Er:YAG激光光子激活光声流技术对根管壁牙本质失水状况及牙根抗压强度的影响

章善 沈树平 张舫 杨卫东

南京大学医学院附属口腔医院 南京市口腔医院牙体牙髓病科 南京210008

2012年，DiVito等[1]发明了Er:YAG激光光子激活光声流（photon-initiated photoacoustic streaming，PIPS）冲洗技术，此后，国内外大量学者[2-7]对Er:YAG激光PIPS技术的冲洗效果进行了许多研究，都集中于比较不同功率、能量参数下的Er:YAG激光PIPS技术的冲洗效果，结果证实了Er:YAG激光能有效地清除根管壁的玷污层并开放牙本质小管。

影响根管治疗成功的因素很多，而根管壁牙本质的含水量是影响根管充填材料与根管壁牙本质结合的关键因素之一，PIPS-Er:YAG激光冲洗的激光能量对根管壁牙本质的含水量的影响也是根管治疗能否成功的关键。相比于传统的注射器冲洗及超声荡洗，PIPS-Er:YAG激光冲洗时所产生强大的空穴效应及震动波[8]，是否会影响根管壁牙本质含水量以及牙根的抗折性能，这2个问题尚未见报道。

本文选取了120颗正畸减数牙进行离体牙实验，比较PIPS-Er:YAG激光技术冲洗、注射器冲洗及超声荡洗3种冲洗方法对根管壁牙本质的失水状况的影响，并比较了治疗后各组牙根抗压强度的变化。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

AT Fidelis牙科激光治疗仪、R14接触式激光手柄、PIPS专用光线头（14/300）（Fotona公司，斯洛文尼亚）；Mtwo机用镍钛器械（VDW公司，美国）；P5 NewtroXS超声仪器（Satelec公司，法国）；1%NaClO（上海生工公司，中国）；慢速切割机（BUEHLER公司，美国）；NaviTip 27G冲洗针头（Ultradent公司，美国）；根管水分测量仪（辽宁锦州锦研科技有限公司，中国）（图1）；XSMART根管马达（Dentsply公司，瑞士）；快速涡轮机（SNK公司，日本）；TR-11EF、TR-13金刚砂车针（马尼公司，日本）；万能力学试验机（岛津公司，日本）。

图1 根管水分测定仪Fig 1 Root canal moisture meter

1.2 离体牙的收集

选取2018年7—9月南京市口腔医院口腔颌面外科门诊拔除年轻人（≤30岁）的离体牙120颗，保存于室温下的生理盐水中。

纳入标准：1）单根、单根管前磨牙；2）牙齿完整、无口腔治疗史、龋坏、牙外伤等情况；3）无牙髓病及根尖周病，无牙根内吸收。

1.3 实验方法

1.3.1 分组 将收集的120颗离体牙随机均分成A、B、C、D组，每组30颗；A组为Er:YAG激光PIPS技术冲洗根管，B组为注射器+1%NaClO溶液冲洗，C组为超声荡洗治疗，D组作为对照组不进行治疗。

1.3.2 离体牙的制备 将已分成4组的120颗离体牙置于慢速切锯下，在距根尖17 mm处截断，保留牙根及部分牙冠并使之长度均为17 mm；对4组样本用10#拔髓针拔髓，依次使用10#、15#K锉疏通根管，之后使用Mtwo镍钛器械进行根管预备，预备至25#，锥度为06，工作长度=K锉尖端与根尖孔平齐时长度减去1 mm，工作长度均为16 mm。预备过程中每更换1次器械均用2 mL 1%NaCl溶液冲洗根管，制备完成后用吸潮纸尖干燥根管。

