Er:YAG激光激活下冲洗剂在根管内渗透效果的实验研究

马丽鑫 王晓娜 石 晶

成功的根管治疗需要清除所有坏死的牙髓组织、微生物及其毒素和玷污层，以实现充分的根管消毒[1]，然而根管系统，尤其是根尖1/3 的复杂性给根管清洁、消毒带来了挑战[2，3]。Peters 等发现即使进行了认真的根管机械预备，超过35%的根管表面未被处理，特别是根尖1/3 区[4，5]。微生物及其产物可能会持久地存在于这些区域且阻碍冲洗剂渗透入牙本质小管，从而导致根管内的感染物质不能被彻底清除[6]。次氯酸钠（NaClO）是公认的根管冲洗液，它在溶解牙髓腔和根管系统中的有机组织时会生成氨气和二氧化碳小气泡，这些气泡会被困在根管的封闭端从而形成气锁效应，进而阻碍冲洗液到达根尖1/3 区[7]。有研究发现细菌能够进入牙本质小管约300～500 μm，而NaClO 在牙本质小管的渗透深度约为130 μm[8，9]。注射器与针头组合的传统针头冲洗(conventional needle irrigation，CNI）是目前使用最广泛的冲洗技术，然而在冲洗过程中冲洗液只能在针尖外不超过1 mm处产生冲洗剂交换，并且在没有辅助激活方法的情况下，对根尖1/3 区碎屑冲洗是无效的[10∽12]。由于有声流和空化作用的存在，被动超声冲洗(passive ultrasonic irrigation，PUI)在去除碎片和玷污层方面与CNI 相比更有效，并且可以更好地将冲洗液输送到根尖区及牙本质小管中，但是超声工作尖一旦进入根尖气锁区，接触不到冲洗液时声流和空化作用就无法实现[13∽16]。

近年来，激光激活技术在根管冲洗中得到了应用。波长为2940 nm 的铒钇铝石榴石(erbium:yttrium aluminium garnet, Er:YAG)激光在水中的吸收率最高，其产生的冲击波可增强根管的清洁效果[17]。有研究发现Er:YAG 激光的光子引导光声流技术（photon-induced photoacoustic streaming，PIPS）在去除玷污层和碎屑方面比超声激活更有效[18]。而Er:YAG 激光中的光波增强光声流技术（shock wave enhanced emission photoacou sticstreaming，SWEEPS)是根管冲洗技术的最新进展，此种方法在狭窄的根管内可产生巨大的冲击波，增强了根管的清洁和消毒能力[19]。本研究通过比较CNI、PUI 和PIPS-Er:YAG、SWEEPS-Er:YAG 四种冲洗方式将冲洗剂输送到根尖区的深度及四种冲洗方式作用下冲洗液在牙本质小管的渗透深度，以评估Er:YAG 激光冲洗技术是否比常用的冲洗技术更有效，从而为选择有效的根管冲洗方法提供实验依据。

材料与方法

1. 样本收集与处理

本实验选取的下颌前磨牙均来自2021 年1 月至2021 年10 月期间就诊于山西省人民医院口腔科因正畸治疗需要拔除的患牙，共计115 颗，经三个不同角度的X 线检查证实，所选取的离体牙均有一个根管为单一的椭圆形根管。本实验已通过山西省人民医院医学伦理委员会的批准（批准号：（2022）省医科伦审字第26号），所有患者均已签署知情同意书。

纳入标准：①根尖孔闭合，牙根发育完全；②根管通畅，无钙化；③无根折、根裂、牙根外吸收。

排除标准：①牙齿龋坏；②根管弯曲大于10°；③有根管治疗，充填治疗史。

整个实验过程中使用的注射器均为27 号侧方开口注射器，冲洗剂为3%NaClO。在向根管内输送冲洗剂时，针头均放置在距离工作长度2 mm 的位置。所有实验程序由同一名操作人员进行，同时严格遵守制造商的建议。

