作者：章鲁鲁，南开大学医学院；鲍萍萍，天津市口腔医院第一门诊部·南开大学医学院·天津市口腔功能重建重点实验室
根管冲洗是对根管系统进行清理和消毒的重要手段。除了冲洗剂自身化学溶解和杀菌作用，通过各种冲洗装置和技术产生机械冲洗作用将冲洗剂推送至根管系统各解剖位置，尤其是器械难以到达的复杂区域，去除细菌生物膜等感染物质，亦是影响冲洗效果的重要因素。
传统注射器冲洗(conventional needle irrigation,CNI)冲洗作用较弱，冲洗剂渗透范围仅局限于针尖1 mm，为提高冲洗效果需将针头伸至根尖区，冲洗剂被挤出根尖孔的风险亦相应增加(ultrasonically activated irrigation,UAI)和声波冲洗(sonically activated irrigation,SAI)与CNI相比，可活化冲洗剂提高冲洗效果，但工作尖亦需伸至根尖区存在挤出风险，超声金属工作尖还存在切割根管壁形成台阶和折断风险。
激光用于根管清洁和消毒主要有两种方式：①激光光纤在干燥根管中进行螺旋运动直接照射根管内壁；②激光光纤放入含冲洗剂的根管，激光脉冲活化冲洗剂，即激光活化冲洗(lase-activated irrigation,LAI)。不同激光对水和羟基磷灰石的吸收系数不同。铒激光是中红外波段激光，包括铒钇铝石榴石（Er:YAG）激光和铒铬钇铝石榴石（Er,Cr:YSGG）激光，波长分别为2940 nm和2780 nm。
铒激光对水和羟基磷灰石吸收系数均较大，直接照射干燥根管壁，尽管去除玷污层和感染物以及开放牙本质小管效果较好，但激光能量被管壁牙本质中的水和羟基磷灰石大量吸收，可导致热损伤、裂纹、碳化等副作用，且激光光纤无法照射全部根管壁，根尖区清理效果较差。
当铒激光光纤放入含冲洗剂的根管，激光能量被冲洗剂（水基溶液）强烈吸收，产生空穴效应和高速流体运动，因而LAI有效清除感染的同时可改善直接照射的热损伤及根尖清理不足问题。不过C.LAI仍需将光纤伸至根尖区，冲洗剂及碎屑易挤出根尖孔，且气泡产生引起的根管壁瞬时干燥可导致牙体硬组织灼伤。光子引导光声流(photoninduced photoacoustic streaming,PIPS)和冲击波增强光声流(shock wave-enhanced emission photoacoustic streaming,SWEEPS)是基于Er:YAG激光的两种新型LAI，其主要特征在于其特殊设计的激光发射尖仅需置于髓室、采用低能量超短脉冲即可获得高效根管三维清理，同时期望减少根尖挤出和热损伤等副作用。
激光波长，脉冲能量、频率和持续时间，发射尖的设计和位置，根管预备形态尤其根尖预备大小，连续或间断冲洗方法等因素不仅影响根管清理和消毒效果，也与安全性密切相关。本文将从根尖挤出、温度升高与热损伤、牙本质显微硬度改变、根管治疗后疼痛、对诊室气溶胶的影响等方面对Er:YAG激光PIPS/SWEEPS的安全性进行综述，以期为临床应用和相关研究提供参考。
1.PIPS/SWEEPS基本原理和应用
