Er:YAG 激光照射對SLA 及SLActive 種植體表面結構變化的體外研究

梁 辰 賴穗萍 王小靜 趙 穎

近年來，對于牙列缺損及牙列缺失的患者，種植牙成為解決牙齒缺失的首選治療方案。隨著每年植入患者口內種植體的增加，種植體周圍疾病的發(fā)生率也逐年增加，研究表明種植治療后，種植體周圍疾病的患病率高達14%～43.3%[1-3]。種植體周圍炎能引起種植體周圍骨組織喪失進而影響種植體周圍骨結合，發(fā)生種植體松動，脫落。種植體周圍炎的治療策略也是當前研究的熱點。激光在種植體周圍炎的保守治療，手術治療以及低能量激光生物刺激等領域有著廣泛的應用[4]。

種植體周圍炎的發(fā)生與菌斑生物膜的積累有關，菌斑生物膜主要由革蘭氏陽性球菌和桿狀菌組成[5]。治療過程中需要去除種植體表面的菌斑和肉芽，控制種植體周圍的感染，同時改善口腔衛(wèi)生狀況。常見的治療方法包括手術和非手術治療，根據(jù)不同適應癥可以達到對感染鈦種植體表面的凈化和細菌生物膜的去除[6]。常見的治療手段有齦下噴砂，檸檬酸、氯己定沖洗，超聲器械、手動器械清潔，外科手術治療以及激光治療[7-9]。然而，種植體表面結構的復雜性使菌斑和肉芽的清理及消毒過程變得十分困難。因此，傳統(tǒng)的工具，如單獨使用的手動或超聲刮治器，不足以確保被細菌生物膜污染的種植體表面得到理想的處理[10]。此外，鈦表面的機械清創(chuàng)可能會對種植體表面造成損傷。

近年來，因激光在肉芽組織去除、種植體及周圍組織的消毒方面有明顯優(yōu)勢，很多醫(yī)生將其應用于種植體周圍炎治療中。研究證明激光在種植體周圍炎中能達到良好的治療效果。Erbium:yttriumaluminum-garnet(Er:YAG)，Neodymium:yttriumaluminum-garnet(Nd:YAG)，半導體等是臨床中治療種植體周圍炎常用的激光，具有加快愈合時間，減少疼痛，治療舒適等優(yōu)點[11]。其中Er:YAG激光因具備良好的冷卻功能，能夠很好的控制熱損傷，是理想的治療種植體周圍炎，進行軟硬組織手術的激光類型[12]。然而，激光工作過程中對種植體表面結構的影響是其臨床應用中的問題。應用激光治療種植體周圍炎時不同的參數(shù)設置對種植體表面結構的影響不同，目前還沒有標準的參數(shù)設置方案。本研究以Er:YAG(2940nm)不同能量參數(shù)設定下直接照射SLA 及SLActive 種植體，掃描電鏡觀察種植體表面結構的變化，為臨床如何安全有效的使用各類激光提供依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 材料與儀器 酸蝕噴砂處理(SLA)的純鈦種植體3 枚，直徑4.1mm，長度12mm(Straumann公司，瑞士)，親水表面改性酸蝕噴砂處理(SLActive)的純鈦種植體3 枚，直徑4.8mm，長度8mm(Straumann 公司，瑞士)，波長2940nmEr：YAG激光(Lite-touch，賽諾龍，以色列)。掃描電子顯微鏡(EVO18，CARL ZEISS，德國)。

1.2 種植體表面處理 Er:YAG 激光分別設定100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz 等不同能量參數(shù)，硬組織模式自動脈寬波動下(100mJ組脈寬為137μm，200mJ 組脈寬為192μm，300mJ組脈寬為239μm)，均在水冷卻(8/8,100%)的條件下，采取非接觸模式，以2mm/s 的速度移動照射種植體30s 和60s，1.3mm 直徑工作尖與種植體成80°角，工作尖距離種植體表面1mm。每一組照射能量參數(shù)選擇一顆種植體，根據(jù)不同照射時間分別選擇一處激光照射處理區(qū)域。

1.3 種植體表面結構變化觀察 種植體選取同一截面為照射觀察區(qū)。同一種植體選擇相同能量，不同照射時間劃定不同照射區(qū)域。種植體冠方下第一螺紋為同一參數(shù)下照射30s 區(qū)域，第三至第四螺紋區(qū)域為相同照射參數(shù)下照射60s 區(qū)域(圖1)。激光處理后種植體進行保存，樣本掃描電子顯微鏡放大2000 倍觀察。

