雷射在牙醫植體學之應用發展 Lasers Application in Dental Implantology

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34 2014339Lasers Application in Dental Implantology 雷射在牙醫植體學之應用發展 陳昶愷 國軍高雄總醫院 左營分院 主治醫師 前三軍總醫院牙周病科醫師 台灣牙周病醫學會專科醫師 台灣牙醫植體醫學會專科醫師及 學術委員 中華民國植牙醫學會專科醫師 中華民國口腔雷射醫學會專科醫師 葉力豪 美國紐約大學植牙及全口重建 專科進修 台灣亞洲植牙醫學會專科醫師 世界臨床雷射醫學會專科醫師 中華民國口腔植體學會會員 高雄醫學大學牙醫學士 李文馨 國防醫學院 牙醫學士 前言 1960 Maiman 製造出第一台雷射儀器 已經將近五十年 1 1964 Goldman 等學者在 Nature 雜誌發表了第一篇有關雷射治療齲齒的報 2 。在 1989 年,Myers TD 等醫師們推出第一 Nd: YAG 牙科雷射,率先開始雷射在牙醫學的 軟組織手術應用 3 。至今發展出許多不同之雷射 波長,也開始被拿來應用在牙醫界的各個不同領 域。近年由於牙醫植體治療蔚為風行,雷射在其 中的應用也愈來愈普及 4 ( 1)「雷射」(LASER) 這個詞是來自「光放大激 發放射輻射」(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 的第一個字母縮寫。當生 物組織被雷射光照射時,會產生四種作用:反射 (reflection)、散射 (scattering)、吸收 (absorption)及穿透 (transmission)。基本上,當吸收作用增強 時,反射、散射與穿透都會降低。至於會發生哪 種作用,則由雷射的波長決定 5 。應用於牙醫植 體學的雷射主要有半導體雷射如二極體雷射,以 及固態雷射如 Nd: YAGNd: YAPEr: YAGEr, Cr: YSGG 雷射,還有氣體雷射如二氧化碳雷射 6 其中二極體雷射、二氧化碳雷射、Nd: YAGNd: YAP 雷射由於有優異的凝血功能,所以可應用於 軟組織。Er: YAG Er, Cr: YSGG 雷射則由於具 / 陳昶愷葉力豪李文馨

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2014年 第33卷9期

Lasers Application in Dental Implantology雷射在牙醫植體學之應用發展

陳昶愷

國軍高雄總醫院 左營分院 主治醫師 前三軍總醫院牙周病科醫師

台灣牙周病醫學會專科醫師

台灣牙醫植體醫學會專科醫師及

學術委員 中華民國植牙醫學會專科醫師

中華民國口腔雷射醫學會專科醫師

葉力豪 美國紐約大學植牙及全口重建

專科進修

台灣亞洲植牙醫學會專科醫師

世界臨床雷射醫學會專科醫師

中華民國口腔植體學會會員

高雄醫學大學牙醫學士

李文馨 國防醫學院 牙醫學士

前言

從 1960年 Maiman製造出第一台雷射儀器

已經將近五十年 1。1964年 Goldman等學者在

Nature雜誌發表了第一篇有關雷射治療齲齒的報

告 2。在 1989年,Myers TD等醫師們推出第一

台 Nd: YAG牙科雷射,率先開始雷射在牙醫學的

軟組織手術應用 3。至今發展出許多不同之雷射

波長,也開始被拿來應用在牙醫界的各個不同領

域。近年由於牙醫植體治療蔚為風行,雷射在其

中的應用也愈來愈普及 4 (圖 1)。

「雷射」(LASER)這個詞是來自「光放大激

發放射輻射」(Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation)的第一個字母縮寫。當生

物組織被雷射光照射時,會產生四種作用:反射

(reflection)、散射 (scattering)、吸收 (absorption)、

及穿透 (transmission)。基本上,當吸收作用增強

時,反射、散射與穿透都會降低。至於會發生哪

種作用,則由雷射的波長決定 5。應用於牙醫植

體學的雷射主要有半導體雷射如二極體雷射,以

及固態雷射如 Nd: YAG、Nd: YAP、Er: YAG、Er,

Cr: YSGG雷射,還有氣體雷射如二氧化碳雷射 6。

其中二極體雷射、二氧化碳雷射、Nd: YAG、Nd:

YAP雷射由於有優異的凝血功能,所以可應用於

軟組織。Er: YAG與 Er, Cr: YSGG雷射則由於具

文 / 陳昶愷、葉力豪、李文馨

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學 術 專 欄

有被氫氧基磷灰石 (hydroxyapatite)高度

吸收的特性,主要應用於硬組織 6, 7。

在牙醫植體學的領域,使用雷射

的優勢主要為止血效果、精確的切割邊

緣、降低對周圍組織的傷害,以及減少

術後疼痛 8。文獻報告指出,二極體雷射

(810 or 980nm)對於軟組織的切割、切除

有優異的表現,特別是止血方面。臨床

表現無論術中與術後,在切割能力、精

確的切割邊緣、良好的止血能力、以及

對組織高溫傷害的極小化,都相當令人

滿意 9。因此,雷射已經在牙醫植體學應

用於二階手術植體露出、植體周圍軟組

織的美容手術、植體表面的去除汙染處

理,以及植體種植位置的製備 10, 11。但要注意的是,

雷射光的抗菌效應可以被牙醫植體及周圍組織所

吸收,並且也會被牙醫植體所反射,造成周圍組

織溫度的些微提升 11。在本文中,我們將回顧雷

射在牙醫植體學的應用之發展應用。

雷射於牙醫植體之臨床運用

雷射於植體周圍軟組織之手術應用

雷射在植體手術有關軟組織的部份,常用於

手術第二階段治療 (second-stage),也就是將牙齦

下被埋住的植體露出後,再放置癒合帽 (healing

abutment)或牙齦成形器 (gingival former)。在這

步驟中使用雷射有許多優點,包含加強止血作用、

產生完整的切削面,且病人術後較少不適、癒合

帽放置後加速傷口癒合,提供一個較快的復原階

段 12, 13 (圖 2)。

在接受植牙治療的患者中,有少數長期接受

抗凝血治療,或是患有其他全身性疾病,若能運

用雷射的止血優勢,能夠快速且有效地止血,患

者將因此受惠 4。在 1984年,Ackermann等學者

研究,將 Nd: YAG雷射設計成手機來運用,並

且發現它有良好的止血功能 14。根據雷射和組織

的交互作用,以及血紅蛋白 (hemoglobin)吸收的

雷射波長,最好止血效果的雷射主要是 Nd: YAG

雷射和二極體雷射,其次是二氧化碳雷射,再來

是 Er: YAG 雷射和 Er, Cr: YSGG 雷射 15。因此在

有血液疾病的患者拔牙後,止血最有效的是 Nd:

YAG雷射和二極體雷射。

圖2 A. 及B.使用二極體雷射於植體手術第二階段治療。 放入牙齦成形器 C. 術後10天追蹤 D. 術後18天追蹤

圖1 現今使用牙醫雷射之波長分佈於電磁波光譜區域

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刀片、電刀以及雷射是在二階手術中,或者

植體負載後,切除植體周邊多餘軟組織常用的幾

種方式。使用電刀要小心,因為會造成高溫,而

阻礙骨整合,甚至若超過臨界溫度 10度以上,可

能導致植體失敗 16,而且在術中及術後,患者常

見疼痛與不適 9。Arnabat-Dominguez等人發表了

Er: YAG雷射成功使用在植牙二階手術,除了在美

觀區及圍繞植體的角化牙齦不足時,其餘都展現

了良好的結果 12。雷射只要小心使用,避免植體

過熱,都可以使用在小範圍牙齦邊緣的修整,以

及植牙二階手術 17。在二階手術之後,因為手術

區流血很少,幾乎可以立即印模。另外一個附加

優點是,雷射可以對手術區進行去汙染處理 11。

雷射於硬組織之骨手術應用

雷射對骨頭剝離 (ablation)的效用及對傳統

鑽骨手術的作用已經有研究。使用鑽針容易使患

者焦慮與不適。在手術時,傳統移除齒槽骨手術

會使用到手機與骨銼等器械,使用雷射便不需要

在骨頭上施力,這在施行手術時是一項優點 18。

許多研究者指出,Er: YAG雷射在切骨時相當精

確,以及伴隨造成最少的溫度傷害 18-21。雷射每

次脈衝均移除掉固定量的物質,所以可以達到精

確的切割深度 22, 23,在較低的平均功率可製造與

傳統機械鑽針相同的鑽孔 (圖 3)。Kesler等學者

指出,Er: YAG雷射在鑽骨手術是一個安全的選

擇 24。另外一方面,Keller等學者在兔子的雷射

骨手術中發現,需要的恢復時間較長。在骨手術

中,骨頭溫度上升會增加術後併發症的風險 25。

使用傳統的鑽針系統容易過熱,可能是因為難以

將冷卻物質送達鑽針和骨頭之間。然而,這不是

指雷射要來取代傳統植牙鑽骨手術,因為臨床醫

師除了要避免過熱所造成的傷害,更要小心重要

的解剖構造,例如神經結構,動脈血管,上下顎

骨形態 26。

雷射於植體周圍炎之治療應用

植體周圍炎是一種發炎的進程,會影響

已完成骨整合之植體周圍的組織,造成植體失

去邊緣的骨支持 27。細菌感染和咬合過度負載

(occlusal overload)已經儼然是植體失敗的主要病因 4。製造植體粗糙表面的製程,例如噴砂

(sandblasting)、鈦塗噴 (titanium spraying),可以增進骨和植體間的接觸,但也增進了細菌的黏

附。植體周圍組織的感染和牙周組織的感染相似28-31,Porphyromonas gingivalis species是最常牽涉到的菌種之一 32, 33。

關於植體周圍炎的治療方式有許多建議被提

出 11。疾病早期可以用抗菌劑治療 33, 34。然而,

針對於抗藥性菌株 (resistant strains),使用全身性的抗生素並不有效 35, 36。其他的治療方式,例

如根向移位翻瓣手術 (apically positioned flaps),來達成牙菌斑的控制,以及植體螺紋的拋光,

特別是在骨缺損範圍較寬時使用。然而,該方

式在美觀區會造成美觀的缺陷 4。檸檬酸 (citric acid)合併使用噴砂 (sand blasting) 37、單獨使用

噴砂 38-40,或者 chlorhexidine沖洗,也都被建議使用。在實驗室裡,chlorhexidine沖洗應用在狗的實驗性植體周圍炎,能夠達到骨頭的再整合

(reosseointegration) 41。目前,還沒有明確的證據

顯示,植體表面進行抗菌處理可以延長植體的使

用壽命 42, 43。

雷射在牙醫植體學的應用上,其中最有趣

圖3 A. 及B.使用手術定位板,運用 Er: YAG 雷射 於植體鑽骨手術。

C. 可見清楚下顎骨之定位孔。 D. 利用根尖片觀察正確角度及位置。

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的,在搶救生病植體時所扮演的可能角色。這也

正是雷射在牙醫植體學逐漸廣泛被使用的主要原

因。文獻中,不同波長的雷射被評估是否能夠提

升植體的存活率 44-47。有學者探討 980nm波長的二極體雷射、以及 Nd: YAG雷射,應用在植牙治療程序中,然而 980nm二極體雷射並不能夠改變植體表面,也不能夠減少植體周圍的細菌 48。

一般來說,由於體積較小,並且舒適度高,二極

體雷射在口腔中的應用最為實用,然而在高功率

的設定中 (>2W),會有熱副作用。Nd: YAG雷射在非活體實驗中,顯示了不良的效果,例如熔融

(melting)、增加植體表面的粗糙程度,Nd: YAG雷射使用在植體周圍時,可以大幅地減少細菌,

同時也會大幅地增加溫度 49。基於以上原因,Nd: YAG雷射嚴格禁止使用在治療植體周圍炎和其他的軟組織相關植牙手術,例如治療增生性黏膜炎

(hyperplastic mucositis)、植牙二階手術等等。相反地,二氧化碳雷射在低能量設定下適合使用在

植體周圍處理,它可以在不改變植體結構的情況

下,降低感染和大幅地減少細菌 50。更特別的是,

可以減少 P. gingivalis 51。

Takasaki等人也已發表 Er: YAG雷射使用在植體周圍炎,也有很好的效果,該研究於統計上

指出,使用 Er: YAG雷射和單純使用 curette組相較之下,可以達到更高的骨和植體接觸比例與傾

向 ( 骨再整合 reosseointegration) 52。Schwarz 等學者也已經發表,在植體周圍使用 Er: YAG雷射可以有效地去除汙染,而且可以在不造成任何一

