Er:YAG 激光照射对SLA 及SLActive 种植体表面结构变化的体外研究

梁 辰 赖穗萍 王小静 赵 颖

近年来，对于牙列缺损及牙列缺失的患者，种植牙成为解决牙齿缺失的首选治疗方案。随着每年植入患者口内种植体的增加，种植体周围疾病的发生率也逐年增加，研究表明种植治疗后，种植体周围疾病的患病率高达14%～43.3%[1-3]。种植体周围炎能引起种植体周围骨组织丧失进而影响种植体周围骨结合，发生种植体松动，脱落。种植体周围炎的治疗策略也是当前研究的热点。激光在种植体周围炎的保守治疗，手术治疗以及低能量激光生物刺激等领域有着广泛的应用[4]。

种植体周围炎的发生与菌斑生物膜的积累有关，菌斑生物膜主要由革兰氏阳性球菌和杆状菌组成[5]。治疗过程中需要去除种植体表面的菌斑和肉芽，控制种植体周围的感染，同时改善口腔卫生状况。常见的治疗方法包括手术和非手术治疗，根据不同适应症可以达到对感染钛种植体表面的净化和细菌生物膜的去除[6]。常见的治疗手段有龈下喷砂，柠檬酸、氯己定冲洗，超声器械、手动器械清洁，外科手术治疗以及激光治疗[7-9]。然而，种植体表面结构的复杂性使菌斑和肉芽的清理及消毒过程变得十分困难。因此，传统的工具，如单独使用的手动或超声刮治器，不足以确保被细菌生物膜污染的种植体表面得到理想的处理[10]。此外，钛表面的机械清创可能会对种植体表面造成损伤。

近年来，因激光在肉芽组织去除、种植体及周围组织的消毒方面有明显优势，很多医生将其应用于种植体周围炎治疗中。研究证明激光在种植体周围炎中能达到良好的治疗效果。Erbium:yttriumaluminum-garnet(Er:YAG)，Neodymium:yttriumaluminum-garnet(Nd:YAG)，半导体等是临床中治疗种植体周围炎常用的激光，具有加快愈合时间，减少疼痛，治疗舒适等优点[11]。其中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[12]。然而，激光工作过程中对种植体表面结构的影响是其临床应用中的问题。应用激光治疗种植体周围炎时不同的参数设置对种植体表面结构的影响不同，目前还没有标准的参数设置方案。本研究以Er:YAG(2940nm)不同能量参数设定下直接照射SLA 及SLActive 种植体，扫描电镜观察种植体表面结构的变化，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(SLA)的纯钛种植体3 枚，直径4.1mm，长度12mm(Straumann公司，瑞士)，亲水表面改性酸蚀喷砂处理(SLActive)的纯钛种植体3 枚，直径4.8mm，长度8mm(Straumann 公司，瑞士)，波长2940nmEr：YAG激光(Lite-touch，赛诺龙，以色列)。扫描电子显微镜(EVO18，CARL ZEISS，德国)。

1.2 种植体表面处理 Er:YAG 激光分别设定100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz 等不同能量参数，硬组织模式自动脉宽波动下(100mJ组脉宽为137μm，200mJ 组脉宽为192μm，300mJ组脉宽为239μm)，均在水冷却(8/8,100%)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 和60s，1.3mm 直径工作尖与种植体成80°角，工作尖距离种植体表面1mm。每一组照射能量参数选择一颗种植体，根据不同照射时间分别选择一处激光照射处理区域。

1.3 种植体表面结构变化观察 种植体选取同一截面为照射观察区。同一种植体选择相同能量，不同照射时间划定不同照射区域。种植体冠方下第一螺纹为同一参数下照射30s 区域，第三至第四螺纹区域为相同照射参数下照射60s 区域(图1)。激光处理后种植体进行保存，样本扫描电子显微镜放大2000 倍观察。

图1 不同照射时间激光照射种植体区域

2.结果

2940nm Er:YAG 激光输出功率设置分别为100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz，照射种植体30s 及60s 后，观察可见种植体表面结构随照射时间的增长和照射能量的增高发生明显变化。100mJ，10Hz 能量参数下均未见到种植体表面颜色变化。200mJ，10Hz 能量参数照射30s 组可见植体表面淡棕色变化，照射60s 颜色变化明显加深；能量参数为300mJ,10Hz 组照射30s 后，明显可见深棕色颜色变化，随着照射时间加长至60s，可见金属底色，植体表面颜色加深。SLA 组和SLActive组相比较，相同照射条件下，SLActive 组种植体表面颜色变化更加明显。(图2，图3)

图2 Er:YAG 激光照射SLA 种植体后表面结构

图3 Er:YAG 激光照射SLActive 种植体后表面结构

扫描电镜下放大2000 倍观察可见，两种植体在100mJ，10Hz 能量下照射30s 和60s 均未见明显结构变化。能量提高到200mJ，10Hz 时，照射30s 植体表面结构基本稳定。照射时间为60s 时，可观察到种植体表面少量微结构熔融。激光能量提高到300mJ，10HZ 时，照射30s 和60s 时均可见到明显的微结构熔融，同时SLActive 植体表面可见裂纹。(图4，图5)

图4 Er:YAG 激光照射SLA 种植体后扫描电镜结果(×2000 倍)

3.讨论

图5 Er:YAG 激光照射SLActive 种植体后扫描电镜结果(×2000 倍)