PIPS是应用Er:YAG激光器发射低能量超短脉冲（20 mJ,10～20 Hz,0.15～0.5 W,50μs）激活冲洗剂，产生强大空穴效应、光声冲击波和高速流体运动，实现根管系统的三维清理。Er:YAG激光与水的吸收峰值（3000 nm）最为接近，能量能被水充分吸收，所有激光脉冲在约1μm厚的流体层中被吸收，冲洗剂在局部瞬时加热达沸点以上，在发射尖顶端产生初始气泡，气泡膨胀引发根管内冲洗剂体积快速膨胀，产生高压推动冲洗剂流出根管，形成空穴效应，气泡膨胀到最大后在周围液体的压力下爆破，气泡破裂产生声波冲击波，使液体快速流动形成湍流，初始气泡爆破后产生很多小气泡，形成二次空穴效应，冲击波和高速流体运动相结合对根管壁产生高剪切应力。
PIPS区别于C.LAI的主要特点包括：①PIPS工作尖是一种独特的锥形径向发射剥离式尖端；②工作尖只需置于髓室即可引发冲洗剂高速流动，因而允许进行微创根管预备尤其是根尖区；③超短脉冲持续时间，激活冲洗剂仅需极低激光能量（亚烧蚀或最低烧蚀能量），超短脉冲与低能量组合可产生
不过，在狭窄的根管中，由于管壁摩擦力及气泡膨胀和收缩过程中可用于快速置换液体的空间有限，显著降低了空化动力。
为解决该问题，在PIPS的基础上研发SWEEPS双脉冲激光冲洗，即应用Er:YAG激光器，发射低能量超短双脉冲（20 mJ,15 Hz,0.3/0.6 W,25μs），在冲洗剂中产生一系列气泡，在复杂的根管系统内产生光子引导的光声流。
初始激光脉冲发射后产生初始空化气泡，与伴随的小气泡一起膨胀、破裂，在初始气泡破裂的最后阶段发射随后激光脉冲产生次级气泡，次级气泡的增长可对破溃中的初级气泡施加压力，加速初级气泡及自身的破裂，从而导致初级和次级冲击波的增强发射，次级空化气泡贯穿整个根管长度，次级空化气泡在坍塌过程中更靠近管壁，可产生剪切流，同时冲击波到达玷污层时仍可以超音速传播，均有利于进一步增强清理效果。
SWEEPS有三种模式，分别为Auto-SWEEPS(0.6W）、SSP(0.3 W）、和USP(0.3 W）。SWEEPS为2个25μs的超短脉冲和一个优化的间隔时间（300～600μsec），对应SSP 50μs超短脉冲。
PIPS/SWEEPS操作注意事项：工作尖稳定置于髓室，在整个激活过程中保持静止，持续注入足量冲洗剂确保工作尖尖端始终浸于冲洗剂。如未能按此要求操作，或功率设置高于20 mJ，则会发生冲洗剂喷溅，导致冲洗剂损失和影响冲洗效果，还可能造成热损伤。
目前推荐的临床冲洗方案包括6个30s的激活周期及3个30 s的暂停（NaOCL冲洗期间），即NaOCL30 s、暂停30 s、NaOCL 30 s、暂停30 s、NaOCL 30 s、暂停30 s、无菌水30 s、17%EDTA30 s、无菌水30 s。
2.PIPS/SWEEPS安全性体外研究
1） 根尖挤出
各种正压冲洗系统均可能将冲洗剂和组织碎屑等感染物推出根尖孔，对根尖周组织造成损伤，出现局部肿胀和疼痛，还可导致愈合延迟，NaOCL挤出还可能导致剧烈疼痛、肿胀、组织坏死等严重并发症。PIPS和SWEEPS冲洗过程产生强烈的光声冲击波有利于促进冲洗剂在根管内三维高速流动去除感染物，是否会增加根尖挤出风险亦引发关注。
根尖孔的宽度、在根管内产生的压力以及激光发射尖的位置均会影响LAI的根尖挤出情况。PIPS和SWEEPS工作尖仅需置于髓室，无需像CNI、UAI、SAI以及C.LAI等要将冲洗针头或光纤伸入根管至根尖，允许减少切削微创根备，有利于保持牙齿结构完整性和维持根尖孔天然的缩窄形态，利于减少根尖挤出。在根管内产生的压力大小与激光能量、工作尖的直径类型和位置密切相关。
