Obraz fluorescencyjny w wywołanych kolorach. Światło pobudzające (655 nm) jest przefiltrowane, a podczerwone promieniowanie fluorescencyjne pokazane jest na czerwono. Normalny obraz światła odbitego leży w paśmie zielonym. Poprzez fluorescencję próchnica jest łatwo wykrywana. Zdemineralizowany obszar bruzdy nie wykazuje podwyższonej fluorescencji. Trzeba tylko znaleźć obszar o silnej fluorescencji. Dobre przenikanie czerwonego światła przyczynia się do wykrycia próchnicy głębiej położonych tkanek. To światło można wygenerować za pomocą diod lasera i łatwo wprowadzić do światłowodu. Nie rozpoznano jeszcze całkowicie pochodzenia cząsteczkowego fluorescencji próchnicy.

Obraz na rycinie 2. uzmysławia, że to nie demineralizacja prowadzi do fluorescencji, a atak bakterii. Ostatnie badania wykazały, że źródłem fluorescencji są porfiryny wytwarzane przez bakterie. Czy powstające fłuorofory biorą udział w tworzeniu sygnału wciąż pozostaje niepewne. Także złogi nazębne, np. z herbaty, powoduje emisję promieniowania fluorescencyjnego. Dzięki współpracy pomiędzy Instytutem Technologii Laserowych w Medycynie i Technikach Pomiarowych (Laser Technologies i Medicine and Measurement Technicues, ILM) oraz firmy KaVo opracowano i wprowadzono na rynek detektor próchnicy oparty na wyżej opisanych zasadach fluorescencji (DIAGNO-dent). Wykrywa on ukrytą próchnicę na powierzchni żującej, pozwala na jej klasyfikację i ułatwia podjęcie decyzji o leczeniu, umożliwia również obserwację procesu próchnicowego w czasie oraz kontrolę preparacji i oczyszczenia ubytków. Dalszy postęp w leczeniu próchnicy dotyczy jej wykrywania i oceny na powierzchniach stycznych i diagnostyki różnicowej, na przykład przy odróżnianiu próchnicy aktywnej od nieaktywnej.

Zastosowanie fluorescencji do wykrywania nie ogranicza się tylko do próchnicy. Złogi nazębne zawierając duże ilości porfiryn, również wytwarzają silny sygnał fluorescencyjny. Dlatego ta technika jest przydatna do kontroli skalingu powierzchni korzenia w periodontologii. Jako że jest to metoda wykrywania optycznego, jest szczególnie dobra możliwość połączenia jej technicznie z laserami i urządzeniami do leczenia. We wspólnym projekcie ILM i KaVo, system wykrywania fiuorescencja został połączony w jedną całość z laserem Er:YAG. Wybiórcze usuwanie złogów nazębnych lub próchnicy nawet bez kontroli wzroku jest możliwe w układzie sprzężenia zwrotnego (patrz poniżej).

