CN101505831A - 光学治疗处理装置 - Google Patents

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Abstract

公开了活性生物膜定向热分解(LBTT)的方法和装置。公开的LBTT方法可以用于以白炽光和作为热沉的定向制剂进行活性牙周生物膜的热分解和凝结。可以使用所知的“热尖端”的传递组件将通过来自碳化近红外二极管激光器传递纤维的二次量子光学和热发射产生的白炽光传递到包括活性生物膜的应用区域。通过这种利用白炽热尖端的辐射能(即它的光学和热发射)的新型的定向方法，牙周袋中的定向的活性生物膜的物理特性从粘液液态胶变成了半固态凝块，然后，方便了利用传统的机械SRP牙周技术从有效的袋中移除半固态凝块。

Description

光学治疗处理装置
本申请要求2005年11月30日提交的，标题为《光学治疗处理装置》的相关美国临时申请No.60/740,776的优先权，其内容通过参考的方式全部包含于此。
发明领域
本发明涉及选择性降低目标场生物污染水平的方法和装置。更特别地，本发明涉及利用光热辐射为牙周袋进行细菌消毒和生物膜消除的方法和装置。
发明背景
术语“生物膜”描述了附在它们自己粘液内的微生物的群落，该粘液即胶状聚合分泌物，它们对牙周和植体周围(periimplant)的疾病，以及许多其他感染性和发炎性人类疾病负有责任。(1)在牙周疾病中，是附着到牙根部和袋上皮组织的活性生物膜保护病原菌免于附属治疗模式，例如抗生素，以及例如补充活化物、噬菌细胞的趋药性、以及多形核白血球的脱粒的内源免疫功能。(2)由于细菌和生物膜生存的生态龛位(牙周袋)的本性，生物膜的这些独特的保护特性部分地显示出来，并且这一隐蔽的位置导致牙周疾病的最后的治疗很难而且很复杂。事实上，对活性生物膜消除的包括物理的、抗菌的、以及化学处理的典型的治疗方法通常是必要的。(1)以前已经使用过并对其研究以非手术方式治疗牙周疾病的两种激光治疗法为使用FRPNd0:YAG激光器(3，4，5)的激光龈沟清创术和带有(软)低能级(level)红激光和各种光敏制剂的细菌光敏仪。(6，7，8，9，10)
尽管已经提出了很多利用不同组激光器和激光波长在牙周袋中进行“细菌消毒”的技术，但是，在文献中很少有强调“用激光进行牙周生物膜消除”的单个目标的参考文献。因此，需要探索廉价的近红外二极管激光器的内在的热特性，以作为潜在的附属装置来实现牙周袋内的生物膜消除。
因此，本发明的主要目的是提供在牙周袋中进行生物膜消除的方法和装置。
这一目的是通过带有来自通过CW近红外二极管激光器产生的“热尖端”的白炽光和选择性吸收光能的定向制剂的活性生物膜定向热分解(LBTT)来实现的。
发明内容
本发明针对定向活性生物膜，热分解和移除生物膜的方法和装置。在本发明的一个实施例中，定向物质被引入到包含待热分解的生物膜的区域。优选地，定向物质为被生物膜选择性地吸收的物质，例如，在牙周袋中为生物膜工作的亚甲蓝。设有光纤，其中光纤在近端和远端之间延伸。远端被引入到靠近定向生物膜的组织，例如在牙周袋中。然后，光被引入到光纤的近端，从而引入的光向纤维的远端传播并离开该纤维的远端。优选地，光为凝聚性的，但也可以是非凝聚性的，且或是单色的或是多色的。可以控制光的强度，从而一旦从纤维的远端离开，可以产生足够的热量，导致靠近远端的组织和/或流体开始在远端碳化，并且之后导致碳化后的远端到达白炽状态。作为结果的白炽辐射具有在定向物质的优选吸收光谱之内的波长，从而至少一些白炽辐射被定向物质吸收到充分的程度，来加热定向物质，从而充满该物质的生物膜被热分解，导致相互混淆，该生物膜形成聚集物，以某种形式的聚集物可能特征为半固态凝块。随着生物膜的热分解，在通过例如水的载体流体流的冲刷后，利用牙周医疗设备移除聚集物。
在本发明的另一个实施例中，用光学治疗装置将需要的能量传递到治疗区域(例如MB溶液)。光学治疗装置可能包括一个或多个组件，每个组件包括需要将这样的光能传递到MB溶液的各种元件。作为一个实例，光学治疗装置可以是包括固定柔性光纤的外壳的手持式装置，从而纤维的远端部分用于产生白炽光并用于治疗。
本发明的另外的目的和优点将在随后的说明中部分地给出，并且部分地从说明中一目了然，或者通过本发明的实践可获知。本发明的目的和优点将通过所附的权利要求书所特别指出的元件和组合来实现和达到。
可以理解的是，前面的一般性说明和下面的详细的说明都仅仅是示例性和解释性的，并且不是像权利要求一样来限制本发明。
包含于此并且构成这个说明书的一部分的附图，解释了本发明的一个(几个)实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。
对附图的简要说明
为了更全面理解本发明的方法和装置，可以参考下面详细的说明，所做的说明结合附图进行，其中：
图1示出了齿龈和嵌入其中的牙齿；其中二极管热尖端正在牙周袋内其中一个牙齿旁边发光。
图2为二极管热尖端发射先红色后橙黄色可见光的图示，该发射由C.I.E.色度图覆加到图1上为根据。
