激光活化根管冲洗研究进展

刘莹　　姜涛　　林青

[摘要] 根管系统的细菌污染被认为是牙髓和根尖周病变发展的主要病因。根管系统有效的化学机械预備是根管治疗成功的重要步骤。为了达到更好的消毒效果，不同的冲洗技术应用于根管治疗中，包括根管刷、声波、超声荡洗等。近年来，激光活化根管冲洗亦应用于临床。基于现阶段的研究，激光活化冲洗的效果（尤其是Er：YAG激光的使用）由于特定的空化现象和声流的诱导而变得更加有效。本文就激光活化根管冲洗的研究进展进行综述，为临床医生提供根管治疗冲洗方案的选择及比较。

[关键词] 牙髓病学；根管治疗；根管冲洗；Er：YAG激光

[中图分类号] R781.05 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2018）31-0154-06

Research progress of laser-activated root canal irrigation

LIU Ying1 JIANG Tao1 LIN Qing2

1.Center for Stomatology and Medical Cosmetics， Ji'nan Hospital of Stomatology， Ji'nan 250001， China； 2.High-tech Branch， Ji'nan Hospital of Stomatology， Ji'nan 250001， China

[Abstract] Bacterial contamination of the root canal system is considered to be the main cause of the development of pulp and periapical lesions. Effective chemical mechanical preparation of the root canal system is an important step in the success of root canal treatment. In order to achieve better disinfection， different irrigation techniques are used in root canal treatment， including root canal brush， sonic， ultrasonic washing， etc. In recent years， laser-activated root canal irrigation has also been used in clinical practice. Based on current research， the effect of laser-activated irrigation（especially the use of Er：YAG lasers） has become more efficient due to the specific cavitation phenomena and the induction of sound currents. This article reviews the research progress of laser-activated root canal irrigation， and provides clinicians with the choice and comparison of the irritation protocols in root canal treatment.

[Key words] Endodontics； Root canal treatment； Root canal irrigation； Er： YAG laser

随着激光科学的发展，Stern于1965年首次将激光使用于牙科。目前，激光广泛应用于口腔医学各个领域，包括二极管激光、Nd：YAG激光、Er：YAG激光、CO2激光等。不同种类和波长的激光用于牙髓治疗中。Er：YAG激光是红外激光，波长为2940 nm。Er：YAG激光在口腔医学领域的应用研究日渐增多，其在牙体硬组织切削方面的独特优势也得到了越来越广泛的认可。水对2940 nm波长的激光吸收最为强烈。这个特性得以应用于根管冲洗中，为激光活化根管冲洗（laser activated irrigation，LAI）的基础原理。1996年Er：YAG激光开始用于辅助根管冲洗与消毒，2002年，Er：YAG激光获FDA批准用于根管治疗中的根管清理和消毒[1]。本文就激光活化根管冲洗的研究进展进行综述，为临床医生提供根管治疗冲洗方案的选择及比较。

1 根管冲洗的研究现状

根管系统的细菌污染被认为是牙髓和根尖周病变发展的主要病因。根管系统有效的化学机械预备是根管治疗成功的重要步骤。现代的牙髓治疗包括用牙本质的机械清创术和化学药物进行冲洗和消毒，目的是将所有的微生物从根管系统中去除。根管系统的复杂性，特别是侧、副根管、根尖分叉、根尖分歧、根尖鳍状以及管间交通支等结构的存在给临床根管治疗带来很大的挑战，成为影响牙髓非手术治疗效果的重要因素。虽然现有的器械以一种可预测的方式对根管进行塑形，但它们只能接触到部分的根管壁。根据Peters等[2]的研究，根管治疗中使用器械清理成型后，仍有35%的根管壁未被接触。软组织碎片和微生物可能以浮游和多层生物膜的形式存在于根管系统中[3]。此外，在机械预备中器械接触到的根管壁会形成玷污层，是否去除玷污层仍有争论，目前更多的证据支持去除玷污层。从生物学角度看，除了可能感染的玷污层本身外，它还能保护在牙本质小管中已经存在的细菌，妨碍根管内的消毒药剂渗透到小管中[4]，并干扰牙胶进入牙本质小管和根管封闭剂附着和进入牙本质小管[5]。

