Er:YAG激光应用于口腔硬组织的研究进展

    Er:YAG激光全称为“掺铒钇铝石榴石激光器”（Y3Al5O12:Er），波长为2940nm，自20世纪90年代被美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用于口腔临床，其具有精确切割软硬组织的能力，切割深度为微米级，创口愈合快，热损伤小，能明显减少患者术后的不适感。因此Er:YAG激光以其独特的优势不仅满足了临床上的微创需求，更扩展了治疗范围。
    随着口腔微创医学的提出，要求临床操作中运用无创或微创技术完成口腔治疗，最大程度保存牙体、牙髓、牙周等组织结构，Er:YAG激光受到广大口腔临床医师的重视。Er:YAG激光对水和羟基磷灰石具有高度吸收特性，因此其除了被骨胶原周围的水分强烈吸收外，也会被生物物质中的有机物和羟基磷灰石强烈吸收，故可用于牙体硬组织及骨组织。
    Er:YAG激光在口腔临床中应用广泛，不仅可用于牙体表面处理如牙齿美白、窝沟封闭、牙本质过敏、龋病预防等，去除硬组织周围感染如牙体牙髓及牙周疾病、种植体周围炎等，也用于硬组织切割如牙槽骨修整、根尖及种植外科手术等，但目前关于Er:YAG激光在口腔硬组织中的作用原理及综合应用尚存在争议，本文就Er:YAG激光在口腔硬组织的作用机制及应用进展作一综述，以期对其研究方向及口腔临床应用等提供参考。
    1.Er:YAG激光作用机制
    Er:YAG激光波段处于水及羟基磷灰石的吸收峰值，属于自由运行脉冲激光，在电磁波谱中属于中红外波段，是一种水动力生物激光系统。由于目标组织对激光能量吸收是最理想的作用效果，吸收能量的多少取决于目标组织的特征，因此Er:YAG激光可以作用于含水或（和）羟基磷灰石的组织，是目前唯一的能够切割软、硬组织的激光。
    当Er:YAG激光被水或羟基磷灰石吸收后，其吸收的激光能量可作用于目标组织，产生的微爆破可导致该部位压力增大甚至超过其可承受的强度，从而进行有效地组织切割，由于激光能量主要被水或羟基磷灰石吸收，且照射范围及厚度限制于数微米，仅部分能量导致剩余组织升温，故对周围组织几乎没有损伤。因此Er:YAG激光可以很好的作用于含水组织、牙体硬组织及骨组织。
    2.应用于牙釉质处理
    2.1牙齿美白
    由于Er:YAG激光对水的高吸收潜力，而水在漂白剂中占40%到65%不等，因此Er:YAG激光可以被漂白剂高度吸收，同时激光作用组织表浅，所以剩余激光能量对牙体硬组织几乎无损伤。当Er:YAG激光被牙面上的漂白剂吸收后，能够催化和加速过氧化氢与牙齿色素的氧化还原反应，将牙齿中的色原体物质（有机多酚）置换成浅色的简单化合物，其余分解为水释放，从而起到牙齿美白的效果。
    Nguyen等研究发现Er:YAG激光辅助美白可以改善牙齿的颜色变化，但关于其辅助牙体美白的颜色变化潜力的信息仍然很少。张志升等在利用Er:YAG激光美白与传统方法美白术后3个月发现，Er:YAG激光漂白效果更为优越，且患者术中紧张度得到极大改善。有研究显示Er:YAG激光处理的牙齿表面呈现出不规则的微孔，可以很好地辅助家庭美白，在剪切强度方面更具优势。
    2.2窝沟封闭
    Er:YAG激光应用于窝沟封闭，不仅可以清洁牙体表面，而且激光照射范围可到达窝沟更深部位，使得照射后釉质抗酸性增强。Durmus等对51例儿童204颗第一恒磨牙用酸蚀法、激光+酸蚀法进行窝沟封闭18个月后发现，激光+酸蚀组的窝沟封闭剂保留率明显高于单纯酸蚀组，虽然两组龋病发生率无统计学意义，但激光+酸蚀组发生率相对较低，因此，Er:YAG激光与酸蚀联合作为牙釉质预处理，可显著提高窝沟封闭剂的保留率，一定程度也降低了龋齿发生率。
