Автореферат и диссертация по медицине (14.01.14) на тему:Применение микросекундного ND:YAG лазера в реставрационной стоматологии

На правах рукописи

БАЕВ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСЕКУНДНОГО ^¡УАв ЛАЗЕРА В РЕСТАВРАЦИОННОЙ СТОМАТОЛОГИИ

14.01.14 - «Стоматология» (медицинские науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

1 5 И!0Л 2015

005570578

Москва-2015

005570578

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова» Министерства Здравоохранения Российской Федерации

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук, профессор Дубова Любовь Валерьевна

Научный консультант:

Член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, профессор Конов Виталий Иванович Официальные оппоненты:

Рисованная Ольга Николаевна - доктор медицинских наук, профессор (ГБОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет» Минздрава России, кафедра стоматологии факультета повышения квалификации и переподготовки специалистов).

Гажва Светлана Иосифовна - доктор медицинских наук, профессор (ГБОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия» Минздрава России, заведующая кафедрой стоматологии факультета повышения квалификации врачей).

Ведущее учреждение: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Защита состоится " 2015 г. в "_" часов на заседании

диссертационного совета 208.041.03 при ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России по адресу: 127006 Москва ул. Долгоруковская, д.4. Почтовый адрес: 127473 Москва, ул. Делегатская, д. 20/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Министерства здравоохранения Российской Федерации (127206 Москва, ул. Вучетича, д. 10а).

Автореферат разослан_

2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор медицинский наук, профессор Гиоева Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Развитие медицины в XXI веке ознаменовалось широким распространением лазерных технологий в сферах как терапевтического, так и хирургического профиля, подняв на новый, более высокий уровень качество лечения заболеваний (Гейниц A.B., Цыганова Т.И., 2009).

Медицина стала одной из первых областей, в которых лазеры нашли практическое применение. Прогресс лазерных медицинских технологий и лазерной медицинской аппаратуры явился результатом тесного сотрудничества инженеров, физиков и врачей (Чернеховская Н.Е. с соавт., 2011).

Были открыты уникальные свойства лазерного луча для обширного использования в различных областях медицины: хирургии, терапии, стоматологии и др. Исторически сложилось, что в раскрытии механизмов биологического действия лазерного луча первенство принадлежит отечественным ученым, в частности, исследования действия лазеров для применения в стоматологии начали проводиться уже в 1964 г. (Прохончуков A.A., Жижина H.A., 1986).

За последние 20 лет механизмы взаимодействия лазерного излучения с биотканями в различных аспектах изучены и уточнены. Фотобиологические эффекты зависят от параметров лазерного излучения: длины волны, выходной мощности и плотности её потока, времени воздействия на биоткани. Большое значение имеют также и физические характеристики самих облучаемых тканей, в частности, степень поглощения и отражения лазерного света (Виноградов А.Б., 2004).

В практической стоматологии наиболее важной задачей является селективное удаление биологического-небиологического, которое сочетается с доставкой лазерного излучения к области воздействия по волокну. В этом случае, излучение ближнего ИК диапазона Nd:YAG лазера (длина волны 1064 нм) представляется наиболее подходящим, так как оно, благодаря низкому коэффициенту поглощения, малоэффективно для удаления биологических тканей, таких как эмаль, дентин, кость, а также мягких тканей десны. Напротив, большинство небиологических материалов (металлы, керамика, композитные материалы и др.) хорошо поглощают излучение с длиной волны 1064 нм, и как следствие, достигается их эффективное удаление. Применение лазерного излучения для удаления стоматологических материалов

обеспечивает снижение риска повреждений зубных тканей, уменьшение болезненных ощущений и вероятности возникновения аллергических реакций из-за отсутствия необходимости проведения анестезии (Siniaeva M.L., et al., 2009).

Дальнейшее развитие методик удаления с помощью микросекундного импульсного лазера Nd:YAG стоматологических реставраций, изготовленных из полимерных, композитных, керамических и металлических материалов может внести существенный вклад в расширение возможностей оказания стоматологической помощи.

Степень разработанности темы

При воздействии традиционными вращающимися абразивными инструментами для удаления реставраций зубов из различных стоматологических материалов и распиливания ортопедических конструкций неизбежно происходит повреждение интактных тканевых структур. Возникла идея разработать лазер с особыми свойствами, который мог бы селективно удалять только стоматологические материалы, не повреждая структуры зуба.

Излучение Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм обладает низким коэффициентом поглощения в биологических тканях (Cheong W.F., Prahl S.A., Welch A.J., 1990; Jacques S.L., Prahl S. A., 1998; Jacques, S.L., Patterson M., 2004), при этом активно используется в технологии формирования микроструктур на поверхности конденсированных сред (Широканов А.Д., Янковский А.А., 1986; Garnov S.V., et al., 2004; Toker G., et al., 2009).

В работе (Siniaeva M.L., et al., 2009), проведённой в 2009 году, изучали действие импульсного излучения микросекундного Nd:YAG лазера на материалы, применяемые в стоматологической практике (керамика, сплавы металлов и композитные материалы). В ходе испытания выявили порог абляции материалов, а также значения глубины кратера, образовавшегося при значениях плотности энергии выше порога абляции за 1 импульс. В рамках данного исследования определяли порог абляции твёрдых тканей зубов (эмаль, дентин) за 1 импульс. Использовали излучение с плотностью энергии от 10 до 350 Дж/см2. В ходе испытаний было показано, что порог абляции стоматологических материалов значительно ниже (30 Дж/см2), чем порог абляции твёрдых тканей зубов (200 Дж/см2 для дентина и 300 Дж/см2 для эмали). Погрешности при проведении данных исследований были минимальны, так как испытания были проведены в условиях, максимально приближенных к

идеальным. Использовалась полированная гладкая поверхность материалов, малая частота следования импульсов 1 Гц и отсутствовал человеческий фактор при работе с волокном.

