Laser-activated灌溉:从牙科激光空泡和流媒体影响

介绍

根管治疗成功取决于创建和维护一个根免受微生物和碎片。实现这一目标是复杂的,作为根管墙是由数以百万计的牙本质小管,以防需要根管治疗,往往受微生物污染和残余的死细胞(1)。除了文件的根管扩大和铰刀,的化学和机械清洗小管是一个quality-determining因素成功的治疗(2,3)。到目前为止,几种方法已经开发和研究提高irrigants的化学和机械流的行为通过超声波或laser-activated灌溉(LAI) (4)。

赖是基于空化的影响,物理现象中液体的静压降低到低于液体的蒸汽压,形成小充蒸汽腔的液体。laser-emitted光被吸收在薄的表面层(1∼μm厚)irrigant针的尖端。然后irrigant过热的沸点,导致蒸汽和泡沫的形成。泡沫的泡沫扩大,直到压力达到周围的液体,导致最后的泡沫崩溃导致冲击波,而反过来,提高清洗效果irrigant (5- - - - - -9)。蒸汽泡沫的崩溃将创建一个压力波,导致流液体的速度20米/秒(5,6)。由此产生的力和剪切应力的牙质的墙壁由于流irrigant足以泵运河的组织碎片和删除涂片层和表面的生物膜(5,8)。这些影响直接依赖于激光系统的能量和脉冲持续时间参数,调节蒸汽形成的时间,以及蒸汽气泡的大小和生命周期(5,7)。

赖,激光的波长操作及其应用能力重要性的冲洗液体的吸收系数是波长的依赖,而权力影响空化。直到现在,波长1000 - 3000纳米的应用(6,10,11)。Er:掺钕钇铝石榴石激光器一直特别感兴趣的由于其波长(2094海里),它允许一个非常强大的交互与水(吸收系数1.2×10⁴/厘米)(12)。

最近,公司₂已成功开发与新波长激光的吸收系数在6×10的范围²/厘米。9300 nm波长获得关注的可能脱落的牙齿软、硬组织(13)。这强烈吸收波长在羟磷灰石和水,也有可能是适合赖技术。作者的最好的知识,没有现有文献对空化能力和可能的应用与9300 nm莱有限公司₂激光。

另一组激光二极管与可见光和近红外线波长激光,已被描述在牙髓学(10)。经典迹象的牙髓学的治疗过程是光热光谱分析irrigants消毒和激活的化学作用,如次氯酸钠(NaOCl)和乙二胺四乙酸(EDTA) (14,15)。到目前为止,只有有限的文献处理的应用近红外线二极管激光器的机械活化液体,主要集中在940 - 980 nm波长(吸收系数约为9×10⁻¹/厘米),因为他们更专注于水比其他可用波长近红外线二极管(16),采取比创造更irrigant的加热器直接空化。相对高功率设置和很长的脉冲必须申请蒸汽气泡的形成(17)。他们可能会厌恶与牙本质组织交互的根,甚至可能与周围的牙周膜(18,19)。

在他们的目标常用的二极管激光器的波长400 - 1000纳米范围适合LAI与低功率设置,作者旨在改善他们的功能涂层的加热器在当下研究激光尖端黑色。这种“热心提示”的方法已经应用于激光手术,不同波长的激光二极管应用于组织属性,不强制配合激光波长(20.,21)。文学解释了“热喷嘴的现象。“在这种情况下,激光不减少光学与光子,但其作为电加热纤维。对于这个目标,透明玻璃提示必须烧焦的,这样激光吸收的黑色char和加热的提示现在可以燃烧,减少接触的组织(22)。

本研究的目的是评估的机制laser-activated灌溉(LAI) 9300 nm有限公司₂激光和激光二极管和无碳涂层在不同激光波长“热线查询”。在此二极管激光器(455、810、980和970 nm)和有限公司₂激光(9300海里)比较传统应用Er:掺钕钇铝石榴石激光器对蒸汽气泡的形成在不同的激光tip-ends液体和液体流由于空化的能力。

第一个假设是,9300 nm有限公司₂激光和低功率二极管激光器在水性irrigants会产生气蚀,和更增加激光功率设置(能量和脉冲持续时间),和“热心提示”方法将允许所有二极管激光器在空化独立波长和irrigant的颜色。