选用更低的能量（5～15 mJ）可减少峰值功率，进而减少光声效应在根尖方向产生的压力。工作尖越接近根尖产生压力波越大、挤出越多。Jezeršek等的研究显示PIPS和SWEEPS在根管内产生的压力由冠向根尖逐渐减小，SWEEPS在中上段产生的压力明显高于PIPS，在根尖段则无明显差异，提示SWEEPS与PIPS相比可明显增加根管内压力而不会增加根尖挤出风险。
Yao等测量LAI、PUI和CNI在根尖孔外产生的压力，发现LAI与CNI相似，高于PUI。此外，临床上根尖周组织和肉芽组织包绕根尖，可作为屏障阻止冲洗剂和碎屑挤出根尖孔，体外研究如未能模拟根尖周的这种条件，再如何精确检测和比较不同冲洗技术根尖挤出冲洗剂/碎屑的量也是无意义的，可能会得到高估的结果。
关于PIPS根尖冲洗剂挤出的研究结论不一：Vidas等和Jezeršek等的研究显示PIPS根尖冲洗剂挤出量明显低于CNI；有研究则发现PIPS高于CNI和SAI(Endo Activator)，亦高于UAI；更多的研究认为PIPS与CNI无统计学差异，与UAI和SAI相当；当PIPS更改参数设置高于厂商推荐范围时（25 mJ,40 Hz,1 W），冲洗剂挤出根尖量显著增加。以上部分研究，分别使用了海绵、凝胶、插花泡沫、硅橡胶模拟根尖周阻力，Jezeršek等则是将根管模型置于盛有水且高度可调的容器中以更精确模拟根尖周压力。
另有学者对PIPS冲洗后根尖挤出碎屑量进行研究，多采用Myers和Montgomery的碎屑收集法，亦结论不一：有研究显示PIPS与CNI和UAI无统计学差异；也有研究显示PIPS比CNI导致更多的碎屑挤出，这三项研究均未模拟根尖周组织或压力。
SWEEPS出现较晚，根尖冲洗剂挤出研究虽不多，但设计相对更为全面。Vatanpour等采用了与Jezeršek等类似的水压模拟根尖周的设计，两者结果均显示SWEEPS根尖冲洗剂挤出量显著低于CNI。Jezeršek等还对比研究了不同冲洗针头（尖端开口和侧方开口）、不同流速以及PIPS和SWEEPS不同脉冲能量设置对根尖冲洗剂挤出量的影响，结果发现：CNI-尖端开口针头挤出最多，CNI-侧方开口针头次之，所有PIPS与SWEEPS组与CNI相比，挤出量减少3～20倍，SWEEPS最低，始终<1.5 mm3/sec，且不随脉冲能量增加发生变化。
Vatanpour等还对SWEEPS的三种模式进行了对比，根尖挤出量由高到低依次为SSP、Auto SWEEPS、USP。Arɩcɩoĝlu等的研究则显示SWEEPS、PIPS与C.LAI根尖冲洗剂挤出量相仿，均高于UAI，该研究采用插花泡沫模拟根尖周阻力。
尽管以上研究结论不一，综合分析似乎可以认为与CNI和UAI相比，PIPS并不会明显增加根尖挤出，SWEEPS则可减少根尖挤出，此观点需要更多设计更完善的研究进一步验证。
2） 温度升高与热损伤
激光应用可能引发热损伤是临床中需重点关注的问题。牙根表面温度升高10℃超过1分钟即可造成根周骨组织损伤，7℃以内的升温不会对人牙周膜细胞造成损伤，因而7℃常被认为是避免牙周组织损伤的最高生物学可接受温度升高限值。在根管中，当激光能量被牙本质中的矿物质如羟基磷灰石、磷酸盐和碳吸收时，晶体结构会被破坏，牙本质表面可观察到破坏性变化。
