医疗器械展览会与您一同聊一聊口腔激光的发展历程
2023-07-12
激光在口腔科手术中已经实际应用了近30年，现今已经成为了口腔治疗的常规，既可以作为辅助性的治疗方法，也可成为口腔科设备独立新增项目。通常所说的齿科激光治疗即从属于激光口腔医学范畴。激光口腔包括牙周治疗、辅助牙周再生、口腔种植、口腔微创手术、牙体修复、牙髓治疗、口腔颌面外治疗、口腔正畸等范畴。
激光定义
激辐射扩大的光Light Amplification by StimulatedEmissionofRadiation（LASER），通俗来讲，可以理解成“加强版的光源”。一开始的时候激光作为一个外来词，1905年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应，并因此获得1921年诺贝尔物理学奖，作为外来词英文叫做LASER，而我们国内是没有一个相应的翻译，一开始早期叫做“莱塞”、“镭射”，包括现在台湾、香港地区还是叫做镭射，后来由钱学森教授基于激光的原理把这个名词改成叫激光，激光的翻译就完全突出了光的本质，受激辐射扩大光。激光是作为20世纪与计算机、半导体、原子能并称为二十世纪四大发明。同时也被称为“最快的刀”、“最准的吃”、“最亮的光”。
01
激光发展史
1917年，爱因斯坦提出“受激发射”理论。
1960年，梅曼发明出世界上第一台激光器。
1960年，前苏联科学家尼古拉 . 巴索夫发明了半导体激光器
1961年，王之江发明了中国第一台激光器
1964年，钱学森确定了“激光”命名
1964年，激光首次被引入口腔治疗
02
激光的产生
激光是由激光器产生，激光器由工作介质、泵浦源、谐振腔来基本构成，首先是工作物质，产生光子的部分，工作物质决定光子种类，也就是工作物质决定输出激光的波长，如半导体激光器的工作物质为、砷化钾（gaas）、砷化铟（inas）、锑化铟（insn）、铝化镓（gaalas）， 输出波长大都在可见光的长波到近红外之间，医用最短的有650nm（常用作瞄准光），常见的波长有810nm，980nm等，而Nd:YAG的工作物质为掺钕钇铝石榴石，其输出的波长为1064nm，而Er：YAG的工作物质为掺铒钇铝石榴石，其输出波长为2940nm(水激光)工作介质在激励源作用下（激励源一般是高压下）产生光子，这个时候的光子没有方向性，光子密度也不高，跟普通光源无差别，需要经过调整，扩大。这个调整、扩大的场所也就是谐振腔，一般是由两块反光的镜子组成，通过这谐振腔之后光子被放大2变4、4变8这个指数的变大方式、同时调整其方向。当满足一定条件下就会由激光器输出窗口输出出来。 
03
①固体激光器：晶体和玻璃通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；
Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石） 1064nm（钕激光）
Er,Cr：YSGG（掺铒铬钇钪镓石榴石）2780nm（水激光）
Er：YAG（掺铒钇铝石榴石） 2940nm（铒激光）
②气体激光器 气体：CO2
③液体激光器 有机荧光染料溶液/含有稀土金属离子的无机化合物溶液；
④半导体激光器 砷化钾（gaas），砷化铟（inas），锑化铟（insn），铝化镓（gaalas）等，输出波长大都在可见光的长波到近红外之间，医用最短的有650nm（常用作瞄准光），常见的波长有810nm，980nm等，不同种类的半导体激光器输出功率差别较大；激光器有连续输出及脉冲输出两个模式。
⑤自由电子激光器 工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子光束。
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04
激光与普通光源的区别
方向性
