三种激光照射对种植体表面温度变化的体外研究*

梁 辰 赖穗萍 白雨豪 李文博 赵 颖

近年来，随着口腔种植技术的发展与进步，牙种植成为解决牙齿缺失的首选治疗方案。大量研究证实，种植的成功率达到76%～98.7%。每年植入患者口内的种植体也与日俱增，人们对于治疗简单化，舒适化，微创化的追求也愈发增强[1，2]。种植体周围炎是影响种植成功的重要因素之一，如何处理种植体周围炎也是当前研究的热点。激光在种植治疗中有着方方面面的应用，如软组织切割，骨组织处理，种植体周围炎的控制以及低能量激光生物刺激等[3]。

种植体周围炎是一种以种植体周围软组织感染和硬组织丧失为特征的炎症性疾病。研究表明，目前种植体周围炎的发生率为12%～47%[4]。近年来，很多方法应用于治疗种植体周围炎。激光在肉芽组织去除，种植体及周围组织的消毒方面有着其明显优势。很多研究证明激光在种植体周围炎中能达到良好的治疗效果。Neodymium:yttrium-aluminumgarnet(Nd:YAG)，Erbium:yttrium-aluminumgarnet(Er:YAG)等激光是临床中治疗种植体周围炎较为常用的激光种类。半导体激光则在种植体生物学刺激和软组织切割方面有着广泛的应用[5]。

激光治疗具有操作简便，缩短愈合时间，减少疼痛，治疗舒适等优点[6]。然而，激光工作过程中对种植体骨界面引发的温度提升，是其临床应用中的问题。Eriksson等[7]的研究指出组织温度达到47℃并且持续1分钟，就会引起骨组织的不可逆性损伤。由于不同类型的激光作用原理的差异，对目标组织产热有较大区别，激光不同参数设置对种植体的温度影响也不尽相同。本研究以Er:YAG(2940nm)，Nd:YAG(1064nm)和半导体激光(810nm)直接照射种植体，检测在各激光不同参数设定下种植体表面的温度变化，为临床如何安全有效的使用各类激光提供依据。

1.材料与方法

1.1 材料与仪器 酸蚀喷砂处理的种植体3枚，直径4.1mm，长度12mm(Straumann公司，瑞士)，波长2940nm Er:YAG激光(Lite-touch，赛诺龙，以色列)，波长1064nm Nd:YAG激光(Fotona，德国)，波长810nm半导体激光(西尔欧，美国)。热电偶测量仪(金科JK804，中国)。

1.2 种植体表面处理 Er:YAG激光分别设定100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz 等不同能量，均在水冷却的条件下，采取非接触模式，以2mm/s的速度移动照射种植体30s，1.3mm直径工作尖与种植体成80°角。半导体激光能量设置为0.6w，1.0w，2.0w，连续波模式，在无冷却模式下，工作尖距种植体2mm，移动照射30s。Nd:YAG激光能量设置为20mJ，10Hz；50mJ，10Hz；100mJ，10Hz，在无水冷却的条件下，非接触脉冲模式，移动照射30s。

1.3 温度变化测量 种植体分别置于37℃水浴统一初始温度。热电偶连接于种植体根方，测温导丝直接固定种植体表面，实时测量激光照射种植体过程中种植体表面的温度变化，最终记录照射时间30s后的温度数据和温度升高10℃的照射时长。相同位置，待冷却后重复10次取平均值。

2.结果

2.1 Er:YAG激光照射后温度变化 2940nm Er:YAG激光输出功率设置100mJ，10Hz时，激光照射种植体30s后表面温度为40.5±0.4℃；能量参数为200mJ，10Hz后，表面温度达到41.9±0.2℃；能量设置提高到300mJ，10Hz，种植体表面温度43.6±0.3℃。三种能量参数设置下，进行激光持续照射，均未由37℃增加10℃至47℃(表 1)。

