光子引導的光聲流效應在輔助根管沖洗中的應用進展

孫 璐，盛 晨，侯文杰 綜述 汪 林 審校

根管沖洗是根管治療的重要環節，這個過程是清除根管系統中的牙髓組織、細菌、感染物質，以及玷污層，希望獲得近乎無菌狀態的根管。傳統的根管沖洗使用注射器，屬于單純的化學機械沖洗，沖洗效果較差[1]。以往的研究發現，根管清理和成形無法完全清除細菌，仍有部分病例在根管清理和成形后細菌培養陽性[2]。由于根管系統的復雜性和注射器/針沖洗技術的局限性，這種傳統的方法存在一些缺點。為了提高根管沖洗的效率，目前有多種輔助根管沖洗的方法，包括聲波、超聲、負壓沖洗和激光輔助沖洗等。

1996年， Er: YAG激光開始用于輔助根管消毒[3]，近年在牙髓治療領域，激光輔助根管沖洗應用越來越廣泛。激光發出的光子能量可以用來激活沖洗液，有潛力提高沖洗效率，清理普通化學機械沖洗無法到達的根管區域[4]。低能量設置的鉺光可以激發根管沖洗液引發光子引導的光聲流效應(photon-initiated photoacoustic streaming, PIPS)，本文對 PIPS輔助根管沖洗的應用進展進行綜述。

1 激光輔助根管沖洗的發展

目前，多種激光已經被應用于根管治療，多位學者使用并研究了不同激光器輔助根管沖洗，已被證實對輔助根管沖洗有效的激光有：(1)摻鉺釔鋁石榴石(Er: YAG)，波長2940 nm；摻鉺鉻銥鈧鎵石榴石(Er，Cr: YSGG)，波長2780 nm；(2)釹:釔鋁石榴石(Nd: YAG)，波長1064 nm；二極管，波長635～980 nm；(3)磷酸鈦酸鉀(KTP)，波長532 nm；(4)二氧化碳(CO2)，波長9600和10 600 nm[5-7]。

George等[6]2008年報道了一項體外研究，該研究檢測到激光可以激活根管系統內的沖洗劑，可以增加對根管玷污層的清除能力。2009年，布蘭肯(Blanken)等[8]認為，激光會產生沖洗劑的膨脹和連續內爆，原因是二次空化作用導致了流體運動。激光活化蕩洗(laser-activated irrigation, LAI)技術是激光在管腔內流體中產生的特定的空化現象和聲波流。水對Er: YAG激光能量的強烈吸收會產生光聲和光機械效應，造成沖洗液汽化和蒸汽泡的形成，這些大橢圓氣泡在100～200 μs后發生內爆，產生二次空化效應。LAI技術可以提高根管沖洗的效率[9]。

Nd:YAG激光和二極管激光輔助根管沖洗可以開放更多的牙本質小管，使根管壁更加清潔，都被證明是有效的輔助根管沖洗技術，但是Nd:YAG激光能量的不良熱效應可能會對牙本質壁和鄰近的牙周組織造成一定的損傷[10]。Harashima等[11]認為，Nd:YAG激光照射后，牙本質管壁發生了形態的變化，更高的功率級別也會導致熱副作用和形態學改變，包括牙本質熔化、再結晶及微裂紋和裂縫的形成。利用Er, Cr: YSGG激光或Er: YAG激光都可以在根管腔內產生空化氣泡，激光纖維尖端膨脹和內爆的蒸汽泡導致根管內大量流體流動，可以增強根管系統內的流體動力學[12,13]。與已被證實的可以輔助根管沖洗的激光比較，Er:YAG激光的優勢是它在水中穿透深度僅為1～3 μm，在常規根管沖洗液(次氯酸鈉、乙二胺四乙酸、洗必定和檸檬酸)[14]中吸收較其他激光更好，并且Er:YAG激光波長在水中具有最高的吸收率，對羥基磷灰石也具有很高的親和力，非常適合用于根管治療。

常規激光輔助根管治療，是將光纖放置在根管內，常放于距離根尖5 mm位置，瞬間的激光效應引起氣泡內爆，很容易因激光熱效應或操做不當對根尖區組織造成損傷。2012年DiVito等[15]，優化了Er:YAG激光輔助沖洗的參數設置，將激光頭僅放置在根管口，使用低能量和超短脈沖，提高了激光輔助沖洗技術的效率和安全性，提出了PIPS。

2 PIPS技術的原理

PIPS是一種激光激活沖洗形式，PIPS使用2940 nm的Er:YAG激光器，設置低能量(20 mJ, 15 Hz)和超短脈沖(50 μs)，使用圓錐型、寬度600 μm的含條帶輻射狀照射的不包裹聚酰胺的錐形光纖頭，將激光纖維尖端位于根管入口并持續使用液體沖洗即可。

PIPS已經被證明可以產生一系列快速和強大的光沖擊波，能夠有力地推動沖洗液貫穿整個根管系統，可以顯著提高清洗復雜根管系統的能力[16]。

PIPS技術需要使用Er:YAG激光器來激活沖洗液中所含的水分子。通過壓力波引起流體運動，壓力波通過PIPS尖端的空化氣泡膨脹和破裂向外傳播。氣泡的大小、形狀和動態行為是由尖端形狀和Er:YAG激光器的設置控制的，激光尖端的穿透力是去除生物膜形成的重要因素。水對Er:YAG激光的波長的高吸收與短脈沖(50 μs)產生的高峰值功率相結合，導致尖端處的氣泡迅速形成，膨脹并隨后破裂，流體在尖端周圍的快速運動傳播到周圍的流體，從而引起PIPS。激光推動沖洗液進入側副根管和狹窄彎曲根管，更利于整個根管系統得到更深層的清潔。由于脈沖持續時間很短并設置較低的激光能量，不容易造成牙本質溶解[17]，PIPS降低了因激光熱效應造成牙本質損傷的風險。PIPS激活過程中產生的沖擊波會在根管系統中形成三維流動，清除更多的碎屑和牙髓殘留物。PIPS技術輔助根管沖洗可以去除更多的根管系統內的微生物生物膜，開放更多的牙本質小管[18,19]。無論使用生理鹽水還是NaClO，應用PIPS技術輔助根管沖洗，在根尖、中、冠方根管內的生物膜都有減少[20]。