Однако недостаточно изучены вопросы, касающиеся длительности абляции микросекундным Ш:УАв лазером различных реставрационных и конструкционных материалов мультиимпульсным излучением при плотности энергии, необходимой для высокой эффективности удаления материалов.

В литературных источниках мало работ, посвященных влиянию микросекундного Ш:УАО лазера на твёрдые ткани (эмаль и дентин), а также отсутствуют сведения по воздействию излучения на пульпу зуба с частотой следования импульсов и плотностью энергии, необходимой для эффективного удаления стоматологических материалов. Нет данных по опосредованному влиянию температуры на пульпу зуба при лазерной абляции микросекундным ЫсЬУАв лазером реставрационных и конструкционных материалов.

Поэтому дальнейшее обоснование применения микросекундного ЫскУАв лазера в стоматологии, в частности выбор режимов для эффективного удаления различных стоматологических реставрационных материалов без повреждения тканевых структур зуба, является актуальным и важным для науки и практики.

Цель исследования Повышение эффективности стоматологического лечения путём использования микросекундного Ыс1:УАО лазера.

Задачи диссертационной работы

1) Оценить эффективность абляции разных стоматологических реставрационных материалов при различных режимах микросекундного Ыс1:УАО лазера.

2) Определить в эксперименте изменение температуры в полости зуба при воздействии на коронку зуба микросекундным Ы±УАО лазером.

3) Исследовать реакцию пульпы зубов лабораторных животных после применения микросекундного Ш:УАО лазера в режимах удаления стоматологических реставрационных материалов.

4) Изучить поверхность эмали и дентина зубов после воздействия излучения микросекундного Ыс1:УАС лазера.

Научная новизна исследования Получены новые данные об эффективности удаления различных стоматологических реставрационных материалов и ортопедических

конструкций с помощью микросекундного Ыс1:УАО лазера мощностью от 1 до 4 Вт, при плотности энергии 60 Дж/см2, с волоконной доставкой излучения.

Выявлены факторы, влияющие на скорость лазерной абляции реставраций зубов и зубных протезов из различных реставрационных и конструкционных материалов.

В эксперименте на удалённых зубах с расположенной внутри термопарой показано, что воздействие микросекундного Ыс1:УАС лазера с волоконной доставкой излучения с плотностью энергии 60 Дж/см2 при струйном водяном охлаждении (200 мл/мин) не происходит повышения температуры в полости зуба.

В эксперименте на животных подтверждена возможность предупреждения патологического воздействия на пульпу зуба микросекундного Ыс1:УАО лазера с волоконной доставкой излучения с плотностью энергии 60 Дж/см2 при эффективном водяном охлаждении: струйном охлаждении (200 мл/мин) при удалении зубных реставраций из композитного материала и аэрозольном охлаждении (40 мл/мин) при удалении стоматологических металлических ортопедических конструкций.

Убедительно доказана возможность селективного удаления различных стоматологических реставрационных и конструкционных материалов с поверхности твёрдых тканей коронок зубов без повреждения структур зуба.

Установлено, что воздействие в течение 1 мин микросекундным Ыс1:УАО лазером с волоконной доставкой излучения с плотностью энергии 60 Дж/см2 при использовании струйного водяного охлаждения не оказывает патологического эффекта на эмаль и дентин зубов.

Теоретическая и практическая значимость работы - Установлена минимальная плотность энергии излучения импульса микросекундного Ж:УАО лазера, необходимая для абляции стоматологических материалов толщиной > 2 мм. В ходе практических испытаний по абляции реставрационных и конструкционных материалов на удалённых зубах, определена эффективность удаления стоматологических материалов микросекундным Ыс1:УАО лазером мощностью от 1 до 4 Вт. Сформулированы факторы, способствующие снижению скорости абляции реставраций зубов и зубных протезов из различных реставрационных и конструкционных материалов микросекундным Ыс1:УАО лазером по

сравнению с математическими расчётами скорости абляции материалов в идеальных условиях.

- Разработан и реализован на практике способ и устройство для экспериментального изучения температуры в пульповой камере при внешнем лазерном воздействии на коронку зуба. В ходе многочисленных испытаний на удалённых зубах, с помощью термопары выявлены максимальные параметры изменения температуры в полости зуба при абляции микросекундным Nd:YAG лазером реставрационных материалов со струйным охлаждением.

- На основании гистологических исследований пульпы зубов лабораторных животных после абляции реставраций из различных стоматологических материалов микросекундным Nd:YAG лазером, определен тип водяного охлаждения, способный предотвратить патологическое воздействие излучения на пульпу зуба: струйное охлаждение (200 мл/мин) при абляции композитного материала и аэрозольное охлаждение (40 мл/мин) при абляции стоматологических металлических ортопедических конструкций.

- Даны рекомендации по типу охлаждения, необходимого для использования в стоматологической практике.