1.3.3 实验组的处理 将上述制备并已分组完成的样本进行实验冲洗；所用的冲洗液均为10 mL 1%NaClO溶液，冲洗时间为2 min。A组（Er:YAG激光PIPS技术冲洗组）：将Er:YAG激光参数设置为0.3 W、15 Hz、20 mJ、脉宽50μs，用注射器将1%NaClO溶液从根尖区注入根管内，并保持注满状态，将工作头尖端浸入髓腔内的冲洗液中，稳定不动，在激光工作时将剩余1%NaClO冲洗液持续缓慢注入根管内；B组（注射器冲洗组）：使用NaviTip 27G冲洗针头的注射器将10 mL 1%Na-ClO冲洗液从根尖区进行冲洗，冲洗过程中上下提拉带出冲洗碎屑；C组（超声荡洗组）：将超声仪器设置在10档；用注射器将1%NaClO溶液从根尖区注入根管内，并保持注满状态，再将超声工作间K15置于距根尖1 mm处冲洗2 min，冲洗时工作尖以1 mm的幅度上下来回提拉，同时将剩余1%NaClO冲洗液持续、缓慢注入根管内直到操作完成。完成后均用吸潮纸尖及三用气枪干燥根管。

每组随机选择15颗样本，用高速金刚砂车针TR-11EF在每个样本的颊舌侧磨出两条纵沟（深度不触碰到根管壁），之后用骨凿将牙根沿纵沟劈开分成2份，使用根管水分测定仪测试每组30份样本根尖1/3（距根尖2 mm处）、根中1/3（距根尖7 mm）、冠1/3（距根尖12 mm）处的根管壁牙本质含水量。

将剩余的每组15颗样本根尖端3 mm固定于自凝塑料制作的圆柱状基座内（图2），制作成能直立放置的标本，置于万能力学试验机下进行抗折实验（图3）。加载头速度控制为2 mm·min-1，垂直向加载直至牙根出现折裂，分别记录各样本折裂瞬间的力值。

图2 抗折实验受测样本Fig 2 The anti-compression experiment samples

图3 抗折实验Fig 3 The anti-compression experiment

1.4 观察指标

1）各组内试件的根管上、中、下段根管壁牙本质的含水量差异；2）4组间的抗压强度。

1.5 统计学方法

将4组的各项资料纳入SPSS 21.0软件处理。计数资料采用χ2检验。4组牙本质上、中、下段含水量情况及抗压强度力值等计量资料采用t检验，并以（xˉ±s）表示。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 4组标本根管上、中、下段牙本质含水量的比较

A、B、C、D组内各标本根管上、中、下段根管壁牙本质含水量依次递增，但差异无统计学意义（P＞0.05）。根管壁上段：A、C组低于B、D组（P＜0.05）、A组略低于C组（P＞0.05），B组低于D组（P＜0.05）。根管壁中段：A组低于B、D组（P＜0.05）、A组略低于C组（P＞0.05），B组低于D组（P＜0.05）。根管壁下段：A组低于B、D组（P＜0.05）、A组略低于C组（P＞0.05），B组低于D组（P＜0.05）（表1）。

表1 4组根管上、中、下段牙本质含水量情况的比较Tab 1 Comparison of dentine water content in the upper,middle and lower sections of root canal in four groups

2.2 4组最大抗压载荷值的比较

A～D组的最大抗压载荷分别为（312.47±15.32）、（317.12±16.01）、（320.72±15.48）、（317.65±16.00）N，4组间的抗压强度力值两两相比差异均无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

Er:YAG激光波长为2.96μm，与水（3.0μm）和羟磷灰石的OH-（2.8μm）的波长接近。因此，PIPS-Er:YAG激光冲洗根管时有以下特点：1）激光能量可以被游离水、组织内的结合水及羟磷灰石吸收；2）PIPS-Er:YAG激光技术冲洗根管时能量被冲洗液中的水分子吸收从而产生气泡，气泡的膨胀和爆破形成强大的光声冲击波推动了冲洗液在根管系统中快速流动，从而在根管壁表面形成剪切力，通过光学机械作用清理加强了根管壁上玷污层及牙本质碎屑的去除；3）Er:YAG激光的穿透性低，只作用于0.01 mm厚的牙体硬组织表层，可以避免过多的磨削根管壁牙本质。一些学者[9-10]的研究表明：PIPS-Er:YAG激光冲洗在高功率及低功率时其冲洗效果相当，在低功率时，PIPS-Er:YAG激光已经具备较好的冲洗效果。因此，本研究设置Er：YAG激光参数为0.3 W、15 Hz、20 mJ、脉宽50μs的低能量模式。

