Er: YAG激光照射种植体表面微形貌变化的扫描电子显微镜观察

孙旭 邓振南 文才 赵颖

1.首都医科大学宣武医院口腔科 北京 100053；

2.温州医科大学附属口腔医院修复科 温州 325000；

3.西南医科大学口颌面修复重建和再生实验室 西南医科大学附属口腔医院种植科 泸州 646000

作为牙列缺损修复方式之一的种植治疗，已广泛开展且越来越被患者接受。然而由于各种原因引起的种植体周炎发病率较高，据报道其发生率高达12.4%~43.3%[1]。发生种植体周炎的种植体周围骨组织被吸收，种植体表面暴露，被细菌生物膜覆盖并沉积矿化物。治疗种植体周炎，须对暴露的种植体表面进行彻底清创[2]。因种植体表面为螺旋不规则外形且较为粗糙，利用手用器械或超声器械刮治清创不够彻底，且会损伤种植体表面微结构，不利于再次骨整合[3]。

激光照射处理对于不规则粗糙的种植体表面，覆盖更广泛且不会造成医源性污染或机械损伤。研究[4]表明：Er: YAG激光可有效进行根面平整，去除龈下菌斑，去除感染物，消融软硬组织及光生物调节作用促进愈合等。这些作用同样可用于种植体周炎的治疗。但Er: YAG激光属于热辐射，在种植体表面如发生热积累，温度过高，会对种植体表面产生热损伤，因此设置激光器能量参数要合理，去污消毒时避免热损伤。不同表面处理的种植体对激光的反应不完全相同[5]。本研究纳入了市面销售较具代表性的4种种植体表面，设定Er: YAG激光不同模式及能量参数对其进行照射，照射后扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）观察表面微形貌的改变，为临床如何安全、有效地使用Er: YAG激光处理种植体周炎提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料和器械

纳入4种种植体：奥齿泰TSⅠⅠⅠ SA种植体（SA表面）、Straumann BL SLA种植体（SLA表面）、美格真Anyone种植体（Xpeed表面）、美格真EZ种植体（RBM表面） 各3枚，波长2 940 nm的Er:YAG激光（Lite-touch，赛诺龙公司，以色列），激光功率计（OPHⅠR NOVA Ⅱ型，OPHⅠR公司，以色列）；SEM （EVO18，CARL ZEⅠSS 公司，德国）。

1.2 设置激光器参数并照射种植体表面

选择直径1.0 mm激光工作尖，调整Er: YAG激光模式为“软组织模式”设置参数：50 mJ、10 Hz，100 mJ、10 Hz，200 mJ、10 Hz（激光功率计测得能量密度分别为5.5、10.1及18.5 J·cm-2）；调整为“硬组织模式”设置参数：100 mJ、10 Hz，200 mJ、10 Hz（能量密度分别为13.3及23.5 J·cm-2）。以上5种能量参数，均在充分水冷却（100%）下，采取非接触模式，工作尖距离种植体表面1 mm，与种植体表面成80°，选择同一螺纹固定一点作为同一参数激光处理区，照射5 s。

1.3 SEM观察

将激光照射前后的种植体表面喷金，固定在载物台上，观察照射区表面微形貌变化。检测倍数为500倍和5 000倍。

2 结果

SEM观察可见：SA表面在软组织模式50 mJ、10 Hz及100 mJ、10 Hz照射下无变化，能量提高到200 mJ、10 Hz可见微形貌部分熔化；SLA表面在软组织模式50 mJ、10 Hz照射下无变化，能量提高到100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz可见部分熔化及完全熔化；SA表面和SLA表面在硬组织模式100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz照射下无变化；Xpeed表面和RBM表面在软组织模式50 mJ、10 Hz照射下分别表现为高峰塌陷和片状熔化，在能量提高到100 mJ、10 Hz及200 mJ、10 Hz均可见部分熔化及完全熔化；Xpeed表面及RBM表面在硬组织模式100 mJ、10 Hz照射下无变化，能量提高到200 mJ、10 Hz可见部分熔化；Xpeed表面未见涂层剥脱（图1）。

图1 Er: YAG激光处理种植体表面后SEM观察Fig 1 SEM observation of implant surfaces after Er: YAG laser treatment