第二个零假设是关于irrigant流由于空化,公司₂激光二极管激光导致的流水在高速度增加激光功率设置这两种类型的激光。

第三个零假设是一个类似的性能测试二极管激光波长,但在所有应用程序不如有限公司₂激光。我们认为公司₂激光将类似Er:掺钕钇铝石榴石激光器的空泡在水中和由此产生的流速度与不同的激光参数。

材料和方法

评估潜在的空化发展有限公司₂和二极管激光

泡沫的发展作为衡量空化潜力

水性液体空化发展的潜力与9300 nm有限公司₂激光(Solea;收敛牙科有限公司,纳蒂克,美国马)和二极管激光器(聪明的医生微笑808和980海里;λSpA、Brendola、意大利;和SIROLASE 455和970海里;Bensheim Dentsply Sirona德国GmbH,德国)一直在评估方面的发展蒸汽泡沫。二极管激光器的波长的455年,808年、970年和980年与原透明纳米应用激光提示(没有涂层)在纯水。二极管激光器工作在455和808海里(可见范围),我们测试了用染色水泡沫的发展,依赖于它们的吸收能力:SIROLASE激光(455海里)在一个橙色染料(E110食用色素;Trawosa,瑞士圣加伦大学)和智慧在绿色染料激光(808海里)(ICG-Pulsion;推进医疗系统,德国慕尼黑)。

学习的效果“热心提示”,所有激光二极管激光器的技巧都黑上涂上一层碳颗粒(100%乙炔炭黑,压缩,99.9 + %,阿尔法蛇丘,坎德尔,德国),粘在小端一个透明glue-spray (Wollerau Toolcraft,康拉德电子AG),瑞士)和在纯水再次激活。四个波长(455、808、970和980海里)与激光测试提示5毫米插入一个玻璃盒(1.7毫升Ubistesin, 3 m ESPE,来自德国)满相应的液体。泡沫是由光学显微镜评估的发展(16 x, 60;瑞士徕卡,Heerbrugg),因此拍摄(VHX-S550E显微镜;Keyence公司,日本大阪)。

电源设置在腔的影响评估质量(泡沫形态和大小)

本研究的第二部分集中在泡沫形态和大小在不同波长和tip-coatings二极管激光器,Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光,在纯水。不同的影响与二极管激光器电源设置(油黑tips)和9300 nm有限公司₂激光在泡沫形态和大小比较Er:掺钕钇铝石榴石激光空泡与裸露的技巧。呃:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光(裸tips)产生的气泡出现,消失在很短的时间范围,因此成像的主要泡沫需要高速捕获装置,当流和二次泡沫在光学显微镜下可见。激光技巧在纯水浸5毫米在有机玻璃长方体(10毫米×10毫米×23毫米)和激活。评价了使用高速照相机(MotionXtra hg - 100 K;美国圣地亚哥Redlake CA;Videal,序列号150176),应用5175 Hz的帧速率和190µs的曝光时间。足够的照明的设置中,我们使用两个灯安装在武器(Intralux 5100、200 W;Volpiag、纹影、瑞士)。摘要提出了激光参数表1。

空化的有效性评价有限公司₂和二极管激光

粒子速度(流)是衡量评估赖和由此产生的空化效应的有效性。可视化液体运动在激光激活,我们使用上述设置高速成像跟踪碳颗粒在纯水激活用激光在上面描述的参数(见表1)。相同的透明有机玻璃长方体充满4%的表面活性剂蒸馏水的解决方案(TritonTM x - 100、非离子水溶液;Sigma-Aldrich、书、瑞士),使碳粉粒子的浸在水里。每个激光提示松散覆盖在碳粉,然后引入液体长方体。激活每个实验组重复了五次。一个激活的图像序列(和9帧)导入到“形象J 1.53 e”(Wayne Rasband和贡献者,国立卫生研究院,美国),一个为每个激活碳粒子跟踪。之间的这种特殊的粒子的位置距离每一帧(9帧/激活)测量的测量工具ImageJP软件(ImageJ 1.52 k;韦恩Rasband,美国国立卫生研究院)。在组1 - 5,帧的长度设置为193µs的持续时间。确定的速度运动的碳粉颗粒由于激光激活,我们认为未来八为分析框架,导致1544µs时间流逝。 Due to slower particle movements with diode lasers (groups 6–17), we considered every 20th frame, resulting in a time lapse of 30,460 µs.