激光的在空间上是沿直线传播，发散角很小，可以在很远的距离内保持一定的能量密度。而太阳光是四面八方发散的，包括日用的白炽灯，光源是由中心向四周传播，方向性较差。包括我们在口腔中常用到的光固化灯也是一样，你要照射那颗牙齿，首先你要涂两颗牙齿的话，如果旁边的牙齿也涂了材料，在照射的时候，也会被固化掉，因为他不是方向性好，他不是只照那一个位置，他会把旁边也照射到的。其体现在临床上的特点及优势在于一是可以精准操作，二是能量集中，能够实现对应的临床功能，尤其在口腔美学修复领域的应用。
单色性
单色光，单一频率(或波长)的光，不能产生色散。激光是单一波长光源，所以激光的单色好。太阳光是一种复合光，由多种颜色的光组成，所以太阳光的单色性就差，太阳光的波长是多少？太阳光波长是一段波长范围400-700nm，这个波段里面的光集合在一起就是太阳光。包括我们的光固化灯他也是一个波段范围的光，他是500-700nm范围的光集合在一起的。但是激光就不一样了，你首先问这种激光就是问他的波长是多少，波长就相当于这个激光的身份证，比如说你去展会你看到这个激光，你不会先问这个激光价格是多少，首先要问的是这个激光的波长是多少，因为波长决定了激光的特性，决定了其临床应用优势，如980nm激光因具有优秀的水及血红蛋白吸收率，在临床应用软组织的切割、止血、生物刺激等作用，也被称为“软组织激光”，所以说波长是最重要的。
高亮度
所谓的亮度是指单位面积的光功率的大小即功率密度。演唱会使用的灯泡的功率可以达到几千瓦，那是一个非常非常高的功率了，但是它是这么高功率的光来照射演唱会现场不会损伤皮肤损伤，原因就在于它点亮了整个会场，所以他在单位面积的密度就会变得很小，所以人在该光源的能量密度下，就不会损伤到皮肤。但是激光就不一样了，激光照射就只照射那一个点，在这个点可以达到微米级别的一个能量密度，点是非常非常小的，虽然你能量非常低，但是你在处理这么一个小的面积的时候你的能量密度是非常大的，激光的亮度就是指功率密度，单位面积的功率密度是非常非常高的，所以大家在用这个激光的时候要非常的小心，不要用激光直接照射眼睛，不要照射皮肤，因为他的密度是非常高的，高到可以破坏组织，所以在我们使用过程中也有一个使用注意事项，用激光的时候要有激光指示标志，戴好防护眼镜，保护我们的眼睛，因为激光的亮度是非常高的，在于激光在一个点的能量是非常高的，在旁边就没有事。
相干性
激光的相干性是相当好的，这个就是杨氏的双缝干涉实验，激光被发射出来以后，通过衍射，出现一个明暗相交的条纹，那普通的光源给他相交出来的条纹，他的相干性不好。激光的亮度是高的，对比度是明显的，这就是他的相干性。目前在口腔临床上没有发现有什么临床意义。
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激光常用参数
波长
波长（wavelength）是指波在一个振动周期内传播的距离。通俗来理解的就是，不同类型光的波长不同，我们在实际生活中通过波长来区分各种类型的光，类似于我们的身份证。上图是在医疗行业常见的一些类型的激光的波长，不同的波长具有不同的临床特性；
如CO2激光波长10600nm，临床上用于美容院的皮肤处理；
810nm-980nm临床上用于软组织手术；
2780nm/2940nm临床上主要用于口腔硬组织手术；
635nm在临床上主要用于皮肤科的创面修复、消炎；
590nm在临床用于杀菌治疗等。
功率
功率（英语：power）是单位时间内能量的大小，功率的单位为瓦特（W）,功率的定义式：P=W/t ,W为能量，t为时间。功率越大，单位时间的能量也越大，在口腔领域中，低功率（低能量）下，此时的能量用于消炎、镇痛、杀菌、促进创面修复，在高功率的情况下，该剂量水平能够去破坏组织结构成分，从而用于软组织消融、切割使用。所以我们在实际的使用过程中，根据不同的疾病类型，需要选择对应的功率，从而保证治疗效果。
发射模式
口腔激光设备可以根据作用时间分为两种光能量发射模式：一是连续模式，二是脉冲模式。
连续模式：顾名思义，是指的激光在踩踏激光开关后，光束会连续不断发射出来。