3 PIPS技術的參數研究

在Meire等[21]的研究中，對不同參數LAI激活沖洗效果進行了評價。結果表明，纖維尖位置、脈沖長度、脈沖能量、照射時間和頻率是影響人工根管壁碎屑清除的主要因素。目前，尚無關于Er:YAG激光輔助沖洗根管的金標準。建立這樣一個金標準要考慮到不同參數：(1)光纖維參數設計(平面或錐形尖)，直徑(200～600 μm)，位置在(髓腔入口、根管入口、根管內)；(2)特定的激光設置，如脈沖能量為0～80 mJ，脈沖頻率為10～35 Hz，脈沖長度為50～130 μs。

Mathew 等[22]認為，PIPS尖端無需到達根尖區只需將其放置在根管口即可。使用PIPS激活的Er:YAG激光激活的沖洗液不僅在激光纖維尖端附近有強烈的湍流運動，距尖端最遠達21 mm處都有強烈的湍流運動[23]。從激光纖維末端剝去3 mm的聚酰胺護套，會有更多的側面發射電位。當使用帶有錐形尖端的常規纖維時，會產生具有更深遠的“沖擊波狀”特性和更高清潔效果的空化氣泡。在LAI技術中，對激光不同的參數進行設定比較，較普遍的認為PIPS技術使用錐形纖維尖端結合50 μs脈沖、20 mJ能量和15 Hz頻率是最有效的[24]。

目前尚無對PIPS技術最佳的完整臨床沖洗方案的報道。NaClO的濃度主要有：1%、2%、2.5%、3%、5%、5.25%和6%，比較幾種濃度的研究表明，2.5% NaClO具有較高的效率和較低的細胞毒性，效果更好[25]，然而6% NaClO被證明是生物膜最有效的消毒劑。沖洗時間的實驗研究從5 s到240 s不等[26]，學者們還未對沖洗時間達成共識。沖洗方案目前也沒有被證實的最佳可重復方案， Turkel等[27]的方案是，關閉激光的水和氣，將根管中加入5%的NaClO，將Er:YAG激光纖維尖端在根管口保持靜止并激活30 s。隨后，加入17%的EDTA激光激活30 s，總激活時間為60 s。沖洗使用NaClO的總量為5 ml，EDTA的沖洗量為5 ml。為了避免EDTA溶液的延長作用，隨后用5 ml蒸餾水沖洗根管30 s。

4 PIPS技術輔助沖洗方法的對比實驗研究

傳統沖洗器沖洗常使用注射針頭或側方開口針頭，沖洗液較難流動到側副根管和根尖。與傳統沖洗器沖洗相比，PIPS技術輔助根管沖洗能更有效地去除根管壁的生物膜，使根管壁表面更清潔、更光滑，同時能更有效地清除根尖的牙本質碎屑[28,29]。

Koch等[30]利用體外模型測試PIPS和超聲工作尖附近流體的速度，PIPS的總流體速度比模擬模型中超聲的速度要快10倍，超聲沖洗的速度場會在遠離激發源處縮減，體外實驗中PIPS誘導的流體運動比超聲更顯著，并認為有效的臨床沖洗來源于流體動力學或機械力學和化學的結合。PIPS技術去除離體天然牙和人工根管模型牙本質碎屑的效果優于超聲[31,32]。在清除生物膜方面，多項體外研究發現PIPS技術比超聲輔助沖洗技術的消毒效果更好[33-35]。

A.im等[36]認為，XP Endo Finisher新型根管預備銼在清潔主根管和50 μm深的牙本質小管處比PIPS技術和聲波動能沖洗更強；PIPS技術比XP Endo Finisher和聲波動能沖洗在深層消毒牙本質小管方面更有效。

Suman 等[37]使用負壓動能沖洗(EndoVac系統)和聲波動能沖洗(EndoActivator系統)清除根尖三分之一的效果優于PIPS。

5 總結與展望

PIPS技術的重要特點是可以推動沖洗劑到達整個根管系統，是一種更高效的根管沖洗方法。同時，在去除根管氫氧化鈣封藥殘留中，PIPS技術表現出比傳統沖洗器、超聲輔助沖洗更強的清潔能力[38,39]。該技術為臨床醫師節省了治療時間并提高了根管治療的成功率。

在牙髓治療領域，PIPS技術是一種被證實的較安全且高效的輔助根管沖洗方法。大量的學者通過體外實驗證明了其有效性。不同學者的研究設計有很多不同，包括細菌培養時間、激光參數、沖洗方案和使用的沖洗溶液，研究方法的巨大差異使得結果不同，但大部分實驗都證明了PIPS技術在輔助根管沖洗中清除碎屑和玷污層方面的能力。然而，目前尚無關于PIPS技術輔助根管沖洗的體內實驗效果和數據。與傳統的沖洗方法相比，使用激光活化蕩洗技術可能會將組織碎片擠出根尖孔，產生術后疼痛[40]。因此，需要研究最佳激光激活時間和其他參數，以確保根管治療過程中由氣泡和壓力引起的碎屑和沖洗劑不溢出根尖孔。