光子引导的光声流效应在辅助根管冲洗中的应用进展

孙 璐，盛 晨，侯文杰 综述 汪 林 审校

根管冲洗是根管治疗的重要环节，这个过程是清除根管系统中的牙髓组织、细菌、感染物质，以及玷污层，希望获得近乎无菌状态的根管。传统的根管冲洗使用注射器，属于单纯的化学机械冲洗，冲洗效果较差[1]。以往的研究发现，根管清理和成形无法完全清除细菌，仍有部分病例在根管清理和成形后细菌培养阳性[2]。由于根管系统的复杂性和注射器/针冲洗技术的局限性，这种传统的方法存在一些缺点。为了提高根管冲洗的效率，目前有多种辅助根管冲洗的方法，包括声波、超声、负压冲洗和激光辅助冲洗等。

1996年， Er: YAG激光开始用于辅助根管消毒[3]，近年在牙髓治疗领域，激光辅助根管冲洗应用越来越广泛。激光发出的光子能量可以用来激活冲洗液，有潜力提高冲洗效率，清理普通化学机械冲洗无法到达的根管区域[4]。低能量设置的铒光可以激发根管冲洗液引发光子引导的光声流效应(photon-initiated photoacoustic streaming, PIPS)，本文对 PIPS辅助根管冲洗的应用进展进行综述。

1 激光辅助根管冲洗的发展

目前，多种激光已经被应用于根管治疗，多位学者使用并研究了不同激光器辅助根管冲洗，已被证实对辅助根管冲洗有效的激光有：(1)掺铒钇铝石榴石(Er: YAG)，波长2940 nm；掺铒铬铱钪镓石榴石(Er，Cr: YSGG)，波长2780 nm；(2)钕:钇铝石榴石(Nd: YAG)，波长1064 nm；二极管，波长635～980 nm；(3)磷酸钛酸钾(KTP)，波长532 nm；(4)二氧化碳(CO2)，波长9600和10 600 nm[5-7]。

George等[6]2008年报道了一项体外研究，该研究检测到激光可以激活根管系统内的冲洗剂，可以增加对根管玷污层的清除能力。2009年，布兰肯(Blanken)等[8]认为，激光会产生冲洗剂的膨胀和连续内爆，原因是二次空化作用导致了流体运动。激光活化荡洗(laser-activated irrigation, LAI)技术是激光在管腔内流体中产生的特定的空化现象和声波流。水对Er: YAG激光能量的强烈吸收会产生光声和光机械效应，造成冲洗液汽化和蒸汽泡的形成，这些大椭圆气泡在100～200 μs后发生内爆，产生二次空化效应。LAI技术可以提高根管冲洗的效率[9]。

Nd:YAG激光和二极管激光辅助根管冲洗可以开放更多的牙本质小管，使根管壁更加清洁，都被证明是有效的辅助根管冲洗技术，但是Nd:YAG激光能量的不良热效应可能会对牙本质壁和邻近的牙周组织造成一定的损伤[10]。Harashima等[11]认为，Nd:YAG激光照射后，牙本质管壁发生了形态的变化，更高的功率级别也会导致热副作用和形态学改变，包括牙本质熔化、再结晶及微裂纹和裂缝的形成。利用Er, Cr: YSGG激光或Er: YAG激光都可以在根管腔内产生空化气泡，激光纤维尖端膨胀和内爆的蒸汽泡导致根管内大量流体流动，可以增强根管系统内的流体动力学[12,13]。与已被证实的可以辅助根管冲洗的激光比较，Er:YAG激光的优势是它在水中穿透深度仅为1～3 μm，在常规根管冲洗液(次氯酸钠、乙二胺四乙酸、洗必定和柠檬酸)[14]中吸收较其他激光更好，并且Er:YAG激光波长在水中具有最高的吸收率，对羟基磷灰石也具有很高的亲和力，非常适合用于根管治疗。

常规激光辅助根管治疗，是将光纤放置在根管内，常放于距离根尖5 mm位置，瞬间的激光效应引起气泡内爆，很容易因激光热效应或操做不当对根尖区组织造成损伤。2012年DiVito等[15]，优化了Er:YAG激光辅助冲洗的参数设置，将激光头仅放置在根管口，使用低能量和超短脉冲，提高了激光辅助冲洗技术的效率和安全性，提出了PIPS。

2 PIPS技术的原理

PIPS是一种激光激活冲洗形式，PIPS使用2940 nm的Er:YAG激光器，设置低能量(20 mJ, 15 Hz)和超短脉冲(50 μs)，使用圆锥型、宽度600 μm的含条带辐射状照射的不包裹聚酰胺的锥形光纤头，将激光纤维尖端位于根管入口并持续使用液体冲洗即可。

PIPS已经被证明可以产生一系列快速和强大的光冲击波，能够有力地推动冲洗液贯穿整个根管系统，可以显著提高清洗复杂根管系统的能力[16]。

PIPS技术需要使用Er:YAG激光器来激活冲洗液中所含的水分子。通过压力波引起流体运动，压力波通过PIPS尖端的空化气泡膨胀和破裂向外传播。气泡的大小、形状和动态行为是由尖端形状和Er:YAG激光器的设置控制的，激光尖端的穿透力是去除生物膜形成的重要因素。水对Er:YAG激光的波长的高吸收与短脉冲(50 μs)产生的高峰值功率相结合，导致尖端处的气泡迅速形成，膨胀并随后破裂，流体在尖端周围的快速运动传播到周围的流体，从而引起PIPS。激光推动冲洗液进入侧副根管和狭窄弯曲根管，更利于整个根管系统得到更深层的清洁。由于脉冲持续时间很短并设置较低的激光能量，不容易造成牙本质溶解[17]，PIPS降低了因激光热效应造成牙本质损伤的风险。PIPS激活过程中产生的冲击波会在根管系统中形成三维流动，清除更多的碎屑和牙髓残留物。PIPS技术辅助根管冲洗可以去除更多的根管系统内的微生物生物膜，开放更多的牙本质小管[18,19]。无论使用生理盐水还是NaClO，应用PIPS技术辅助根管冲洗，在根尖、中、冠方根管内的生物膜都有减少[20]。