图3表示以在普通本生灯上加热到约1000摄氏度的“红热”细菌转移环观测到的以白炽形式从热转换成电磁能。
图4示出一个牙齿侧边的11mm深的牙周袋。
图5描绘了利用纤维刷将亚甲蓝施加到牙周袋。
图6示出了牙周袋内的光纤远端的插入和袋内白炽尖端的形成。
图7示出了袋内白炽尖端的位置变化，以表明白炽尖端可以在15秒至20秒内遍及袋内移动。
图8描绘了由格雷西剥器从被辐射袋移除的生物膜和组织凝结物。
图9示出了漂白龈沟齿龈组织和推测的8天后牙齿的新的附着物。
图10示出了5周后牙齿的齿龈组织的康复和附着物。
图11描绘了一端连接到激光源且另一端连接到发光探针的LBTT装置的示例性把手。
图12描绘了具有与把手接合的配合部分(1)、弯曲部分(2)、以及光纤(3)的LBTT装置的示例性发光探针，通过该光纤，激光传播到远尖端而产生白炽光。
公开内容的详细说明
根据本发明的一个方面，LBTT为专门利用热沉(heat sink)以牙周袋中的活性生物膜为目标的程序，以进行随后的热分解和方便移除。一旦活性生物被定为目标，就可以利用来自二极管激光器产生的热尖端的内在辐射的发射，以热性地将生物膜的物理性质从液体胶变成半固态凝块，使得从牙周区对其进行机械移除变得可能。
LBTT利用CW近红外二极管激光器，并且具有与已知的利用FRP Nd:YAG激光器的激光龈沟清创术和利用具有各种光敏制剂的(软)低能级红激光器的细菌光敏仪中任一种方法基本不同的剂量测定参数和逻辑。
牙周袋的激光剂量测定处理：从剂量学的视角看与利用CW二极管激光器的LBTT最接近的治疗推论为激光龈沟清创术程序，通常利用自由运行脉冲Nd:YAG激光器来完成。1992年，Myers提出了利用Nd:YAG针对牙周袋的具体剂量进行测定计算，并且基于每个袋各自的探入深度，他的工作生成了激光剂量测定表。(11)这一一般性的原理和定量的公式用于利用FRP Nd:YAG激光器生成数据，这导致了“激光龈沟清创术”的第一次FDA市场开拓，对FRP Nd:YAG使用了特定的语言，“移除牙周袋内的病态的或发炎的软组织，从而提高包括齿龈指标、齿龈流血指标、探针深度、附着程度、以及牙齿活动性的临床指标”。(11，12)
Gregg和McArthy(13)对牙周袋激光剂量测定思想进行深入研究，并且引用了利用对“光剂量”的计算的龈沟清创术的第一案例报告，来定义“传送到治疗场的激光能量的量”。见表1.
表1：对FRP Nd:YAG的“光剂量”的计算
1)光剂量＝传送到治疗场的激光能量2)(平均能量(瓦特))＊(治疗持续时间(秒))＝焦耳斯(总能量/袋)3)焦耳斯(总能量/袋)/(袋的深度(毫米))＝焦耳斯/毫米(袋深度pd)
这种新型的(焦耳斯/毫米pd)的测量由Harris在2003年(11)已经陈述了，与药的剂量(毫克/千克体重)的值相似，因为总的光剂量将限定在治疗场(牙周袋)中激光能量的集中度与限定组织中药物的浓度的药剂量一样多。Harris得出结论：“光剂量”是有用的参数，可以利用潜在的不同的激光系统为相似研究之间的比较提供统一的测量。(11)最近，Harris、Gregg、和McCarthy等人(14)公开了最近FDA批准的激光辅助新型附着程序(LANAP)的回顾分析，其中，传送到每个袋的总的光剂量为10-15J/mm pd。LANAP也是由Yukna等人(15)所报告的程序，具有牙周韧带再附着和再生的第一历史证据，是在缺少长的结合上皮组织的情况下的激光程序。LANAP公开的主要目的是清创术，为了完全移除牙周袋内的袋内上皮组织和下面被感染的组织，并且移除钙化的斑块和附着到根部表面的结石。(表2)(14)最后，Harris已经估计出(通过回顾他人的研究)将可能损害根部表面的利用脉冲Nd:YAG的光能量的“有毒的剂量”处于20-60J/mm pd的范围内，并且需要开发适用于每个独特的激光模式的不同的剂量测定。(11)
 
表2：已获得专利和FDA批准的利用FRP Nd:YAG激光器的LANAP程序的临床步骤
1)绘制探针深度2)在上皮内层碎片停止积聚在纤维尖端之前，利用短持续时间脉冲(下降沿方式)实施袋内的激光通路3)以附加的压电剥器和手持仪器进行刮除和根部整平4)在较长脉冲(635微秒)利用Nd:Yag激光器进行第二次通过5)被压缩以利用牙齿夹板疗法辅助凝块形成的齿龈组织和所示的啮合外伤的减轻
Nd:YAG和CW二极管激光器的脉冲能力：FRP Nd:YAG激光器能够进行一秒的百万分之几(10-6秒)的脉冲持续时间，可以允许极高的尖峰功率(1-2千瓦特/脉冲)，以及牙周袋内的龈沟上皮组织的安全和迅速消融。(14)利用这种激光-组织的相互作用，利用FRPNd:YAG激光器进行龈沟清除术的临床医生能够在极端时间间隔内将激光能量的剧烈爆破施加到袋内的龈沟上皮组织。因为(10-6秒)相互作用的光生物学保持激光组织反作用的消融的开始在激光组织反作用的热开始之前，这种能力将引起上皮组织的迅速且精确的消融。CW或放置在牙周袋内的门二极管激光器没有高的尖峰功率或FRP Nd:YAG的微秒级的脉冲能力。利用不能到达软组织中的消融阈值的小得多的尖峰功率，CW二极管激光器具有较长得多的毫秒(10-3秒或一秒的千分之几；表3)的脉冲持续时间。(16，17)因为这样的CW二极管激光器对封闭式(牙周袋)程序要求基本不同的逻辑和剂量测定方法，在很大程度上，输出功率从被认为的“热尖端”被转换成热和辐射能量。(16，17)
 