- Представлены данные электронной микроскопии, доказывающие отсутствие повреждающего эффекта воздействия лазерным излучением микросекундного Nd:YAG лазера с волоконной доставкой излучения с плотностью энергии 60 Дж/см2 на эмаль и дентин зуба при экспозиции 1 мин.

- Сформулированы методические подходы в работе с микросекундным Nd:YAG лазером с волоконной доставкой излучения для удаления реставраций из различных стоматологических материалов без повреждения твёрдых тканей и пульпы зуба.

Методология и методы исследования

Выполненная работа является комплексным лабораторно-экспериментальным исследованием, связанным с выяснением механизмов воздействия микросекундного Nd:YAG лазера с волоконной доставкой излучения на тканевые структуры зуба in vitro и in vivo.

В работе использованы следующие лабораторные и экспериментальные методы:

- Математические расчёты времени лазерной абляции стоматологических реставрационных и зубопротезных материалов.

- Эксперимент in vitro по определению времени абляции при разных режимах лазерного излучения.

- Эксперимент in vitro по изучению температуры в полости зуба при лазерном воздействии на лабораторно изготовленном стенде.

- Эксперимент in vitro по оценке воздействия лазерного излучения на эмаль и дентин зуба.

- Эксперимент in vivo на резцах у экспериментальных животных (кролики породы Шиншилла) по изучению реакции пульпы на лазерную абляцию композитных реставраций и металлических зубных протезов.

В работе применены морфологические методы исследования: гистологический и сканирующая электронная микроскопия. Для обработки полученных результатов использован статистический метод с использованием программ Statistica 6.0. и Microsoft Office Excel.

Положения, выносимые на защиту

1. Применение микросекундного Nd:YAG лазера в стоматологии позволяет селективно проводить абляцию реставраций и зубных протезов без повреждения структур зуба.

2. Разработаны режимы эффективного удаления пломб и зубных протезов из различных материалов с помощью микросекундного Nd:YAG лазера.

3. Абляция реставраций стоматологических материалов с использованием микросекундного Nd:YAG лазера с волоконной доставкой излучения при адекватном водяном охлаждении не вызывает повышения температуры в полости зуба и не оказывает повреждающего эффекта на морфологические структуры пульпы зуба.

4. Результаты электронной микроскопии свидетельствуют об отсутствии повреждающего действия микросекундного Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм, с волоконной доставкой излучения, с плотностью энергии 60 Дж/см2 с экспозицией в 1 минуту при использовании струйного водяного охлаждения на структуру эмали и дентин.

Степень достоверности и апробация результатов Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается достаточным объёмом лабораторно-экспериментальных исследований и современной статистической обработкой полученных данных. Апробация работы Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на 5 научных конференциях, совместном заседании сотрудников

кафедры комплексного зубопротезирования, кафедры гнатологии и функциональной диагностики, кафедры пропедевтической стоматологии и материаловедения, лаборатории материаловедения НИМСИ при ГБОУ ВПО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России (2014 г.), получили отражение в 6 научных публикациях за период 2011-2015 годов, 4 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Диссертация оформлена в соответствии с ГОСТ Р 7.0.11 -2011.

Основное содержание работы Эксперименты с использованием лазерного излучения были проведены на опытной установке Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 1 мкс, с волоконной доставкой излучения с помощью кварцевого оптоволокна диаметром 300 мкм, в институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН в лаборатории лазерной оптики поверхности.

Согласно предыдущим исследованиям (Siniaeva М. L., et al., 2009.), плотность энергии, необходимая для абляции стоматологических материалов в идеальных условиях за 1 импульс составляет 30 Дж/см2.

Проведя пробные эксперименты по лазерной абляции стоматологических материалов, мы установили эффект, названный нами «эффект запирания», в результате которого волокно застревает в толще материала. Опытным путём после серии экспериментов совместно с научным сотрудником лаборатории лазерной оптики поверхности ИОФ им. A.M. Прохорова РАН Синявским М.Н. мы определили минимальную плотность энергии (Es) 60 Дж/см2, необходимую для прохождения волокна без эффекта запирания на глубину > 2 мм. Эта плотность энергии (60 Дж/см2) применялась нами в дальнейших исследованиях. В лабораторных и экспериментальных исследованиях in vitro были использованы:

1) 67 специально подготовленных удалённых зубов.

2) 18 композитных реставраций из:

- композитного материала «Evicrol» (SpofaDent - Чехия) общим числом 4;

- композитного материала «Призмафил»(СтомаДент — Россия) общим числом 4;

- композитного материала «Herculite XRV» (Kerr - Германия) общим числом 4;

- композитного материала «Filtek Z 250» (ЗМ ESPE - США) общим числом 6.

3) 6 пломб из стеклоиономерного цемента «Fuji I» (GC — Япония);

4) 39 зубных коронок:

- 13 металлокерамических коронок (кобальт-хромовый сплав «d.SIGN 30», керамика «IPS Classic» фирмы Ivoclar Vivadent — Лихтенштейн);

- 4 коронки из диоксида циркония, стабилизированного иттрием (Блоки «inCoris ZI» фирмы Sirona-Германия);

- 9 коронок из лейцитной стеклокерамики («IPS Empress» фирмы Ivoclar Vivadent — Лихтенштейн);

- 13 штампованных коронок (нержавеющая сталь марки 1Х18Н9Т).

