Применение лазерных технологий в стоматологии

Твердые ткани зуба – это эмаль, дентин и цемент. Несмотря на то, что каждая из них имеет свою гистоархитектонику, различные физические свойства и химический состав, они объединены в стройную, гармоничную систему. Кроме того, эти ткани связаны с сосудисто-нервным пучком пульпы, тканями периодонта и парадонта, а при помощи лимфатических, кровеносных сосудов, нервов с целым организмом.

Эмаль имеет самую высокую плотность в нашем организме и высокую степень минерализации. Эмаль постоянных зубов содержит от 95 до 97% неорганических веществ, 0,3–3% органики и до 3% воды. Микротвердость эмали в поверхностных слоях составляет – до 40 МПа, в глубоких слоях области эмалево-дентинного соединения – до 30 МПа.

Структурным компонентом эмали является эмалевая призма, состоящая из различных кристаллов аппатитов, среди которых доминирует гидроксиаппатит. Каждый кристалл гидроксиаппатита имеет гексоганальную форму и окружен гидратной оболочкой.

Второе место по плотности и степени минерализации по праву принадлежит дентину, на долю которого приходится до 70% неорганических веществ, до 20% органики и 10% воды. Его микротвердость изменяется от 6,9 МПа в поверхностных слоях и до 4,9 МПа в глубоком околопульпарном слое. В отличие от эмали, соли извести в дентине откладываются в форме шаров-глобул. Сама структура дентина представлена основным веществом и отростков одонтобластов, пронизывающих все основное вещество дентина.

Самый частый патологический процесс, поражающий эти твердые ткани, – кариес.

Не секрет, что распространенность этого заболевания в различных странах Европы составляет от 90% и выше.

Успех лечения поверхностного, среднего, и глубоких форм кариеса зависит от одонтопрепарирования. Прогресс в этой области был отмечен еще в 1871 году, когда J. B. Morrison изобрел бормашину на ножном приводе.

На сегодняшний день есть три основных метода препарирования твердых тканей зуба – механический, химико-инструментальный и квантово-оптический или лазерный:

- Механический метод осуществляется классически различными бормашинами и кинетически воздушно-абразивным способом при помощи пескоструйных машин.

- Химико-инструментальный метод заключается в обработке кариозно-измененных тканей зуба различными размягчающими растворами и гелями с последующим выскабливанием абразивными инструментами.

- Квантово-оптический метод осуществляется лазерами.

Лазерное одонтопрепарирование уникально, его можно отнести к высокому достижению в стоматологии. Об этом свидетельствует как механизм действия лазерного излучения на твердые ткани зуба, так и принцип его генерации.

Основной физический процесс, определяющий действие лазера, – вынужденное испускание излучения, происходящее вследствие взаимодействия фотона с энергией возбужденного атома, при точном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома активной среды. В результате этого взаимодействия возбужденный атом переходит в спокойное состояние, так как электроны возвращаются на прежний энергетический уровень, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения, поляризацией, как и у первичного фотона. Таким образом, следствием этого процесса является наличие двух идентичных фотонов.

При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами может возникнуть цепная реакция размножения идентичных фотонов. Чтобы лазерное излучение было стабильным, необходима среда, в которой возбужденные атомы преобладают над не возбужденными, – так называемая инверсия населенностей уровней энергии. Эта среда была открыта в 1939 г. советским физиком В. А. Фабрикантом.

Кроме вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами, происходит процесс спонтанного излучения энергии, при переходе возбужденных атомов в не возбужденные и наоборот – процесс поглощения фотонов и образование возбужденных атомов (рис. 1). Эти процессы, были постулированны А. Энштейном в 1916 году и отражены в законе сохранения и превращения энергии.

В качестве активной среды лазера могут применяться разнообразные материалы. Они могут быть: жидкими, твердыми и кристаллическими.

Чтобы получить однонаправленное, монохроматическое излучение, требуется оптический резонатор. Он выполнен из двух зеркал, которые расположены параллельно друг другу, одно из которых полупрозрачно. Создается так называемая обратная связь – многократное отталкивание фотонов, направленных перпендикулярно плоскости зеркал. Незначительная часть фотонов уходит через полупрозрачное зеркало – излучение вбок, остальная же часть излучения накапливается и передается при помощи оптических систем на рабочую поверхность.

