NEKE PRIMENE LASERA U STOMATOLOGIJI I INTERAKCIJA SA BIOMATERIJALIMA

Dragan Družijanić 1, Mirko Dinulović3, Žarko Božović4, Ljubomir Vulićević 5 , Aleksandar Kovačević6, Marina Kutin 7, Vladimir Arsoski 8, Nikola Slavković 9, Dragana Simonović 11, Ivana Veselinović 12

1.IRITEL A.D. Beograd, Batajnički put 23, zeljka@iritel.com, 2. Moma Stanojlović, Beograd, 3. Mašinski fakultet Beograd, 4.Dom

zdravlja 5.IHTM 6. Tehnički fakultet Čacak, 7.Vinca, 8. ETF Sadržaj - Analizirane su savremene primene lasera u stomatologiji i protetici. Interakciji laserskog snopa sa biomaterijalima (biokeramika) je posvećena posebna pažnja. Za uzorke zdravih i patogenih dentalnih materijala razmatrana je mikroskopija povrede posle izlaganja različitim tipovima lasera. Specles tehnikama je beležena površina sa cariesom i zdrava.. 1. UVOD Primena lasera u stomatologiji je za razliku od drugih srodnih grana medicine tek poslednjih godina prihvaćena. Ovom prilikom se neće diskutovati razlozi za to, ali čini se da su komercijalne prirode. Iako se potencijalna primena spominjala u literaturi i u vreme prvih intervencija laserom i interakcijom sa biomaterijalima, podaci iz početka 1999 godine govorili su da od 141 000 registrovanih lekara samo 2-3%, koriste lasere. Cena uredjaja je igrala posebnu ulogu. Kako je primena lasera i u stomatologiji dijagnostičkog, hirurškog i biostimulativnog tipa, to je u radu ispitivana dubina i oblik povrede za definisan opseg talasnih dužina i snaga, kao prvo, i kao drugo: izlaganje snopu lasera male snage (mekih lasera), što omogućuje razlikovanje zdrave površine od površine zahvaćene nekim patogenim procesom (carries). Laseri se razlikuju po aktivnom materijalu, tj. hemijskoj osnovi (CO2, Nd3+:YAG, argon, holmijum:YAG itd.), po talasnoj dužini emitovane svetlosti i po snazi (bilo da se laser primenjuje kontinualno ili u kratkim impulsima). Efekat svakog lasera ponaosob se razlikuje u zavisnosti od toga na koje tkivo se primenjuje- enamel, dentin, pulpu, kost ili gingivu. Zub i koren spadaju u čvrsta tkiva ,a naziv meka tkiva se odnosi na desni, na ligamente i vlakna, koja vezuju zub i vilicu, i na tkivo koje podupire jezik. Kada se tkivo izloži laserskoj svetlosti, ta svetlost može biti apsorbovana, reflektovana, rasejana na tkivu ili transmitovana. Ovo je važno jer energija transmitovane ili rasejane svetlosti može da ošteti okolno tkivo. Reflektovana svetlost se disipira veoma brzo pa ne nanosi nikakvu štetu. Bez obzira na “istorijsko“ kretanje i naziv, sada se može konstatovati da su moguće brojne intervencije. Primena lasera na mekom tkivu Danas je u dentalnoj hirurgiji mekog tkiva laserima moguće: • Odstaniti uvećano tkivo gingive, koje može nastati kao

propratni efekat uzimanja određenih lekova, loše oralne higijene ili ortodoncije, u zahvatu koji se naziva gingivektomija;

• Izložiti uticaju dentalni implant (zamena za koren zuba), koji je napravljen od čelika ili titanijuma i hirurški ubačen u kost vilice. To se radi CO2 laserom;

• Ublažiti bol usled aftozne ulceracije, bolesti usta. I CO2 laser i Nd3+:YAG laser mogu ublažiti bol trenutno, bez upotrebe anestezije;

• Ukloniti višak tkiva ispod jezika (podjezična vezica) za manje od 2 minuta, u zahvatu koji se naziva frenektomija;

• Vršiti biopsiju, odn. uzimanje uzorka patološke promene, sa ciljem da se ustanovi da li je ta promena maligna. Biopsija laserom ne zahteva ušivanje, a tkivo dobro zarasta;

• Ukloniti meko tkivo u ustima da bi se izravnale bore, koje nastaju kada se osoba smeje.