传统的临床根管冲洗技术是使用针管用不同浓度次氯酸钠溶液和EDTA溶液交替冲洗，这种方法对于去除根管冠1/3及中1/3的碎屑及玷污层非常有效，而对于根管根尖1/3处的效果较差[6]。这很大程度是因为根尖部根管狭窄的尺寸以及如何使冲洗液体接触到根管壁的物理问题。使用末端或侧方开口的针头冲洗根管创造了液体的运动，可以从根管壁上清除松散的附着的碎片和微生物。使用注射器所达到的冲洗效果是非常温和的，因为冲洗液体达到的区域不超过针尖1 mm[7]。根管冲洗的程度受根管直径、根管横截面形态、针头放置的深度以及针头的直径的影响。冲洗根管会出现很多问题，包括气泡和蒸汽锁的形成，阻止了液体流入根管峡部、侧支根管。这解释了为何传统的冲洗方法及冲洗系统均无法彻底清理根管的原因[8]。

学者们改进了多种方法来增加冲洗液体的接触程度，包括使用机械振动、超声能量或者脉冲激光。这些方法增加冲洗液和根管壁的接触，升高液体的温度，从而增加它们的化学作用。超声震荡会产生一种持续的冲洗运动，并通过一种称为声流的效果来改善碎屑的去除[9]。超声激活的NaClO还可以改善玷污层的去除[10]，但主要目的是改善消毒和软组织残余的去除[11]。除了声流，超声波能在仪器的尖端产生空泡[12]。随之而来的爆炸和内爆会产生剪切应力，从而破坏生物膜，并破坏微生物。

2 激光活化根管冲洗原理

在过去的十年中，学者们已经研究了使用激光能量诱导根管内冲洗液的空化和声流，并且已经开发了使用激光活化冲洗的一些临床方案。激光活化冲洗依赖于水对激光能量的吸收。在相关研究[13]中，大部分的工作都使用中红外区域激光，在这个区域水的吸收最强烈，如Er：YAG激光（2940 nm波长）和Er，Cr：YSGG激光。当冲洗剂中产生蒸汽和气泡时，吸收产生光声和光机械效应。这些气泡形成然后内爆，由气泡塌陷产生的冲击波使流体快速移动。冲击波和流体运动的结合在根管壁上产生高剪切应力[14]。这可以破坏厚的玷污层，清除根管壁的碎片，大大提高EDTA去除玷污层的效果[15]。当使用脉冲激光活化根管冲洗时，NaClO和EDTA溶液在牙髓治疗中的性能可以显著提高。这些能量源产生流体运动，改善冲洗液与旋转器械无法达到的根管壁区域的接触。它们还会增加流体的温度，从而增强它们在软组织和硬组织上的化学作用。尽管激光尖端本身仍处于静止位置，但在LAI对根管冲洗液中空化气泡的诱导的研究已证实在管道中有高速流体运动[16]。这是一个重要的临床因素，因为医生不必操纵激光光纤来达到所需的冲洗液的激活。

光子诱导光声流技术（Photon induced Photoacoustic Streaming，PIPS）是一种激光激活冲洗形式[17，18]。其作用机制是通过创建强烈的光声波冲击波，在整个根管系统中三维流动冲洗液。激光器在低脉冲能量下使用，并且使用短脉冲持续时间[19]。在整个根管长度范围内，空化引起流体流动的速度比超声波搅拌所见的速度高出十倍[20]。这种流体流动增强了碎片的去除[21]。与其他常规激光应用不同，独特的锥形和剥离式PIPS尖端不需要放置在根管内部，而是仅放置在髓腔内，减少了使用较大的锉和旋转器械来预备较大的锥度，可有效地到达根尖1/3处精细解剖结构如根尖鳍状、峡部、侧支根管等。这种非热力压力波已被证明可有效去除重要组织和坏死组织，杀死细菌，清除生物膜，甚至消毒牙本质小管[22]。

相关研究[23]报道一种新的冲击波增强发射光声流（Shock wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS）技术，该技术同步激光脉冲输送，增强在根管中由塌陷泡沫发出的冲击波。随着激光诱导空化泡的破裂开始，第二脉冲被输送到液体中，形成第二空化泡。第二空化气泡的生长加速了第一空化气泡的塌陷，导致剧烈的崩溃，在此期间发出冲击波。此外，在激光活化冲洗期间，冲击波也会从塌陷的二次空化气泡中释放出来，这些气泡在整个根管长度内自然形成。与主要的空化气泡不同，次生气泡在其崩塌过程中靠近管道壁，产生能够从根管壁去除碎屑的剪切流[24]。另外，由于它们靠近根管壁，发射的冲击波在它们到达玷污层时仍然以超音速传播，从而可能进一步增加清洁机制。

