CN114557784A - 牙科和医学治疗及程序 - Google Patents

Abstract

本发明公开了牙科和医学治疗及程序。一种方法通过将激光加到牙齿的髓室中并使激光形成脉冲进入流体贮器治疗牙齿中的牙根管，以便将牙根管内的牙髓分解而不在上述液态流体中产生任何显著热量以避免牙质、牙齿、或其它相邻组织的任一种的温度升高大于5℃。

Description

牙科和医学治疗及程序

本发明为分案申请，其母案的申请号为201080018909.X，申请日为2010年03月01日且发明名称为“牙科和医学治疗及程序”。

技术领域

本申请要求2009年2月28日提交的标题为“牙科和医学治疗及程序”的美国专利申请序号No.12/395643和2009年4月24日提交的标题为“牙科和医学治疗及程序”美国临时申请序号No.61/172279二者的优先权并与它们有关。所有上述申请都整体包括在本文中作为参考文献。

本发明涉及牙科学，医学和兽医学的领域。

背景技术

在牙科学的领域，最重要和难以处理的操作之一是清理或根除病态的牙根管以便提供基本上没有病态组织的空腔并作防腐处理准备用于永久防腐或填塞以便封闭该区域。当做的得当时，该步骤能实现随后用生物学上惰性或复原的材料基本上完全充满根管（填塞）而不在根管中夹带可能导致治疗失败的有毒组织。

在典型的牙根管操作中，顺序是从根管或根管附近根除病态的组织和碎屑接着填塞。常常在填塞和最终造牙冠之前有用氢氧化钙糊料的根管的中间充填以杀菌和减少发炎。在实施根除操作时，牙医师必须得接近整个根管，而将其成形为合适形状。然而，牙根管常常直径很小，且它们有时十分弯曲而有不规则的尺寸和构造。因此常常很难接近根管的全部长度和很难合适地加工根管壁的所有表面。

已经设计了许多工具来实施清理和成形牙根管的困难任务。历史上，牙医师使用带螺旋形切削刃的细长锥形牙髓锉来从牙根管区域内及其附近除去软的和硬的材料。这些牙根管牙科操作常常造成过度侵蚀性的钻和锉去牙根的其它健康牙质壁或实际结构，因而不适当地使牙齿的整体性或强度变弱。此外，当实施牙根管操作时，理想的情况是有效地清创或使所有坏死的、损坏的、或受感染的组织无害，并杀死牙根管系统内的所有细菌、病毒和/或其它不希望有的生物材料。典型的牙根管系统的例示在图1A和1B中示出。牙根管系统包括主牙根管1和许多从主牙根管1分岔的侧向或辅助根管3，所有这些牙根管都能包含病态的或坏死的组织、细菌等。在牙根管操作期间通常是用机械方法剥离主管神经，常常使它与侧管神经分离，其中许多侧管神经然后能停留在根管的合适地方并变成以后麻烦的来源。此后，将主根管1用锥形锉清理和根除。尽管理想情况是根除牙根管系统中所有的主根管和辅助根管，但某些侧根管3很小且极难到达以便除去组织。这些侧根管常常与主根管垂直，并随着它们从主根管分岔而可以弯曲、扭绞、和改变横断面，而使它们实际上不可接近以便用任何众所周知的锉或其它机械装置根除。因此，侧根管不是常常被合适地根除或清理。在这方面很长时间没有作努力，而代之以依靠化学破坏法和防腐法来封闭留在这些区域中的材料。这种方法有时是能导致牙齿损失和其它问题的严重故障来源。另外，当用锥形锉根除主根管时，该动作能沿着主根管留下不希望有的涂污层，该涂污层能堵塞某些侧根管开口并引起截留有毒材料抵销以后化学消毒根管的努力的另一些问题。

牙医师能设法在初步机械根除神经和牙髓组织之后用次氯酸钠溶液或各种其它药物一次留在牙根管系统中30-45分钟来化学机械式清创和/或消毒主根管和侧根管二者。然而，该方法由于在清理涂污层和/或处理及完全将溶液润湿到某些较小扭绞的侧根管中时的困难而不一定将所有侧牙根管和其中截留的材料完全清创或使其无害。结果，用这种方法的许多治疗都由于病理复发而过一段时间失效。这常常需要重新治疗且有时损失牙齿。