表3：激光“脉冲”数学的时间转换因子
1秒＝1,000毫秒(ms)(103ms)1毫秒ms＝10-3秒＝1/1000秒＝0.001秒0.001秒＝1毫秒(ms)1秒＝1,000,000微秒(μs)(106μs)1微秒μs＝10-6＝1/1,000,000秒＝.000001秒0.000001秒＝1微秒(μs)10微秒＝1/100,000秒100微秒＝1/10,000秒
利用作为科学给定的CW二极管的物理脉冲极限，利用CW二极管激光器在牙周袋内的对“光剂量”计算的逻辑必须基本地从最近公开的利用FRP Nd:YAG的LANAP方法进行改变。由于在白炽尖端的基本的热生成，因为二极管和FRP Nd:YAG(即，二极管的“热尖端”接触蒸发对Nd:YAG的消融)之间的内在的物理和光生物的区别允许利用二极管具有远小的误差边缘，这一重要的区别对于临床医生的理解是至关重要的。(17)遵从Harris的要求为每个单独的激光器模式进行“光剂量”的定量值的建议(11)，本发明的一方面包括利用不同的剂量测定值和逻辑的实施限定新的参数集，明确地适应封闭的牙周袋程序中的CW二极管激光器。这些叫做二极管激光器袋参数(DLPP)的参数将利用在牙周袋中生成白炽尖端的二极管激光器的内在现象，同时也生成防止以过量的热、功率、和/或治疗时间燃烧和损伤邻近组织的安全措施。
利用CW二极管激光器生成“热尖端”：当二极管激光器纤维(分配了大于500mW的能量)与组织形成接触并且碳化纤维的尖端时，瞬间出现的量子发射和光生物的物理变化已经进行了深入的说明。(17)假定二极管激光器的纤维尖端一碳化，就出现了以热感应出的白炽的形式从纤维辐射的量子发射的即刻且深刻的变化。
热动力学第一定律指出，能量既不能创造也不能毁灭，它仅仅改变形式。在牙周袋中利用CW二极管激光器的该定律的实例指的是，激光束的电磁能被碳化后的尖端吸收，在碳化后的尖端上，激光束振动尖端中的分子，并转换成热能。因为尖端瞬间变的较热(高于726摄氏度)，热量以白炽的形式重新转换成电磁能，然后尖端发出辐射性可见红外光，并且现在为“赤热”。(18，19)与利用二极管激光器主红外光子可看到的相比，“热尖端”的这种二次量子发射(白炽)的结果引起了在牙周袋和组织中基本不同的热转移和光生物事件。(17)这些变化的光生物特性可以部分地利用热动力学的第二定律来解释。
热动力学第二定律指出，因为激光的主要能量从一种形式转换成另一种，一些能量不能供给进一步的使用。这并不意味着一些激光能量毁灭了，而是意味着在转移中部分能量变成不能用于与主光子能量相同的做功以散射形式的“废能量”(在该实例中为热量)。可以说，这种来自热尖端的“热量”或“废能量”比来自激光器的主光子具有较低的质量，因为激光器主光子直接从未碳化的纤维发射出来，激光器主光子被很好地准直、聚焦、且为同位的。(19，21)由于二极管热尖端开始利用热量发光(图1)，它首先发射红色可见光，然后发射橙黄色可见光。在尖端达到(900摄氏度至1200摄氏度)时，这可由C.I.E.色度图叠加黑色体位点得到证明(19)。这种能量转换现象的另一表示可以利用在普通本生灯中加热至约1000摄氏度时“赤热”细菌转移环观测到。(图3)
利用热尖端和降级的光纤，前向光束的质量和来自激光器的主光子的发射(根据能量、聚焦度、和同位度测量的)基本降低了，并且不能正确地继续将高质量的能量有效地传递到更深的组织。(18)利用“热尖端”和CW二极管激光器的这些量的变化是真实的，牙科从业者习惯上不能理解或将其考虑进去，并且以前已经由Verdaasdonk和Swol，以及Janda等人很好地进行了说明。(20，21)因此，对于由Harris说明的封闭式袋FRP Nd:YAG程序的“光剂量”计算不能反映二极管激光器的不同物理学特性、尖端的发射、以及光生物学特性的真实性。(11)
FRP Nd:YAG和CW二极管激光器的能量转移区别：在牙周袋中利用FRP Nd:YAG进行消融的激光组织相互作用的普通的功率密度方程利用限定的束直径测量主Nd:YAG激光器光子在辐射区潜在的热效应。
Figure A200680048789D00111
