铒激光在口腔种植中的应用

昝世蒙 天津市河东区中山门街社区卫生服务中心口腔科 （天津 300181）

内容提要： 铒激光是一种波长为2.94μm的固体脉冲激光，其波长恰好位于水的最高吸收峰值，理论上可以理想地引起浅层皮肤的快速升温，从而达到剥除表皮、祛斑祛皱、切割软硬组织等效果。近年来，随着激光物理技术的不断进步和新型治疗理念的催生，激光医学已广泛应用于临床诊断，治疗和基础医学研究中。铒激光在口腔种植方面的研究已逐步深入，且铒激光的相关实用性和安全性已得到多方面的认证，在口腔修复治疗领域获得了较为广泛的应用。与超声设备相比，铒激光具有不可替代的作用，在临床取得了良好的治疗效果。与目前临床上其他常用的手段相比，如二氧化碳激光疗法、嵌体植入等，铒激光具有精确度高、损伤小、无需麻醉、愈合速度快、杀菌性强、增强骨增加及促进骨整合等优势，成为了较为理想的口腔种植治疗辅助工具，获得了越来越大的应用。鉴于此，本文详细介绍了铒激光的工作原理，综述了铒激光在口腔种植中和治疗种植体周围炎的应用进展，以期为铒激光的临床应用提供参考与比照。

在种植体制造及修复工艺中，激光技术已被较为成熟的应用，且十分广泛。早在1989年，便有相关研究指出Er:YAG激光具有牙体硬组织切割的功能[1]，并于1997年正式应用于临床实践，并在口腔种植领域迅速发展。近年来激光在口腔种植中更是得到了普遍的应用及认可。目前，在市场中有两种较为常见的铒激光，铒激光作为一类硬组织激光，波长主要在红外线区域，临床上主要用于牙本质、牙釉质、龋坏组织和软组织的切割。其中波长为2940nm的Er:YAG激光（铒、钇、铝、石榴石）和波长为2780nm的Er，Cr:YSGG激光（铒、铬、钇、石榴石、镓、钪）。两种激光均为固态激光，作用期间都存在水的参与，水不仅仅能够冷却作用的区域，还参与参与了口腔种植等操作的机械预备机制。铒激光能够被水强烈吸收，产生的光电解效应将水的温度急剧提高，从组织分子内释放的蒸汽压可以发生微小的爆炸，从而让温度升高的靶组织呈爆裂性除去。牙本质、牙釉质内的羟基磷灰石对于铒激光亦有较强的吸收率，虽然牙本质、牙釉质内含有20%到50%的水分，但仍能够吸收足够的能量来让牙体硬组织被激光除去；足够多的激光能量在手术过程中被吸收，入射的能量不会存在较多的残留，无法通过高温损害周围组织。目前，铒激光在口腔领域的安全性和实用性已得到口腔医生的认证，并得到了美国食品及药品管理局批准。

1.铒激光工作原理

波长为2940nm的Er:YAG激光、波长为2780nm的Er,Cr:YSGG激光和牙体组织内的羟基磷灰石和水的吸收峰比较接近。而牙本质、牙釉质的主要组成成分均为羟基磷灰石晶体。人类健康的牙釉质为高度的矿化组织，其中包含了羟基磷灰石（占比85%为）、有机物（占比为3%）和水（占比为12%）。牙本质内的矿物含量下降，有机物、无机物、水的含量分别占比为30%、50%、20%；和其他激光相比较，铒激光的穿透能力并不高。其中Er:YAG激光穿透牙本质和牙釉质的深度范围在5～7μm之间，Er, Cr:YSGG激光则在15～21μm范围之间。由于组织中的水对铒激光具有很大的吸收系数，导致周围的组织吸收能量下降，因此，铒激光照射损伤邻近组织的概率并不大，是一类较为安全且高效的激光。铒激光存在两种作用机制，主要为热机械效应和热效应。其中热效应主要为牙体组织内的水可以吸收激光的能量，发生超高温的汽化，组织中的压力远远大于结构的耐受强度后，硬组织出现了微爆破；热机械效应则紧随其后，在能量扩散的一刹那，周围的矿化组织接连发生爆破崩解，从而实现牙体硬组织切割的效果。研究发现，水与羟磷灰石的OH-对红外线吸收峰值的波长分别是3000nm以及2800nm。铒激光波长与之十分接近。若将铒激光作用于口腔组织中，水分子可吸收90%左右的激光能量，该能量作用于激光照射区的组织，增大其内部压力。待压力超过组织可承受的阈值后，组织分子释放蒸汽压，导致局部出现微爆炸，从而实现组织切割[2]。铒激光用于组织切割具有伤口小、出血少、定位精准、且无需麻醉等优点，常用于切割血管或其他易出血的组织部位，大大降低了手术风险。但是为避免热效应造成的组织损伤，在切割过程中应选择合适波长的激光以及作用时间[3]。

2.铒激光在口腔种植中的应用

2.1 铒激光处理种植体表面

种植体表面主要是通过激光刻蚀或者激光酸蚀，在多数种植体的牙本质及釉质的处理中，低能量的铒激光能够提高硬组织的粘接强度，从而能够更好的取代传统的酸蚀。处理牙本质粘接的表面难度明显高于釉质，但通过Er:YAG处理后牙本质的表面会存在较多的微观粗糙面，这会提高牙本质的粘接效果。目前，临床上关于铒激光实施表面处理效果存在较大的争议，可能是因为激光参数差异、种类差异、照射方式差异、处理表面的差异等均会造成处理结果产生很大的差异[4]。Er:YAG表面处理后的粘接强度比常规的酸蚀更高，但Er, Cr:YSGG表面处理后的粘接强度和常规的酸蚀差异并不大。此外，铒激光还能够处理窝沟封闭中的表面，其不仅可以增加釉质的表面粗糙情况，还能够清洁窝沟中存在的碎屑，减少微渗漏。目前，临床上在多数种植体在使用之前应进行表面粗化，即采用理化手段在种植体表面构建同位结构，增大与骨的接触面积，提高其自由能。铒激光水雾冷却可有效提高喷砂加酸蚀表面粗化（SLA）后钛表面的生物相容性及骨结合能力，进而增大义齿种植成功率。