Primena lasera na tvrdom tkivu Prvo, kao <teoretska> interakcija interesantno je: uklanjanje cariesa tj. uklanjanje dentina i gledji. Druga, podrazumeva procedure sečenja i uobličavanja tkiva desni i biostimulativno tretiranje parodontopatičnih tkiva. Treća uloga je u ranom otkrivanju carriesa. Početni stadijum cariesa se u standardnim pregledima ne detektuje. Godinama je tražena alternativa za bušilice i otklanjanje anksioznosti poseta stomatološkim ustanovama. Dijamantska bušilica je pripadala klasi malobrojnih materijala, koji mogu da obradjuju dentin i gledj . Od 90tih godina konkurentna tehnika je bila mikrovazdušna abrazija, sistem koji nije zahtevao anesteziju. Prednosti su se gubile na mekom cariesu, specijalnim ispunama, ali nije mogla da pripada kategoriji panacee. Iako potencijalno velikih mogućnosti (1961) laserska tehnika je u pojedinim krajevima sveta u najrazvijenijim zemljama (USA) tek počela da se primenjuje pred kraj veka i milenijuma. FDA (US Food and Drug Administration) je izdalo tržišnu dozvolu za laserski sistem Centaury Er:YAG, koji je prvenstveno rešavao probleme sa tvrdim tkivom. Visok sadržaj vode u dentinu, koji se kvari, omogućuje apsorpciju talasne dužine 2,9 μm . Nekoliko interesantnih činjenica: U literaturi se retko sreće podatak da pacijent pri otklanjanju mikroskopskih delova tvrdog tkiva oseća samo lako pucketanje. CO2 sistem ima veću dubinu prodiranja pa može da ugrozi nervne završetke u okolini zuba. Medjutim, mnoge pozitivne strane su zavisile od sistema dovoda snopa i kritičnih parametara savijanja staklenih fiberskih sistema. Poznat je i sistem ErCr:YSGG (erbium chrom ytrium scandium galium granat) (λ=2,7 μm) ima slične optičke refleksione i apsorpcione karakteristike na tkivo. Talasne dužine oba dva sistema su pogodna za tkiva, koja su bogata vodom pa dolazi do izražaja hidrokinetički metod. Treća klasa proizvoda se očekuje da neće imati problema sa dovodom energije.

Zbornik radova XLVIII Konf za ETRAN, Čačak, 6-10 juna 2004, tom III Proc. XLVIII ETRAN Conference, Čačak, June 6-10, 2004, Vol. III