В эксперименте in vivo изучали реакцию пульпы резцов верхней и нижней челюстей 5 кроликов породы Шиншилла. На зубы нижней челюсти без препарирования были фиксированы штампованные коронки (нержавеющая сталь марки 1Х18Н9Т) общим числом 10. На вестибулярной поверхности зубов верхней челюсти были изготовлены 10 композитных реставраций из материала Filtek Z 250 (ЗМ ESPE - США).

Стоматологические ортопедические конструкции были изготовлены по традиционной методике в зуботехнической лаборатории «Центра стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» МГМСУ им. А.И. Евдокимова.

При изучении скорости абляции стоматологических материалов использовалась опытная лазерная установка с мощностью излучения от 1 Вт до 4 Вт.

На 10 удалённых зубах были изготовлены 12 ортопедических конструкций и 12 композитных реставраций.

На каждый препарированный зуб изготавливали по 2 ортопедические конструкции (2 зуба - 4 металлокерамические коронки, 2 зуба -4 штампованные коронки, 2 зуба - 4 коронки из диоксида циркония, стабилизированного иттрием). В каждой изготовленной конструкции лазерным излучением создавали по 2 отверстия:

-«вручную» (волокно фиксировали внутри наконечника для удобства удержания в руке при абляции);

- «стационарно» (волокно закреплялось на подвижной платформе).

В 6 коронках, фиксированных на зубах с помощью цемента Fuji I (GC -Япония), лазерным излучением создавали отверстие до контакта волокна с твёрдыми тканями зуба. В 6 коронках, не фиксированных на зубах, создавали сквозные отверстия.

На 4 зубах было изготовлено 12 реставраций. Нами были сформированы по 3 полости глубиной 1 мм и диаметром 2 мм, которые заполняли композитными материалами Evicrol, Призмафил, Herculite XRV.

Абляцию лазером реставрационных и конструкционных материалов проводили со струйным водяным охлаждением 200 мл/мин.

Определяли время создания отверстия в зубных коронках и полного удаление композитных реставраций из сформированной полости излучением микросекундного Nd:YAG лазера.

Нами проведены математические расчёты времени абляции материала необходимого для создания отверстия в ортопедических конструкциях и удаления композитных реставраций из сформированной полости при плотности энергии 60 Дж/см2 и диаметре волокна 300 мкм. Расчёты основывались на данных практических испытаний, проведённых в институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН (Siniaeva М. L. et al., 2009.), в ходе которых определялась глубина абляции в реставрационных и конструкционных материалах (h) излучением микросекундного Nd:YAG лазера в идеальных условиях за 1 импульс.

Значения времени абляции материалов в эксперименте были сопоставлены с данными математических расчётов (таблица 1)

Таблица 1

Время абляции реставрационных и конструкционных материалов на основании расчётных данных и средних значений, определённых экспериментальным путём

Стоматологические материалы

Объём удаляемого материла

Полевошпатная керамика и

-2 з

КХС (металлокерамическая ¡q 5 х jq мм коронка)

Нержавеющая сталь (штампованная коронка)

Диоксид циркония Композитный материал

-2 3

2,1х 10 мм

-2 3

7,1 х 10 мм

3.14 мм

Расчётные данные по времени удаления материалов (Т-еек) Средние значения времени удаления материалов на практике (T-еек)

1 Вт 4 Вт 1 Вт 4 Вт

17,2 4,4 37,25 ± 2,72 10,88 ± 1,35

2 0,5 6,63 ±2,19 1,88 ±0,40

Нет данных Нет данных 95,25 ± 7,62 26,75 ± 2,72

62 15,5 101,17 ±9,12 31,50 ± 1,47

В результате эксперимента по определению времени абляции металлокерамических, штампованных коронок и композитных материалов, полученные нами данные оказались больше расчётных:

- при абляции металлокерамических коронок в 2,2-2,5 раза;

- при абляции штампованных коронок в 3,3-3,8 раза;

- при абляции композитного материала в 1,6-2 раза.

Разница в показателях времени удаления материалов ортопедических конструкций и композитных материалов объясняется тем, что область нагрева у композитных материалов локализуется внутри образца, за счёт относительно высокой прозрачности и неоднородности структуры, в отличие от однородной кристаллической структуры металлов и керамики, где область нагрева локализуется на поверхности. В результате мы наблюдали удаление неравнозначных участков частиц композитного материала, и соответственно, скорость абляции значительно большую, чем при удалении стоматологической керамики или сплавов металлов.

Потеря производительности при работе в «ручном» режиме по сравнению с расчётными данными происходит за счёт:

- естественного тремора рук при напряжённой работе с лазерным волокном;

- касания волокном материала не всей площадью торцевой части, в результате чего образуется разное расстояние от источника лазерного излучения до аблируемого материала;

- возможной в процессе абляции деформации поверхности торца волокна, что приводит к рассеиванию потока энергии и, следовательно снижению скорости абляции;

- необходимости после удаления одного участка материала, перемещать волокно и искать другое положение для плотного контакта торца волокна с аблируемой поверхностью;

- нарушения видимости в зоне соприкосновения волокна с поверхностью' материалов за счёт плазменного факела, возникающего при абляции.

- отсутствия навыков и достаточного практического опыта работы с лазером и индивидуальных качеств оператора.

При «ручном» и «стационарном» способе абляции мы не выявили разницы в показателях скорости удаления материалов, так как при «стационарном»

способе исключается «человеческий фактор», но увеличивается плазменная экранировка лазерного излучения при испарении мишени.