3 讨论

种植体周炎局部为以厌氧菌为主的多种微生物感染，其表面生物膜主要细菌为革兰阳性球菌和杆菌[6]，后逐渐在种植体表面形成菌斑，沉积钙化物。种植体表面所具有的微形貌是影响骨整合的重要因素[7]。治疗种植体周炎首先需去除种植体表面的菌斑和肉芽，对污染表面彻底清创控制感染，且不造成医源性污染，对种植体表面不产生机械损伤或热损伤，因此其表面结构不应发生变化，以维持良好的生物相容性，利于完成再次骨整合。

目前，口腔科临床常用的激光有Er: YAG、Nd: YAG、CO2和二极管激光等。这些激光均可通过热效应对组织去污杀菌。如果参数设置不合理，照射过程中局部温度积累过高，会对植体表面产生热损伤。已有学者初步探索种植体钛表面可耐受的Er: YAG激光的能量值。Stubinger等[8]研究显示：Er: YAG激光在3.0 W（300 mJ、10 Hz、10 s）非接触模式照射下，种植体SLA表面发生熔融和裂纹，种植体光滑表面在5.0 W（500 mJ、10 Hz、10 s）非接触模式照射下，会发生变化。Taniguchi等[5]用Er: YAG激光近距离模式充分水冷下照射种植体表面，结果显示：在50 mJ、30 Hz（17.7 J·cm-2）和40 mJ、30 Hz（14.2 J·cm-2）能量参数下，SLA表面和RBM表面出现明显熔化和微结构边缘的轻微熔化。在30 mJ、30 Hz（10.6 J·cm-2）能量参数下，未见SLA表面及RBM表面受损。而阳极氧化表面即使在30 mJ、30 Hz照射下也会发生剥脱。梁辰等[9]用Er: YAG激光“硬组织模式”充分水冷却，100 mJ、10 Hz能量参数照射，未见SLA表面的结构变化；当能量提高到200 mJ、10 Hz 及300 mJ、10 Hz时，可见SLA表面颜色加深成淡棕色及明显的微结构熔融。综上所述，Er: YAG激光能量在何种范围内不会破坏种植体表面目前尚无共识[10]。这些研究未对种植体表面的类型进行对比，而不同类型的种植体表面其微观形态，粗糙度、浸润性等均不同，对激光的反应也不同。

本实验纳入的4种种植体表面，在相同能量参数下，软组织模式照射比硬组织模式照射对种植体表面损伤均更严重，原因为软组织模式的脉宽比硬组织模式的脉宽值大。本实验中的Er: YAG激光器在软组织模式10 Hz下，50、100及200 mJ的脉宽分别为155、195和279 μs；在硬组织模式10 Hz下，100及200 mJ的脉宽分别137和192 μs。脉宽即脉冲持续时间，与激光的切削能力和周围组织的热沉积密切相关[11]。相同的能量值下，激光脉冲越快，切削能力越强，热量传导到邻近组织的时间越短，组织残留热量越低，热损伤越小。金属对Er: YAG激光的吸收率很低，所以其表面的高温主要是因为积累造成。因此，建议在临床中应用Er: YAG激光，设置合适的能量参数，应用“软组织模式”去除种植体表面的细菌生物膜，发挥杀菌作用。应用“硬组织模式”去除种植体表面的钙沉积物、结石等。结合本实验结果，SA及SLA表面适合在软组织模式50 mJ、10 Hz下清除细菌；在硬组织模式200 mJ、10 Hz下去除牙石；Xpeed表面及RBM表面不适合用Er: YAG激光软组织模式处理，可在硬组织模式100 mJ、10 Hz下去除牙石。