ZASTOSOWANIA LASERA
1. Preparacja tkanek

Zastosowanie laserów w stomatologii prowadzi głównie do jego użycia jako narzędzia preparującego. Zainteresowanie tym. zastosowaniem zaczęło się wraz ze skonstruowaniem pierwszego lasera w 1961 roku. Jednak większość prób zawiodła z powodu towarzyszących silnych reakcji termicznych lub niedostatecznej skuteczności działania. Minęło niemal trzydzieści lat, zanim nastąpił decydujący przełom. Stało się jasne, że przy preparacji muszą być spełnione dwa warunki dotyczące promieniowania lasera: po pierwsze, wysoka absorpcja w tkankach zęba i po drugie, bardzo duża moc w trybie pracy pulsacyjnej. Laser, który spełnia oba wymagania w idealny sposób, to laser Er:AG. W przeciwieństwie do tradycyjnego wiercenia, skutki uboczne termiczne i mechaniczne są tak małe, że nie są pobudzane zakończenia nerwowe. Jak wykazały badania kliniczne i codzienna praktyka, pozwala to na prawie bezbolesną preparację. Pierwszy laser tego typ został przedstawiany w 1992 roku na Międzynarodowej Wystawie Stomatologicznej w Kolonii (KEY I, KaVo). Lasery erbowe są obecnie dostępne u różnych producentów na całym świecie. Są zatwierdzone przez amerykański Urząd ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration, FDA) do preparacji i wytrawiania (patrz poniżej). Jaka będzie przyszłość? Jakiś czas temu, zaprezentowano lasery do preparacji z ultrakrótkimi impulsami o czasie trwania mierzonymi w pikosekundach lub nawet kilkudziesięciu femtosekundach. Są one obecnie przedmiotem badań. I^asery te mają bardzo wysoką moc impulsu. Każdy pojedynczy impuls usuwa małą ilość tkanki. Przy użyciu automatycznego skanera wysokie tempo powtarzania umożliwia dokładną geometryczną preparację (ale nie w podcieniach). Niektóre pytania pozostają bez odpowiedzi, na przykład dotyczące termicznych, a w szczególności mechanicznych, skutków ubocznych, które kumulują się przy dużym tempie powtarzania. W porównaniu do laserów obecnie używanych, lasery z ultrakrótkimi impulsami są skomplikowanymi układami. Dlatego zastosowanie tej metody wciąż pozostaje problematyczne.

Dzięki możliwości uzyskania geometrycznej preparacji laser stał się narzędziem stomatologii małoinwazyjnej. Pierwsze badania nad wybiórczym usuwaniem próchnicy wykonano kilka lat temu. Efekt osiąga się przez dobór odpowiedniej długości fali, przy której absorpcja w próchnicowo zmienionej tkance jest większa niż w zdrowej tkance. W zakresie fal bliskiego ultrafioletu, jest tak na przykład podczas emisji przez laser aleksandrycki długości fali o podwojonej częstotliwości (577 nanometrów). Preparacja jest ograniczona do odpowiedniego obszaru — poprzez wybieranie gęstości energii absorbującej silniej masy próchnicowe, a nie zdrową tkanką. Ograniczanie energii impulsu poniżej wartości progowej usunięcia zębiny nieuchronnie zmniejsza tempo preparacji.

W urządzeniu do wybiórczej preparacji można też zastosować kombinację lasera Er:YAG skutecznie usuwającego tkanki z detekcją fluorescencyjną opisaną powyżej. Kiedy system sprzężenia zwrotnego jest aktywny, laser emituje wiązkę tylko wówczas, kiedy obecna jest próchnica. System do usuwania próchnicy podminowującej tkanki za pomocą lasera Er:YAG w sposób oszczędzający tkankę (laser KEY ze zintegrowanym systemem fluorescencyjnego sprzężenia zwrotnego, KaVo) jest w obecnej chwili w zaawansowanym stadium. Nowe zastosowania zostały zilustrowane na rycinie 3. Po wykryciu i decyzji o leczeniu za pomocą DTAGNOdentu, zaatakowana część bruzdy jest otwierana za pomocą bardzo małego wiertła diamentowego. Przez szczelinę wprowadza się cienką końcówkę światłowodu. Promieniowanie lasera Er:YAG do usuwania próchnicy i czerwone światło do pobudzenia fluorescencji przechodzą równocześnie przez końcówkę do ubytku. Promieniowanie fluorescencyjne wytwarzane przez próchnicę jest rejestrowane. Zastosowanie fluorescenci i jako sygnału do sprzężenia zwrotnego umożliwia wybiórcze usunięcie próchnicy bez kontroli wzrokiem. Specjalne światłowody emitujące boczne promieniowanie pozwalają na dalsze oczyszczanie ubytku poprzez "chirurgiczną dziurkę od klucza". W ten sposób można usunąć próchnicę podminowującą, chroniąc zdrowe szkliwo. Pozwala to na oszczędzenie naturalnej powierzchni żującej.