首先使用超声波洁治器将所有离体牙上的牙石和根尖周组织去除，随后放置在4 ℃、0.9%氯化钠溶液中保存至使用。将保存的离体牙取出后，开髓，揭顶，10#K 锉放入根管，直到在放大镜下可在根尖外看到锉尖时，将该长度减去1 mm，此时的长度为工作长度(working length，WL)。使用ProTaperNext 镍钛锉(Dentsply Sirona，Pennsylvania，美国)参照说明书进行根管预备，所有离体牙预备至40#，均到达工作长度，每换一次锉均用27 号侧方开口冲洗针头配合5 mLNaClO 进行根管冲洗[20，21]。根管预备完成后用5 mL17%EDTA 液和5 mLNaClO 冲洗根管去除玷污层，最后用5 mL蒸馏水冲洗根管以去除残余的EDTA 和NaClO，吸潮纸尖干燥根管，纸巾干燥根管外表面。

2. 实验分组

（1）冲洗剂在牙本质小管内的渗透深度

在上述操作完成的离体牙中随机选取59 颗，在室温下将其浸泡在10 mL 结晶紫溶液（Solarbio，中国）中72 h，每12 h 更换一次结晶紫溶液。染色完成后用蒸馏水冲洗20 min，干燥。为了更好地模拟临床环境，形成封闭的根管系统，用复合树脂封闭根尖孔[17，21]。随机选取3 颗染色牙不进行NaClO 冲洗（阴性对照组），以确认牙本质染色充分；其余56 颗染色牙根据不同冲洗方式随机分为4组(n=14)。

CNI组：2 mLNaClO冲洗30 s，重复3次。

PUI 组：使用注射器向根管内注入2 mLNaClO，使用超声治疗仪（赛特力，法国），选择第5 档，关闭水量，将15 号超声工作尖置于距离工作长度2 mm的位置上下移动，持续30 s，重复3次。

PIPS 组：使用Er:YAG 激光(LightWalkers ATS，Fotona，斯洛文尼亚) 治疗仪，选择SSP 模式，脉冲20 mJ，频率15 Hz，功率0.3 W，波长2.94 μm，水汽关闭，激活30 s，激活期间使用注射器持续向根管内输送2 mLNaClO溶液，重复3次。

SWEEPS 组：使用Er: YAG 激光( LightWalkers ATS，Fotona，斯洛文尼亚) 治疗仪，选择SWEEPS 模式，脉冲20 mJ，频率15 Hz，功率0.3 W，波长2.94 μm，水汽关闭，激活30 s，激活期间使用注射器持续向根管内输送2 mLNaClO溶液，重复3次。

（2）冲洗剂在根管内的渗透长度

将剩余56 颗离体牙用复合树脂封闭根尖孔。最后，将K 锉放入根管内使用平行投照技术拍摄X线片再次确认根尖孔位置。

将标本随机分为四个组：（n=14），造影剂碘海醇（司太力，中国）渗透到的根管长度被用作评估冲洗剂渗透深度的方法。

CNI组：使用注射器向根管输送1.5 mL碘海醇，持续30 s。

PUI组：用注射器向根管内注入1.5 mL碘海醇，使用超声治疗仪（赛特力，法国），选择第5 档，关闭水量，将15 号超声工作尖置于距离工作长度2 mm的位置上下移动，持续30 s。

PIPS组：使用Er:YAG 激光激活30 s（激光参数设置同上）。激活期间持续向根管内输送1.5 mL 碘海醇。

SWEEPS 组：使用Er:YAG 激光激活30 s（激光参数设置同上）。激活期间持续向根管内输送1.5 mL碘海醇。

3. 评估标准

（1）冲洗剂在牙本质小管内的渗透深度

所有标本进行根管冲洗后用蒸馏水冲洗，纸尖干燥。使用金刚砂车针按照根管工作长度将其分成根上1/3、根中1/3 和根尖1/3 三个区段，随后放置在体视显微镜（NiKon，日本）下进行观察，成像。使用ImageJ 图像处理软件测量漂白宽度（μm），NaClO 对染色牙本质的漂白宽度代表冲洗液在牙本质小管的渗透深度（图1a,1b），阴性对照组中整个根管壁呈深紫色。

