Er:YAG 激光活化冲洗技术对根管内氢氧化钙清除效果和根尖封闭性能的影响

马 昂, 王颖艺, 孙梦瑶, 焦 珊, 孟秀萍, 王成坤

（吉林大学口腔医院牙体牙髓科，吉林 长春 130021）

氢氧化钙［Ca（OH）2］以其良好的抗菌性、生物相容性、有机组织溶解性和硬组织形成能力等生物学特性，被作为根管内消毒药物广泛应用于临床。但是，Ca（OH）2仍有一定的局限性。研究［1-4］报道根管冲洗后残留的Ca（OH）2会阻碍封闭剂渗透到牙本质小管，影响与牙本质的粘接强度，产生微渗漏，进而影响根管充填的质量，降低根管治疗的成功率。然而，已有研究［5-7］证明Ca（OH）2很难去除，目前常用的方法都不能有效地将Ca（OH）2从根管壁上完全去除。近年来，采用掺铒钇铝石 榴 石（erbium-doped∶yttrium-aluminium-garnet，Er ∶YAG）激光进行根管冲洗在牙体牙髓领域引起了广泛关注。对Er∶YAG 激光活化根管冲洗的研究［8-12］表明：工作模式为释放超短单脉冲激光的光子诱导光声流（photon initiated photoacoustic streaming，PIPS） 技术在清除根管内玷污层、硬组织碎屑及Ca（OH）2等方面具有与超声荡洗相似或更好的清洁效果。近年来，研究［13］发现：释放双激光脉冲的冲击波增强发射光声流（shock wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS） 技术，通过在单个循环周期内发射双脉冲激光可进一步增强流体动力学效应。目前关于Er∶YAG 激光活化冲洗技术对根管内Ca（OH）2清除效果的相关研究［6，12，14］比较了PIPS 技术、超声荡洗、声波冲洗和注射器冲洗等技术对Ca（OH）2的清洁效果，结果显示：PIPS 技术对Ca（OH）2的清洁效果优于声波和注射器冲洗，与超声荡洗相比无明显差异。 而SWEEPS 技术在清除根管内Ca（OH）2的研究鲜有报道。因此本研究采用扫描电镜评估2 种Er∶YAG 激光活化冲洗技术与超声荡洗对单根管前磨牙内Ca（OH）2的清除效果，并研究其对根尖封闭性能的影响。

1 材料与方法

1.1 主要试剂和仪器1%次氯酸钠（NaOCl）、17%乙二胺四乙酸（EDTA）（武汉朗力生物医药有限公司），0.9%生理盐水（四川科伦药业股份有限公司），氯胺T （天津市光复精细化工研究所），Ca（OH）2糊剂（义获嘉伟瓦登特公司），MDTemp 暂封膏（韩国美塔生物医疗有限公司），PBS缓冲液（美国Cytiva 公司），35# 06 锥牙胶尖和吸潮纸尖（天津加发医疗器械有限公司），Z350 复合树脂充填材料套装（美国3M 公司），亚甲基蓝（常德比克曼生物科技有限公司）。低和高速手机（日本NSK 公司），金刚砂车针（日本MANI 公司），K 锉（德国VDW 公司），口腔显微镜（苏州速迈医学科技股份有限公司），NaviTip30G 侧方开口冲洗针头（美国Ultradent 公司），根管长度测量尺、WaveOne Gold 镍钛锉、X-smart plus 根管动力系统和AH Plus 根充糊剂（美国Dentsply 公司），赛特力超声治疗仪P5 XS 和超声工作尖（法国Satelec公司），游标卡尺（东莞三量量具有限公司），LIGHTWALKER AT 双波长激光治疗仪（德国Fotona 公司），热场发射扫描电子显微镜（美国FEI 公司），热牙胶充填机（韩国Dia Dent 公司），口腔X 线机（美国Kodak 公司），电热恒温培养箱（广州科尔美仪器有限公司）。

1.2 离体牙收集、制备和Ca（OH）2充填收集吉林大学口腔医院口腔颌面外科因正畸而拔除的单根管前磨牙80 颗。纳入标准：①根尖发育完全，根尖孔处无吸收；②未进行过根管治疗，根管无钙化，无吸收；③牙体完整，无龋坏，无折裂，无畸形；④牙体大小相近。牙齿浸泡在1%的次氯酸钠溶液中48 h，以溶解有机组织。随后使用超声波仪器+刀片+慢速旋转毛刷去除表面结石、软垢和色素。最后牙齿储存于1%氯胺T溶液中，于4℃环境下保存至使用。