Ryc. 3

Ilustracja nieinwazyjnego leczenia próchnicy podminowującej za pomocą lasera Er:YAG z fluorcśceniyjnym systemem sprzężenia zwrotnego. Światło pobudzające, wykryte promieniowanie fluorescencyjne oraz impulsy lasera Er:YAG są przesyłane jednocześnie poprzez światłowód. Po lewej: głęboka preparacja z kontrolą sprzężenia zwrotnego; w środku: rozszerzenie preparacji poprzez boczną emiyę promieniowania ze światłowodu, także pod kontrolą sprzężenia zwrotnego: po prawej: wybiórcze usunięcie próchnicy przy minimalnej utracie tkanki

Ryc. 4

Profil temperatury w szkliwie po impulsie lasera En:YAG nie powodującego usunięcia tkanki. Bardzo wysokie temperatury osiągane są na powierzchni przez krótki czas. To pozwala na sterylizację lub modyfikacje struktury bez osłabiania tkanki leżącej głębiej.

2. Polimeryzacja wypełnień, wytrawianie

Niektóre lasery stworzono do preparacji, zakładania i wykańczania wypełnień kompozytowych. W ten sposób, laser EnYag może być stosowany nie tylko do opracowania ubytku. Przy niższej mocy jest on alternatywą dla kwasu albo w połączeniu z nim, pomaga przygotowywać brzegi ubytku lub bruzdy podczas ich lakowania. W dodatku jest bardzo skuteczny w osuszaniu powierzchni. Do szczególnie szybkiej i głębokiej polimeryzacji wypełnień używa się laserów argonowych.
Wymienione zastosowania laserów do opracowywania i wypełniania ubytków nie wyczerpują ich możliwości technologicznych. Możliwa jest także kontrolowana polimeryzacja w celu uniknięcia lub zredukowania szczeliny brzeżnej oraz przylegania materiału do powierzchni.

3. Redukcja drobnoustrojów

Drobnoustroje odgrywają ważną rolę w niemal wszystkich dziedzinach stomatologii. Aby uniknąć zbędnych powtórzeń, zostaną tutaj streszczone ogólne zasady.
Wszystkie tradycyjne lasery terapeutyczne wykazały działanie bakieriobójcze. Oprócz szczególnych przypadków omówionych poniżej, pierwotny mechanizm działania polega na przegrzaniu bakterii lub tkanek. Szybkie zmiany temperatury osiągane są w przypadku wysokiej absorpcji (laser Er:YAG albo CO2), szczególnie podczas promieniowania pochodzącego od lasera pulsacyjnego. Naświetlana powierzchnia staje się bardzo gorąca, a głębiej leżące tkanki są ledwo podgrzane (ryc. 4). Dlatego warstwy powierzchowne o grubości kilku dziesiątych milimetra mogą być niezawodnie wysterylizowane. Sytuacja jest bardziej skomplikowana przy zastosowaniu laserów ze słabą absorpcją (lasery diodowe lub Nd:YAG). Początkowo światło jest szeroko rozprowadzone w tkance do momentu, aż jej powierzchnia zostanie zwęglona wskutek absorbeji. Od tego momentu ogrzewa się głównie powierzchnia, do temperatury, która jest wystarczająca dla osiągnięcia sterylizacji. Nie jest to proces pewny z powodu zwęglania się tkanek i rozproszenia promieniowania, które wcześniej przeniknęło tkankę. W tkance miękkiej albo zębinie do zwęglenia przyczynia się bezpośrednie przyłożenie światłowodu i powierzchniowe zabrudzenie. Szkliwo składa się z bardzo małej ilości substancji organicznej i praktycznie nie ulega zwęglaniu podczas ogrzewania. Dlatego słabo absorbowalne światło w dużej mierze jest tutaj nieefektywne. Z drugiej strony, przy próchnicy wzrasta absorpcja. A zatem, przynajmniej teoretycznie, możliwa jest sterylizacja próchnicy podminowującej, nieinwazyjnie,za pomocą promieniowania laserowego. Wciąż nie jest pewne, czy możliwe jest ustalenie właściwej temperatury, wystarczającej do odparowania próchnicy, a jednocześnie chroniącej miazgę, co wiąże się z odpowiednią długością fali.
Efekt bakteriobójczy można osiągnąć nie tylko przez ogrzanie, ale i przez reakcje fotochemiczne. Tak jest w przypadku promieniowania ultrafioletowego. W powiązaniu z odpowiednimi cząsteczkami uczulającymi na światło, tzw. sensybilizatorami, możliwe jest także użycie światła widzialnego. Sensybilizatory absorbują światło i przesyłają część energii albo elektrony do sąsiednich cząsteczek, a w szczególności do tlenu. Efektem jest powstanie reaktywnych postaci tlenu (tlen atomowy, rodniki tlenu), które przy wystarczająco dużym stężeniu, prowadzą do śmierci komórki. Takimi cząsteczkami w próchnicy są porfiryny. Bakterie w masach próchnicowych można zniszczyć poprzez wystawienie próchnicy na działanie światła czerwonego. Jednakże wątpliwe jest, czy występujące stężenie porfiryn jest wystarczające, aby rzeczywiście osiągnąć skutek kliniczny. Można dodać także sensybilizatory z zewnętrz, na przykład błękit metylenowy, ale czy "terapia fotodynamiczna" (photodynamic therapy, PDT) może stać się realną opcją leczenia? Należy wątpić.

