Перспективы развития лазерных технологий для диагностики и лечения стоматологических заболеваний. Часть I

И.А.Шугайлов - основатель и заведующий кафедрой анестезиологии и реаниматологии (1986 – 1997 г.г) факультета усовершенствования стоматологов Московского медицинского стоматологического института им. Н. А. Семашко (ММСИ – ныне МГМСУ им. А.И. Евдокимова) Профессор кафедры стоматологии Российской медицинской академии последипломного образования Минздравсоцразвития РФ. Председатель Ассоциации лазерной стоматологии России. Главный медицинский советник Photonics Biomed Сколково. Автор технологии объективной болевой чувствительности человека и эффективности обезболивания в стоматологии.

Стоматология 21 века – это сочетание высочайшего профессионализма врача и рационального применения высоких лечебно-диагностических технологий.
Лазерные технологии с момента их появления стали применяться в различных областях стоматологии, а затем и в челюстно-лицевой хирургии.

Это привело к формированию нескольких направлений в разработке, совершенствовании и внедрении лазерных технологий в клиническую практику стоматологии и челюстно-лицевой хирургии:
1. Диагностика и лечение заболеваний и повреждений зубов, включая эндодонтию и эстетическую реставрацию.
2. Диагностика и лечение заболеваний пародонта.
3. Повышение эффективности и снижение
риска осложнений при хирургических вмешательствах с целью лечения и диагностики
стоматологических заболеваний и челюстнолицевой хирургии.
4. Фотодинамическая терапия воспалительных,
дегенеративных, опухолевых и опухолеподобных заболеваний в челюстно-лицевой
области
5. Лазерная косметология в челюстно-лицевой области.

Лазеры подразделяются по типу состояния рабочей среды, в которой происходит генерация лазерного излучения. Существуют газовые, жидкостные, эксимерные, твердотельные и полупроводниковые (диодные) лазеры. Применение того или иного лазера в медицине зависит от длины волны лазерного излучения, которая во многом определяет тип его взаимодействия с биологической тканью. Наибольшее распространение в медицине, в частности, в стоматологии получили газовые СО2 лазеры, твердотельные лазеры на основе кристаллов неодима (Nd:Yag), эрбия (Er:Yag, Er,Cr:Ysgg), а также диодные лазеры (рис. 1).

Известно, что чем лучше лазерное излучение поглощается тканью, тем меньшая его интенсивность требуется для препарирования. С увеличением длины волны повышается уровень поглощения излучения молекулами воды, что обеспечивает большую эффективность работы на твердых тканях (рис. 2).

Длина волны генерации СО2 лазера (10,6 мкм) совпадает с пиком поглощения воды и гидроксиаппатита, что определяет его широкое применение в лазерной хирургии. В частности, областью применения СО2 лазеров являются хирургические вмешательства на мягких тканях, в том числе в пародонтологии, имплантологии, а также в эндодонтии. Однако, применение данного лазера для абляции (испарения) твердых тканей приводит к эффекту карбонизации (обугливания) и оплавления твердых тканей, поскольку в данном случае требуется значительно большая энергия. Следовательно областью применения СО2 лазера не может быть хирургия твёрдых тканей. Анализируя данные литературы, можно сделать вывод, что лазеры с длиной волны генерации в ближнем инфракрасном диапазоне (0,81-1,064 мкм) (рис. 3) более перспективны для работы на мягких тканях.

В отличие от скальпеля, при проведении хирургических разрезов лазером не происходит размозжения тканей, что обеспечивает снижение болезненности вмешательства, отсутствие рубцов и сокращение сроков заживления раны.

В настоящее время диодные лазеры с длиной волны генерации от 0,532 до 1, 5 мкм широко применяются в хирургии, парадонтологии и эндодонтии. Диодными лазерами можно проводить разрезы на мягких тканях, стерилизовать каналы, проводить фотодинамическую терапию.

Однако они не работают на твердых тканях, таких как эмаль, дентин и кость. С помощью диодных лазеров мы можем получить эффект коагуляции сосудов за счет поглощения лазерного излучения гемоглобином, и это позволяет проводить бескровные операции с полной визуализацией операционного поля.

Кроме того глубина проникновения в биологические ткани лазерного излучения с длиной волны 0,810 –1,064 мкм достигает более 1000 мкм, что делает их эффективными при стерилизации зубодесневых карманов и корневых каналов.

В настоящее время на мировом, в том числе и российском рынках, имеется большое количество различных моделей диодных лазерных аппаратов, которые поставляются в Россиюкак зарубежными, так и отечественными производителями.

Диодные лазеры компактны,надёжны, характеризуются прекрасным соотношением цена – качество. Однако, по мере накопления клинического опыта выявились и некоторые недостатки, которые затрудняют работу, снижают положительные свойства лазерной хирургии.

Дело в том, что оперативные вмешательства на мягких тканях проводятся с помощью гибкого световода, кончик которого разогревается до такой степени, что происходит его обугливание, препятствующее прохождению лазерного излучения. Это приводит к еще большему его разогреву и, как следствие – коагуляции тканей.