3 LAI效果的研究进展

LAI、PIPS技术在去除根管内碎屑、玷污层、粪肠球菌、氢氧化钙、根管再治疗碎屑等各个方面均有报道。关于激光活化冲洗技术的效果及其与冲洗液的配伍在根管冲洗效果的研究结果不尽相同。多位学者研究结果显示使用PIPS和NaClO冲洗剂进行的LAI可改善溶液在牙本质小管中的渗透[25]，对根管内粪肠球菌有良好的抑制作用[26-27]，以及增强了牙髓软组织的溶解[28]。Shahrani等[29]研究比较单独次氯酸钠冲洗与PIPS联合次氯酸钠冲洗，使用PIPS联合次氯酸钠溶液冲洗去除根管内细菌生物膜最有效。Xiaofei Zhu等[30]比较了PIPS技术和传统针管冲洗技术在抗菌效果以及玷污层的去除效果，发现PIPS技术和使用次氯酸钠溶液和EDTA溶液传统针管冲洗均能有效地减少粪球菌以及去除根管冠1/3和中1/3的玷污层，但均不能去除根尖1/3的玷污层，提示用PIPS联合次氯酸钠冲洗和用NaClO+EDTA常规注射器冲洗在单根管中去除粪肠球菌和玷污层的能力相当。Pedullà等[31]研究PIPS技术的抗菌效果，表明单独使用双蒸水冲洗的效果显著不佳，使用或不使用激光活化双蒸水的情况下，细菌减少有统计学差异，而在使用或不使用激光活化的次氯酸钠溶液时，细菌减少没有显著差异。这些研究提示NaClO的化学作用似乎比刺激活性的物理作用更重要，从而降低了治疗组之间的差异。而且，激光活化似乎并没有显著增加NaClO的化学作用[32]。

氢氧化钙是常见的根管内封药，然而残留的氢氧化钙阻碍了封闭剂渗透到牙本质小管中，影响了根管封闭的效果[33]。研究显示所有的技术均不能完全去除根管内的氢氧化钙，激光活化冲洗比传统针管冲洗更有效[34]，激光活化冲洗和超声被动冲洗技术在根管內残留的氢氧化钙更少[35]。Arslan等[36]比较PIPS、超声冲洗、Endo Activator和冲洗器，分别冲洗60 s观察去除氢氧化钙的效果。结果发现，PIPS可完全去除氢氧化钙，而其他三种方法均不能完全去除，残留药量分别为24%、54%和 75%。PIPS是目前报道过的唯一能完全清除氢氧化钙的冲洗方法，但由于研究尚少，其冲洗效果需进一步验证。

根管内残留坏死组织和细菌是造成根尖炎症和治疗失败的主要原因之一。从预备不完全、已充填的根管内尽可能地去除牙胶及糊剂是清除根管内残留的坏死组织和细菌的关键步骤[37]。目前研究表明，尚无任何一种方法可以完全去除根管内充填物，特别是根尖1/3[38]。Keles等[39]比较了激光、超声、自适应锉去除卵圆形根管再治疗后根管内碎屑及玷污层的效果，与传统的针头冲洗相比，激光活化冲洗、PIPS、超声被动冲洗、自适应锉法均能减少碎屑和玷污层，在所有的方法中，Er：YAG激光活化冲洗残留的碎屑及玷污层最少。该作者认为，与Er：YAG激光活化冲洗（将平头的光纤头插入根管内）相比，PIPS去除玷污层效果较差的原因在于低能量激光减少了热效应。由于LAI形成了更深的光声和光机械效应，并且通过加热效应增加了次氯酸鈉溶液的反应速率，去除玷污层和碎屑的效果更好。