PIPS/SWEEPS根管冲洗，如严格执行正确的参数设置、冲洗流程（主要是持续工作时间和暂停时间）以及持续足量补充冲洗剂，理论上可有效避免热损伤。激光活化冲洗，激光能量首先被根管中的冲洗剂吸收，如有残余能量再直接作用到牙本质壁产生热效应。PIPS/SWEEPS采用的是对水具有最高吸收系数的Er:YAG激光，激光能量被水充分吸收，加之采用超短脉冲和低能量激光（≤20 mJ），可传递到牙本质壁的量微乎其微。超短激光脉冲有利于避免气泡形成和持续期间的热扩散效应。
PIPS独特的工作尖设计使产生的冲击波可通过光声和光机械作用在液体中侧方扩散和传播，亦有利于避免热损伤。温度升高与激光持续工作时长相关，因此推荐间断式冲洗方法，如每持续工作30 s暂停30 s。冲洗中持续注入冲洗剂浸没工作尖，可避免发生冲洗剂飞溅以及气泡产生引起根管干燥而产生的热损伤，还有冷却作用。如未按要求持续足量注入冲洗剂，或工作尖进入根管，或功率过高，会引起根中及尖1/3冲洗剂快速消耗甚至耗尽，亦会导致热损伤。
Divito等使用改良热电偶传感器监测离体牙PIPS冲洗时牙根表面温度变化，发现连续工作20 s和40 s后牙根表面平均温度升高1.2和1.5℃，扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）显示PIPS可有效去除玷污层、开放牙本质小管，胶原纤维暴露但完整无损伤，胶原基质无改变，无牙本质熔融迹象。
何新宇等应用红外热像仪的研究显示PIPS持续工作30 s和60 s后牙根表面最高升温为3.6和5.3℃，SWEEPS与之几无差异，最高升温分别为3.5和5.3℃，温度随时间延长而升高。Donnermeyer等则对PIPS冲洗时根管内温度变化进行了研究，显示PIPS持续作用30 s，距根尖10、5、0 mm处根管内温度升高仅为0.65、0.13、0.09℃，基本可忽略不计，由冠至根尖有降低趋势，说明与距离激光发射尖远近相关。以上研究表明PIPS/SWEEPS只要规范操作，不会对根管壁及牙周组织造成热损伤。
亦有研究在应用SEM比较PIPS、SWEEPS去除根管内牙本质碎屑效果时发现SWEEPS组部分管周牙本质发生熔融和变性、PIPS组则未发现明显熔融或微裂，作者分析可能的原因是SWEEPS双超短脉冲激活时间相对延长，以及SWEEPS工作尖锥
但是，如前所述双超短脉冲并没有增加激活时间，而且中间还加入了优化的间隔时间，笔者分析可能的原因之一是该研究采用的冲洗流程（先是3个EDTA激活周期，然后是水和NaOCL）不当，在EDTA之后使用NaOCl以及EDTA作用时间过长是造成牙本质壁腐蚀的主要原因，另外，SWEEPS产生系列空化气泡和冲击波，冲洗剂消耗较PIPS快，对冲洗剂持续足量补充要求更高。相关研究尚且不足，需要更多的实验来进一步验证。
3） 牙本质显微硬度改变
显微硬度是体现牙齿硬组织中矿物质流失或增加的常用指标。PIPS和SWEEPS是通过激光活化冲洗剂而非与牙本质直接作用，且采用低能量超短脉冲，理论上不会造成牙本质显微硬度降低。Akbulut等研究PIPS联合不同冲洗剂（NaOCl、EDTA或氯己定）对管壁牙本质显微硬度以及组成的影响，结果显示：三种冲洗剂均影响牙本质化学成分组成，EDTA可显著降低牙本质显微硬度；PIPS不会额外降低显微硬度；PIPS+NaOCl组磷水平明显提高，可能是PIPS可诱导或加速NaOCl与羟基磷灰石发生反应。