根管充填是根管治疗的关键步骤，根管壁与根管充填材料的紧密结合能有效地减少根尖周微生物的定植并减少冠部微渗漏的发生，降低根管治疗的失败率。有研究[11]显示：根管充填糊剂可以用来填补牙胶与根管壁间的空隙，保证并增加了根管充填的密封性，可明显降低微渗漏，预防根管再感染。有研究[12]显示：根管湿润度增加可降低根管充填的封闭性能。根管壁牙本质的湿润程度不仅影响糊剂与牙胶、根管壁牙本质界面的结合，也会在结合的界面形成缝隙导致微渗漏的发生。根管壁的含水量主要由附着根管壁的游离水、根管预备过程中产生玷污层及根管壁牙本质成分内的结合水三者组成，大部分是前两者组成。在干燥根管手段相同的情况下，玷污层和根管壁牙本质内的结合水是影响根管壁含水量的两大因素。

本研究中A～D组根管上、中、下段含水量依次递增，但差异无统计学意义（P＞0.05）；原因可能是预备后的根管接近圆锥状，根管口敞开，干燥根管时根管上段的游离水更易丢失及挥发。

根管壁上、中、下段PIPS-Er:YAG激光组（A组）的含水量均低于注射器冲洗组（B组）及空白对照组（D组）（P＜0.05），原因是：1）Er:YAG激光能更有效地清除玷污层；2）游离水及根管壁牙本质内的结合水吸收了Er:YAG激光能量后产生的微爆炸导致水分蒸发；3）冲洗液中的水分子吸收了Er:YAG激光能量后产生的空穴效应使得冲洗液活化，增强了根管壁牙本质的渗透性，故而牙本质小管内的液体更易流失。Bachmann等[13]研究了Er:YAG激光照射前后牙本质成分的变化，结果显示：在Er:YAG激光照射后牙本质的水分丢失，有机物减少。这也支持了本实验的研究结果。

根管壁上、中、下段超声荡洗组（C组）的含水量均低于注射器冲洗组（B组）及空白对照组（D组）（P＜0.05），是由于超声荡洗时产生的超声流和空穴效应，可以通过振荡冲洗液有效地切削并分解根管壁的玷污层，开放牙本质小管，其冲洗效果优于注射器冲洗[14]。但由于超声不能作用于牙本质内的结合水成分和游离水，导致含水量略高于PIPS-Er:YAG激光组（A组）。

根管上、中、下段注射器冲洗组（B组）含水量均显著低于空白对照组（D组），主要原因是标本制备后B组进行了较多的根管冲洗，大量碎屑被冲出根管，根管内壁易吸水的牙本质碎屑等物质更少，含水量更低，这也提示根管预备中进行大量根管冲洗的必要性。

影响牙根抗折性能的因素有以下3点：根管壁的厚度、牙根的应力分布和微裂纹。有研究[15]表明：增大根尖终末工作宽度会降低牙根的抗折强度，预备量越大，根管壁越薄，牙根抗折强度会大幅度下降。因此，本研究中经过PIPS-Er:YAG激光处理的A组的牙根抗压强度与其他3组均无明显差异，是因为PIPS技术冲洗根管时虽然在根面牙本质表层形成了较强的剪切力，但仅作用于根管壁表层，不会磨削过多的根管壁牙本质进而减小牙根厚度，故PIPS技术不会降低牙根的抗折性能。影响牙根应力分布的因素是器械在根管预备过程中对根管壁产生的应力，本研究中PIPS-Er:YAG激光技术冲洗时活化并推动冲洗液在根管系统中快速流动，在根管壁表面形成剪切力，这的确会增加根管壁的应力，但由于操作时间较短（2 min）且低能量参数下的PIPS-Er:YAG冲洗并未降低牙根的抗压强度。根管预备和冲洗过程中，根管壁牙本质产生的微裂纹或微缺陷，在后续加压充填或咀嚼受力过程中可能会扩展并最终发展成根折或根裂。PIPS-Er:YAG激光冲洗所产生的振动和微爆炸是否会导致根管壁牙本质产生微裂纹还有待进一步的研究。

综上所述，PIPS-Er:YAG激光技术能有效地清理根管壁玷污层，降低根管壁牙本质的含水量，但并不影响牙根的抗折性，有良好的临床应用与推广价值。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。