脉冲模式：是指的激光在踩踏激光开关后，光束会按照一定时间周期间断式的发射出来。
激光照射到人体组织表面会产生反射、吸收、散射、投射四个基本反应过程。其中部分光会被反射出去，该部分光源无实际临床应用；部分光会被人体不同的组成成分吸收，从而实现对应的临床功能。部分光在照射部位点散向周围组织。剩余的光会穿透该层组织进入下一层组织，继续上述四个基本反应过程。
其中主要利用的是组织吸收携带能量的光子会引起本身温度的改变，上述足够的理化因子对靶组织进一步作用的结果，可导致生命物质在分子、细胞、组织或系统水平形态和机能方面发生改变，即光热效应。
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组织温度
这是一张温度角度来分析激光治疗原理的图片，从该图中可以清晰的了解到不同的温度下实现对应的临床功能，在37-50℃的时候，该温度下实现的生物刺激效应（LLLT），即消炎、镇痛、促进细胞新陈代谢、加快创面修复、消毒杀菌的功能；在65-70℃的情况下，实现止血功能；在90-100℃的情况下，实现的软组织消融功能及软组织切除术；200℃情况下，组织会产生碳化现象，就是临床上在消融软组织的时候经常会在消融部位产生碳化层；400℃以上会发生组织汽化现象，该功能在口腔领域应用的不多，在大外科使用的较多，如椎间盘髓核修复术（PLDD）.
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临床基础功能图
这是一张激光如何实现对应临床功能的表图，激光实现临床功能的原理基于光热效应，通过作用不同的成分来实现对应的临床功能。
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波长与人体组成成分吸收系数表
这是一张波长-人体主要组成成分吸收系数表，横轴是激光的波长，纵轴是吸收系数，图中蓝色、红色、黑色线条分别代表是水的吸收率、血红蛋白的吸收率、黑色素的吸收率。
通过以上表格，可以了解到，不同的波长与人体主要组成成分的吸收情况不一样，波长决定吸收，吸收决定其临床应用。980nm半导体激光具有优秀的水及血红蛋白及色素吸收率，所以半导体激光具有高效的软组织切割效率及良好的止血功能，而Er:YAG激光没有血红蛋白吸收率，因此不具备止血功能，Er:YAG激光临床应用在于切硬组织因为Er:YAG具有非常优秀的水及羟基磷灰石吸收率，而水及羟基磷灰石作为牙体硬组织的主要组成成分。这也是为什么半导体激光被称为“软组织激光”而Er:YAG被称为“硬组织激光”。激光没有谁好谁坏的区分，只是其临床应用方向不同而已，每个激光都有自己优势的临床领域。
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半导体激光的两种临床操作方式
低功率的生物刺激效应
低剂量（功率）水平的激光照射生物组织，促进局部的微循环，减少相关神经递质的产生，具有消炎、镇痛、加速创面修复的作用。
高功率的软组织切割处理
高剂量（功率）水平的激光照射生物组织，可致靶组织直接发生不可逆损伤，来实现相关软组织手术。
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半导体激光的临床应用
• 止血：软组织手术、唇颊粘膜静脉畸形治疗
• 去色素：牙齿美白、牙龈脱色治疗
• 杀菌消毒：根管消毒、牙周袋消毒、手术创面消毒
• 软组织切割及修正：软组织手术、牙龈修正、牙周手术、唇舌系带手术
• 组织生物学刺激（LLLT）：口腔黏膜病治疗、TMD治疗、术后疼痛治疗、正畸治疗中缓解疼痛、种植体周围炎。
医疗器械展览会发现，半导体激光对于激光在口腔中的应用含盖最广。实际上，现在还没有一种激光可以含盖最广。但是如果为了一种用途去购买一种激光成本必然很高。所以发现使用范围最广，价格适中的激光就是比较合算的行为。所以，半导体激光就凸显出来。
文章来源：医疗激光