圖1 不同照射時間激光照射種植體區(qū)域

2.結果

2940nm Er:YAG 激光輸出功率設置分別為100mJ，10Hz；200mJ，10Hz；300mJ，10Hz，照射種植體30s 及60s 后，觀察可見種植體表面結構隨照射時間的增長和照射能量的增高發(fā)生明顯變化。100mJ，10Hz 能量參數(shù)下均未見到種植體表面顏色變化。200mJ，10Hz 能量參數(shù)照射30s 組可見植體表面淡棕色變化，照射60s 顏色變化明顯加深；能量參數(shù)為300mJ,10Hz 組照射30s 后，明顯可見深棕色顏色變化，隨著照射時間加長至60s，可見金屬底色，植體表面顏色加深。SLA 組和SLActive組相比較，相同照射條件下，SLActive 組種植體表面顏色變化更加明顯。(圖2，圖3)

圖2 Er:YAG 激光照射SLA 種植體后表面結構

圖3 Er:YAG 激光照射SLActive 種植體后表面結構

掃描電鏡下放大2000 倍觀察可見，兩種植體在100mJ，10Hz 能量下照射30s 和60s 均未見明顯結構變化。能量提高到200mJ，10Hz 時，照射30s 植體表面結構基本穩(wěn)定。照射時間為60s 時，可觀察到種植體表面少量微結構熔融。激光能量提高到300mJ，10HZ 時，照射30s 和60s 時均可見到明顯的微結構熔融，同時SLActive 植體表面可見裂紋。(圖4，圖5)

圖4 Er:YAG 激光照射SLA 種植體后掃描電鏡結果(×2000 倍)

3.討論

圖5 Er:YAG 激光照射SLActive 種植體后掃描電鏡結果(×2000 倍)

近年來，牙科激光應用于口腔種植相關臨床治療的工作中被越來越多的醫(yī)生所接受。根據(jù)激光不同的波長和特性，組織選擇性吸收其能量產(chǎn)生作用。與傳統(tǒng)治療方式相比，激光在止血，消毒，殺菌，舒適治療等方面有明顯優(yōu)勢。目前，激光可在牙種植治療中應用于軟、硬組織處理，種植體周圍炎防控以及低能量激光治療等多個領域。種植體周圍炎的傳統(tǒng)治療手段如使用刮治器或齦下噴砂的機械清潔，使用檸檬酸、洗必泰、過氧化氫等化學方法均難以保證良好的效果。抗菌藥物的使用對早期種植體周圍炎有一定作用，但因耐藥菌株的存在，使用抗生素的治療效果有限[13]。常規(guī)治療中金屬刮治器會損傷種植體表面結構；碳纖維和樹脂刮治器難以有效清除種植體周圍的菌斑牙石，同時還會遺留器械碎片。而激光在種植體清創(chuàng)，感染組織消毒，軟硬組織處理以及促進組織愈合方面有著明顯優(yōu)勢[14]。

雖然激光具備以上的應用前景，但使用激光過程中要考慮激光對種植體表面結構損傷的可能。不同種植體的表面微觀形貌表現(xiàn)出不同的特征，表面微地形是影響充分骨整合的因素之一，其在種植體-骨早期愈合的復雜過程中扮演著重要的角色[15]。激光照射種植體后，其表面結構不應發(fā)生結構變化，同時維持良好的生物相容性，具備骨結合能力。Seong-Won Kim[16]的研究，Er:YAG 激光照射羥基磷灰石涂層種植體，通過掃描電鏡觀察其微觀形貌結構變化，發(fā)現(xiàn)激光照射100mJ/Pulse，1min 后，種植體表面沒有改變，相同能量照射1.5和2min 后，種植體表面出現(xiàn)局部熔化和裂紋。當能量提高到140 和180mJ/Pulse 后，種植體的表面熔化和剝落面積逐漸增大。Lee[17]的研究表明Er:YAG 激光在能量設置1.4w 和1.8w(140mJ/Pulse和180mJ/Pulse)照射鈦盤60s 后，掃描電鏡下可觀察到表面結構變化，但在1.0w 時并未見到明顯變化。Stubinger[18]等人的研究發(fā)現(xiàn)Er:YAG 在3.0w 和5.0w(300mJ/Pulse 和500mJ/Pulse)能量設置下，與鈦盤接觸模式照射10s，同樣可以觀察到表面結構的熔融和裂紋。臨床中提高能量參數(shù)設置能加快肉芽組織等感染物質的清除，提高工作效率，縮短工作時間，既往研究中重點關注較低能量設置下長時間照射，或者高能量設置下60s 照射后的種植體表面結構變化。本研究選取不同能量參數(shù)設置，分別照射種植體表面30s 和60s，探討較低能量下長時間的照射安全性，同時觀察提高能量參數(shù)設置后，是否能通過控制照射時間，避免損傷種植體表面結構，同時提高激光治療工作效率。