然而，在CW二极管激光器的作用下，转换成碳化的纤维尖端的局部辐射热量的大量的前向发射输出功率大大损害了纤维光学特性，并且因此消除了任何限定的束区域。这一热量(来自尖端)然后通过接触热传导的机制转移到近位的牙周组织。(17，18，20，21，22)与从FRPNd:YAG看到的相比，热传导为能量转移到组织的基本不同的机制和方式，这种热传导能够在纤维外生成足够的“尖峰”前向功率传输，以实现组织消融。当Nd:YAG在百万分之几秒内直接在传递尖端下将极高的(尖峰功率)能量堆积至小的组织体积时出现了消融。这种迅速的收容的能量转移产生消融的生物机械做功。(22)因此，FRP Nd:YAG的物理特性允许大部分激光脉冲被直接传输到尖端下的组织中，与从热尖端和CW二极管激光器通过热传导利用接触蒸发看到的相比，激光能量以一种多得多的能量的有效方式迅速地消融组织。而且，FRP激光器的高峰功率脉冲很可能辅助消融和移除在Nd:YAG的纤维尖端产生的任何碎片和碎屑，否则，碎片和碎屑阻塞前向激光发射，并且在纤维中生成不希望的热量。(22)相反地，CW二极管是有效的，由于激光器的输出功率大部分转换成热量，在接近尖端360度范围内产生大量的白炽辐射热能。部分地由于这一原因，从使用不同的激光器可知，大大地改变了激光组织的相互作用(热接触蒸发对消融)。(17，22)
治疗时间-在袋内使用CW二极管激光器的重要参数：为了允许当使用CW二极管激光器时来自白炽尖端的辐射热量，并且临床上根据治疗时间的考虑，必须改变对于使用FRP Nd:YAG的封闭式袋程序的传统的剂量测定方程和逻辑，以防止不希望的组织损害。例如，表2解释了在不考虑时间的情况下，激光通路(在LANAP中)应当继续在牙周袋中使用FRP Nd:YAG激光器，直到上皮内层碎片停止在纤维尖端积聚。这种龈沟清创术程序在引起消融的平均输出功率为4瓦特和150us脉冲宽度的情况下安全地完成。然而，使用CW二极管激光器的白炽尖端，在接近的牙周组织被不可挽回的损伤和烧伤之前，临床医生仅仅能够在4瓦特输出功率的情况下安全地使用CW系统1至2秒。因此，不能使用FRP Nd:YAG的激光通路逻辑和剂量测定，并且不应当使用CW二极管来实践，因为4瓦特的输出功率将导致更多的能量转换成纤维尖端的局部热量。使用FRP Nd:YAG和CW二极管激光器所需的激光剂量测定的基本的激光数学计算如表4所示和进行解释。
 
表4：激光数学计算
激光器件的输出功率是指，在给定波长从激光器发射出的光子的数量，并且以瓦特来测量1(W)＝1000mW激光束的功率密度测量在组织的治疗辐射场/区的激光光子的潜在热效应。功率密度是输出功率和束面积的函数，以(W/cm2)来计算，并且是通过下面的方程得到的值：1)功率密度＝(W/cm2)＝激光输出功率(W)/束直径(cm2)通过超过一定时间在特定输出功率操作的激光系统传递到组织内的总 能量是以焦耳斯测量的，并且由下面方程得到：2)总能量(焦耳斯)＝激光输出功率(瓦特)＊时间(秒)为了正确地测量组织场剂量以达到最大的有益组织反应，知道传递到给定组织区的总能量(焦耳斯)的分布和分配是重要的。总能量分布将以能量密度(焦耳斯/cm2)来测量。能量密度是功率密度和时间(秒)的函数，以(焦耳斯/cm2)来测量，并且按如下式来计算：3)能量密度(焦耳斯/cm2)＝功率密度(瓦特)＊时间(秒)通常，(不用热尖端)为了计算将激光能量的剂量传递到组织的给定区的治疗时间，临床医生需要知道能量密度(J/cm2)或总能量(J)，以及输出功率(W)和束面积(cm2)。然后，可以利用下面的方程计算治疗时间：4)治疗时间(秒)＝能量密度(焦耳斯/cm2)/功率密度(W/cm2)＊然而：由于在封闭式环境(即牙周袋)中使用二极管激光纤维的“热尖端”现象，不存在“束面积”的实际值，因此，不存在实际的“功率密度”和/或“能量密度”的方程。因此，对于牙周袋内的使用CW二极管激光器的“光剂量”参数，治疗时间必须依赖于方程4a。4a)治疗时间(秒)＝总能量(焦耳斯)/输出功率(瓦特)                  
利用来自CW二极管激光器的过量的输出功率的直接能量转换(成热量)，来自纤维尖端的更多热量将通过传导被有害地转移到接近的牙周组织中。从上面(表4)可以看到，通过改变对于使用CW二极管激光器的封闭式(牙周袋)程序临床思考处理，并且将其改编成治疗时间(表4中见方程4a)的值，利用施加到袋的剂量测定参数基于时间创造了一种新的“光剂量”逻辑。而且，由于利用这些激光器白炽尖端的剧热，为确保安全进行附加的临床修改也将涉及降低对于给定封闭式袋程序的总能量值。因为(如前所述)由于白炽热尖端的损害的光学特性不存在“束面积”的实际值，这些具体的改变对于牙周袋中的CW二极管激光器系统是必要的。在没有限定束面积的情况下，不存在实际的功率密度或能量密度方程与之一起来确定有效的光剂量，通常，束面积是通过直接传递到在未损害的纤维尖端下的治疗场的主激光光子来限定的。
改变总能量的值以在牙周袋中利用CW二极管激光器来执行安全程序，通过降低激光输出功率(见表4中方程2)到大约龈沟清除术程序例如LANAP的公开的Nd:YAG参数的三分之一而简单地被实现(14)。为了开发适应每个单独的激光器模式的新的定量剂量测定，CW二极管激光器的这些变化将满足Harris的要求，并且被叫做二极管激光器牙周参数(DLPP)。CW二极管参数的这种逻辑可以很容易地通过表4中的简单重构传统的总能量方程看到，以反映治疗时间的值。
Figure A200680048789D00141