2.2 铒激光辅助口腔种植骨组织手术

与现有手段相比，Er:YAG激光进行骨组织切割时产生的碎片最少、创伤最小、愈合速度最快、且具有杀菌作用。温度超过53°C时，骨组织开始出现坏死；温度超过60°C时，骨组织坏死程度增大。铒激光切割骨组织的局部温度低于47°C，故骨组织不会出现热损伤。Stübinger等在利用铒激光辅助进行上颌窦提升时，出现了100%的上颌窦黏膜损伤[5]。因此在临床使用铒激光也需谨慎控制操作深度，避免局部过热潜在的损害。此外，利用Er:YAG激光对骨组织进行切割，具有较高的精确度，极少发生周围组织的碳化，不易发生热损伤且局限于切口的边缘比较整齐，不会发生熔融现象，照射后的骨组织愈合能力好，其原因可能是铒激光照射后，骨组织表面为明显的不规则形态，进而增加了愈合初期血液成分对骨组织的黏附作用。

2.3 铒激光辅助种植体植入手术

铒激光预处理种植窝洞可显著提高骨愈合速度以及骨结合率（BIC）[6]，但很难准确控制窝洞深度和宽度，故种植窝与种植体的匹配度略低于传统的机械钻。针对此问题，有学者指出，在术前可利于铒激光进行非接触式定位，运用传统设备预备种植窝。不仅保证了种植体匹配度，还提高了种植位点的精确性，有效避免二次损伤。

2.4 铒激光应用于埋入式种植体二期暴露

埋入式种植体二期手术前需清理掉种植体顶端的骨及软组织，且不损伤现有骨结合。与口腔临床现有手段相比，铒激光具有无需麻醉、控制出血，减少对软硬组织的机械损伤，防感染，减缓术后炎症和疼痛，促进愈合及降低术后菌血症发生率等优点。铒激光进行二期手术可有效缩短术后愈合时间，但铒激光辅助进行种植体二期暴露是否为理想的翻瓣技术仍待商榷，这仍需要大量的临床试验数据证明。

3.铒激光在种植体周围炎中的应用

口腔临床中，菌斑聚集而成的种植体周围的软硬组织炎症反应，即种植体周围炎，发生率较高。种植体周围炎是一种在种植体周围软硬组织发生的炎症损害，其在累及软组织的基础上还会进一步损伤种植体的牙槽骨，导致骨吸收。目前，关于种植体周围炎产生的原因较多，临床上接近1成的病人在种植后会出现种植体周围炎。种植体的周围组织中含有少量的血管，炎症反应并不强；而种植体、环状的胶原纤维束及牙槽骨间并没有血管，防御能力很差，一旦出现了细菌的入侵，很容易突破上皮到达骨面[7]。因此，种植体周围炎是影响牙种植的远期效果，会造成种植体失败。Er:YAG激光治疗过程中杀菌作用较为强烈，可以让种植体周围的细菌保持在很低的水平。相关研究发现[8]，强度不同的Er:YAG激光对于种植体的细菌抑制作用并不相同，其中激光强度为15Hz、60mJ时，细菌立即减少99.73%，2d后减少77.02%；激光强度为10Hz、100mJ时，细菌立即减少99.95%，2d后减少84.52%。

3.1 铒激光去除种植体表面污染

目前，临床采用龈下刮治、药物治疗、外科手术治疗和引导骨再生等技术清除菌斑及污染物。但各有弊端，如菌斑牙石清除难度大、易残留、损害氧化层、易耐药等[9]。近年来，金属刮治及超声探头可增大种植体黏附细菌的能力，此外，因铒激光切割而产生的水雾可冲洗污染物，且无任何损伤[10]。铒激光可有效除污，降低炎性反应发生强度，减少皮下气肿的发生率[11]。

3.2 铒激光的杀菌作用

激光的波长影响着其杀菌作用的强弱。水分子吸收铒激光能量后会产生氧自由基，故除微爆破机理外，氧自由基的产生也会提升其杀菌效果。这与临床试验结果十分相似[12]。此外，铒激光通过降低种植体表面内脂多糖以及外毒素含量而减少细菌对周围组织的损伤[13]。即使Er:YAG激光输出的能量不高亦具有很强的杀菌能力，且治疗过程中的温度不会升高过度。另外，铒激光可以通过抑制脂多糖的分泌而发挥杀菌的作用[14]。Nevins M[15]等研究发现，采用60mJ的低辐射能量的激光照射治疗能够让牙根表面的细菌外、内毒素降低6成以上；同样，在种植体表面亦获得了相似的结果：采用60mJ的低辐射能量的激光能够降低至少9成的细菌外、内毒素。

4.展望

国内外现有的研究多局限于动物实验，临床应用程度不高。铒激光对种植体附近的软硬组织可发挥不同作用，在口腔种植领域具有不可比拟的优点。现有少量临床研究证实了铒激光应用的可靠疗效，但缺乏长期的临床随访，故其长期疗效有待进一步研究。铒激光的使用深度缺乏有效的控制，故而铒激光的临床应用较局限[13-15]。随着研究的不断深入，对激光作用机理的认识不断深入，铒激光在口腔种植领域的应用一定会越来越广泛。