Лазерный мир

А.В. Беликов, М.В. Иночкин, А.В. Скрипник, Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов, К.В. Шатилова // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 4 (80), с: 45-49, УДК 535:621.373.826:539

Аннотация
Разработан макет YLF: Er микролазера с диодной накачкой. Исследованы особенности воздействия излучения разработанного макета микролазера с длиной волны генерации 2,84 мкм на твердые ткани зуба человека. Обнаружены эффекты побеления, карбонизации и абляции твердых тканей зуба человека в результате лазерного воздействия. Определены пороги этих эффектов. Установлено, что микротвердость дентина зуба человека может быть увеличена более чем на 20% в результате многократного воздействия лазерных импульсов с энергией ниже порога побеления.

Эрбиевые лазеры с ламповой накачкой успешно используются для обработки эмали и дентина [1].

Современный этап развития лазерных технологий в стоматологии связан с разработкой и исследованием применения эрбиевых микролазеров с диодной накачкой. В настоящем исследовании в качестве активной среды таких микролазеров предлагается использовать кристалл YLF: Er, позволяющий получать генерацию в диапазоне длин волн 2,66–2,84 мкм [2].

В работах [3-6] были проведены исследования воздействия на эмаль и дентин зуба человека излучения YLF: Er лазера с различными длинами волн. В [3, 4] описаны основные процессы, происходящие при взаимодействии лазерного излучения трехмикронного диапазона с твердыми тканями зуба человека.

Определены пороги разрушения эмали и дентина излучением YLF: Er лазера с длиной волны 2,81 мкм. В [5] был определен порог разрушения дентина излучением YLF: Er лазера с длиной волны 2,66 мкм. В [5, 6] проводилась обработка твердых тканей зуба, а именно – создание текстур и микроканалов излучением YLF: Er лазера с диодной накачкой и длинами волн генерации 2,66 и 2,81 мкм. 

В настоящей работе описан макет YLF: Er микролазера с диодной накачкой и длиной волны генерации 2,84 мкм. Исследованы эффекты, возникающие в результате воздействия излучения YLF: Er лазера на эмаль и дентин зуба человека, определены пороги этих эффектов. Проведено исследование изменения микротвердости дентина вследствие многократного воздействия YLF: Er излучения.

Материалы и методы
В эксперименте использовались зубы человека, принадлежащие одной возрастной категории людей (25–40 лет), удаленные по ортодонтическим показаниям. До начала эксперимента образцы хранились в 0,1%-ом водном растворе тимола не более двух недель при температуре +4ºС в защищенном от света месте.

В работе измерялись пороги эффектов, возникающих в биоткани в результате лазерного воздействия с различной энергией и длительностью YLF: Er лазерного импульса. Под порогом в данном случае понималась минимальная энергия YLF: Er лазерного импульса, при которой возникал эффект. В исследовании непосредственно перед экспериментом на поверхности эмали и дентина формировалась плоская площадка при помощи алмазного диска. Лазерная обработка тканей зуба производилась в одноимпульсном ( Np =1), неконтактном режиме, без внешнего водяного охлаждения. Лазерное излучение фокусировалось на поверхность биоткани в пятно диаметром порядка 200 мкм по уровню e воздействия импульса YLF: Er лазера биоткань смещалась, а следующее однократное воздействие проводилось уже в новую область поверхности образца. После каждого воздействия ток накачки изменялся на 1 А. Оценка состояния поверхности эмали и дентина зуба человека после лазерного воздействия осуществлялась с помощью оптического микроскопа AxioScope A1 (Carl Zeiss). Фотографирование проводилось при помощи камеры AxioCam lCm1 (Carl Zeiss).

В работе исследовалось влияние излучения YLF: Er микролазера на микротвердость дентина корня зуба. В этой части работы авторы производили воздействие на дентин зуба человека в многоимпульсном режиме (Np =10, 55, 100, 150 и 200), неконтактно, без внешнего водяного охлаждения. Предварительно на поверхности дентина формировалась плоская площадка при помощи алмазного диска. На поверхности такой площадки проводилось измерение микротвердости по методу Виккерса интактного дентина при нагрузке 100 г. Для таких измерений использовался микротвердомер «ПТМ3М» (ОАО «ЛОМО»). Затем на этой поверхности с помощью YLF: Er микролазера создавалась текстура. Общий размер текстуры ~ 400×400 мкм (5×5 точек). Расстояние между центрами элементов в текстуре составляло ~ 80 мкм. Далее в месте воздействия проводилось измерение микротвердости обработанного дентина при нагрузке 100 г.

Результаты и обсуждения
В результате экспериментов было установлено, что воздействие излучения YLF: Er лазера на эмаль зуба человека приводит к появлению двух эффектов: побеление и абляция (рис. 2, а, б), а на дентин — трех эффектов: побеление, абляция и карбонизация (рис. 2, в–д). Эффект побеления связывается с тем, что на биоткань воздействует лазерный импульс с энергией, недостаточной для разрушения и выноса материала (абляции эмали или дентина), но достаточной для изменения ее рассеивающих свойств, происходящих в результате испарения воды, возникновения микротрещин, переориентации кристаллов гидроксиапатита и т.д.
Зависимости порогов эффектов, возникающих в результате воздействия на эмаль или дентин зуба человека одиночного импульса YLF: Er лазера от длительности лазерного импульса, представлены на рис. 3. Следует отметить, что сокращение длительности импульса излучения приводит к снижению порога.

На рис. 5 показаны фотографии отпечатков от микротвердомера до и после лазерного воздействия на дентин. Среднее значение длины ребра отпечатка до лазерного воздействия при 150 импульсах составило 60±2 мкм, после лазерного воздействия – 54±2 мкм.

Заключение
Исследованы особенности воздействия излучения YLF: Er микролазера (  =2,84 мкм) с диодной накачкой на эмаль и дентин зуба человека. Установлено, что однократное воздействие излучения данного лазера способно вызвать в эмали такие эффекты, как побеление и абляция, а в дентине – побеление, карбонизация и абляция. Были определены пороги наблюдаемых эффектов. Установлено, что сокращение длительности лазерного импульса приводит к снижению любого из порогов. Многократное Np=150 воздействие излучения YLF: Er лазера на интактный дентин зуба человека с плотностью энергии 6,0±0,1 Дж/см2, длительностью импульса порядка 270 мкс и частотой следования импульсов, равной 3 Гц, приводит к повышению микротвердости дентина более чем на 20%.

Полное содержание статьи: http://openbooks.ifmo.ru/read_ntv/2283/2283.pdf