利用这种DLPP的逻辑，临床医生能在封闭式牙周程序中简单地操纵激光器输出功率和/或治疗时间，以确保利用CW二极管激光器的最大安全和成功。因此，利用DLPP可以看到对于使用FRP Nd:YAG(平均4瓦特)的封闭式龈沟内程序安全且有效的输出功率为使用CW二极管(1-1.2瓦特)应当安全使用的输出功率的大约3倍。而且，由于使用FRP Nd:YAG的龈沟内程序可独立于时间而执行(即直到上皮内层碎片停止积聚在纤维尖端上)，CW二极管程序应当在大约20秒至25秒内完成，利用迅速的尖端移动来防止对接近的牙周组织产生不希望的热损害。
尖峰功率-支配接触蒸发对消融的参数：为了进一步对DLPP作为对使用CW二极管激光器的新的剂量测定参数的引导的需要进行定量，使用Nd:YAG和CW二极管的尖峰功率的值，以及尖峰功率完成生物机械做功的能力将通过表5和表6中的计算来解决。
 
表5：典型的LANAP程序的FRP Nd:YAG尖峰功率的计算
平均输出功率(W)/Rep率(Hz)/脉冲持续时间(微秒)＝尖峰功率/脉冲(W)激光器参数：在25Hz和3.9瓦特平均功率条件下为150μs脉冲持续时间(3.9W)/(25Hz)/150μs(.000150)＝尖峰功率/脉冲(1040W/脉冲)以每个脉冲的能量的函数来说明：每个脉冲的能量＝1040W/脉冲＊150μs(.000150)＝.156J/脉冲或156mJ/脉冲以每秒的能量的函数来说明：每秒的能量＝.156J/脉冲*25脉冲/秒＊＝3.9J/秒传递到袋内因此：为了获得传递到袋内的总能量：3.9J/秒＊30秒治疗时间＝117J30秒内传递到袋内。最后：为了获得在(Jmm(袋的深度)pd)传递的能量：传递到袋内的117J/8mm袋＝30秒的治疗时间的14.6J/mm/pd。
在这里(表5)，可以看到对于龈沟清创术使用FRP Nd:YAG 30秒时，在3.9W的平均功率和25Hz，以及150μs的脉冲持续时间的条件下，对于安全和有效的比如LANAP的龈沟清创术程序，14.6J mmpd的总能量极好地在Harris和Gregg的治疗参数之内。(14)在这些参数下，每个脉冲的尖峰功率-或“消融的生物机械做功可提供的功率”对于FRP Nd:YAG激光器为1040W/脉冲。然而，如果对于CW二极管激光器已经完成了计算，来理解根据能量产生使用这种装置在牙周袋内相同的3.9W的平均功率意味着什么，以及执行生物机械做功的能力，激光器的(激光-组织相互作用)能力之间的重大区别变得明显了。
 
表6：与FRP Nd:YAG比较，CW二极管的功率计算
激光器参数：在30秒时间内3.9瓦特平均功率CW输出表示为传递到袋内的总能量3.9W＊30秒＝117焦耳斯(与FRP Nd:YAG相同的总能量)作为每秒的能量的函数来说明：117焦耳斯/30秒＝3.9焦耳斯/秒(与FRP Nd:YAG相同的总能量)但是记住：3.9W CW也是(表5中)二极管激光器的“尖峰功率”值1040W/脉冲是每个脉冲的“尖峰功率”-或在150μs(.000150秒)的脉 冲持续时间的条件下，FRP Nd:YAG的“消融做功所提供的功率”。因此，CW二极管激光器仅仅具有：3.9W/1秒＝3.9W常“尖峰功率”或在一秒(很长的时间)传递到袋的“消融做功所提供的功率”。
因此，从这个实例中可以看到，CW二极管激光器在一秒内将与Nd:YAG(3.9焦耳斯/秒)相同的能量传递到袋中，但是仅{3.9W(CW)/1040W/脉冲＊100＝0.375％}的“组织消融功率”或百分之一的三分之一！这(非常重要的计算)意味着二极管使用相同的能量在相同的一秒时间间隔内，对于FRP Nd:YAG产生比每个脉冲的“消融的生物机械做功所提供的功率”少99.625％的功率。当不同的激光器能力联系到生物机械做功的消融概念时，这一著名的计算作为能量和功率的两个基本定义的结果是正确的。见表7。
 
表7：能量和功率的基本定义
能量定义为做功的能力。功率定义为做功的速率，或者功率可以用于描述在一定的时间内完成的功的量。这个概念陈述为方程：功率(瓦特)＝功/时间
因为两种激光器系统在30秒内都产生117焦耳斯的能量，表5和表6中的计算明确了理论上CW二极管激光器具有执行与FRP Nd:YAG相同的生物机械做功(消融)的能力。然而，检查的关键因素是功率的函数，因为FRP Nd:YAG激光器在每个单位时间内比二极管输出了多得多的功率(在10-6秒的数量级上以快得多的速率多了99.625％的尖峰功率)。因此，由于功率定义为做功的速率，(22)CW二极管激光器在单位时间内没有产生足够的前向发射功率来引起消融。而且，从以前的热动力学第二定律的讨论可知，来自CW二极管激光器的大部分可用的能量以热散射的形式被转换成“废能量”。最后，还需要不断记住的是，由于转换成热量，龈沟清创术参数具有比白炽纤维能安全地待在封闭式袋内少得多的时间(以与FRP Nd:YAG相同的能量)。
最后要理解的重要问题是，如果CW二极管被加脉冲或选通，由于治疗中没有尖峰功率的增加(比如FRP Nd:YAG)，它实际上将较少的总功率且因此较少的能量传递到袋内。这意味着对组织消融的生物机械做功的“理论上的能力“更小了。因此，使用这些二极管器件在封闭式牙周袋内最直接的计算和热转移评估来自于使用DLPP的CW模式(22)的激光器。