Следующей задачей нашей работы явилось изучение теплового воздействия микросекундного Nd:YAG лазера на полость зуба при абляции композитного материала, стеклоиономерного цемента и различных конструкционных материалов с поверхности удалённых интактных зубов (39 шт.), которое мы проводили при минимальной (1 Вт), максимальной (4 Вт) и промежуточной (2 Вт) мощностях излучения. Для измерения температуры в коронковой части зуба использовали термопару K-типа, помещённую через апикальное отверстие в пульповую камеру.

На вестибулярной поверхности 12 удалённых зубов проводили препарирование твёрдых тканей, оставляя минимальное расстояние до пульповой камеры в пределах 0,2-0,3 мм, которое оценивали на визиографе с помощью микрометра.

Для замещения дефектов твёрдых тканей были изготовлены:

- 6 реставраций из композитного материала Filtek Z 250 (ЗМ ESPE- США);

- 6 пломб из стеклоиономерного цемента Fuji I (GC-Япония).

Препарировали 27 зубов для изготовления стоматологических ортопедических конструкций (9 штампованных коронок, 9 металлокерамических коронок, 9 безметалловых коронок). Металлокерамические и штампованные коронки фиксировали на зубах с помощью стеклоиономерного цемента Fuji I (GC-Япония), безметалловые коронки - с помощью цемента двойного отверждения NX3 (Кегг-Германия).

Нами разработано устройство для экспериментального изучения изменения температуры в пульповой камере удалённого зуба человека при внешнем лазерном воздействии на коронку зуба. Сущность аппарата заключается в поддержании температуры внутри полости удалённого зуба приближенной к естественной температуре в пульповой камере 37±1 °С.

Абляцию реставрационных и конструкционных материалов микросекундным Nd:YAG лазером при плотности энергии 60 Дж/см2 проводили при струйном водяном охлаждении 200 мл/мин.

Конечную температуру в полости зуба определяли в момент приведения системы в состояние термодинамического равновесия между температурой в

полости зуба, охлаждающей жидкостью и температурой нагрева материала при абляции.

Разница потенциалов, возникающая между спаями термопары, преобразовывалась в цифровые значения температуры с помощью мультиметра Mastech MY64 (Гонконг), от которого результаты выводились в виде графиков на монитор компьютера с временной частотой 1 секунда и сохранялись в программе Microsoft Excel.

В ходе эксперимента струйное водяное охлаждение показало свою эффективность для компенсации термического опосредованного воздействия лазерного излучения при абляции стоматологических материалов на полость зуба. Теплосъём фокальной поверхности струйным водяным охлаждением (200 мл/мин) температурой 20 °С при абляции стоматологических материалов независимо от интенсивности воздействия (в диапазоне мощности излучения от 1 до 4 Вт), вида конструкционного и реставрационного материала способствовал общему понижению температуры внутри пультовой камеры в сравнении с начальной температурой 37±1 °С (таблица 2,3).

Таблица 2

Конечная температура в полости зуба при абляции СИЦ и композитного материала, разность между начальной и конечной температурой (At), °С

1 Вт

2 Вт

4 Вт

27-28 (At=9-10±l) 32-33 (At=4-5±1) 35-36 (At=l-2±1)

27-28 (At=9-10±l) 32-33 (At=4-5±1) 35-36 (At=l-2±1)

Таблица 3

Конечная температура в полости зуба при абляции штампованных, металлокерамических и безметалловых коронок, разность между начальной и конечной температурой (АЦ, °С

Конечная температура при абляции штампованных коронок. At-рашица температур ("С) Конечная температура при абляцнн металлокерамических коринок, At-разнииа температур (йС) Конечная температура при абляции безметалловых коронок. Л(-рязница температур ("С)

Верхн. 1/3 Экватор Прише-ечная область Верхн 1/3 Экватор Прише-ечная область Верхн 1/3 Экватор Прише-ечная область

25-26 At=U-12±l 25-26 11-12*1 25-26 Д£=11-12±1 25-26 Д*=11-12±1 25-26 At=ll-I2±l 26-27 Д*=10-11±1 25-26 Üt=ll-I2±l 26-27 Ûî=l0-ll±l 26-27

25-26 At=ll-12±l 26-27 Д t= 10-11±1 27-28 At=9-10±l 27-28 At=9-10±l 28-29 At=8-9±1 29-30 At=7-8±1 26-27 At=10-ll±l 29-30 Д1=7-8±1 30-31 Д1=б-7±1

30-31 At=6-7±1 31-32 At=5-6±1 33-34 At=3-4±1 30-31 At=6-7± ] 32-33 At=4-5±! 32-33 At=4-5±1 31-32 At=5-6±1 33-34 At=3-4±1 34-35 At=2-3±1

Третьим этапом диссертационной работы было экспериментальное исследование реакции пульпы зубов кроликов (in vivo) после применения микросекундного Nd:YAG лазера при мощности излучения 4 Вт.

В лаборатории лазерной оптики поверхности института общей физики им. А.М.Прохорова РАН нами под общей анестезией раствором Золетила 100 (Virbac Santé Animale - Франция) (5 мл/кг массы тела) 5 кроликам породы Шиншилла на 10 резцов нижней челюсти припасовывали и фиксировали с помощью стеклоиономерного цемента Fuji I (GC-Япония) 10 штампованных коронок из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, на вестибулярную поверхность 10 резцов верхней челюсти изготавливали композитные виниры толщиной 0,3-0,5 мм из материала Filtek Z 250 (ЗМ ESPE-США).