4. Endodoncja

W zasadzie opisane powyżej ustalenia mają zastosowanie do sterylizacji kanałów korzeniowych, pod warunkiem, że światło przejdzie do wnętrza preparowanego kanału korzeniowego przez cienki światłowód. Dotąd w praktyce były używane wyłącznie metody termiczne. Wcześniej używano do nich tylko lasera Nd:YAG. Przez pewien czas końcówki światłowodowe przeznaczone do endo-doncji były także dostępne w laserze Er:YAG (ryc. 5).

Ryc. 5

Końcówki światłowodu do lasera KEYdostępne dzięki współpracy pomiędzy iLM oraz KaVo po lewej: cienkie końcówki światłowodu do endodoncji oraz mikropreparacji; w środku: końcówka do terapii zapalenia około wszczepo wego; po prawej: światłowód w kształcie dłuta do periodontologu.

W endodoncji poszukuje się alternatywnych rozwiązań z użyciem lasera do preparacji kanału korzeniowego. Z jego pomocą będzie można się pozbyć kłopotliwych opiłków 1 zanieczyszczeń. Techniki te umożliwią również dokładne usunięcie zakażonej tkanki ze słabo lub w trudno dostępnych wąskich kanałów.

5. Chirurgia

Pod względem technicznym do tkanek miękkich używać można niemal wszystkich laserów. Różnych zakresów strefy koagulacji. Im wyższa absorpcja i większa moc, tym termiczne skutki uboczne są najmniejsze. Grubość pasa koagulacji wynosi około 40 mikrometrów w przypadku pulsacyjnego lasera Er:YAG, 100 do 200 um a przy fali ciągłej lasera CO2 i 500 do 400 nm w przypadku lasera diodowego i laserów Nd:YAG. Do zamknięcia naczyń włosowatych wymagany jest pas koagulacji o szerokości około 80 jam. Dlatego, głębokie nacięcia laserem Er:YAG krwawią. Z kolei, w przypadku lasera diodowego i NdrYAG, pas uszkodzenia termicznego jest znacznie większy niż wymagany do otrzymania hemostazy. Duża głębokość przenikania tych laserów może być z pożytkiem zastosowana w leczeniu naczyniaków.