图1 测量冲洗剂/造影剂在根管内的渗透效果

（2）冲洗剂在根管内的渗透长度

将造影剂置于根管内，采用平行投照技术获得每颗牙齿的数字X 线图像，拍摄角度与曝光度与之前相同，以确保两个图像之间失真最小。由一名未参与实验的专业评估员使用Image J 图像处理软件，测量根尖孔与冲洗液渗透止点之间的距离(图1c)。

4. 统计分析

本实验使用软件(SPSS 26.0版，IBM)对所有数据进行统计分析，计量资料服从正态分布，采用均数±标准差描述，方差齐时，组间比较用方差和Tukey 事后多重比较进行分析；方差不齐时，使用Kruskal-Wallis检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。

结果

1. 冲洗剂在牙本质小管内的渗透深度

在所有的冲洗方式中，NaClO 在牙本质小管的渗透深度从根管上段到根尖区呈现下降趋势。不论在哪个区段，冲洗剂在牙本质小管的渗透深度为SWEEPS＞PIPS＞PUI＞CNI，激光组（SWEEPS 组和PIPS 组）作用下冲洗剂在牙本质小管的渗透深度显著大于PUI 组和CNI 组（P＜0.05）。SWEEPS 组的渗透深度比PIPS 组大，PUI 组的渗透深度比CNI 组大，差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1，图2）。

表1 不同冲洗系统下冲洗液在牙本质小管的渗透深度

图2 不同冲洗系统下冲洗液在牙本质小管的渗透深度

2. 冲洗剂在根管内的渗透长度

冲洗液渗透止点距根尖孔的距离越小表明冲洗系统的冲洗效果越好，各组的典型图像如图3 所示。在CNI 组中，根尖孔与冲洗液渗透止点之间的距离最大，平均为1.83±0.45 mm；在PUI 组平均距离为1.23±0.45 mm；PIPS 组平均距离为0.64±0.61 mm；SWEEPS组平均距离为0.44±0.29 mm（表2）。

表2 不同冲洗系统下冲洗液渗透止点距根尖孔的平均距离

图3 不同冲洗系统下冲洗液在根管渗透长度的典型图像

如图4所示：PUI组冲洗液渗透止点距根尖孔的平均距离小于CNI 组，两组比较差异具有统计学意义(P＜0.05)；与CNI、PUI 组相比，激光组（SWEEPS 组和PIPS 组）冲洗液渗透止点距根尖孔的平均距离更短，差异具有统计学意义(P＜0.05)。SWEEPS 组的平均距离比PIPS组短，差异无统计学意义（P＞0.05）。

图4 不同冲洗系统下冲洗液渗透止点距根尖孔的平均距离

讨论

根管机械预备尺寸和锥度影响化学冲洗的效果[22∽23]；研究表明，为去除更多污染的牙本质并且使冲洗剂能够更好的渗透到根尖1/3区及牙本质小管，从而获得有效的根管冲洗，根管预备尺寸应至少达到40#[20，24]。为了不影响不同冲洗方案的效果，实验中所有根管都是椭圆形并将其预备至40#。

目前造影剂广泛应用于医学领域，但它们在口腔领域的应用是有限的。有学者使用造影剂进行根管可视化研究，研究根管解剖形态[25]。碘海醇是一种非离子的水溶性碘化物溶液，目前广泛应用于心血管造影，胸腰椎脊髓造影以及增强CT的检查。由于其密度、粘度和和流动性质与NaClO 相似[26]，在本研究中，笔者用其作为造影剂，对预备好的根管进行冲洗后拍摄X线片显影。