С помощью лазера проводили полное удаление композитных виниров с поверхности зубов (группа 3.1) и разрезание штампованных коронок от пришеечной области до режущего края зубов (группа 3.2). Зубы правой стороны обеих челюстей обрабатывали лазером при струйном водяном охлаждении 200 мл/мин, а зубы левой стороны с водно-воздушным (аэрозольным) охлаждением 40 мл/мин.

Животных выводили из эксперимента на 1 (через 2 часа после эксперимента), 3, 7, 14, 28 сутки в соответствии с принципами гуманного обращения с животными, путём трёхкратного увеличения дозы общего анестетика Золетила 100 . Зубы (резцы в/ч и н/ч) выпиливали алмазным диском при водяном охлаждении и скорости вращения 15000-20000 об/мин с участками кости ниже уровня шеек зубов на 2-3 мм, декальцинировали в ЭДТА в течение 1,5-2-х мес. Гистологические препараты изучали и фотографировали с помощью микроскопа «Leika DM LB» (Germany). В качестве зубов группы контроля мы использовали 10 малых резцов верхней челюсти, на которые не воздействовали излучением лазера.

В группе экспериментальных животных, у которых воздействие Nd:YAG лазера сопровождалось водно-воздушным охлаждением (аэрозольным), во все

Рис. 1. Пульпа резца верхней челюсти кролика на 1-ые сутки после воздействия Ж:УАО лазером с аэрозольным водяным охлаждением. Окр.: гематоксилином и эозином. Ув.: х 250

Мы установили, что в группе экспериментальных животных при абляции Ыё:УАО лазером штампованных коронок со струйным охлаждением наблюдаются морфологические признаки воспалительной реакции в пульпе зубов на 1 (через 2 часа), 3,7 сутки.

На 1 сутки в пульпе зубов наблюдались признаки острой воспалительной реакции: гиперемия и отек. Полнокровие сосудов микроциркуляторного русла, сладжи эритроцитов в просвете венул, в тоже время расширенные просветы

сосудов лимфатического русла являются проявлением компенсаторного процесса, направленного на удаление отечной жидкости. Отмечаются дистрофические изменения: пикноз и перемещение ядер одонтобластов к апикальному полюсу, вакуолизация и гибель части одонтобластов.

На 3-й сутки в пульпе зубов ещё сохраняются дистрофические изменения одонтобластов. Над одонтобластическим слоем отсутствовал слой предентина, что свидетельствует о нарушении синтетической активности одонтобластов. В этот срок еще сохраняется отек пульпы и реакция микроциркуляторного кровеносного и лимфатического русла, которая характеризуется расширением просветов кровеносных и лимфатических сосудов. В слое Вейля - гемолиз эритроцитов в просвете капилляров, разрушение стенок капилляров и мелкоочаговые кровоизлияния.

На 7-е сутки после воздействия в пульпе зубов, несмотря на сохраняющуюся вакуолизацию одонтобластов, слабовыраженный отек пульпы, отмечаются активные восстановительные процессы: дифференцировка одонтобластов за счет малодифференцированных клеток преодонтобластического слоя. При этом мигрирующие преодонтобласты выявляются в слое Вейля.

К 14 и 28 суткам мы наблюдали общую картину восстановления морфологических структур. Четко выявляются все слои пульпы, отсутствуют отечность и микроциркуляторные нарушения.

Таким образом, при использовании струйного водяного охлаждения, в отсутствии адекватного теплоотвода, при проникновении лазерного волокна внутрь стоматологического материала, излучение может вызывать дистрофические повреждения в пульпе зуба, как показано на примере абляции штампованных коронок. Эти изменения обратимы за счет высокой пролиферативной активности клеток преодонтобластического слоя пульпы. Процесс восстановления заметен уже на 14 сутки после воздействия лазерным излучением.

После лазерной абляции композитных виниров на зубах верхней челюсти у кроликов при струйном водяном охлаждении на всех сроках эксперимента какие-либо патологические изменения морфологических структур пульпы зуба не выявлялись (рисунок 2).

Рис. 2. Пульпа резца верхней челюсти кролика на 1-ые сутки после воздействия Nd:YAG лазером со струйным водяным охлаждением. Окр.: гематоксилином и эозином. Ув.: х 250

Гистологическая оценка пульпы зубов кроликов показала, что при абляции композитного материала с поверхности резцов верхней челюсти с использованием как аэрозольного (40 мл/мин), так и струйного водяного охлаждения (200 мл/мин) не приводит к повреждению морфологических структур.

Наиболее предпочтительным типом водяного охлаждения при распиливании металлических коронок излучением микросекундного Nd:YAG лазера является аэрозольное (40 мл/мин). Даже при проникновении лазерного волокна внутрь штампованной коронки, такого охлаждения достаточно для того, чтобы эффективно охладить поверхность твёрдых тканей и предупредить дистрофические повреждения в пульпе зуба.

Четвёртой задачей диссертационной работы была оценка поверхности эмали и дентина зубов после воздействия лазерного излучения. Исследование поверхности твёрдых тканей зубов после воздействия излучения микросекундного Nd:YAG лазера при максимальной мощности 4 Вт с экспозицией 1 мин проводили с помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM-U3 (Япония) на 18 зубах.

Образцы были разделены на 2 группы в зависимости от способа подготовки поверхности твёрдых тканей зубов до воздействия лазерного излучения.