點溫度傷害下,去除植體周圍牙齦下的結石 53。

即使在低能量密度的設定下,Er: YAG雷射可以在不傷及植體表面之下,達到殺菌的效果 54。在

另外一個研究,Kreisler等人評估不同的雷射在植體周圍去除汙染的表現,分別拿 Nd: YAG, Ho: YAG, Er: YAG,二氧化碳以及二極體 (gallium-aluminum-arsenide)雷射來做比較。他們發現,Nd: YAG和 Ho: YAG雷射,並不適合用在植體表面的去汙。二氧化碳和 Er: YAG雷射,在低能量的設定下,可以避免改變植體表面。二極體雷

射則完全不會改變植體表面 55。Myron Nevins等

學者於 2014年,研究指出 Er: YAG雷射可以去除受汙染的氧化層 (contaminated oxide layer),提供一個新的表面讓骨再生 56。在 2014年詹勳良等學者於系統性文獻回顧及統合分析 (systematic review and meta-analysis),指出無論用傳統或雷射方法,做牙周翻瓣清創及補骨合併再生膜手

術,都比非手術性清創有較高的牙周囊袋降低比

例 57。現今在臨床上已經開始運用雷射來治療植

體周圍炎 (圖 4)。但是,目前還需要有更多文獻來證明雷射在植周圍炎使用效果。

圖4 A. 患者於右側上顎正中門牙位置,頰側 植牙處有較深的牙周囊袋及探測出血

B. 牙周翻瓣手術中,運用Er: YAG雷射去 除受汙染的氧化層

C. 及D. 放入骨粉及再生膜,重建與植體 之骨再整合。

抗菌光動力療法在植體學的應用

光動力療法最廣為人知的定義是藉由光誘導

降低細胞、微生物、分子的活性。抗菌光動力療

法是把感染性的細菌用光敏劑 (photosensitizing

dye)染上,再用適當波長與強度的光,造成細菌

的破壞。光敏劑被雷射活化並產生單相氧 (singlet

oxygen),使得對抗生素有抵抗力的病原菌的膜脂

質和酵素被氧化,並且不會傷害健康細胞 58。選

擇正確的打擊細菌方式,是臨床醫師永遠的挑戰

(圖 5)。

在非活體實驗中,植體表面的牙周致病菌有

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顯著的減少 58-60。特別是Meisel 和 Kocher發表了