Особенно ярко этот эффект проявляется, когда, рука хирурга, двигаясь с переменной скоростью, замедляет своё движение в силу естественных причин, ткани получают большее количества энергии, в том числе и тепловой.

Это приводит к перегреву и коагуляции тканей. Вследствие этого ассистенту хирурга периодически необходимо удалять нагар с кончика световода, а к необходимой абляции тканей добавляется и нежелательная коагуляция, которая приводит к ожогу и усилению некроза окружающих тканей. Уменьшение этих негативных моментов различными специалистами решается по-разному: одни стараются чаще чистить световод, другие – охлаждают кончик световода орошением водой или физраствором.

В Германии разработан сапфировый лазерный наконечник в виде скальпеля, который не обгорает при такой температуре. Этот наконечник стоит у производителя более 1000 евро.

На российском рынке в 2008 г. презентован лазер Elexxion Delos (рис.4), который, помимо Er:Yg лазера, отвечающего самым высоким медико-техническим, эргономическим и эстетическим требованиям, содержит диодный лазер, который заметно отличается от существующих аналогов.

Это полупроводниковый лазер мощностью 50 Вт, который работает в широком частотном диапазоне: от непрерывного воздействия (CW) – до 20000 Гц Высокочастотное воздействие позволяет работать на более высоких мощностях, а значит с более высокой скоростью, с меньшим термическим повреждением тканей и уменьшением образования нагара на кончике световода.

Группа учёных, работающих под руководством профессора Б.Г.Альттшулера, исследовала и выявила причины формирования, а также способ устранения указанных выше недостатков технологии препарирования мягких тканей.

В результате разработана новая технология, которая заключается в автоматическом управлении мощностью лазерного излучения в зависимости от температуры в области кончика световода. Таким образом, задав температуру на дисплее прибора, при которой необходимо проводить данное хирургическое вмешательство, хирург производит разрезы, не заботясь о скорости, с которой он препарирует ткани. При замедлении происходит снижение мощности, а при ускорении мощность увеличивается.

Таким образом, разработчикам удалось не только избежать обугливания кончика световода, снизить зону термотравмы и некроза окружающих тканей, но и существенно увеличить скорость оперативного вмешательства (рис. 5а, 5б).

Подобного рода системы управления параметрами лазерного излучения с помощью обратных связей являются основой и перспективой одного из современных путей повышения эффективности и снижения риска осложнений оперативных вмешательств не только на мягких, но и на твёрдых тканях челюстно-лицевой области.

Примером этого служит лазер KaVo Key III (рис. 6), который автоматически включает высокоинтенсивное излучение Er:Yg лазера (2,94 мкм) в момент нахождения инфицированных тканей, которая определяется по флюоресценции гематопорфирина, возникающей под влиянием лучапилотного лазера.

Таким образом, например, стало возможным селективное удаление поддесневых зубных отложений без откидывания лоскута, щадящее препарирование кариозных полостей. Особое внимание и огромный интерес у клиницистов – стоматологов и челюстно-лицевых хирургов всегда вызывали разработка и применение лазерного излучения для оперативных вмешательств на мягких и твёрдых тканях челюстнолицевой области.

При этом, одной из самых сложных проблем является препарирование твёрдых тканей зубов, а также – челюстных костей при костно-пластических, пародотологических и иплантологических операциях. Для работы на твердых тканях используются эрбиевые лазеры. Длина волны генерации Er:Yag лазера составляет 2,94 мкм и соответствует пику поглощения молекул воды.

У Er:Ysgg лазера длина волны генерации составляет 2,78 мкм, и поглощается водой хуже, чем 2,94 мкм (Er:Yag лазер). Следовательно, его эффективность в препарирования мягких и твердых тканей (рис. 2) ниже. За счет сильного поглощения молекулами воды лазерного излучения с длиной волны 2,94 мкм, эрбиевые лазеры одинаково эффективно могут аблировать эмаль, дентин зуба, костную ткань, наддесневые и поддесневые отложения и делать разрезы на слизистой оболочке полости рта.

При этом увеличение эффективности препарирования зависит от мощности лазерного излучения и плотности энергии, создаваемых на операционном поле. При увеличении этих параметров накапливается остаточное тепло и ткани зуба обугливаются. Кроме того, возможны и другие осложнения, связанные с термотравмой. Снижение риска термотравмы достигается путем добавления водного спрея, который используется всеми производителями. Однако, наиболее эффективный способ снижения или устранения негативных явлений – уменьшение длительности импульса лазерного излучения.

Отметим, что чем короче лазерное воздействие, тем меньше накапливается остаточное тепло, и тем выше порог безопасной мощности лазерного излучения. В настоящее время на мировом рынке стоматологических Er:Yg лазеров лучшими параметрами, с этой точки зрения, обладает модель Fidelis III, производства компании Fotona (Словения) (Рис.7).