近年来，牙科激光应用于口腔种植相关临床治疗的工作中被越来越多的医生所接受。根据激光不同的波长和特性，组织选择性吸收其能量产生作用。与传统治疗方式相比，激光在止血，消毒，杀菌，舒适治疗等方面有明显优势。目前，激光可在牙种植治疗中应用于软、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。种植体周围炎的传统治疗手段如使用刮治器或龈下喷砂的机械清洁，使用柠檬酸、洗必泰、过氧化氢等化学方法均难以保证良好的效果。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[13]。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难以有效清除种植体周围的菌斑牙石，同时还会遗留器械碎片。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[14]。

虽然激光具备以上的应用前景，但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。不同种植体的表面微观形貌表现出不同的特征，表面微地形是影响充分骨整合的因素之一，其在种植体-骨早期愈合的复杂过程中扮演着重要的角色[15]。激光照射种植体后，其表面结构不应发生结构变化，同时维持良好的生物相容性，具备骨结合能力。Seong-Won Kim[16]的研究，Er:YAG 激光照射羟基磷灰石涂层种植体，通过扫描电镜观察其微观形貌结构变化，发现激光照射100mJ/Pulse，1min 后，种植体表面没有改变，相同能量照射1.5和2min 后，种植体表面出现局部熔化和裂纹。当能量提高到140 和180mJ/Pulse 后，种植体的表面熔化和剥落面积逐渐增大。Lee[17]的研究表明Er:YAG 激光在能量设置1.4w 和1.8w(140mJ/Pulse和180mJ/Pulse)照射钛盘60s 后，扫描电镜下可观察到表面结构变化，但在1.0w 时并未见到明显变化。Stubinger[18]等人的研究发现Er:YAG 在3.0w 和5.0w(300mJ/Pulse 和500mJ/Pulse)能量设置下，与钛盘接触模式照射10s，同样可以观察到表面结构的熔融和裂纹。临床中提高能量参数设置能加快肉芽组织等感染物质的清除，提高工作效率，缩短工作时间，既往研究中重点关注较低能量设置下长时间照射，或者高能量设置下60s 照射后的种植体表面结构变化。本研究选取不同能量参数设置，分别照射种植体表面30s 和60s，探讨较低能量下长时间的照射安全性，同时观察提高能量参数设置后，是否能通过控制照射时间，避免损伤种植体表面结构，同时提高激光治疗工作效率。

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[19]。有研究表明，Er:YAG 在相同能量参数下对不同类型种植体，所引起的表面结构的变化明显不同[20]，Osseotite 种植体是由熔点超过纯钛的钛合金制成的，对Er:YAG的抵抗力最强。在50mJ，30Hz 的水冷却的能量设置照射下，Osseotite 表面没有变化，而SLA 表面、Tioblast 表面和RBM 表面的植体有轻微熔化。这意味着临床中应用Er:YAG 激光时，其能量参数应根据种植体表面类型进行调整。SLActive 种植体是在SLA 种植体基础上，进行表面改性后，具有亲水属性的种植体。SLActive 种植体将疏水表面转化为亲水表面，从而诱导纳米级别的粗糙表面结构。有研究表明[21]，与SLA 种植体相比，SLActive 种植体表面羟基化钛含量增加，表面具备更大的空间和功能性粗糙度，能够显著影响细胞分化和生长因子的产生，改善早期的骨整合。

激光照射到钛种植体表面，能量被吸收后能够引起表面颜色变化和形态损伤[22]。当温度超过表面的金属熔化阈值时，会出现线性条纹、熔化平面、坑状变化等改变。Yoichi Taniguchi[20]等的研究可观察到50mJ，20Hz 水冷却下，可以观察到种植体表面的颜色变化，扫描电镜下未见植体表面变化；30mJ，30Hz，无水模式下可见到颜色变化，同时扫描电镜下可见种植体表面的熔融和裂纹。本研究中，Er:YAG 激光在充分水冷却的条件下，100mJ，10Hz 能量参数下60s 内均未见到种植体表面结构变化，此能量参数设置下激光照射种植体，表面结构未见破坏。能量提高到200mJ，10Hz，照射30s时可观察到种植体表面颜色轻微改变，扫描电镜下未观察到微结构熔融及裂纹。照射时间延长至60s时，扫描电镜下可见种植体表面少量微结构熔融，说明此能量设置达到一定照射时间可破坏种植体表面结构。当能量设置为300mJ，10Hz 时，扫描电镜下各组均可见明显的微结构熔融，同时SLActive植体表面可见裂纹。说明此照射方式对种植体表面结构产生明显损伤。各实验组中，扫描电镜下可以观察到SLActive 种植体表面结构变化程度比SLA组变化明显，种植体裂纹变化出现于300mJ，10Hz照射SLActive 组，两组之间扫描电镜下结构变化不具备显著差异性，两种植体是否对激光具有明显差异性需要更多研究证实。

本研究通过探讨Er:YAG 激光在不同能量设置下，激光对种植体表面结构变化的影响，提出了激光在种植治疗中的操作参数建议。研究表明Er:YAG 激光照射SLA 及SLActive 种植体表面的能量参数设置应控制在100mJ，10Hz，照射时间60s内，能够不引起种植体表面结构变化。此外，激光照射距离和照射角度以及照射工作尖的直径及工作尖的新旧程度对激光能量的聚集也有一定影响，激光对不同种植系统和表面类型影响也不尽相同。目前的研究主要集中在微观形貌随照射能量和时间的变化，但临床中因种植体暴露程度不规则，临床操作程度有限，照射角度和激光反射散射的特性体内外研究相比有一定差异，所以还需要进行更多的研究确定激光的操作规程。