光動力療法的高度殺菌作用 60。再者,Sigusch等

人也發表了在小獵犬身上牙周發炎症狀的大幅緩

解 61。在活體實驗中,Shibli等人也做了在雄雜

種狗身上,植體上綁線造成的植體周圍炎以光動

力療法治療的研究。共 36支植體,4種不同的植

體表面處理並放入口內中,14個月後進行手術

清創合併光動力療法:使用甲苯胺藍 O (toluidine

blue O, TBO)合併二極體雷射。五個月後,植體

部位做切片觀察並分析,發生骨再整合的比率較

高 62。Dörtbudak等學者將四個噴砂處理的植體

置入五隻狒狒的脊髂,照射低能量雷射五天後取

出,並同時做組織學分析,發現有較高的平均骨

細胞數目,以及較多的視野下骨細胞 63。在人體

實驗中,Dörtbudak等人研究雷射在 15位植體周

圍炎患者身上的效應。甲苯胺藍 O (toluidine blue

O, TBO)塗佈在植體表面 60秒,然後照射二極體

雷射。結果指出光動力療法可以減少細菌量 64。

這些發現也已經由其他的研究確認,低強度雷射

合併光敏劑 (photosensitization)可以摧毀牙周致

病菌 65, 66。近來的文獻回顧,Takasaki等人指出,

光動力療法對於牙周炎及植體周圍炎的作用,需

要更多的隨機臨床實驗數據,才能夠建立更好的

臨床使用準則 59。

低能量雷射之促進組織癒合應用

植體植入後的理想與終極目標是達到骨整

合。成骨細胞 (osteoblast)黏附在鈦金屬植體表面

對於新骨生成及較好的植體癒合至關重要。如何

促進植體與骨頭的整合,被持續努力廣泛研究。

雷射被認為可能有助於骨整合。組織反應較佳的

原因可能包含有血液細胞吸附力的加強、血塊附

著於植體介面的穩定性來加速癒合過程。這些優

點可以應用於植體早期的功能和咬合負載後 (圖

6)。Kesler等人發表,比起使用傳統骨手術,使

用雷射更能夠改善鈦植體周圍的骨整合 24。也有

報告指出,Er: YAG雷射和傳統鑽針使用後的癒

圖6 可運用低能量雷射幫助傷口癒合 A. 口內照光彎曲頭 B. 口外大面積照光頭 C. 戴上正確波長之防護眼鏡,以保護患者及操

作者的眼睛。

圖5 A. 患者於右側上顎之正中門牙位置,植牙 頰側處有膿瘍感染。

B. 將牙冠取下。 C. 將光敏劑:甲苯胺藍O (toluidine blue

O,TBO) 塗佈於植體感染表面。 D. 運用波長632nm雷射活化光敏劑並產

生單相氧(singlet oxygen)達到殺菌效益 E. 術後追蹤二個禮拜,復原良好。(感謝

龍霖醫師提供臨床照片)

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合速率相同 67。另外一篇研究指出,Er: YAG雷射和傳統鑽針和二氧化碳雷射在鼠的顱骨上,

在組織學標準的評估下,Er: YAG雷射初期癒合速率較佳 68。與此相反的是,Schwarz等人發現,Er: YAG雷射和傳統鑽針,在術後兩周,植體周圍的癒合並無顯著不同 69。再者,電子顯

微鏡的分析,在鈦金屬表面照射二氧化碳或 Er, Cr: YSGG 等不同雷射,鈦植體表面的成骨細胞(osteoblast)在不同的植體表面上都有良好的增殖及附連 70,無論在何種植體,都能夠顯示良好

的增殖。這表示利用雷射系統可能可將植體表

面滅菌。

許多文獻根據動物實驗來評估雷射使用於傷

口癒合的進程。Fisher等人廣泛地在組織學上探討雷射處理和傳統傷口癒合的差異。一片 2mm的頰側黏膜,用二氧化碳雷射移除,和用傳統手

術造成的傷口作比較。追蹤觀察期 42天,發現雷射組有較少的肌原纖維 (myofibrils),蛋白質凝固物及膠原蛋白數量形成較少,並且相較於傳統

傷口,排列更不規則。因此可以讓疤痕組織形成

的風險降低 71。Luomanen等人的另一個研究,做二氧化碳雷射和 Nd: YAG雷射對於傷口癒合機制的比較。這研究是巨觀的,他們發現 Nd: YAG雷射會造成較廣泛組織的凝結傷害 (coagulation damage)。他們也注意到,二氧化碳雷射組的再上皮化僅需 7天;而 Nd: YAG雷射需要 3週。在研究中,二氧化碳雷射的傷口癒合最好 72。

Kaminer 等人指出,用刀片和其他的手術方式,有菌血症 (bacteremia)產生,而用二氧化碳雷射不會有菌血症 73。也曾有文獻在組織學及免疫組

織化學方面探討不同能量參數的 Nd: YAG雷射,以及傳統刀片的使用的差異 74。結論是低能量設

定的 Nd: YAG雷射,形成的傷口正常且沒有疤痕組織形成;而傳統刀片形成的切口則有組織變色

現象。相反地,高能量設定的 Nd: YAG雷射會造成更大量的壞死。二氧化碳雷射使用在口腔黏膜

也有類似的效應。一般來說,二氧化碳雷射照射

後的傷口癒合較傳統刀片的傷口來得慢 75。

結論

基於以上文獻,對於軟硬組織,調好適當的能

量與波長 76, 77,雷射在牙醫植體學的應用是大有可

為的。無疑地,了解關於雷射之物理學、雷射與組

織間交互作用的廣泛知識,以及適當的訓練都是雷

射應用在日常治療必要的條件 78,並且更要注意安

全措施,避免造成雷射傷害 79,以及不必要的醫療

糾紛 80-83。有了這些雷射的知識,雷射便可以用來

輔助牙醫植體臨床運用,及治療植體周圍炎,將導

致植體失敗的植體周圍發炎反應處理好,甚至能夠

增進骨整合 11。

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