При мощности 20 Вт и энергии 1500 мДж, данный аппарат формирует импульсы длительностью 50 мкс. Такие параметры позволяют препарировать зубы со скоростью, не уступающей турбине, тем не менее водный спрей все равно необходим.

Перспективы развития данного направления связаны с разработкой лазеров, обладающих сверхкороткими импульсами, работающие в нано- и фемтосекундном диапазонах, когда за миллионные доли секунды на ткани подаются мегаватты мощности.

При этом происходит мгновенное преобразование тканей в плазму, а окружающее ткани не успевают на это отреагировать. Лабораторные испытания такого оборудования успешно прошли в нескольких зарубежных и Российских лабораториях, что дает надежду на дальнейшее развитие этого направления и доведение лабораторных образцов до серийного производства.

Несомненным преимуществом Er:Yag лазеров при работе на мягких тканях является отсутствие коагуляции тканей и тромбоза сосудов, а значит – сохранение микроциркуляции в тканях. Это обеспечивает не только отсутствие рубцевания, но и существенно улучшает регенерацию ткани в послеоперационном периоде, что делает его применение незаменимым при пародонтологических, имплантологических и пластических операциях.

Глубина проникновения излучения Er:Yag лазера в ткани составляет всего 1-2 микрона (рис. 3). Это даёт нам возможность, препарируя твёрдые ткани зуба, избирательно и послойно удалять только пораженные кариозным процессом ткани, так как они отличаются от здоровых более высоким содержанием воды. Поэтому необходимая мощность для абляции кариозной ткани значительно ниже, чем таковая для абляции здоровой.

При использовании эрбиевых лазеров в лечении кариеса зубов и его осложнений, за счет имеющейся возможности безболезненного и селективного удаления пораженных тканей, удаётся сохранить «здоровую» ткань, отсутствует смазанный слой, сформированная полость стерильна.

Таким образом, обеспечивается минимальная инвазивность операции, наилучшие условия адгезии пломбировочного материала, а стерильность операционного поля предотвращает возникновение рецидива кариеса.

Данный принцип селективного удаления инфицированных тканей, который реализуется за счёт высокой абсорбции лазерного излучения инфракрасного диапазона (2,94 мкм) молекулами воды, успешно применяется для удаления как зубных отложений, так и грануляционной ткани.

Такого рода «щадящая» хирургия имеет ряд неоспоримых преимуществ, которые снижают риск осложнений, что в свою очередь расширяет показания к оперативному лечению пародонтита, периимплантита,применению современных методов и средств имплантологии даже у пациентов с сердечнососудистой, эндокринной и другими видами соматической патологии. Это особенно актуально для лиц пожилого возраста, которые наиболее часто нуждаются в подобного рода лечении, так как риск местных и соматических послеоперационных осложнений в первую очередь связан с отсутствием возможности сохранения здоровой ткани и высокой травматичностью вмешательств, проводимых с помощью традиционных хирургических инструментов и стоматологического оборудования.

В настоящее время на рынке имеется большой выбор твердотельных лазеров. Общие принципы устройства этих лазеров в основном одинаковы, но они отличаются по техническим параметрам, эргономике, цене. Одной из причин, которая сдерживает широкое применение эрбиевых лазеров, не смотря на их явные преимущества, является высокая стоимость (от 2.5 до 3.5 млн. руб), а также дорогостоящее обслуживание. Это связано с тем, что для эффективного препарирования твёрдых тканей зубов с применением существующих технологий требуются очень большие мощности воздействия.

Это резко повышает требования и к другим техническим характеристикам, что в целом увеличивает стоимость данного вида медтехники и расходных материалов. В связи с этим ведутся интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, направленные на совершенствование лазерного оборудования и новых технологий его применения.

Разработка и совершенствование оборудования направлены на использование новых источников лазерного излучения – волоконных лазеров, которые характеризуются малыми габаритами, меньшим энергопотреблением, высочайшей надежностью и низкой по сравнению с твердотельными лазерами стоимостью.

Такое удивительное сочетание полезных свойств волоконных лазеров позволило создать новый прибор «Light Touch», который был приобретён компанией Синерон (США) и представлен на российском рынке в 2008 г. Далее, в более совершенном виде, с лучшими параметрами и меньшей ценой, стоматологический волоконный Er:Yg лазер «Aquastar» был презентован на выставке IDS, в Кельне, в 2008 г. компанией «Laser Creation» (Италия) (рис.8).

В данной модели Er:Yg лазера, созданной на основе применения волоконного источника излучения, удалось добиться достаточной мощности для препарирования всех видов твёрдых и мягких тканей, небольших размеров и веса, а также наилучшего соотношения цена-качество. В 2010 году эта модель последнего поколения зарегистрирована в установленном порядке ООО «Компания Мединфодент» (www.medinfodent.ru), сертифицирована и допущена к клиническому применению на территории Российской Федерации. 

Это делает возможным более широкое использование Er:Yg лазеров в повседневной практике российских стоматологов.

Журнал  "Инновационная стоматология 1/2010"  - http://academia-aist.ru/IS-laser-2010.pdf