273

Medju prvim intervencijama lasera u stomatologiji se ubrajalo lečenje hiperplazije sa upotrebom fenitoina. Intervencije na hiperplaziji su se vršile sa CO2 laserom, eliminišu se mehaničke traume okolnih tkiva pa su oticanja i postoperativni bolovi manji. Periodentalna oboljenja i drugi problemi sa usnom šupljinom spadaju u istu kategoriju. Ar+ laser se koristi u preventivnim zubnim intervencijama u povezivanju gledji i dentina i u endodontičkim procedurama. XeCl laser bi bio od koristi za zatvaranje zubnih kanala, jer topi gledj (UV oblast, 308nm). Postoje istraživanja i za lečenje propalih zuba izazivajući porast sekundarnog dentina (za zaštitu dentalnog materijala), za lečenje infekcija i drugih komplikacija vitalnih površina zuba,za resekciju inficiranog korena. Ultrakratki impulsi laserskih snopova (fs područje) koji su sa velikim pauzama izmedju impulsa (odnos 100000) imaju izlaz reda nekoliko mJ ili manje, što dovodi do podataka ogromne trenutne vršne gustine snage, i uopšte snage (30MW -1012W). Ove su snage veoma pogodne za potrebe mikromašinstva, sečenje i bušenje. Kako su mogućnosti fokusiranja vezani za granice difrakcije, to se kontrolom položaja snopa može da veoma precizno radi. Podešava se optički sistem tako da samo najuži centralni deo bude iznad praga abrazije materijala. Brzina uspona i pada impulsa obezbedjuje da su zanemarljivi procesi difuzije. U tom kontekstu, stavljaju se paralelno fs laserima materijali: dijamant, titankarbid i zubna gledj. U medicini se takvi impulsi koriste i u vaskularnoj hirurgiji, hirurgiji delova kičmenog stuba, oftalmologiji. U mnogo procesa ima formiranja mehurova. Femptosekundni laseri su pogodni zbog male srednje snage, pa ne prouzrokuju neželjena oštećenja tkiva. Posebnu ulogu za vizuelizaciju tkiva bi mogli da imaju generatori stimulisanog zračenja u području 15 μm do 1mm.(Ima dosta lasera koji tu rade, medju njima su i tipovi na olovnim solima).[ ] Eksperiment I Uzorci zdravih i patogenih zuba su izlagani snopovima Nd3+:YAG lasera λ=1,064µm i CO2 lasera (10,6µm). Maksimalna energija laserskog impulsa korišćenog uređaja (Nd3+:YAG lasera) je 100mJ, a trajanje impulsa 25ns. Stvarna energija korišćenog laserskog uredjaja (izmerena meračem energije) iznosila je oko 6mJ. Odraz (poprečni presek) laserskog snopa kontrolisan je na fotopapiru. CO2 laser je korišćen u režimu 2, 10 i 390 impulsa sa energijom impulsa 47 mJ i vremenom trajanja 2 µs (impuls ima složen oblik sa repom pa treba računati sa 120 ns). Šema izlaganja zuba je na slici 8. Izvor laserskog zračenja je bio postavljen na fiksnu masivnu platfomu, kako bi se obezbedili nepromenljivi uslovi merenja. Ispred njega je postavljena optička klupa na koju je postavljeno sočivo žižne dužine 50mm, na približno 30mm od prednje stranice izvora. Osa sočiva je približno postavljena u osu laserskog snopa. Ispred sočiva je na rastojanju od 50mm (u njegovoj žiži) postavljen nosač sa crnim fotopapirom. Izvršeno je nekoliko probnih emitovanja laserskog snopa kako bi se na fotopapiru uočilo mesto u koje pada fokusirani laserski snop. S obzirom na to da je korišćeno sočivo male žižne daljine, trag

otiska laserskog snopa na fotopapiru je imao veoma mali prečnik. U svaki od uzoraka emitovano je po 20 laserskih impulsa, sa razmakom od nekoliko sekundi. Prilikom udara laserskog snopa u uzorak javljao se karakterističan prasak i varnica, ali samo do petog impulsa. II U drugom harmoniku Nd3+

: YaG lasera posmatrana je površina zdravog i patogenog tkiva koje je korišćeno u eksperimentu I. Rezultati specles tehnike su pokazali da se i tako po speclima mogu da razlikuju zdrava od patogene površine.

Sl.1 Makroskopski uzorci tretiranih zuba

Sl.2 Makroskopski uzorci tretiranuih zuba

Sl.3 Makroskopski uzorci tretiranih zuba

274

Sl.4 Makroskopski uzorci tretiranuih zuba Rezultati Makroskopski izgled uzoraka je dat na sl.1-4.Površine poprečnih preseka snopova kojima je izlagano tvrdo tkivo su kontrolisane fotopapirom. U zavisnosti od energije izlaznog impulsa preseci se menjaju, ali ne postoje linearni odnosi. Rezultati proučavanja optičkim mikroskopom su dati na sl. 5-7.

Sl. 5. Skica analize zuba (sl 2.) optičkim mikroskopom

Sl. 6. Skica analize zuba (sl 3.) optičkim mikroskopom

Sl. 7. Skica analize zuba (sl 4.) optičkim mikroskopom

Sl. 8. Šema izlaganja zuba zračenju CO2 lasera Rezultati povreda sa CO2 laserom su dati na slikama 9-13.

Sl. 9. Makroskopski snimak svih povreda na zubu (16x)

Sl. 10. Mikroskopski snimak povrede na zubu (16x), 390 impulsa (Eimp=47 mJ)

Sl. 11. Mikroskopski snimak povrede na zubu (16x), 2 impulsa (Eimp=47 mJ)

275

Sl. 12. Mikroskopski snimak povrede na zubu (16x), 10 impulsa (Eimp=47 mJ)

Sl. 13a.