Lasery CO2 stały się niemal klasycznym narzędziem w chirurgii tkanek miękkich w medycynie. Obecnie częściej do tych celów używa się laserów Er:YAG, szczególnie tam, gdzie jest ważna precyzja i ochrona tkanki. Lasery te umożliwiają także nacinanie kości, na przykład podczas resekcji wierzchołka korzenia. Aby zapewnić tak szerokie zastosowanie lasera Er:YAG w chirurgii stomatologicznej, spróbowaliśmy wzmóc efekt cieplny poprzez specjalnie zaprojektowane końcówki światłowodu. Przy częstości powtarzania impulsu 25 herców, możliwy byl pas koagulacji do szerokości 250 um (ryc. 6, 7).

Ryc. 6

Cięcie tkanek miękkich za po mocą lasera Er:YAG. Specjalna końcówka umożliwia także cięcia bez wywołania krwawienia.

Ryc. 7

Obraz histologiczny ciecia błony śluzowej laserem Er:YAG(3 W,25Hz): a) małe uszkodzenie termiczne przy zastosowaniu zwykłego płaskiego światłowodu; b) szerokość pasa koagulacji do 250 um przy zastosowaniu specjalnego światłowodu.

Poprzez wybór odpowiednich końcówek 1 parametrów lasera, cały zasięg, od rozległego usunięcia tkanek poprzez bardzo precyzyjne ich nacięcie do głębokiego cięcia bez wywołania krwawienia, obecnie można wykonywać jednym urządzeniem.

6. Implantologia

Leczenie zmian zapalnych po zainstalowaniu hnplantów stawia laserom szczególne wymagania. Oprócz usunięcia zakażonej tkanki objętej zapaleniem około-w szczepowym, jest również możliwość wysteryhzowma wszczepu bez jego uszkodzenia. Potwierdzono to, stosując laser CO2.

W laserze Er: YAG wykorzystaliśmy światłowód, który pozwala na wykonanie obu tych czynności, dzięki równoczesnej osiowej i promieniowej emisji fal (ryc. 8).

Ryc. 8

Leczenie zapalenia, około-wszczepowego za pomocą lasera Er:YAG: emisja światła ze specjalnej końcówki i na powierzchni implantu

Najpierw wszczep jest uwalniany od zakażonej tkanki i oczyszczany przez naświetlanie w kształcie spirali z jednoczesnym przepłukiwaniem wodą. Następnie ten sam światłowód może być użyty do sterylizacji gwintu-wszczepu przez napromieniowanie. Powierzch nia wszczepu pozostaje nieuszkodzona.

7. Periodontologia

Wskazaniem do zastosowania laserów w periodontologii jest usuwanie złogów nazębnych, drobnoustrojów w kieszonkach przyzębnych i kiretaż. Usuwanie tkanek miękkich i niszczenie drobnoustrojów odbywa się według zasad opisywanych powyżej i możliwe jest w bardziej lub mniej łagodny sposób. Uzyskuje się to poprzez zastosowanie różnych metod. Usuwanie złogów leżących głębiej stawia dodatkowe wymagania. Należy unikać termicznej martwicy cementu korzeniowego, ponieważ uniemożliwia ona ponowne przyleganie fibroblastów dziąsła. Dlatego do tego zadania nie są właściwe lasery diodowe, Nd:YAG i CO2- Obecnie w praktyce używa się tylko laserów Er:YAG. Końcówka w kształcie dłuta (ryc. 5) pozwala na dokładną aplikację poddziąsłową i pozostawia względnie gładkie powierzchnie. Tak jak w przypadku próchnicy, również złogi nazębne można usuwać wybiórczo. Ostatnio przetestowano podczas eksperymentów na zwierzętach zastosowanie lasera aleksandryckiego o podwojonej częstotliwości. Do klinicznego zastosowania dostępny jest opisany powyżej system sprzężenia zwrotnego, opartego na fluorescencji pobudzanej światłem czerwonym. Rycina 9 przedstawia skaling powierzchni korzenia za pomocą nowego lasera KEY (KaVo).