I. В группе 1 (12 зубов) механическая обработка поверхностей твёрдых тканей зубов с использованием турбинного наконечника не проводилась.

Для исследования непрепарированной эмали образцы готовили двумя способами:

- в первом случае выпиливали блок квадратной формы размером 4*4 мм без повреждения вестибулярной поверхности эмали зуба (перпендикулярное направление эмалевых призм) - группа 1А1 (3 зуба);

- во втором случае проводили скол эмали параллельно направлению эмалевых призм - группа 1А2 (3 зуба).

Для исследования непрепарированного дентина проводили скол образцов:

- перпендикулярно ходу дентинных канальцев - группа 1Б1 (3 зуба);

- параллельно ходу дентинных канальцев - группа 1Б2 (3 зуба).

II. В группе 2 (6 зубов) поверхность твёрдых тканей препарировали вращающимся абразивным инструментом со скоростью 250 ООО об/мин., бором с красной маркировкой FG F № 854-016 (SS WHITE, США) с диаметром алмазной крошки 45 цм. Образцы препарировали:

- параллельно направлению эмалевых призм - группа 2 А (3 зуба);

- параллельно ходу дентинных канальцев - группа 2 Б (3 зуба). Поверхность зубов 2 группы обрабатывали 37 % фосфорной кислотой для удаления смазанного слоя.

В качестве контрольной группы выступали идентичные участки твёрдых тканей зубов, не подверженных лазерному излучению.

В результате проведённого нами исследования, на основании данных электронной микроскопии было получено следующее:

1) После воздействия лазерным излучением на интактные твёрдые ткани (без предварительного препарирования эмали и дентина (группа 1) не отмечено нарушений в строении твёрдых тканей зуба:

- группа 1А1. При сканирующей микроскопии по исследованию непрепарированной эмали после лазерного воздействия с вестибулярной поверхности пришеечной области нами обнаружены валики-перикиматии, которые появляются в период обызвествления и образования органической матрицы эмали и в процессе жизни не сохраняются на участках подверженных механическому воздействию (например при физиологическом стирании зубов). Сохраняются они в пришеечной области, вследствие того, что эта область меньше подвержена механическому воздействию. Это подтверждает

предположение об отсутствии повреждающего действия лазерного излучения на структуры зуба;

- группа 1А2. Рельеф поверхности характеризуется отсутствием гребней и поднутренний, хорошо прослеживаются эмалевые призмы шириной 3-4 мкм, параллельно отмечаются более мелкие борозды шириной 1-2 мкм, являющие собой межпризматическое вещество эмали;

- как при поперечном (1Б1), так и при параллельном (1Б2) сколе дентина с последующей обработкой лазерным излучением поверхность характеризуется отсутствием участков дебриса, дентинных осколков, закупоривающих устья и просвет дентинных канальцев.

2) После воздействия лазерным излучением на препарированную поверхность твёрдых тканей (с предварительной механической обработкой - группа 2) не отмечено нарушений в строении твёрдых тканей зуба:

- группа 2А. Поверхность эмали чистая, лишена смазанного слоя и дебриса, без трещин. Хорошо прослеживаются неизмененные пучки эмалевых призм, без нарушения их целостности (рисунок 3);

«Я кжЯИкаКмНЯШЯ

• ; ■■у-:-

Рис. 3. Микрофотография образца препарированной эмали с различным увеличением (а- хЮООО, б-х3000, в-хЮОО, г-хЗОО)

-группа 2Б. На поверхности дентина определяются сформированые бором борозды, идущие параллельно друг другу, отсутствует смазанный слой и дебрис. Устья дентинных канальцев чистые и открытые (рисунок 4).

г ' й щЯ , б..4* ■

Ш

Рис. 4. Микрофотография образца препарированного дентина с различным увеличением (а - хЮООО, б - хЗООО, в - хЮОО, г - хЗОО).

При сравнении микрофотографий участков, подверженных лазерному излучению микросекундным Ж:УАО лазером с микрофотографиями идентичных участков контрольной группы нами не выявлено отличий и каких-либо морфологических изменений в строении эмали и дентина. Из этого следует, что излучение микросекундного Ш:УАО лазера с волоконной доставкой излучения при максимальной мощности 4 Вт, плотности энергии 60 Дж/см2 и струйном водяном охлаждении при экспозиции 1 минута не оказывает повреждающего действия на интактные и препарированные твёрдые ткани зуба.

ВЫВОДЫ

1. Для эффективной абляции стоматологических реставрационных и конструкционных материалов толщиной более 2 мм минимальная плотность энергии (Es) микросекундного Nd: YAG лазера составляет 60 Дж/см2.

2. С помощью лабораторной установки микросекундного Nd:YAG лазера мощностью до 4 Вт показано, что среднее время абляции реставрационных и-, конструкционных материалов на практике отличается от математических" расчётов:

- время абляции композитных материалов объёмом 3,14 мм3 на практике увеличивается по сравнению с расчётными данными в 1,6-2,0 раза и составляет 101,17 ± 9,12 секунды при 1 Вт, 31,50 ± 1,47 секунды при 4 Вт;

- время абляции стенки коронки из нержавеющей стали (штампованной коронки) толщиной 0,3 мм на практике увеличивается по сравнению с расчётными данными в 3,3-3,8 раза и составляет 6,63 ± 2,19 секунды при 1 Вт, 1,88 ± 0,40 секунды при 4 Вт;

- время абляции полевошпатной керамики и кобальт-хромового сплава (металлокерамической коронки) толщиной 1,5 мм на практике увеличивается по сравнению с расчётными данными в 2,2-2,5 раза и составляет 37,25 ± 2,72 секунды при 1 Вт, 10,88 ± 1,35 секунды при 4 Вт.

