralLaserApplications, 2010，10(1): 37-44．

[13]JayawardenaJA,KatoJ,MotiyaK,etal．PulpresponsetoexposurewithEr:YAGlaser[J]．OralSurgOralMedOralPatholOralRadiolEndod, 2001, 91(2): 222-229.

[14]HasheminiaSM,FeiziG,RazaviSM,etal．Acomparativestudyofthreetreatmentmethodsofdirectpulpcappingincanineteethofcats:histologicevaluation[J]．LasersMedSci, 2010, 25(1): 9-15.

(2015-10-09收稿)

(本文编辑：王蕾)

PreliminaryresearchofEr:YAGlaserusedforpulpotomyofBeagledogs

GUOYi-dan,ZHANGSun△

(DepartmentofPediatricDentistry,PekingUniversitySchoolandHospitalofStomatology&NationalEngineeringLaboratoryforDigitalandMaterialTechnologyofStomatology&BeijingKeyLaboratoryofDigitalStomatology,Beijing100081,China)

Objective：Toinvestigatetheeffectsoferbium:yttriumaluminiumgarnet(Er:YAG)laserirradiationonpulpandformationofdentinbridge.Thebeagledogs'coronalpulpisamputatedbyEr:YAGlaser.Methods:Inthestudy, 24premolarteethoftwoone-year-oldBeagledogswereused.Theyweredividedinto3groups:burgroup, 200mJlasergroup,100mJlasergroup.Thecoronalpulpwereremovedbytraditionalburor200mJ/20Hzor100mJ/20HzEr:YAGlaser.Then,theyweredressedwithmineraltrioxideaggregate(MTA)andsealedwithresin.Clinical,radiologicalandhistologicalanalyseswereperformed1day, 2weeks, 4weeksand8weeksaftertreatment.Themobilityandgingivasi-tuationwereevaluatedforclinicalevaluation.Periapicalfilmswereusedforradiologicalevaluation.Theextractedteethwerepreservedin10%formalin.Afterdecalcification,tissueprocessing,paraffinembedding,serialsectioningat5μmthickness,staining(HematoxylinandEosin,HE),thesampleswereassessedbyanindependentobserverforcalcifiedbridgeformationandradicularpulpinflammation.Themeanthicknessofdentalbridgewasmeasurediftherewascompletedentalbridge.Results:Clinicalevaluation:therewerenosignsoffistulaormobilityoranyabnormalsymptomsinEr:YAGlasergroupsandburgroupduringtheobservationperiod.Radiologicalevaluation:therewerenosignsofwidenedpe-riodontalligamentorrootabsorptionorperiapicalradiolucencyinEr:YAGlasergroupsandburgroup.Histologicalevaluation:therewasnosevereinflammationreactionin200mJ/20Hz, 100mJ/20HzEr:YAGlasergroupsandburgroup1day, 2weeks, 4weeks, 8weekspost-operationinHematoxylinandEosinstaining.Acompletedentinbridgecouldbeobservedin200mJ/20Hz, 100mJ/20HzEr:YAGlasergroups,whilenocompletedentinbridgeinburgroup2weekspost-operation.Completedentalbridgecouldbeobservedineachgroup4and8weekspost-operation.Themeanthicknessofdentalbridge4weekspost-operationin200mJlasergroupwas77μm, 100mJlasergroup87μm,andburgroup101μm,and8weekspost-operationin200mJlasergroupwas222μm，100mJlasergroup160μm，andburgroup152μm.Conclusion:The200mJ/20Hzand100mJ/20HzEr:YAGlaserpulpotomiesshownoharmtoradicularpulpandcanpromotetheformationofdentinbridge.

Pulpotomy;Er:YAGlaser;Dentin;Dogs

R781

A

1671-167X(2016)04-0714-06

10.3969/j.issn.1671-167X.2016.04.029

△Correspondingauthor’se-mail,zhangsun_1@sina.com

网络出版时间：2016-7-413：11：13网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.4691.R.20160704.1311.004.html