Karataᶊlɩoĝlu等的研究亦证实EDTA显著降低牙本质显微硬度，PIPS不改变牙本质显微硬度，但因其可促进冲洗剂渗透和流动，与EDTA联合也可能引起显微硬度进一步降低，与作用时间相关。Wu等建立根尖未发育完全年轻恒牙模型，PIPS联合EDTA冲洗40 s可有效去除玷污层的同时不额外降低牙本质显微硬度，并且有利于根尖乳头干细胞的附着和存活，为牙髓再生治疗创造微环境。以上研究均表明PIPS本身不会降低牙本质显微硬度，SWEEPS相关研究尚未见报道。
4） 对诊室气溶胶的影响
在进行口腔治疗过程中，尤其是使用高速手机时，会产生大量气溶胶和飞溅物，这些气溶胶由小于50μm的颗粒组成。当气溶胶的颗粒直径在10μm以下时，患者和诊室工作人员具有感染病毒和传播病毒的风险。研究表明使用PIPS进行LAI，可显著减少诊所环境中产生的气溶胶，从而降低病毒或细菌传播的风险。关于SWWPS的相关研究尚未见报道。
3.PIPS/SWEEPS安全性体内研究——根管治疗后疼痛
根管治疗过程中冲洗剂、碎屑等感染物被挤出根尖孔，根尖区过度预备以及根充物超出根尖均可导致
Mandras等使用VAS和LS量表（Likert scale,LS）分别评价患者完成根备和冲洗后7天（诊间）疼痛情况和生活质量（quality of life,QoL，在咀嚼、说话、睡眠、日常功能等方面困难指数），结果显示术后第1天在疼痛、咀嚼困难和日常功能困难三方面PIPS组症状明显轻于CNI，第1天其余指数及第2～7天两组疼痛和QoL评分均无统计学差异。
Dagher等以CNI为对照评价PIPS对根管治疗后疼痛的影响，在根充后24、48、72 h和7 d进行VAS评分，结果显示两组评分均随时间逐渐降低，两组间无统计学差异。Liapis等对无症状患牙进行一次性根管治疗，比较UAI和PIPS组术后疼痛情况，多数患者术后24 h无疼痛或轻微疼痛，仅术后6 h UAI组疼痛强度和发生率明显高于PIPS，其余时间两组无明显差异,平均疼痛强度均较低。
Mittal等则是对有明显疼痛症状的牙髓炎患牙进行一次性根管治疗，比较不同冲洗技术组术后VAS疼痛评分，SWEEPS组疼痛缓解最显著，然后依次为PIPS、UAI、CNI组（P<0.05）。以上研究表明临床应用PIPS和SWEEPS不会增加术后疼痛，与CNI和UAI无明显差异，有时甚至症状更轻，对于术前疼痛明显患牙则有更显著的缓解作用。
4.小结
综上所述，两种Er:YAG激光活化冲洗具有较好的安全性，只要规范操作不会对根管壁及牙周组织造成热损伤，亦不会引起牙本质显微硬度改变，根尖挤出体外研究尽管结论不一，但与体内研究综合分析可推论不会明显增加挤出风险。PIPS和SWEEPS均可促进低浓度NaOCl抗菌效果，有利于减少高浓度NaOCL挤出根尖造成严重并发症的风险。
PIPS/SWEEPS工作尖只需置于髓室，有利于保存更多牙体组织实现微创牙髓治疗，有利于提高牙根抗力，避免或减少根管治疗后根折。对于有吸收、穿孔或根尖孔未发育完全的年轻恒牙，建议使用低能量激光，低浓度NaOCl，注意工作尖置于髓室远离根尖。未来尚需开展更多的临床研究，以及建立更接近体内环境的体外研究模型，如模拟根尖周组织和压力、牙周膜和牙槽骨中血流等，进一步评价其安全性。
来源：章鲁鲁,鲍萍萍.Er:YAG激光活化冲洗技术安全性研究进展[J].现代口腔医学杂志,2024,38(05):383-388.
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