表面微形貌和粗糙度作为种植体的表面形貌特征，与种植体-骨结合的关系密切。粗糙度增加可促进创伤愈合及骨结合[12-13]，但同时也更易于菌斑附着，加重种植体周炎症。因此，激光照射后，种植体表面应保持原有微形貌及粗糙度。本实验结果中，在软组织模式50 mJ、10 Hz照射下，SA及SLA的表面无变化，Xpeed和RBM表面分别出现高峰塌陷和片状熔化；在软组织模式100 mJ、10 Hz照射下，SA表面无损伤，SLA、Xpeed及RBM表面均出现部分熔化；在硬组织模式200 mJ、10 Hz照射下，SA和SLA表面无损伤，Xpeed及RBM表面出现部分熔化。可见对激光的抵抗能力，SA表面优于SLA表面，且均优于Xpeed表面及RBM表面。由于钛的熔点为1 668 ℃，说明Er:YAG激光在种植体表面照射时产生的温度非常高[14]。Taniguchi等[5]用Er: YAG激光在50 mJ、30 Hz参数下照射后发现：SLA表面、Tioblast表面及RBM表面有轻微熔化，而Osseotite种植体未发生变化，对Er: YAG激光的抵抗力最强；原因是Osseotite种植体是由熔点超过纯钛的钛合金制成。而本研究纳入的4种种植体均为4级纯钛，不存在熔点不同。所以本实验中，有可能造成种植体对激光照射的抵抗力不同，是由于不同类型表面的微形貌、粗糙度及化学成分[14]。SA表面是由直径1~3 μm 大小的微坑组成，粗糙度（Ra） 为2.5~3.0 μm；SLA表面是大孔内含多个小孔，Ra为2.0 μm；Xpeed表面与SLA表面微形貌接近，只是表面有一层厚约0.5~0.7 μm的纳米级陶瓷层，Ra为1.8~2.5 μm；RBM表面由多个微坑组成，像鱼鳞状分不同层面，Ra约为0.53 μm。由此推断：粗糙度大的表面，激光照射时积累的热量较分散，不易发生微形貌的改变，抵抗激光照射的能力强。有研究[9]显示：SLActive表面比SLA表面对激光照射的抵抗力低。设定Er: YAG激光为硬组织模式200 mJ、10 Hz及300 mJ、10 Hz进行照射，SEM下均观察到SLActive表面比SLA表面微结构熔融更严重，甚至在300 mJ、10 Hz时，SLActive种植体表面出现裂纹。原因是SLActive种植体表面具有纳米级结构，且羟基化钛含量比SLA高。陈中仁等[10]用能量参数为30 mJ、30 Hz（10.6 J·cm-2）的Er: YAG激光照射种植体表面，结果发现：SA、SLA和RBM表面无变化，而阳极氧化表面却发生了剥脱；原因是阳极氧化表面是由含有钙和磷酸盐的厚氧化物组成[15]，熔点低于纯钛，在激光热效应下氧化表面从种植体表面完全剥脱。而本实验中，Xpeed表面未观察到剥脱现象，分析原因：Xpeed表面是4级纯钛先通过喷砂+酸洗这种“减法”方式处理，然后再在Ca+溶液中进行阳极氧化，形成的纳米级钙盐晶体，层厚较薄，因此不会在激光的冲击或热效应下发生剥脱。

另有报道[16]其他方法配合Er: YAG激光对种植体表面杀菌，如“龈下喷砂+Er: YAG激光+局部抗生素”的综合方案治疗种植体周炎可显著改善探诊出血的症状和牙周探诊深度。另有“Er: YAG+二极管激光”及“Er: YAG+ Nd: YAG激光”，不同波长的激光联合使用效应互补，可发挥良好的清洁、杀菌和生物刺激作用，并促进组织愈合和再生。在临床中，感染种植体表面存在细菌生物膜，对Er: YAG激光吸收充分，种植体表面的热积累可能会有减轻。在空气中，激光照射钛种植体，除了表面形貌发生变化外，还有表面浸润性、粗糙度及氧化层厚度的改变，引起对骨组织亲和性的变化，这需在进一步的研究中探讨。

4 结论

在本实验条件下，不同类型的种植体表面受Er: YAG激光照射后表面形貌不同。SA和SLA表面适合用软组织模式50 mJ、10 Hz下杀菌；在硬组织模式200 mJ、10 Hz下去污；Xpeed及RBM表面不适合用Er: YAG激光软组织模式处理，可在硬组织模式100 mJ、10 Hz下进行表面去污。临床中，应用Er: YAG激光对种植体表面进行去污杀菌时，要考虑到种植体表面处理的类型不同，选择合适的操作模式及能量参数，避免损伤种植体表面微形貌。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。