为了评估NaClO 在牙本质小管的渗透深度，笔者参考了Zou 等提出的染色牙本质模型[27]。在实验过程中笔者使用结晶紫溶液染色，NaClO 溶液进行根管冲洗时由于它的强氧化作用可以将结晶紫漂白，以便观察冲洗液在牙本质小管的渗透深度。

以往的研究表明CNI 可以有效地消毒根管上1/3和根管中1/3，但由于蒸汽锁效应冲洗剂在根尖1/3区渗透不足，因此对根尖1/3 区的消毒效果欠佳[28]。本实验同样证实CNI不能有效地将冲洗液输送到根尖1/3区，且冲洗剂在牙本质小管的渗透深度最小。

本实验结果表明，与CNI 相比，PUI 技术使冲洗液在根管的渗透效果更佳，然而PUI 技术在冲洗时需要将工作尖插入到根管内，其有效性取决于超声波工作尖距离工作长度1∽2 mm 的穿透力，这在弯曲的根管中很难实现，并且其可以激活的冲洗液非常有限[29]。超声波工作尖在弯曲根管内不能自由摆动，可能会导致牙本质的过度切削、根管变形、台阶形成，甚至导致工作尖折断[30]。

近年来新出现的Er:YAG 激光技术只需将激光光纤头置于髓腔内而不用进入根管内，便可以使冲洗液实现整个根管的渗透，从而表现出更好的消毒效果[31]。其中Er:YAG 激光的PIPS 模式是使冲洗剂对铒波长强烈吸收，在浸没的光纤尖末端会产生气泡，气泡的快速膨胀和塌陷会导致整个根管系统出现二次空化和流体运动，从而增强化学冲洗效率[32]。Er:YAG 激光的新型SWEEPS 模式通过用两个超短脉冲模式的激光微脉冲取代了单个超短脉冲模式的激光脉冲来实现的。在第一个激光微脉冲产生的第一个空化气泡塌陷之前施加第二个激光脉冲，由第二个激光脉冲产生的第二个空化气泡的突然膨胀对初始气泡施加了额外的压力，加速其崩溃，在此过程中会发射冲击波。此外，在激光激活的冲洗过程中，整个根管长度内第二个空化气泡的坍塌也会发出冲击波[31，32]。这可能也解释了SWEEPS 组比PIPS组表现出更好的渗透效果，但是差异不显著的原因。

有学者已经证实了传统的Er:YAG 激光冲洗技术表现出优于PUI 和CNI 冲洗的消毒效果，激光冲洗技术将冲洗液挤出根尖区的量相对较少[33，34]。本课题组前期也通过实验证实了与常规的冲洗技术相比，Er:YAG 激光冲洗技术可以更有效地清除根管内粪肠球菌生物膜[35]。近年来研究者们也提议激光冲洗技术可以辅助或者代替常规根管冲洗从而实现充分的根管清洁、消毒[36]。有研究表明在激光冲洗的过程中产热量在安全范围内，不会对根尖周组织造成不可逆的损伤；而且配合使用了冲洗剂可以减少热负效应[37，38]。随着激光治疗技术广泛的应用，Er:YAG 不同模式下进行化学预备时它的参数选择以及操作逐渐规范，使用起来相对安全。

本研究结果证实，四种不同冲洗系统对NaClO在牙本质小管及根尖1/3区渗透深度，SWEEPS 组＞PIPS 组＞PUI 组＞CNI 组，PIPS 组和SWEEPS 组与其他两组间比较差异有统计学意义，PIPS 组与SWEEPS 组无统计学差异。可以得出结论，Er:YAG激光冲洗技术在向根尖区输送冲洗剂及促进冲洗剂渗透到更深的牙本质小管方面比CNI 和PUI 技术更有效，为临床医生选择可以增加根管消毒效果的冲洗技术提供了依据。