高速手机+金刚砂车针距离根尖15 mm，垂直于牙体长轴横向截去部分牙冠。统一离体牙长度，显微镜下探查并确保为单根管。拔髓，10#K 锉疏通根管。在K 锉尖端恰好露出解剖学根尖孔时，记录长度。将此长度减去1 mm，作为工作长度。手用K 锉疏通至20#，WaveOne Gold 镍钛锉配合X-smart plus 根管马达根管预备至35#。期间每次换锉均采用30G 侧方开口冲洗针配合3 mL 1%NaOCl 溶 液+3 mL 17% EDTA 溶 液+3 mL 0.9%生理盐水距工作长度2 mm 处交替冲洗1 min。预备完成后超声荡洗3 min。 最后采用3 mL 1%NaOCl 溶 液+3 mL 17% EDTA 溶 液+3 mL 0.9%生理盐水冲洗1 min，吸潮纸尖干燥。

将Ca（OH）2糊剂注入根管内至根尖有溢出，拍摄X 线片（颊舌向，近远中向）确认充填完全。采用棉球和暂封膏封闭髓腔，根管口及根尖孔涂2 层指甲油密封。所有样本置于100%湿度和37 ℃恒温箱储存1 周。

1.3 根管内Ca（OH）2清除1 周后去除暂封及指甲油，采用35#WaveOne Gold 镍钛锉插入到工作长度，去除根管中的大部分Ca（OH）2糊剂，采用30G 侧方开口冲洗针配合3 mL 0.9%生理盐水距工作长度2 mm 处冲洗1 min。所有样本随机分为4 组（每组20 个样本）。超声荡洗组（超声荡洗+NaOCl）：根管内先注入1 mL 1%NaOCl 溶液，超声治疗仪配合15#超声锉距离根尖孔2 mm 处荡洗30 s，期间边注入NaOCl 边荡洗，进行3 个循环，共90 s，档位5.0±0.5，最后采用3 mL 0.9%生理盐水冲洗1 min， 吸潮纸尖干燥； PIPS 组（PIPS+ NaOCl）： 根管内注入1 mL 1% NaOCl 溶液，采用长度9 mm、直径为600 μm 的PIPS 光纤维头置于根管的冠部，PIPS 模式（20 mJ，15 Hz，0.3 W，水0，气0，SSP 模式）不接触根管内壁照射30 s，期间边注入NaOCl 边荡洗，进行3 个循环，共90 s，每个循环间隔30 s 后再进行下一循环，最后采用3 mL 0.9%生理盐水冲洗1 min，吸潮纸尖干燥；SWEEPS 组（SWEEPS+NaOCl）：冲洗方案大致与PIPS 组相同，不同之处在于使用SWEEPS （SWEEPS600） 光 纤 维 头 和SWEEPS模式（20 mJ，15 Hz，0.3 W，水0，气0，Auto SWEEPS 模式）；阴性对照组：根管预备后不充填Ca（OH）2。上述操作完成后，所有样本均用棉球和暂封膏密封。

1.4 Ca（OH）2清除效果观察每组随机选择10 个样本。采用高速手机+金刚石车针沿颊舌方向长轴纵向磨出一条沟槽，确保通过解剖性根尖孔但不穿通牙根，然后采用骨凿+骨锤沿沟槽将其纵劈成两半，PBS 缓冲液冲洗3 次，酒精梯度（30%、50%、70%、80%、90%、 95% 和100%） 负压脱水15 min，临界点干燥，并溅射镀金，在热场发射扫描电子显微镜200 倍放大倍数下确认需扫描的部位，在1000 倍放大倍数下拍照评估每个样本的冠1/3（距根尖12 mm）、根中1/3（距根尖8 mm）和根尖1/3（距根尖4 mm） 处Ca（OH）2的残留。照片导入Adobe Photoshop 2020，在电脑上将照片平均分为100 个区域。按照以下标准进行评分，评分结果以得分1～5 表示，并分析根管壁各部牙本质小管的暴露情况。得分1：81%～100%的Ca（OH）2被去 除（完 全 清 洁）； 得 分2： 61%～80% 的Ca（OH）2被去除（非常清洁）；得分3：41%～60%的Ca（OH）2被去除（一般清洁度）；得分4：21%～40%的Ca（OH）2被去除（轻度清洁度）；得 分5： 0%～20% 的Ca（OH）2被 去 除（无 清洁度）。