统计数据

使用重复测量方差分析统计分析进行重复使用速度作为因变量和激光的因素。检查运行所需的通常假设方差分析使用Kolmogorov-Smirnov正常测试和列文方差的同质性的测试。激光的排名获得了使用费舍尔的迷幻药事后测试评估两两组。意义是在0.05的水平。Statistica 13中的运行分析软件(Tibco有限公司)。

结果

空化的发展潜力与二极管和有限公司₂激光

在纯净水,nonmodified原始激光提示,没有二极管激光器产生任何明确蒸汽泡沫最大可能的功率参数。与810 nm波长,没有对水的影响明显,而与455 nm波长检测到轻微的液体的运动,但是没有泡沫的形成甚至更高的能源输入从3 W (图1、中)。970 - 980 nm波长,没有蒸汽气泡的形成与透明提示在水里。然而,一个轻微的动作观察液体前的提示1 W 980 nm激光和970 nm激光200兆瓦,而随着功率的增加而增加。

当颜色对应的水与激光波长的染料(455和808海里),nonmodified原始激光波长同样提示产生明显的蒸汽泡沫。455 nm激光产生蒸汽泡沫橙色染料从低能量输入和显示一个明确的蒸汽泡沫只有200兆瓦(平均功率180 mW)和较大的泡沫3 W(平均2.7 W) (图1(左)。我们观察到类似的现象与808 nm激光。我们开始看到液体和气泡的运动的平均功率200 mW吲哚菁绿。

油黑,激光小贴士所有四个波长我们观察到清晰的蒸汽泡沫。455 - 808 nm波长,类似蒸汽泡沫没有涂料生产染料的技巧和“热心提示”涂料与200兆瓦(见纯水图1,左和右)。这同样适用于970 - 980 nm波长。

蒸汽泡沫引入的二极管激光器(提示直径:0.2毫米;表面:0.0314毫米²)是圆形的和产生的规模小得多的比ER:掺钕钇铝石榴石和有限公司₂激光(图2)。其规模不断增长的几帧(10 - 12×193μs),然后保持激光脉冲的静态直到最后。

Er:掺钕钇铝石榴石激光器,平头电极直径1.3毫米(表面:1.33毫米²)和50倍木星质量的能量和15赫兹,产生大而清晰可见泡沫在纯水在两帧(386μs)(见图3一)。9300海里有限公司₂激光,在40%和60%用激光功率设置和齿顶圆直径为1.25毫米(表面:1.227毫米²和平坦的提示),产生的气泡大小类似的Er:掺钕钇铝石榴石激光器在相同的时间范围(图3 d, E)。10%和20%的功率设置(图3 b, C相应的),我们观察到小蒸汽泡沫,消失在一个框架(193μs)。比较这些泡沫的形状,我们观察到Er:掺钕钇铝石榴石泡沫相对持平,和更大的宽度比高度。的有限公司₂laser-introduced泡沫更像是滴了一个更大的高度。

空化发展的有效性(流)二极管和有限公司₂激光

我们清楚地观察到碳颗粒的运动差异Er:掺钕钇铝石榴石,9300 nm有限公司₂激光二极管激光器。总路径旅行一个粒子在8帧(1544μs)明显高于Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光功率参数比二极管激光器≥20%。粒子与Er激活:掺钕钇铝石榴石和有限公司₂激光旅行> 1毫米的液体和< 0.7毫米二极管赖在一段时间内的20倍(30460μs)。此外,活化后的碳粒子,与9300 nm有限公司₂激光(10%)和所有的二极管,导致上升运动的粒子直接相反的方向向下Er:掺钕钇铝石榴石和≥20% 9300 nm有限公司₂激光。

关于距离和速度,粒子的运动减慢进一步他们离开激光提示(图4)。所有激光的速度明显降低每一帧但第二帧后下降。这就是为什么我们使用的统计分析前两帧。

关于前两帧的平均值,粒子运动速度的统计不同Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm的不同参数₂和二极管激光器,但不是在群二极管激光器(表2大写字母排名)。Er的激活:掺钕钇铝石榴石激光器产生速度最高,其次是9300 nm有限公司₂激光功率的60%。流速度与9300 nm有限公司₂激光被输入功率的调制图5一个和表2)。二极管激光器明智(比较图5 c)达到显著高于流速度与980 nm和808 nm。SIROLASE的值与波长是相似的高功率参数(见图5 b和表2)。然而,有一个显著区别不同波长的激光二极管(比较表2小写字母)。