Каждый фотон конечной линии лазерного излучения, взаимодействуя с электронами вещества, передает импульс, сообщая ему ускорение. Результатом является мгновенное повышение температуры облучаемой поверхности. Температура столь высока, что облучаемая ткань сгорает и испаряется.

Лазеры могут работать в непрерывном и импульсном режиме. Лазеры непрямого действия, излучение которых носит постоянный характер, приводит к сильному местному разогреву тканей. Импульсные лазеры за счет излучения, возникающего в определенный интервал времени, снижают термическую нагрузку, которая является побочным эффектом в препарировании твердых тканей зуба.

Одним из перспективных квантовых генераторов оптического диапазона для работы по эмали, дентину является: YAG:er-итрий аллюминиево-гранатовый лазер активированный эрбием, работающий в режиме свободной генерации, длиной волны 2,94 мкм, энергией 0,1–1,0 Дж, длительностью пульса 200–500 микросекунд.

Этот вид лазера работает в инфракрасном спектре излучения (длина волны равна 2,94 мкм), что является оптимальным для абсорбции волн эмалью и дентином. Эта длина волны, совпадает с главным пиком поглощения воды, поэтому, благодаря быстрой, избирательной вапоризации, происходит термически атравматическая аблация твердых тканей эмали и дентина. Поэтому кариозно-измененные ткани, содержащие больше воды, удаляются быстрее, чем менее гидратированные, здоровые эмаль и дентин. Чтобы максимально избежать термического эффекта и излишней дегидратации твердых тканей, используется воздушно-водное распыление или капельная подача воды.

Препарирование ведется бесконтактно, поэтому давление на зуб больной не ощущает, и сама процедура безболезненна – феномен обезболивания, наблюдаемый при лечении кариеса. Глубина проникновения излучения составляет 3 микрона. Стенки сформированной лазером полости имеют абразивную поверхность, за счет микровзрывов во время вапаризации.

С помощью эрбиевого лазера можно осуществлять такие манипуляции, как:

- Одонтопрепарирование под композитные пломбировочные материалы при лечении кариеса.

- Герметизация фиссур.

- Резекция верхушки корня, после эндодонтической обработки каналов.

- Профилактическая обработка внутриканального дентина с целью антисептической обработки канала.

- Поверхностная модификация эмали и дентина для улучшения адгезии пломбировочных материалов.

- Коагуляция пульпы при лечении такого осложнения, как случайно вскрытая полость зуба.

- Лечение некоторых форм пульпита методом витальной ампутации.

Конечно, область применения лазера ограничена главным образом длиной волны, которая определяет тропность излучения к облучаемой ткани.

В последнее время на рынке лазерной продукции стали появляться комплексные системы, объединяющие несколько видов лазеров. Так, установка OPUS 20 интегрирует СО2 и er:YAG лазеры, непрерывного и импульсного режима; длины волн 10,6 и 2,94 микрон, соответственно. Известно, что наибольшим признанием в хирургии мягких тканей челюстно-лицевой области, органов полости рта, включая ткани периодонта и парадонта, пользуется СО2 лазер, ведь его луч представляет собой бесконтактный, бескровный, бактерицидный «скальпель». Применение высокоэнергетического излучения СО2 лазера позволяет:

- Визуально контролировать процесс высокоточной, локальной деструкции биоткани.

- Получить гемостаз по ходу разреза.

- Обеспечить качественное и быстрое заживление.

С помощью СО2 лазера можно выполнять ряд операций, таких, как: френулотомия, френулэктомия, углубление преддверия полости рта, удаление фибром, ангиом, удаление коронки, гингивоэктомия, гингивопластика, обнажение имплантатов, коагуляция края десны, ортопедическое одонтопрепарирование, пульпотомия, периодонтальные процедуры и др. манипуляции.

Лазер, безусловно, не может полностью заменить бормашины, хотя бы только потому, что имеются определенные сложности его применения при ортопедическом одонтопрепарировании, лечении вторичного кариеса под керамическими, металлическими вкладками, где бормашина является незаменимой. Однако лазер позволяет существенно расширить, оптимизировать весь спектр стоматологических услуг, обеспечивая высокое и современное качество лечения.