Sl. 13b.

Sl. 13a,b. Gornji i donji deo prsline verovatno izazvane laserskim tretmanom, 10 impulsa (Eimp=47 mJ)

X. ZAKLJUČAK U radu je analizirana primena lasera u stomatološke i u dijagnostičke svrhe. Dubina prodiranja, veličina povrede i izbačena masa su najvažniji elementi- faktori za razmatranje. Kako gleđ spada u tvrde materijale, to se teoretsko razmatranje delovanja lserskih snopova može meriti sa drugim keramičkim materijalima. Specles tehnike razlikuju zdravo od patogenog tkiva.

LITERATURA [1] M.Srećković , Ionin A.I., Yu Klimačev, V.Rajkovič,

Miloisavljkević, Sinitsyn D.,Vulićević, Mijatovoić N.,A.

Petrokvić Šparica, G.Šparica,Lasers Interaction with Some Mettalic and Ceramc Materials , Lasers

[2] M.Srećković, Bojanić S., Dinulović M., Milosavljević A., Mirovcoić A., Z.Mihailović, Mamula Tartalja D., Rajković V., Cvetković N.,Popov V.,Potential Laser Application in Dentistry and Some Interaction with Modern and Standard Prosthetics Materials,Lasers

[3] N.Backović,A.Milosavljević,V.Rajković,Ž.Lekić.Tomić,B.Savić, XXXVII ETRAN Beograd 20-23 septr.1993 Dejstvo lasera na stomatoprotetičke materijale

[4] Ž.Lekić,M.Srećković, N.Backović i dr. Mehanizmi interakcije impulsnih lasera sa stomatoprpotetičkim matrerijalom u vidljivom u vidljivom i u IC podrulju ETAN s.45-57,1992

[5] B. Živković,Djordjević M., Ispoitivanje kvaliteta laserskog zavarivanja elemnata od dentalnog čelika, ETAN Bled 1987, XI299- 304

[6] Živković B., Djordjević M., Mogućnosti korišćenja CO2 lasera u domenu stomatologije ETAN 1986, XI 27-34

[7] N.Backović, Stamenković D., Uticaj različitih uslova livenja na mikrostrukturu Co Cr-Mo legura, Stomatolopški glasnih Srbije XXIX,maj juni 1982 183-191

[8] D.Stamenković B..Babić,Stanković D.,Backović N., IspitivanjeCo Cr Mo leguira sa razlčičitim polaznim stanjem, Simpozikum o stomatološkim materijalima, 1981, 35-43

[9] T.Jovanić, U.Todorić, S.Kapor and V.Sajdl, Uticaj tragova molibdena u materijalima za stomatološke nadoknade na smanjenje pojava kariesa, Stomatološka protetika, 2/81 ,44-50,1981

[10] Lazernie metodi poluceniza poluprovodnikovih struktur, Kisinev ,Stiinca,1988

[11] A.G.Grigoryanec, A.N.Safonov, Osnovi lazernogo termouprocdenija splavov,Moskva, Vissaja skola, 1988

[12] Opticke osobine Aca [13] W.W.Duley, CO@ laser, Academic Press, New

York,1976 [14] D.Joyeux,F.Polack,A.,Bernstein et S.Lowenthal,

Microscopie par X holographie,p.72,Le Courier du CNRS,suppl.No.71

[15] Laser-Praxis, Oktober 1991, LS126 Abstract The modern laser applicatuion in dentistry and stomatoprosthetic are analysed.The laser interaction with biomaterials(bioceramics) is conposvećena special attention. For the health and pathogene samples(tooth) the optical microscope analčysis is perfomed after laser exposition and material provoked damages.Specles techniques differ the health and patogene surface(carries ) and various dental materials.

SOME LASER APPLICATION IN DENTISTRY AND INTERACTION WITH BIOMATERIALS

Družijanić Dragan, Mirko Dinulović, Žarko

Božović, Vulićević Ljubomir , Aleksandar Kovačević, Kutin Marina, Arsoski Vladimir, Slavković Nikola,

Simonović Dragana, Veselinović Ivana

276