讨论

目的提高牙髓学的成功率的可能性提高根管系统的清洁和消毒,本研究评估新的激光波长是否适合赖。激光吸收irrigant导致空化,和顺向流的液体可能提高irrigants进入根管系统的渗透以及其消毒潜力在深层组织。赖是一种很有前途的方法被包括在临床协议。

在目前的研究中,我们调查了空化及其影响的基本机制的irrigant与9300 nm液流有限公司₂激光和低功率二极管激光器与455、810、980和970 nm波长。

二极管激光器测试设备和他们的四个波长,是不可能介绍清楚空化气泡在水中。然而,我们无法推断980/970-nm波长不能产生空泡在水里,文献报道的发展蒸汽泡沫较高的激光功率参数(17,23,24)。蓝色(455海里)和红色二极管激光器(808海里)产生强大的空泡在水里,色与橙色和绿色染料,可以解释为他们直接吸收相应的液体(25)。

黑色涂料,然而,使所有的测试波长产生蒸汽泡沫纯水SIROLASE只有180 mW和200 mW明智激光平均功率。因此,我们可以得出结论,从理论上讲,每个二极管laser-independent wavelengths-can产生的蒸汽泡沫和顺向流水性解决方案时提示是充分的。此外,它可以用这种技术,证实了所需要的能量产生蒸汽泡沫是显著降低,在文献中描述的值没有变黑的技巧(17)。仍然可以引入更多强大的空化与激光平均功率增加,意味着提高峰值功率和/或增加脉冲持续时间(占空比:时间激光和激光在一个周期内)。“热喷嘴”的机制是基于激光能量的转换热能通过涂层。激光吸收黑色涂层和不断地加热。涂层的热量转移到周围的液体,一段时间后,会导致沸腾,因此蒸汽气泡的形成(22)。

因此,激光感应的泡沫直接的生命周期依赖于脉冲持续时间,后者决定了泡沫周期的开始和结束和它的大小(8,9)。此外,他们需要更多的时间来形成和持续更长一段时间。文学解释这种较长的热弛豫时间和温度梯度,长期保持在(26)。

泡沫对激光之间的差异可能是由于不同直径的技巧(0.4和0.2毫米)和激光系统本身,每个调制其能量输出,因此加热的能力。

赖的应用“热心提示”可能是一个非常有前途的功能领域的二极管激光牙髓学的治疗。临床医生可能会使用相同的photodisinfection二极管激光器装置通过直接激光辐照的牙根和增强的灌溉和清洁通过赖。

与二极管激光波长,Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光在水中有一个强大的吸收。他们发射光导致爆炸性蒸发水层相邻纤维,产生的蒸汽泡沫几微秒后出现的激光脉冲(26)。

这些实验的结果证实了假设气泡的形状和大小与Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光在纯水相似与特定的功率参数。激光影响irrigant取决于激光脉冲能量应用:增加电力参数提高LAI效果(7)。初步未测试还确认所有测试激光设备是否适合NaOCl的激活。

Er的强大吸收:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光光在水里解释了差异的二极管激光器有关的生产蒸汽泡沫。激光能量的转换过程与二极管激光器热能有效的泡沫,所产生的与其他两个直接吸收激光在水中。更多的输出能量似乎需要加热涂料(足够的)介绍了沸腾的水和蒸汽的生产。此外,引入的气泡与二极管激光器小与Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光,可以解释为吸收的差异以及技巧的直径和涂层。

与物理学的基本概念、文献描述了大尖端直径较大的泡沫在同一激光能量设置(27)。这可能进一步发挥作用在气泡的大小差异较大的Er的技巧:掺钕钇铝石榴石(直径1.3毫米)和9300 nm有限公司₂(1.25毫米)直径激光二极管激光器相比(直径0.4和0.2毫米)。在空化气泡,小费的几何形状和尺寸的影响可能是一个重要的因素,没有在目前的调查研究。这就是为什么泡沫大小和流速度的值可能不是相同的应用程序相同的激光及其参数与不同的直径。我们应用扁圆柱形小贴士所有激光设备,所以光纤的激光辐射出口前进方向与一个相对较小的差异(9),基本上导致通道像泡沫椭圆形,长,近椭圆形(5,9)。

修改提示形态,文学作品描述了一个有利的三维能量分布在根管的墙上和改进清洁能力(8,9,28,29日)。激光设备本身之间的差异以及不同的形态和大小直接与文献比较困难。此外,模型的直径(根管,管)决定了气泡的大小,因此影响结果(30.)。