3 PIPS技术的参数研究

在Meire等[21]的研究中，对不同参数LAI激活冲洗效果进行了评价。结果表明，纤维尖位置、脉冲长度、脉冲能量、照射时间和频率是影响人工根管壁碎屑清除的主要因素。目前，尚无关于Er:YAG激光辅助冲洗根管的金标准。建立这样一个金标准要考虑到不同参数：(1)光纤维参数设计(平面或锥形尖)，直径(200～600 μm)，位置在(髓腔入口、根管入口、根管内)；(2)特定的激光设置，如脉冲能量为0～80 mJ，脉冲频率为10～35 Hz，脉冲长度为50～130 μs。

Mathew 等[22]认为，PIPS尖端无需到达根尖区只需将其放置在根管口即可。使用PIPS激活的Er:YAG激光激活的冲洗液不仅在激光纤维尖端附近有强烈的湍流运动，距尖端最远达21 mm处都有强烈的湍流运动[23]。从激光纤维末端剥去3 mm的聚酰胺护套，会有更多的侧面发射电位。当使用带有锥形尖端的常规纤维时，会产生具有更深远的“冲击波状”特性和更高清洁效果的空化气泡。在LAI技术中，对激光不同的参数进行设定比较，较普遍的认为PIPS技术使用锥形纤维尖端结合50 μs脉冲、20 mJ能量和15 Hz频率是最有效的[24]。

目前尚无对PIPS技术最佳的完整临床冲洗方案的报道。NaClO的浓度主要有：1%、2%、2.5%、3%、5%、5.25%和6%，比较几种浓度的研究表明，2.5% NaClO具有较高的效率和较低的细胞毒性，效果更好[25]，然而6% NaClO被证明是生物膜最有效的消毒剂。冲洗时间的实验研究从5 s到240 s不等[26]，学者们还未对冲洗时间达成共识。冲洗方案目前也没有被证实的最佳可重复方案， Turkel等[27]的方案是，关闭激光的水和气，将根管中加入5%的NaClO，将Er:YAG激光纤维尖端在根管口保持静止并激活30 s。随后，加入17%的EDTA激光激活30 s，总激活时间为60 s。冲洗使用NaClO的总量为5 ml，EDTA的冲洗量为5 ml。为了避免EDTA溶液的延长作用，随后用5 ml蒸馏水冲洗根管30 s。

4 PIPS技术辅助冲洗方法的对比实验研究

传统冲洗器冲洗常使用注射针头或侧方开口针头，冲洗液较难流动到侧副根管和根尖。与传统冲洗器冲洗相比，PIPS技术辅助根管冲洗能更有效地去除根管壁的生物膜，使根管壁表面更清洁、更光滑，同时能更有效地清除根尖的牙本质碎屑[28,29]。

Koch等[30]利用体外模型测试PIPS和超声工作尖附近流体的速度，PIPS的总流体速度比模拟模型中超声的速度要快10倍，超声冲洗的速度场会在远离激发源处缩减，体外实验中PIPS诱导的流体运动比超声更显著，并认为有效的临床冲洗来源于流体动力学或机械力学和化学的结合。PIPS技术去除离体天然牙和人工根管模型牙本质碎屑的效果优于超声[31,32]。在清除生物膜方面，多项体外研究发现PIPS技术比超声辅助冲洗技术的消毒效果更好[33-35]。

A.im等[36]认为，XP Endo Finisher新型根管预备锉在清洁主根管和50 μm深的牙本质小管处比PIPS技术和声波动能冲洗更强；PIPS技术比XP Endo Finisher和声波动能冲洗在深层消毒牙本质小管方面更有效。

Suman 等[37]使用负压动能冲洗(EndoVac系统)和声波动能冲洗(EndoActivator系统)清除根尖三分之一的效果优于PIPS。

5 总结与展望

PIPS技术的重要特点是可以推动冲洗剂到达整个根管系统，是一种更高效的根管冲洗方法。同时，在去除根管氢氧化钙封药残留中，PIPS技术表现出比传统冲洗器、超声辅助冲洗更强的清洁能力[38,39]。该技术为临床医师节省了治疗时间并提高了根管治疗的成功率。

在牙髓治疗领域，PIPS技术是一种被证实的较安全且高效的辅助根管冲洗方法。大量的学者通过体外实验证明了其有效性。不同学者的研究设计有很多不同，包括细菌培养时间、激光参数、冲洗方案和使用的冲洗溶液，研究方法的巨大差异使得结果不同，但大部分实验都证明了PIPS技术在辅助根管冲洗中清除碎屑和玷污层方面的能力。然而，目前尚无关于PIPS技术辅助根管冲洗的体内实验效果和数据。与传统的冲洗方法相比，使用激光活化荡洗技术可能会将组织碎片挤出根尖孔，产生术后疼痛[40]。因此，需要研究最佳激光激活时间和其他参数，以确保根管治疗过程中由气泡和压力引起的碎屑和冲洗剂不溢出根尖孔。