Er:YAG 激光的波長為2940nm，其能被牙體硬組織的重要組成部分羥基磷灰石，和水分子充分吸收，產(chǎn)生微爆破，從而有效去除和切割口腔軟硬組織。研究表明，Er:YAG 激光能夠安全有效的應用于口腔種植相關治療過程中[19]。有研究表明，Er:YAG 在相同能量參數(shù)下對不同類型種植體，所引起的表面結構的變化明顯不同[20]，Osseotite 種植體是由熔點超過純鈦的鈦合金制成的，對Er:YAG的抵抗力最強。在50mJ，30Hz 的水冷卻的能量設置照射下，Osseotite 表面沒有變化，而SLA 表面、Tioblast 表面和RBM 表面的植體有輕微熔化。這意味著臨床中應用Er:YAG 激光時，其能量參數(shù)應根據(jù)種植體表面類型進行調整。SLActive 種植體是在SLA 種植體基礎上，進行表面改性后，具有親水屬性的種植體。SLActive 種植體將疏水表面轉化為親水表面，從而誘導納米級別的粗糙表面結構。有研究表明[21]，與SLA 種植體相比，SLActive 種植體表面羥基化鈦含量增加，表面具備更大的空間和功能性粗糙度，能夠顯著影響細胞分化和生長因子的產(chǎn)生，改善早期的骨整合。

激光照射到鈦種植體表面，能量被吸收后能夠引起表面顏色變化和形態(tài)損傷[22]。當溫度超過表面的金屬熔化閾值時，會出現(xiàn)線性條紋、熔化平面、坑狀變化等改變。Yoichi Taniguchi[20]等的研究可觀察到50mJ，20Hz 水冷卻下，可以觀察到種植體表面的顏色變化，掃描電鏡下未見植體表面變化；30mJ，30Hz，無水模式下可見到顏色變化，同時掃描電鏡下可見種植體表面的熔融和裂紋。本研究中，Er:YAG 激光在充分水冷卻的條件下，100mJ，10Hz 能量參數(shù)下60s 內均未見到種植體表面結構變化，此能量參數(shù)設置下激光照射種植體，表面結構未見破壞。能量提高到200mJ，10Hz，照射30s時可觀察到種植體表面顏色輕微改變，掃描電鏡下未觀察到微結構熔融及裂紋。照射時間延長至60s時，掃描電鏡下可見種植體表面少量微結構熔融，說明此能量設置達到一定照射時間可破壞種植體表面結構。當能量設置為300mJ，10Hz 時，掃描電鏡下各組均可見明顯的微結構熔融，同時SLActive植體表面可見裂紋。說明此照射方式對種植體表面結構產(chǎn)生明顯損傷。各實驗組中，掃描電鏡下可以觀察到SLActive 種植體表面結構變化程度比SLA組變化明顯，種植體裂紋變化出現(xiàn)于300mJ，10Hz照射SLActive 組，兩組之間掃描電鏡下結構變化不具備顯著差異性，兩種植體是否對激光具有明顯差異性需要更多研究證實。

本研究通過探討Er:YAG 激光在不同能量設置下，激光對種植體表面結構變化的影響，提出了激光在種植治療中的操作參數(shù)建議。研究表明Er:YAG 激光照射SLA 及SLActive 種植體表面的能量參數(shù)設置應控制在100mJ，10Hz，照射時間60s內，能夠不引起種植體表面結構變化。此外，激光照射距離和照射角度以及照射工作尖的直徑及工作尖的新舊程度對激光能量的聚集也有一定影響，激光對不同種植系統(tǒng)和表面類型影響也不盡相同。目前的研究主要集中在微觀形貌隨照射能量和時間的變化，但臨床中因種植體暴露程度不規(guī)則，臨床操作程度有限，照射角度和激光反射散射的特性體內外研究相比有一定差異，所以還需要進行更多的研究確定激光的操作規(guī)程。