1.5 根管充填和染料渗透实验剩余的样本进行根管充填。 采用35# 0.06 锥度的主牙胶尖、AH Plus 根管糊剂和Dia Dent 2 合1 热牙胶充填机进行根管充填。充填完成后拍摄X 线片（颊舌向，近远中向）评价根管充填质量，要求恰填严密，无欠填和超填。根管充填后用Z350 复合树脂材料行冠部封闭。所有样本均置于100%湿度和37 ℃恒温箱中放置1 周。1 周后将所有样本从恒温箱内取出，用气枪吹干。离体牙外表面（除根尖孔及根尖3 mm 内）涂抹指甲油以封闭。30 min 干燥后，再涂抹一层，放进100%湿度和37 ℃恒温箱内储存48 h，等待指甲油彻底干燥。在烧杯中置入2%的亚甲基蓝溶液20 mL，比烧杯口稍大硬纸板覆盖于烧杯口，将涂布粘接剂的小棉棒插入硬纸板，底部通过流体树脂与样本牙粘接，使离体牙悬于烧杯，通过上下调整小棉棒改变离体牙根尖与亚甲基蓝溶液的高度，使液面浸过离体牙根尖3 mm。然后整体放置于100%湿度和37 ℃恒温箱内，染色1 周。1 周后取出离体牙，采用流动水冲洗30 min 至水流无色，并于室温下干燥。待离体牙完全干燥后，用手术刀片刮除牙体表面的指甲油。采用高速手机+金刚石车针沿颊舌方向长轴纵向磨出一条沟槽，确保通过解剖性根尖孔但不穿通牙根，然后采用骨凿+骨锤沿沟槽将根管纵劈成两半。采用配有数码相机的口腔显微镜（×20）观察纵剖开牙齿的染料渗透长度并拍照记录，将图像导入到Image J 1.80图像分析软件中，在图像上测量从根尖到亚甲基蓝最大渗透长度，利用其实际长度与图像中离体牙长度的比例进行换算。每颗离体牙均测量3 次，取其平均值作为亚甲基蓝渗入的长度并记录，结果精确到0.001 mm。

1.6 统计学分析采用SPSS 26.0 统计软件对数据进行统计学分析。各组样本残留Ca（OH）2评分分值和染料渗透长度均符合正态分布，以±s表示。各组Ca（OH）2评分比较采用Kruskal-WallisH检验，组间样本均数两两比较采用Mann WhitneyU检验。各组染料渗透长度比较采用单因素方差分析，组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组样本残留Ca（OH）2评分3 个实验组均无法完全去除根管内的残留Ca（OH）2，与冠1/3 和根中1/3 残 留Ca（OH）2比 较， 根 尖1/3 残 留Ca（OH）2评分升高（P＜0.05）；在冠1/3，与超声荡洗组比较，PIPS 组和SWEEPS 组残留Ca（OH）2评分降低（P＜0.05）；而在根中1/3，与超声荡洗组比较，仅SWEEPS 组残留Ca（OH）2评分降低（P＜0.05）；在根尖1/3，3 组残留Ca（OH）2评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）；PIPS 组和SWEEPS 组 冠1/3、 根 中1/3 和 根 尖1/3 残 留Ca（OH）2评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 各组样本残留Ca(OH)2评分Tab. 1 Scores of residual Ca(OH)2 in samples in various groups (n=10，-±s）

表1 各组样本残留Ca(OH)2评分Tab. 1 Scores of residual Ca(OH)2 in samples in various groups (n=10，-±s）

*P＜0.05 compared with cervical third group；△P＜0.05 compared with middle third group；#P＜0.05 compared with ultrasonically activated irrigation group.

Group Ultrasonically activated irrigation PIPS SWEEPS Negative control Residual Ca(OH)2 score Cervical third 3.00±0.672.00±0.67#2.10±0.74#1.00±0.00 Middle third 3.30±0.822.70±0.822.30±0.82#1.00±0.00 Apical third 4.30±0.82*△4.30±0.82*△3.80±0.79*△1.00±0.00 Total 3.53±0.943.00±1.232.73±1.031.00±0.00

2.2 各组样本根管壁形态表现阴性对照组中，牙本质小管暴露清晰可见。超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS 组中，各组根管壁表面均有不同程度的Ca（OH）2残留。在冠1/3 和根中1/3，PIPS 组和SWEEPS 组可见牙本质小管暴露较多，开口较密集。 在 根 尖1/3， 超 声 荡 洗 组、 PIPS 组 和SWEEPS 组Ca（OH）2残留较多，阻塞牙本质小管开口。见图1。