    Pagano等通过文献分析评估了与传统预防干预相比，激光照射降低龋病发生率的有效性，发现Er:YAG激光联合酸蚀剂酸蚀牙体组织提高了封闭剂的保留率，降低了龋病发生率且激光治疗安全，患者耐受良好。
    2.3龋病预防
    目前认为激光防龋主要通过光热效应及光化学效应，即釉质在高温下其碳酸盐成分大量丢失，使得其与有机基质形成微空间诱捕溶解的离子从而阻止牙体脱矿以增加釉质抗酸性，由于釉质中碳酸盐和有机基质成分的丢失，致使釉质成分发生极化改变，有利于氟化物的保留。
    有研究发现Er:YAG激光联合含氟凝胶与常规处理牙体耐蚀性虽无显著差异，但前者处理后的牙体显微硬度变化更小。Sancakli等在对牙体组织表面预处理时发现Er:YAG激光照射会抑制细菌生长以达到防龋的作用。Liu等对离体牙脱矿研究中发现较低能量激光（100mJ和200mJ）治疗对牙釉质有显著保护作用，但高能量激光（300mJ）则无明显作用，猜测可能是由于高能量激光照射会使得牙釉质表面出现坑洞，细菌更容易聚集，增加龋易感性，因此在使用激光治疗时需严格遵循相应激光治疗参数。
    3.应用于牙本质处理
    3.1牙本质过敏症
    关于Er:YAG激光作用机制尚无具体定论，有学者认为Er:YAG激光可以被水和羟基磷灰石吸收的特性改变了牙本质的表面结构，对于牙本质小管而言则致使其直径减小，降低了牙本质小管的渗透性，也有学者认为激光产生的热效应使得牙本质小管表层熔融闭塞，牙本质小管内液体蒸发流失致使流动性减小，部分减弱了神经末梢的刺激作用。
    有研究分析了不同参数Er:YAG激光对牙本质小管闭塞、牙髓内温度和牙髓组织形态的影响，发现Er:YAG激光在0.5W（167J/cm2）条件下水和空气冷却时引起的温度变化均低于阈值，照射后牙髓和成牙本质形态无明显变化，认为此参数是Er:YAG激光照射牙本质小管闭塞的合适参数，且对牙髓组织是安全的。
    3.2去腐备洞
    对于牙体龋坏组织，由于其化学成分构成与正常牙体组织比例不同，前者含水量高，对激光能量更易吸收，且激光治疗临床操作过程中噪声小。Peker等在研究Er:YAG激光处理对Ⅴ类窝洞微渗漏的影响时发现，较传统手机处理而言，激光处理后的Ⅴ类窝洞微渗漏小，这可能是由于激光照射后管间牙本质成分发生了改变，导致牙本质表面抗脱矿，削弱了聚丙烯酸调节剂的作用。
    也有学者研究了Er:YAG激光照射联合直接盖髓术治疗因龋病暴露牙髓的疗效，发现在治疗一年后，常规组和激光辅助组的累计成功率分别为68.2%和91.7%，认为Er:YAG激光提高了常规直接盖髓（Dycal）的疗效，副作用小，推荐应用于临床治疗。Matys等评估了应用不同器械在龋损去除过程中标准牙科程序产生的气溶胶数量，发现Er:YAG激光在人体口腔水平产生的气溶胶量最低，改善了临床环境的安全性，这在新型冠状病毒流行期间尤为重要。
    3.3粘接修复
    传统牙本质粘接基于全酸蚀或自酸蚀的玷污层去除后，粘接性能由粘接剂与牙本质形成的混合层及树脂突决定，Er:YAG激光易被水及羟基磷灰石吸收，可以在局部产生气化，使得压力瞬间增大，产生微爆来发挥蚀刻等作用。
    Ismatullaev等通过比较37%磷酸和Er:YAG激光处理牙本质，发现Er:YAG激光双重蚀刻的牙本质剪切粘接强度（11.42MPa）最高，是一种可行的替代酸蚀刻牙本质的方法，且双重蚀刻可以明显提高附着力。有学者研究了Er:YAG激光预处理对乳牙牙本质结构和剪切粘接强度的影响，证实了Er:YAG激光预处理组的抗剪切强度的优良性，认为Er:YAG激光预处理可使牙本质小管开放且不形成玷污层，提高了乳牙本质与树脂复合材料的结合强度。