空化发展的有效性(流)二极管和有限公司₂激光

评估的有效性激光空泡,我们分析了导致液体流速度与粒子运动的可视化。

首先,我们必须强调,调查管的解剖形态和直径(人工根管系统、单管)和整个液体体积直接确定液体内的流动速度的大小以及激光小费。泡沫增长的动力学差异根管模型和独立的水的情况下是很重要的。在狭窄的根管模型中,泡沫的膨胀是有限的侧管墙由纤维提示本身落后,导致长期内高压泡沫,更难以被周围的水压力。文献报道,这些方面推迟扩张和内爆动力学的三次相比自由液情况(6,8,31日)。

由于原则”直径越高,速度越低,“速度与小直径管高在免费的自来水,这也解释了不同的根管模型之间的差异和不同根部分(7)。因此重要的是要考虑到流媒体属性和流速度的研究不能直接转移到根管系统和临床情况。这些实验只能证明激光原理与应用激光激活。

结果部分所示,速度明显降低距离较长的激光提示激光。由于水的阻力,粒子的速度倾向随着距离(8)。

与我们的试验装置,我们看到二极管激光器只能介绍液体运动的直接周围的小费。我们观察到的激光功率和速度的碳颗粒可能确定的方向运动。速度越高,直粒子的方式向下进入液体和颗粒运动进一步。所有二极管激光器设置和9300 nm有限公司₂激光有10%向上设置显示粒子运动的方向,也比其他公司短₂激光参数,和Er:面向掺钕钇铝石榴石激光器激活,直接向下成液体。向上移动的趋势可能解释为碳粒子的特定属性(质量和密度)和特里同X对水表面张力的影响(减少),这比下降趋势更重要的是由于激光激活。

关于速度的测量,我们必须拒绝零假设,Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光能产生类似的流,但接受第二部分,二极管激光器将平等和劣质Er:掺钕钇铝石榴石和9300 nm有限公司₂激光。

与文献相比,所有与油黑,技巧和低功率激光二极管激光器参数诱导更高的速度随着文学980 nm激光二极管,没有涂层,强调赖黑色涂层的积极影响。然而,Er的速度描述:掺钕钇铝石榴石激光器在文献中相差很大(病毒m / s),它强调了上述因素的重要性,如激光功率、液体量,管的几何形状(5,7,28,30.)。

赖与Er:掺钕钇铝石榴石和有限公司₂激光似乎很有希望当比较介绍与传统注射器灌流速度。文献报道在1 m / s的速度在针孔(32)。测试二极管激光器介绍明显慢流速度与当前设置,导致不那么重要影响根管系统和牙质的清洁能力,应该作进一步的调查。

未来的研究应该集中在公司的有效性和安全性₂和二极管激光清洁根管系统碎片和涂片层。此外,进一步的可能性和改进有关形态学和涂层应该调查的可能性。

结论

它可以表明,9300 nm有限公司₂在水性irrigants激光产生气蚀。低功率二极管激光器,激活的水才可能“热心提示”的方法,使空化的二极管激光器独立的波长和irrigant的颜色。空化,因此流速度在水强随着激光功率设置(能量和脉冲持续时间)。

与Er:掺钕钇铝石榴石激光器、有限公司₂激光诱导类似泡沫40%和60%力量但流液体的速度慢。二极管激光器的波长进行类似,但劣质的Er:掺钕钇铝石榴石和有限公司₂激光。流速度的测试激光与一个更大的距离减少激光小费。这种效应是二极管激光器最突出表明其行动只集中在直接围绕激光小费。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

道德声明

本研究伦理审查和批准不需要按照地方立法和制度的要求。

作者的贡献

概念化:CIAyO和本土知识。方法:CIAyO和本土知识。调查:CIAyO和LM。数据分析:循证。写作,草稿准备:CIAyO。编写、审查和编辑:LM,房颤,逆向运动。监督:房颤和本土知识。项目管理:CIAyO。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

瑞士日内瓦大学提供的开放获取资金。

确认

我们要感谢巴斯蒂安·Rheingans,加入实验室技术和腐蚀,电子探针,瑞士联邦材料科学与技术实验室,飞行瑞士,提供高速摄像设备和对其应用程序的支持,以及承认Orcos医疗AG)和收敛牙科提供激光设备。Orcos医疗和收敛的牙齿没有参与这项研究的设计、收集、分析、解释数据,本文的写作或决定提交出版。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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