图1 各组样本根管壁形态表现(SEM,×1000）Fig.1 Maphology of root canal wall of samples in various groups (SEM,×1000）

2.3 各组样本染料渗透长度显微镜下可见根管充填物与根管壁密合，未见明显的Ca（OH）2残留，各组根管内均存在不同程度的染色。其中阴性对照组、超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS 组的平均渗透长度分别为（0.874±0.260）、（1.340±0.211）、（1.707±0.730） 和（1.511±0.775） mm。与 阴性对照组比较，超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS组染料渗透长度增加。但阴性对照组与超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS 组之间染料渗透长度比较差异无统计意义（P＞0.05），且超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS 组染料渗透长度差异无统计意义（P＞0.05）。见图2。

图2 各组样本染料渗透长度(亚甲基蓝,×20）Fig.2 Dye penetration lengthes of samples in various groups (Methylene blue,×20)

3 讨论

Ca（OH）2的清除效果取决于冲洗液的化学作用和使冲洗液与根管系统内复杂结构接触的能力。冲洗液类型是影响Ca（OH）2清除效果的重要因素之一。目前常用的冲洗液主要有生理盐水、NaOCl、螯合剂（如EDTA 等） 和柠檬酸等。生理盐水主要是通过机械冲刷作用清除Ca（OH）2，并无化学作用；NaOCl 溶液中的NaOH 和HClO 相互协同，产生组织溶解作用，但对溶解Ca（OH）2等无机成分的能力有限；螯合剂可以使钙离子解离，与之形成可溶性络合物，清除根管内的Ca（OH）2；柠檬酸与螯合物作用机制相似，与Ca（OH）2产生酸碱反应，形成钙离子复合物［5-7］。为了增加冲洗液的清洁能力，研究者尝试了多种不同冲洗技术。常规技术是采用主尖锉结合注射器配合NaOCl、EDTA 和生理盐水进行冲洗，然而注射器冲洗的有效冲洗范围仅在针头尖端约1 mm 处［15］。因此，各种激活冲洗液的技术作为常规清洁程序的补充开始应用，其中声波和超声波技术已被证实较注射器冲洗具有明显优势［6］。但是超声荡洗在直根管与弯曲根管的有效冲洗范围仅在距离超声锉尖端约3 mm 处，并且清洁效果会随着距锉尖端距离的增加而降低；声波冲洗清洁效果虽然优于注射器冲洗，但不及超声荡洗［16-17］。因此，研究者开始寻找一种更为有效的技术清除残留的Ca（OH）2。近年来，Er∶YAG 激光清除根管内Ca（OH）2被认为是一种可行性方式［12］。因此本研究使用Er∶YAG 激光活化冲洗技术清除Ca（OH）2，并与超声荡洗进行比较。

Er∶YAG 激光活化冲洗是通过空穴效应、声流效应、光热效应和冲击波来达到清洁根管的目的，并且水（水基溶液如NaOCl） 和羟磷灰石对2940 nm 的Er∶YAG 激光吸收最为强烈，激活冲洗液，短时间内使液体快速到达沸点产生空化气泡，然后气泡崩溃，产生径向扩散流动的剪切流，产生了最大的剪切力，从而去除根管壁上的污垢颗粒以达到局部表面清洁的效果［18-19］。考虑到本研究的主要目的是比较Er∶YAG 激光和超声荡洗技术对Ca（OH）2的清除效果，因此本实验单独选择NaOCl 溶液作为冲洗液，以防止任何螯合剂或其他冲洗液之间的相互影响。 这种方法类似于URBAN 等［20］的研究。但在临床条件下，螯合剂（如EDTA 等）或柠檬酸应作为根管冲洗方案的一部分，以加强无机成分的去除，增强根管清洁能力。