    4.应用于硬组织切割
    4.1牙槽骨修整
    目前在临床上对于牙槽骨修整常用骨凿、高速钻头等，与牙槽骨会直接接触，在修整过程中会产生部分热损伤。Er:YAG激光对水和羟基磷灰石具有高吸收特性且组织穿透深度小的特点，当其作用于相应组织时，牙槽骨去除量及组织外形修整等方面控制也较为精确，减少了对周围组织的损伤，术后肿胀及疼痛反应较轻微，同时由于机器噪声和震动的降低，提高了患者与术者的舒适度。
    有研究者在动物骨切割实验中发现，与传统操作相比，Er:YAG激光对骨组织热损伤程度最低，这可能是由于激光对水的高度吸收特性，对邻近组织的热扩散作用较小，阻止了激光对深层骨组织的影响，且修整后牙槽骨拥有锐利清晰的骨边缘及不规则的骨截面，这为细胞附着提供基础，促进骨愈合。随着对口腔美学区域的关注度增加，对于激光治疗牙冠延长术而言，由于Er:YAG激光的高度精确性及治疗后的恢复稳定性，其在美学区域中也更占优势。
    4.2根尖外科手术
    关于根尖外科手术，Er:YAG激光相比于传统器械而言组织切割更为精确，具有良好的杀菌作用，在短时间内通过气化去除病变，患者自觉无震感、舒适、无痛等，且使用Er:YAG激光对根尖周炎伴随牙周病变的牙齿同时进行手术可以提高留存率。Ayranci等通过比较采用Er:YAG激光与常规口腔钻头切除根尖，在扫描电镜下观察距根尖3.0mm的单根前磨牙的根尖表面特征及牙体裂纹，发现Er:YAG激光切除根尖后断面并未产生明显裂隙，牙根断面更光滑，在根尖手术后可有更好的愈合效果。
    Nanjappa等评价了超声和Er:YAG激光根尖切除及根尖倒制备对根尖填充材料完整性的影响，分别使用超声和Er:YAG激光对根尖切除3mm后进行根尖区预备，同时用罗丹明B染料浸泡24h后冲洗，在共聚焦激光扫描显微镜下观察微渗漏，发现与超声相比，Er:YAG激光法制备的根尖区染料渗透量较小，认为Er:YAG激光制备的根尖区经生物牙本质修复后，其封闭能力优于超声修复。
    4.3种植外科手术
    由于Er:YAG激光硬组织切割精确、热损伤小、良好的杀菌作用等，且激光处理后的骨组织表面显示不规则形态，没有玷污层及炭化组织，产生的粗糙表面为细胞附着提供了机械支撑可能，这是骨愈合的基本要求，同时激光对于种植体的表面处理也提高了种植体与骨组织的生物相容性，从而增大了种植手术的成功率。有学者报道了一例应用Er:YAG激光制备种植窝洞病例，在手术过程中对骨组织未造成热损伤，且积极促进了术区的骨整合及愈合过程。
    将Er:YAG激光应用于种植二期手术中发现，除可用于软组织切除成形之外，Er:YAG激光对口腔种植体通常不会产生不利影响，相比于传统种植二期避免了局部麻醉需要，术后无疼痛和肿胀且愈合时间短，降低了种植体边缘骨吸收可能性，最大程度减少了取模时间。
    5.结语
    综上所述，Er:YAG激光的作用原理及临床应用已有较深入的研究，相比于传统临床操作，Er:YAG激光临床治疗更符合口腔微创的特点，可以更好地作用于口腔硬组织，且患者在临床操作中体验良好。目前，关于Er:YAG激光的临床安全操作得到肯定，但对于生物组织的个体差异而言，Er:YAG激光在牙齿美白、粘接修复等领域尚未完善，可能是由于激光参数的选择以及照射角度、距离、移动速度等的差异，应用于口腔临床的操作流程尚无统一操作标准。因此，尚需要进一步实验探索明确激光的临床应用，以期进一步指导临床。