Ryc. 8

Usuwanie złogów nazębnycb za pomocą lasera Er: YAG ze sprzężeniem zwrotnym (laserKEY, KaPb): a) sytuacja początkowa; b) całkowite i wybiórcze usunięcie środkowej części złogu przy zastosowaniu sprzężenia zwrotnego.

Najpierw światło pobudzające fluorescencję jest kierowane na powierzchnię korzenia poprzez końcówkę w kształcie dłuta, a następnie jest rejestrowane wytworzone światło fluorescencyjne. Zdrowy cement,podobnie jak zębina czy szkliwo, nie fluoryzuje pod wpływem pobudzenia światłem czerwonym. Natomiast złogi nazębne fluoryzują bardzo silnie. Laser Er:YAG jest aktywowany, jeśli sygnał fluorescencyjny jest powyżej ustawionego progu i jeśli w tym samym czasie naciśnięty zostanie pedał nożny. Laser wytwarza impulsy o określonej częstości powtarzania tak długo, jak wykrywane jest promieniowanie fluorescencyjne. Gdy złogi zostaną usunięte, laser automatycznie przestaje pracować. W wyniku ciągłych pomia rów fluorescencji, podczas przesuwania dłutem wokół korzenia złogi są wykrywane i automatycznie usuwane. Dzięki sprzężeniu zwrotnemu, mogą one być całkowicie usunięte bez kontroli wzrokiem i nie naruszając cementu korzeniowego.

8. Profilaktyka próchnicy

Gdyby próchnica nie atakowała twardych tkanek zębów, wiele z omówionych zabiegów nie byłoby potrzebnych. Lasery pomagają także w profilaktyce próchnicy. Odkryto, że rozpuszczalność szkliwa pod wpływem kwasu zmniejsza się w wyniku krótkiego ogrzania do kilkuset stopni. Jako prawdopodobny powód podano wyparcie węglanów i/lub zmiany na poziomie mikrokryształów. Uzyskanie odpowiednich profili temperatury, czyli bardzo wysokich temperatur na powierzchni i w tym samym czasie niewielkiego ogrzania miazgi o nie więcej niż kilka stopni, możliwe jest przy zastosowaniu promieniowania lasera pulsacyjnego (ryc. 4).
Warunkiem wstępnym jest silna absorpcja światła w szkliwie. Odpowiednie do tych procedur są lasery pulsacyjne CO2 (9,6 um) oraz lasery erbowe (Er:YAG i Er:YSGG).
Prowadzone badania mają na celu określenie zakresu, w którym można zwiększyć oporność na kwasy. Gdyby udało się utrzymać w tym zakresie takie pH, w którym zachodzi równowaga pomiędzy demineralizacj ą a reminerali-zacją tak, by kwasowe produkty metaboliczne bakterii nie powodowałyby jego przekroczenia, osiągniętoby trwałą ochronę przed próchnicą. Z pewnością jest to interesujący cel.

WNIOSKI

Początki zastosowania laserów w stomatologii w Niemczech prawie 10 lat temu były niefortunne. Powstały wówczas wyolbrzymione i naukowo nieuzasadnione stwierdzenia dotyczące laserów Nd:YAG. W kilku przypadkach rozpowszechniła się ich zła renoma. Teraz wiele z tych zastrzeżeń zostało wyjaśnione. Powstały nowe możliwości zastosowania laserów. Jeden laser nie wykona wszystkiego, rozwój coraz większej liczby zastosowań zwiększa zróżnicowanie poszczególnych laserów. Lasery w praktyce dentystycznej wciąż uważane są za coś nadzwyczajnego. Jednakże to, co do dziś osiągnięto, i to, co jest możliwe "w przyszłości, pokazuje, że pewnego dnia laser stanie się stałą częścią wyposażenia nowoczesnej praktyki.