即使利用耦合到DLPP的新逻辑的CW二极管激光器的上述推荐的调整，在封闭式牙周程序的任何过量的时间(即使使用最大的1.2W的输出功率)都可以导致对接近白炽的牙周组织产生热相关的有害效应。出于这个原因，为了对二极管激光器的热尖端优选地吸收白炽热能量，“热沉”的概念潜在地很有用，不仅为了保护深层的牙周组织免受损害，而且以使用CW二极管对牙周袋内的活性生物膜的热分解为目标。
使用亚甲蓝(MB)的活性生物膜定向：MB以前已经作为氧气减少指示剂，氰化物的解毒药，以及轻微的杀菌剂用于药物中。在牙科中，MB最初用作牙周袋内单个细菌的光敏剂，并利用(软性)低能级可见红激光器(100mW或更低的激光输出功率)来激活。这些低能级可见红激光器的应用过去10年中在牙周袋具有很少的成功实践。(6，7，8，9，10)普遍地用作所选的牙周致病菌的“光敏剂”的可见软红激光器不能为生成白炽尖端产生足够的输出功率，并且对于这种效应的文献的回顾可查看在表8中评价。
 
表8：附加到牙周袋的亚甲蓝的现有方法和技术
研究类型         所用的激光器/功率         结果                    参考活性龈下         无                        Gm厌氧微生物、          Wilson等MB应用14天                                 螺旋菌、和运动细菌的    (1992)(6)统计意义上重大降低附加到细菌       HeNe软                    对于链球菌血液、        Dobson和Wilson的琼指平板的体   红激光器的                牙龈卟啉单胞菌、具核    (1992)(7)外MB和TB         7.3mW输出                 梭杆菌属、伴放线菌放功率                      线杆菌30秒后检测到杀死能力用25微克         高达80                    MB和TB为体外             Wilson，Dobson/ml的MB或TB     秒的软红激光              的有效光敏剂             Sakar(1993)(9)处理后的链球菌   器的7.3mW血液、牙龈卟啉   输出功率单胞菌、具核梭杆菌属、伴放线菌放线杆的体外特性在第一天是       无                        用MB和龈下清             Ower等利用龈下清创术                             创术处理的地方56天(1995)(23)用慢释放器件                               时显示袋深度内边缘MB的体内龈下                               的改善比仅用清创术应用                                       更好
 
与SRP或使         70秒内        在普通的机械清         Yilmaz等用SRP相比作为     30mW镓-砷     创术之外没有发现额   (2002)(24)光敏剂的MB在      化物685nm     外的微生物益处体内龈上的浇灌针对抵抗牙        632.8nm       链球菌血液中使       O’Neill等周病原体的光细的  HeNE软激      用1，9-二甲替乙酰胺  (2003)(25)菌活性的六个商    光器          亚甲蓝得到的完全的业可用的光敏剂                  细菌杀死的测试测试牙周光        30mW的        在(21.2Jj/cm-2)       Chan等力学治疗(PDT)     输出的        的能量密度的情况下， (2003)(26)是否为波长或者    632.8nm的激   665nm的激光器的主剂量依赖于MB      光器和        光子比830nm的激光的存在            100mW的       器的主光子具有更大665nm的激     光的杀菌效果器、100mW的830nm的激光器＊一般需要500mw的输出功率产生与CW二极管激光器反应的“热尖端”
乍一看，似乎不适合使用红外激光器作为与用MB污染的任何东西结合的仪器，因为任何红外激光器的主光谱发射始于比传统的MB吸收光谱长的150nm。然而，利用活性生物膜定向热分解(LBTT)，对于从袋中纤维产生的二次白炽(可见)“热尖端”辐射能来说，MB为生物膜定向制剂和“热沉”。来自白炽尖端(600nm至700nm)橙黄色和红色可见光发射为在MB的传统吸收曲线内所利用的可见光发射。这是很容易实现的，因为MB在可见的橙黄色和红色光谱内在609nm和668nm(28)处具有吸收尖峰，确切地说，在对于热尖端的白炽温度下C.I.E.色度图(用黑色位点叠加)的区域内。(图2)