表1 Er:YAG激光照射后温度变化

2.2 Nd:YAG激光照射后温度变化 1064nm Nd:YAG激光输出功率设置20mJ，10Hz时，激光照射种植体30s后表面温度为43.7±0.4℃；能量参数为50mJ，10Hz后，表面温度达到56.1±0.3℃；能量设置提高到100mJ，10Hz，种植体表面温度72.1±0.4℃。在低能量设置下，未增加10℃骨损伤温度阈值，提高能量设置后，种植体表面温度增加10℃的时间分别为15.5±0.3s和 8.5±0.2s(表 2)。

表2 Nd:YAG激光照射后温度变化

2.3 半导体激光照射后温度变化 810nm半导体激光输出功率设置0.6W时，激光照射种植体30s后表面温度为44.8±0.2℃；能量参数为1.0W，表面温度达到47.7±0.3℃；能量设置提高到2.0W，种植体表面温度77.9±0.4℃。在低能量设置下，增加10℃骨损伤温度阈值用时48.0±0.3s，而提高能量设置，1.0w和2.0w下种植体表面温度增加10℃的时间分别为29.9±0.2s和7.9±0.3s(表3)。

表3 半导体激光照射后温度变化

3.讨论

近年来，各种类型波长激光越来越多的被应用于口腔种植临床工作中。根据激光波长不同，激光的作用原理也不尽相同。组织根据激光特性，选择性吸收其能量，产生相应的组织反应。激光在止血，消毒，杀菌，舒适治疗等方面有明显优势。随着激光的发展和各类波长激光仪的应用，激光应用于种植治疗的越发普遍。目前，种植手术中软、硬组织处理，种植体周围炎防控以及低能量激光治疗等多个领域均可应用激光辅助治疗。

种植体周围炎传统治疗手段如化学药物治疗，机械清创，抗生素应用和手术治疗等方法均难以保证良好的效果。去除种植体周围微生物和感染组织是种植体周围炎的治疗的核心理念。治疗过程需要对种植体和骨组织进行消毒，修整种植体周围组织，使之易于菌斑控制，促进骨组织再生。常规治疗中金属刮治器会损伤种植体表面结构；碳纤维和树脂刮治器因器械质地种植体周的菌斑牙石难以有效清除，同时还会遗留器械碎片。抗菌药物的使用对早期种植体周围炎有一定作用，但因耐药菌株的存在，使用抗生素的治疗效果有限[8,9]。而激光在种植体清创，感染组织消毒，软硬组织处理以及促进组织愈合方面有着明显优势[10]。

虽然激光应用前景广泛，但是使用激光过程中要考虑激光对种植体表面结构损伤的可能，和激光对种植体温度升高造成周围骨组织损伤的风险。有研究证实，温度的升高对骨组织的愈合与再生有着明显的影响。Eriksson[11,12]的研究建立兔子模型，将温度提升到50℃持续1分钟，会引发血管损伤，温度提升到60℃会导致血流永久性停止和骨组织坏死。其研究证明，47℃是引起骨组织损伤和骨再生障碍的临界阈值。温度上升10℃被认定为种植体周围骨组织可耐受的标准。本研究分别利用2940nm Er:YAG激光，1064nm Nd:YAG激光和810nm半导体激光，在不同参数设置下，照射30s，测量种植体表面温度变化。同时计算不同能量设置下，种植体表面温度提高10℃所需要的照射时间。

Er:YAG激光的波长为2940nm，其能被牙体硬组织的重要组成部分羟基磷灰石，和水分子充分吸收，产生微爆破，从而有效去除和切割口腔软硬组织。研究表明，Er:YAG激光能够安全有效的应用于口腔种植相关治疗过程中[13]。本研究中，在充分水冷却的条件下，Er:YAG激光能有效的避免激光照射对种植体和周围组织的热损伤，不同能量设置下均能控制温度保持在阈值之下。Kreisler[14]的研究表明，60mJ至120mJ脉冲式照射120s，在10Hz的频率下，温度提升低于47℃。Leja[15]等的研究证实，充分的水冷却对Er：YAG的安全使用时至关重要的，能确保种植体温度变化低于10℃，但仅是空气冷却的情况下，Er:YAG激光能使种植体表面温度提高10℃以上。本研究中，在水冷却条件下，不同能量设置下，Er:YAG激光均不会引起种植体表面温度变化超过阈值范围，能较好的避免种植体和周围组织的热损伤。