本研究使用扫描电镜观察根管内Ca（OH）2的清除效果，扫描电镜可以直观提供充填材料的形态学数据，特别是根管壁表面材料的残留［21］。研究［6，12，22］结果显示：3 个实验组根管壁上均有不同程度的Ca（OH）2残留，且各组根尖1/3 残留的Ca（OH）2最多，这与之前的研究一致。另外SWEEPS 组在冠1/3 和根中1/3 的清除效果均优于超声荡洗组，PIPS 组在冠1/3 的清除效果优于超声荡洗组。提示与超声荡洗比较，Er∶YAG 激光活化冲洗技术对根管中上部的清洁能力较好。在Er∶YAG 激光活化冲洗和超声荡洗中都存在空穴和声流效应， Er ∶YAG 激光活化冲洗时，Er ∶YAG 激光对NaOCl 溶液的高吸收率使其迅速沸腾，导致空化气泡的产生和崩溃，从而在整个根管内产生冲击波和液体的高速流动；而超声荡洗时，超声波本身的振动局限于超声锉周围［21，23］。另外根管中上部敞开后，Er∶YAG 激光活化冲洗产生的空穴效应和冲击波可以更好地传播和切削根管壁，而超声荡洗受限于流体运动［9］。这些机制的差异被认为是两者之间效果差异的可能原因。

在本研究中，PIPS 技术和SWEEPS 技术对根管内Ca（OH）2的清除效果相似。SWEEPS 技术是在PIPS 技术的基础上向冲洗液中发射双脉冲激光，初始激光脉冲释放之后，产生的初始空化气泡与伴随的较小的辅助气泡一起膨胀和崩溃，在崩溃的最后阶段，后续的激光脉冲被输送到冲洗液中［13，22］。两者的主要区别在于：PIPS 技术向冲洗液中释放单脉冲激光，而SWEEPS 技术在一个循环周期内向冲洗液中发射脉冲对。在JEZERŠEK 等［24］的研究中，SWEEPS 技术在冠1/3 和根中1/3 获得的压力比PIPS 技术要高20%～40%，与PIPS 技术比较，SWEEPS 技术产生的冲击波强度增强。而在本研究中，冲洗液只有NaOCl 溶液，且冲洗时间仅为30 s，冲洗液的化学作用不佳和冲洗的有效性不足导致冲洗液在根管内流动性受限是本研究的局限性之一。因此，PIPS 技术和SWEEPS 技术在不同冲洗时间和不同冲洗方案下对根管内Ca（OH）2的清除效果值得进一步去探索。

本研究结果表明：Er∶YAG 激光活化冲洗和超声荡洗对根尖1/3 Ca（OH）2的清除效果无明显差异。目前关于激光活化冲洗对根尖1/3 区域的清洁能力说法不一，一些研究［14，23］发现其比超声荡洗更有效，另一些研究［12，22］则与本研究结果相似。这些研究结果的差异可能是由于方法上的差异造成，如体外条件、冲洗液类型、样本类型和大小、激光参数的设置、使用的激光类型和光纤维头尖端设计、光纤尖端与根尖的距离及根尖直径大小和评估标准等。研究［21，23］显示：当增加激光脉冲能量和光纤维头尖端直径及深度时，根尖区域的清洁效果明显增强。这可能是由于大量的液体流动发生在光纤维头尖端，因此增加光纤维头的直径和深度与更高的清除率有关。然而，根尖孔外的压力和挤出的冲洗液的量也会随之增加。另外，高功率输出的脉冲激光可能会引起牙本质小管的崩解和塌陷，这是由于激光照射产生的高温可引起牙体硬组织的形态学和化学变化，这种辐射可能会蒸发牙本质的有机基质，留下孔隙和空洞，导致牙本质显微硬度降低和牙体的抗折性能下降，而牙本质的抗折性能与其显微硬度呈正相关关系［25］。

本研究还检测了应用3 种冲洗技术后残留的Ca（OH）2对根尖封闭性能的影响。结果显示：阴性对照组表现出最小的染料渗透值，但超声荡洗组、PIPS 组和SWEEPS 组染料渗透长度比较差异无统计学意义。原因可能是本研究选用的是环氧树脂基封闭剂（AH Plus）具有稳定的生物学性能和粘接强度。这与先前的研究［26-27］结果一致。另外，本研究结果是在根充之后短期内获得的，随着时间的延长，树脂类封闭剂粘接界面会出现降解，并与Ca（OH）2发生缓慢的化学反应，生成碳酸钙（CaCO3），这些都会使充填材料和根管壁之间出现微小空隙，造成根尖封闭不良。

综上所述，以上3 种冲洗技术均不能完全去除根管内的Ca（OH）2残留，但残留的Ca（OH）2短期内对根管充填材料的根尖封闭性能无明显影响。同时PIPS 技术和SWEEPS 技术对根管内Ca（OH）2的清除能力更佳，在临床操作过程中可以考虑使用。