生物膜包含以大约5％可发性聚苯乙烯(EPS)，92％(水)和3％(微生物)的百分比的EPS形成的母体、水、和微生物(1，30)。EPS组分为生成生物膜的三维结构的极水化胶状(粘液)生物聚合物。是EPS母体保护生物膜内的微生物免于有害抗菌制剂(抗生素)的攻击和保护免疫系统。(1，2，30)Listgarten等人已经示出在具有龈下牙斑块(生物膜)的区域，生物膜和病态的上皮组织可高度渗透到MB。(31，32，33)这确实是LBTT程序的定向机制。逻辑是利用热沉(MB)进行热分解以生物膜(细菌存活的地方)为目标。
假定上述的生物膜定向机制，随后来自白炽纤维尖端的光子的强烈的能量被浸透生物膜的MB分子吸收，然后立即转换成MB分子内的振动和旋转能量，这些能量是产生热量的分子基础。这种热量将总是提高MB或用MB污染的任何东西的温度。(29)因此，通过这种方法，随着来自二极管热尖端的二次白炽能量的吸收，大量的能量转移到已经用MB污染的活性生物膜和病态龈沟上皮组织中。这种新型的对活性生物膜的定向和控制的热转移，然后从生物膜和被污染的病态上皮组织中生成半固态凝块，然后，这些半固态凝块很容易利用传统的根部整平和刮除程序移除。
如果考虑生物膜的物理特性(非组分)潜在地与原始蛋白相似，对于热分解和凝结的上述机制和逻辑将变得清晰。如果想试图利用钢匙(牙周剥器)从瓷砖底(根部表面)移除原始蛋白(生物膜)，实际上不可能移除整个原始胶状形式的胶状生物膜母体。然而，如果原始蛋白被选择性的选为目标并加热，将会改变它的物理特性成为固态凝块(煮熟的蛋)，因此可容易得多地从砖底移除。这就是利用MB和/或其他用作热沉的定向制剂在牙周袋中活性生物膜定向的逻辑和设计。利用这种方法，从业者可以遵循DLPP的原理轻易地将二极管激光器的输出功率降低到约1.0W CW，并且通过胶状母体的凝结和热分解完成活性生物膜的相变。这为牙科病人实现安全程序，并且从在该程序中不可抗拒的热损害在牙周袋中保留更多的胶原、骨骼、以及粘膜，同时，方便了生物膜的移除。一旦生物膜被移除，袋具有立即痊愈的潜能。通过治愈袋，身体移除了培养微生物生长的单个生态龛???位，即牙周袋的8-10mm的龈下栖息地。
在一个示例性实施例中，活性生物膜定向热分解起始于引入1％亚甲蓝溶液到牙周袋，利用小的纤维刷进行传递，从而利用生物膜定向溶液允许袋的整个三维区域通行和覆盖。(图4至图5)然后，MB溶液被留在袋内一分钟，之后利用袋的柔和浇灌来移除区域中过量的溶液。然后，近红外二极管激光器纤维被设定到1瓦特CW的输出功率并放置在袋内，并且激光器被打开。在一秒内，生成了白炽尖端(通过以前说明的机制)，然后，使尖端在贯通牙周袋的整个区域内迅速地移动，从而开始了定向的生物膜和病态上皮组织的凝结。(图6至7)在贯通牙周袋的迅速纤维移动20秒后，纤维被移除，并且引入牙周剥器来移除生物膜和组织凝块，同时移除整个袋区域的任何粘液或其他碎片。(图8)然后，通过细而灵活的导管和浇灌注射器向袋内浇灌无菌盐，随后用湿纱布抵压牙齿用力压组织2分钟。然后，给病人400mg的布洛芬进行椅边诊疗，并根据说明书释放三天，以避免LBTT区域，然后重新开始正常的卫生。在这种情况下，八天之后，因为冠状组织变白，预示着根部表面有假定为长结合上皮组织的新的附着物，牙周袋的区域不能使用牙周探针出入。(图9)五周后，该区域再次利用等价的结果进行评估。随着2mm的健康沟和牙周袋的坚定，出现了新的附着物。(图10)
在这里说明的或没有在此特别公开的与之等价的任何实施例中，光学治疗装置用于将所需的能量传递到治疗区域(例如MB溶液)。光学治疗装置可由一个或更多包括各种需要将这种光学能量传递到MB溶液的元件的组件组成。作为实例，光学治疗装置可以是一个包括固定柔性光纤从而使纤维的远端部分用于治疗的外壳的手持装置。
在一个示例性实施例中，本发明公开的光学治疗装置可以包括大致两个组件：(1)把手和(2)发光探针，如图11和图12所示。在这个实施例中，把手可以由例如模制塑料等制成，并且可以包括接收能量和将光能引导进入发光探针的光纤的系统。例如，当与把手的配合部分接合时，透镜系统可以包括在把手内来将光引导进入发光探针的配合部分。发光探针可以构造为一次性的，并且把手部分可以是可重复使用的。探针可以包括至少一个弯曲区域，或者可以在一个或更多区域内足够柔软或灵活，从而可以实现至少一个弯曲部分的益处。探针可以由任何包括塑料等的各种材料中的任何材料制成。这种灵活性允许探针和光纤容易地、舒服地定位在治疗区域内或其周围。光纤可以构造为沿其侧面部分传递能量，例如通过采用用于能量散布的布拉格门纤维(见WO2005/034790)，附加上或作为替代品从远端传递光能。这种构造可以基于其将使用的具体应用来确定。