Nd:YAG激光的波长1064nm，具有创伤性小、选择性光热效应、有效杀菌、抗炎、促进新骨形成的功能[16]。因此在种植体周围炎治疗中，Nd:YAG激光成为了很多医生临床治疗的激光选择。Giannelli等[17]研究表明，通过低能量Nd:YAG激光(1.4W，20mJ，70Hz)照射，钛片上的脂多糖诱导的氮氧化物显著减少，能够降低巨噬细胞的活性，减少血管粘附分子的表达，证明其具有治疗种植体周围炎的作用。Nd:YAG激光对不同类型细胞，特别是成骨细胞具有生物刺激作用，能够显著增加其中碱性磷酸酶和RUNX2的表达，增加成纤维细胞中胶原蛋白I的表达。Kim等[18]研究证实低能量Nd:YAG激光可诱导内源性BMP-2表达、增加成骨细胞活行，并加速矿物质沉积。Nd:YAG激光的特点使之在种植体治疗中促进组织再生和种植体周围炎的治疗方面具有很好的应用前景。对于Nd:YAG激光使用的安全性，Yousif等[19]的研究，将Nd:YAG激光能量设置在1.3W，10Hz的参数下，在脉冲模式下，给与充足间歇时间，能将温度提升维持在阈值内。本研究中，在20mJ，10Hz的设置下，激光照射30s，种植体表面温度为43.7±0.4℃，未达到阈值限定值。当能量参数进一步提升到50mJ，10Hz时，种植体表面温度变化为56.1±0.3℃，达到温度阈值的照射时间为15.5±0.3s。在100mJ，10Hz照射条件下，经过8.5±0.2s的照射，种植体表面温度即达到阈值标准，30s后种植体表面温度升高至72.1±0.4℃。随着输出功率的增高，温度提升明显，当输出能量达到0.5W时，可引起种植体表面温度高于47℃。结果显示：临床应用Nd:YAG激光要充分控制能量设置以及照射时间，尽可能提供冷却条件，避免直接、定点照射种植体表面。

研究表明，810nm的半导体激光在1.0W能量，连续波模式下能有效的对种植体表面进行消毒和感染控制[20]。Moslemi[21]的研究证实，半导体激光在软组织切割、杀菌、生物刺激效应等方面的作用。临床中，拔牙后照射促进骨愈合、引导骨再生手术、种植体二期手术等口腔种植治疗过程中的多个阶段，都可以应用半导体激光进行治疗。特别是软组织处理、种植体周围炎治疗和低能量激光治疗方面，该激光具有独特的优势。在本研究中，半导体激光在较低能量设置下，照射30s，种植体表面温度未超过安全阈值，但增加照射时间至48.0±0.3s能达到甚至超过临床中所需的安全边界。当激光能量进一步调高至1.0W和2.0W时，种植体表面温度分别升高到47.7±0.3℃和77.9±0.4℃。Kreisler等[22]的研究也表明，半导体激光照射种植体表面，能够引起明显的温度上升。对于半导体激光，本研究显示将能量控制在1.0W以下，并采用连续波模式，选择合理的冷却时间，移动式操作，能够降低激光对种植体表面的热损伤，控制种植体及周围组织的温度变化，充分发挥激光的功效。

本研究通过探讨三种不同类型激光，在不同能量设置下，激光对种植体表面温度变化的影响，总结了各类激光在种植治疗应用操作要点。临床中Er:YAG激光因具备良好的冷却功能，能够很好的控制热损伤，是理想的治疗种植体周围炎，进行软硬组织手术的激光类型。Nd:YAG激光和半导体激光因未配备冷却系统，临床使用中需要严格控制参数设置和照射时间。此外，激光照射距离和照射角度对激光能量的聚集也有一定影响。本研究为体外研究，临床中因种植体部分位于骨内，冷却效果和体外研究相比有一定差异，种植体不同位置的温变化也不尽相同，所以为安全有效的在种植治疗中使用激光，还需要进行更多的研究确定各类激光的操作规程。