3. Выявлены 7 факторов, влияющих на время абляции стоматологических s реставрационных и конструкционных материалов микросекундным Nd:YAG лазером с волоконной доставкой излучения, ведущим из которых является мощность лазера.

4. Опосредованное воздействие температуры при абляции реставраций

(композитных материалов и стеклоиономерных цементов) и

стоматологических ортопедических конструкций (штампованных,'

¥

металлокерамических и безметалловых коронок) микросекундным Nd:YAG-лазером с плотностью энергии 60 Дж/см2, мощностью до 4 Вт со струйным водяным охлаждением 200 мл/мин на пульповую камеру, в эксперименте на • удалённых зубах, не вызывает повышение температуры в полости зуба.

5. Применение микросекундного Nd:YAG лазера мощностью 4 Вт с аэрозольным водяным охлаждением (40 мл/мин) при абляции композитных пломб и разрезании металлических коронок в эксперименте на лабораторных животных не вызывает повреждающего эффекта на тканевые структуры пульпы зуба. Использование излучения микросекундного

Ыс1:УА0 лазера мощностью 4 Вт со струйным водяным охлаждением (200 мл/мин) при разрезании стоматологических металлических ортопедических конструкций в эксперименте на лабораторных животных из-за отсутствия адекватного теплоотвода при проникновении волокна внутрь коронки, сопровождается обратимыми дистрофическими повреждениями в пульпе зуба; процесс восстановления морфологических структур завершается к 14 суткам после воздействия лазерным излучением.

6. Подтверждён селективный характер абляции микросекундным Ш:УАО лазером с водяным охлаждением различных стоматологических реставрационных и конструкционных материалов с поверхности твёрдых тканей коронок зубов без повреждения структур зуба. Излучение Кс1:УАО лазера с длиной волны 1064 нм, с волоконной доставкой излучения, с плотностью энергии 60 Дж/см2 при максимальной мощности 4 Вт, со струйным водяным охлаждением (200 мл/мин) с экспозицией в 1 минуту не оказывает повреждающего воздействия на поверхностные структуры интактных и препарированных эмали и дентина зуба.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Целесообразно применение микросекундного Ш:УАО лазера в клинических условиях для удаления:

- реставраций из макронаполненных, мининаполненных и микрогибридных композитных материалов;

- стеклоиономерных цементов;

- металлических и металлокерамических, цельнокерамических коронок с поверхности твёрдых тканей зубов.

2. Селективный эффект воздействия излучения микросекундного Кс1:УАО лазера позволяет рекомендовать проведение специальных исследований по удалению инородных тел из корневых каналов зубов.

3. Целесообразность проведения клинических и дополнительных доклинических испытаний диктует необходимость создания опытной установки, в которой будут предусмотрены:

- наличие специального наконечника для фиксации волокна с целью нивелирования человеческого фактора по вибрации при подаче излучения микросекундного Ш:УАО лазера с аэрозольным водяным охлаждением;

- возможность увеличения мощности лазерного излучения для более эффективного удаления стоматологических материалов.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дубова, Л.В. Разрезание зубных протезов из различных материалов с помощью микросекундного неодимового лазера / Л.В. Дубова, И.В. Баев // Dental Forum. - 2012. - № 5. - С. 45-46.

2. Тепловое воздействие на коронковую пульпу зуба микросекундного Nd:YAG лазера / Л.В. Дубова, В.И. Конов, И.Ю. Лебеденко, И.В. Баев [и др.] // Российский стоматологический журнал. - 2013. - № 5. - С. 4-8.

3. Дубова, Л.В. Изучение теплового воздействия микросекундного Nd:YAG лазера на коронковую пульпу зуба / Л.В. Дубова, И.В. Баев // Материалы Межвузовской и межрегиональной конференции молодых учёных «Стоматологическая навигация - 2013». (31 мая - 2 июня 2013 г.). Часть 2 // Российская стоматология. 2014. - № 1. - С. 56-57.

4. Баев, И.В. Оценка эффективности абляции стоматологических реставрационных материалов при различных режимах микросекундного Nd:YAG лазера / И.В. Баев // Сборник материалов 36-й итоговой научной конференции общества молодых ученых МГМСУ имени А.И. Евдокимова под общей редакцией Е.А. Вольской, А.Г. Малявина. - М.: МГМСУ, 2014. - С. 36-37.

5. Баев, И.В. Оценка эффективности удаления стоматологических материалов при различных режимах микросекундного Nd:YAG лазера / И.В. Баев // Тезисы LXXV научно- практической конференции / под ред. H.A. Гавришевой. - СПб.: Издательство СПбГМУ, 2014. - С. 73

6. Влияние микросекундного Nd:YAG лазера на морфологическое строение пульпы зуба / Л.В. Дубова, О.В. Зайратьянц, И.В. Баев, М.С. Деев // Эндодонтия Today. - 2015. - № 1. - С. 19-23.

Тираж: 100 экз. Заказ №176 Отпечатано в МедТА-Принт Подписано в печать: 21.06.2015 127006, г. Москва, ул. Долгоруковская, д. 32.