所提出的程序和逻辑已经作为利用近红外CW二极管激光器和作为热沉的1％MB在牙周袋内的活性生物膜定向和热分解应用的示例性实施例。耦合到该程序的是为了使用CW二极管激光器和封闭式袋环境中的白炽尖端现象的较安全的龈沟内剂量测定的新的计算逻辑。由于激光器-牙周文献的优势涉及了FRP Nd:YAG激光器和例如LANAP的龈沟清创术程序，因此，对于从业者来说理解CW二极管和FRP Nd:YAG激光器的区别是重要的。由于两个系统的物理和光生物特性极其不同，这一点在数学的范围内在这里已经提出了，牙周袋的封闭式环境的CW二极管激光器不能且不应当遵从公开的LANAP协议和剂量测定。这些深刻的不同之处将导致牙周袋中的完全不同的激光-组织的反应。LBTT试图通过为热分解和移除而针对并攻击活性生物膜来利用与白炽尖端的CW二极管激光器相关的物理现象。DLPP为试图使白炽尖端有用的剂量测定参数的新集合，并且对于使用CW二极管激光器的封闭式牙周程序是较安全的。
从在此公开的本发明的说明书和实践的思考，本发明的其他实施例对于那些本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管在说明书中公开了0.5瓦特和1-1.2瓦特的激光器功率输出，申请者相信，具有0.5瓦特至2瓦特的功率输出的激光器可以安全地用于本发明的方法和装置中。说明书和实例仅打算作为示例性的，本发明的真正的范围和精神由下面的权利要求书来表明。
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Claims (18)

1.一种移除目标体内牙周生物膜的方法，其包括：为治理区域施加有效数量的可选择性吸收辐射能的定向制剂，并且使用通过近红外二极管激光源产生的白炽光照射治疗区域；其中，光被所述定向制剂吸收；因此，引起热分解和从治疗区域中消除微生物。
2.一种消除目标体内牙周生物膜的方法，其包括：为该生物膜施加有效数量的定向制剂，并且使用通过近红外二极管激光源产生的白炽光照射该生物膜；其中，光被所述定向制剂选择性地吸收，因此引起该生物膜的热改变形成凝块，以便于将其移除。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述生物膜处于牙周袋内、植体周围、或根部槽。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述定向制剂为1％亚甲蓝。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述近红外二极管激光器为CW激光器。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述近红外二极管激光器为脉冲激光器。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述近红外二极管激光器具有介于0.5瓦特至2瓦特之间的输出功率。
8.一种消除牙周生物膜的光学治疗装置，其包括：把手和套住光纤的发光探针；其中，所述光纤传递近红外二极管激光器的能量，以在治疗区域内或治疗区域周围在其尖端产生白炽光。
9.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述把手是可重复使用的。
10.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述探针为可重复使用的。
11.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述探针可为一次性的。
12.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述探针包括至少一个柔性部分，以允许光纤尖端定位在治疗区域内或治疗区域的周围。
13.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述光纤可构造为沿其侧面部分传递能量。
14.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述治疗区域为牙周袋、植体周围、或根部槽。
15.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述近红外二极管激光器为CW激光器。
16.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述近红外二极管激光器为脉冲激光器。
17.如权利要求8所述的光学治疗装置，其中，所述近红外二极管激光器具有介于0.5瓦特至2瓦特之间的输出功率。
18.一种消除牙周生物膜的工具箱，其包括：
(a)光学治疗装置，其包括：
包括产生近红外激光的装置的光源；以及
包括把手和套住光纤的发光探针的激光传递装置；其中，所述光纤用于在治疗区域产生白炽光，所述纤维包括：
附于所述光源的近尖端；
位于所述纤维的与所述近尖端相对的端部的远尖端，其中，所述远尖端定位在治疗区域中或治疗区域的周围；并且，所述激光在远尖端被转换白炽光；
将所述光源耦合到所述光纤的装置，以及
(b)施加到治疗区域的定向制剂；其中，所述制剂选择性地吸收由光源产生的光能，因此导致热分解。
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