4 激光光纤的设计进展

不同设计的激光光纤头、不同的操作方案被应用于激光活化冲洗。平头尖端、锥形的PIPS尖端是目前常用的设计。为了增强由空化事件引起的流体运动的方向，已经开发了侧向发射激光器尖端，可以在玻璃基材料上形成圆锥形端部，包括使用管蚀刻工艺掺杂有氟化物、锗或镓材料，以增强横向发射。这种尖端向根管壁提供更多的激光能量，而不是朝向牙齿的顶点。这种圆锥形尖端已被证明优于传统的平端尖端以去除较厚的玷污层和碎屑[13]。商用光纤已经通过一系列工艺进行了改变，圆锥形尖端设计的改进包括使用特定的蚀刻方法对表面进行微型图案化，然后进行粒子束磨蚀，然后进行额外的蚀刻，形成了一系列类似蜂窝状的圆形刻面，形成球形发射模式[40]。当与Er：YAG和Er，Cr：YSGG激光器使用时，尖端的蜂窝状表面结构改善了侧向发射[分别增加（452±69）%和（443±64）%]，并减少了正向发射[（48±5）%和（49±5）%]。这种改进的尖端设计使激光得以均匀照射根管壁，加强了治疗效果，并且防止局部过热损伤根部牙本质和相邻的牙周膜[41]。

5 LAI在临床使用中的问题

由于激光在根管内的冲洗液中产生强烈的流体运动和压力波，所以冲洗液有可能从根尖孔挤出到根尖组织。研究比较了Er：YAG和Er，Cr：YSGG激光器用于活化冲洗挤出根尖孔溶液的量，其中常规和锥形纤维尖端位于距根尖5 mm或10 mm的距离处，发现挤出流体的体积与传统的25号针头用于根管冲洗时的流体体积相似，具有较大根管口的牙齿表现出较多的液体挤出[42]。虽然传统的平端纤维和圆锥形尖端在很大程度上产生了向前流动的运动，但蜂窝状尖端会产生搅动作用，使得液体向根面流动，降低了冲洗液挤出根尖孔的风险[43]。也有学者声称仅负压冲洗可以避免冲洗液的挤出，其他冲洗方法都无法避免，PIPS技术比传统针管冲洗、EndoActivator、XP Endo Finisher挤出冲洗液的量更大[44]，在弯曲根管中，PIPS冲洗比传统根管冲洗挤出碎屑更多[45]。

根管治疗中的产热是临床中需考虑的问题。根据Saunders[46]的研究，牙根表面温度升高10℃超过1 min即可造成骨组织的损伤。加热根管冲洗液有助于提高活性。Divito等[22]使用Er：YAG激光以PIPS技术（参数为20 mJ，15 Hz，50 μs脉宽）持续活化40 s后，牙根表面温度升高仅1.4℃。在提高冲洗效率和减少因温度升高造成的牙周组织的破坏中如何找到平衡，是学者们需要考虑的问题。

激光光纤放置的位置、脉宽、脉冲能量、照射时间及频率均能影响根管冲洗的效率[47，48]。为了达到根尖区更好的清洁效果，有学者建议将光纤头放置于距解剖根尖孔2～3 mm处[49]。然而，在染料实验中，光纤尖距离根尖5 mm处比4 mm处挤出冲洗液更少[42]。Fincham等[49]利用显微数字测速技术研究了PIPS和超声冲洗在3、5、10和15 mm的距离产生的流体运动。PIPS显示出在距尖端3 mm处的速度超过1.2 m/s，在5、10和15 mm处的峰值速度显示了相同的范围为0.3 m/s。该研究表明PIPS在从探针尖端能量开始下降之后，在这个小瓶中测量的速度场中没有距离的进一步衰减，涡旋结构在5、10和15 mm处也清晰可见。同时，研究测量在超声尖端下的瞬时速度场，平均流速为0.036 m/s，为PIPS组的1/20。距超声尖端5 mm处，测量的速度小于0.01 m/s。这解释了PIPS技术中，光纤仅需放置于髓腔内，超声被动冲洗工作尖需放置于根管深部。各种参数组合如何达到LAI最佳的冲洗效果、更加安全，有待更多的研究。

6 小结

任何临床根管冲洗方案的一个重要方面是其应该提高有效性，但不会产生额外的安全问题。基于现阶段的研究，激光活化冲洗的效果（尤其是Er：YAG激光的使用）由于特定的空化现象和声流的诱导而变得更加有效。次氯酸钠挤出根尖孔会对根尖周组织产生显著的刺激，因此LAI或PIPS在粗大根尖孔的根管内要慎用。激光活化冲洗无法和负压吸引同时使用。热损伤也是需要考虑的因素。由于激光是直线传播，在弯曲根管中的冲洗效果亦有待进一步研究。

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（收稿日期：2018-08-20）