已经试图通过在进行牙根管治疗中使用激光器来减少或消除使用牙髓锉和相关的缺点。这些方法中的某些包括烧去或碳化根管内的病态的和其它的组织、细菌及诸如此类。在这些方法中，激光被认为对准或聚焦到病态的组织中或其上，而产生很高的温度以强烈地烧毁、碳化、烧蚀、和破坏组织。这些使用高热能来除去组织的烧蚀性治疗常常损坏牙根5的下面胶原纤维和牙质，甚至熔化组成牙质的羟基磷灰石。在某些情况下，这些治疗能引起牙齿周围的牙周材料和骨7的显著加热，而可能引起骨和周围组织的坏死。此外，这些治疗中的高温能熔化主根管的壁，而常常封闭侧根管，因而妨碍随后的侧根管的治疗。将激光器用于牙根管治疗的另一些尝试是把激光聚焦在设在牙根管中的流体内的焦点上来使流体沸腾。汽化的流体形成气泡，该气泡当它们爆裂时侵蚀牙根管中材料。必须将流体温度升高到高于汽化潜热的这些治疗显著地提高流体的温度，其也能熔化部分主管并引起热损坏下面的牙质、胶原、和牙周组织。由这些高能烧蚀性激光治疗所引起的对牙齿结构的损坏与利用牙髓锉牙髓治疗类似，使牙齿的整体性或强度变弱。

因此，对于从牙根管系统的主牙根管及侧管除去病态的组织和细菌而留下未损坏和基本上完整的生物结构的最小侵袭性的、仿生的牙科和医学治疗有当今和持续的需求。

发明内容

按照本发明的一个实施例，提供一种方法用于治疗包含牙冠部分的牙齿中牙根管的方法，该牙根管延伸到牙龈线和一个或多个细长的牙根上方，牙根与牙龈成为整体并从牙冠伸入牙龈和相邻颌骨中。每个牙根都具有牙根管，该牙根管装有包括神经和其它组织的牙髓，处于与牙冠中的髓室或冠室开口相通。在牙冠中形成进入髓室的开口，该开口加工成一定尺寸以便能实现进入其用于治疗的上述一个或多个牙根的根管的作业。将牙髓从髓室中除去以便在其中提供开口区来得到接近上述根管中的牙髓，和任选地，从上述根管中除去至少一部分牙髓以便使上述根管中的开口处于与上述髓室中上述开口区流动连通。将含羟基的液体按足够提供液体池的量分配到髓室的至少开口区域中。

提供激光器系统，该激光器系统包含激光束源和连接到上述源上并成形为将上述激光束传送到其尖头部分的细长光纤。尖头可以包括弄尖成具有包围圆锥形壁的顶尖的圆锥形尖头，基本上该尖头的整个表面未被覆盖以便上述激光束一般由其全向地发射。光纤还可以包含包层，该包层取从激光源延伸到末端边缘的连续铠装涂层的形式，末端边缘朝向上述激光源与上述锥形尖头的上述顶尖近似间隔开距离约2mm-约10mm，以便上述光纤的表面在末端和锥形端的起点之间在整个上述锥形尖头上和光纤的圆柱形外表面的任何部分上未被覆盖。

激光器的尖头基本上完全浸入液体池中，且使上述激光源按以下产生脉冲：以约0.1W-约1.5W的功率电平和以约50微秒-约1000微秒的脉冲持续时间、以约2Hz-约25Hz的脉冲频率，及以约10秒-约40秒的循环时间。

附图说明

图1A和1B示出包括主要或首要的牙根管和从主根管分岔的若干侧向和分侧根管的牙根管系统。这些侧根管中的某一些很小且极难到达以消除任何细菌和/或病毒。这些侧根管随着它们从主根管分岔而可能弯曲、扭绞、改变横断面和/或变得长而小，而使它们很难在治疗上接近或作为目标。

图2是清楚地示出在使用本发明之后内部网状根管壁表面的电子显微图（SEM），如能看到的，这些内部网状根管壁在减去内部组织之后被保护，而没有烧去、熔化、或根管壁结构的其它改变或其孔隙度的损失。表面保持高孔隙度和表面积，并为随后的充填和防腐（即使用橡胶、马来乳胶、胶乳、树脂等）消毒。

图3是按照本发明的优选实施例成形的激光器光纤尖头的特点的图示。

图4是本发明的实施例的激光器系统的图示。

图5是本发明的实施例的激光器系统的敷药器尖端的图示。

具体实施方式

按照本发明的优选实施例所述的方法和设备使用低烧蚀性(subablative)能源，优选是脉冲激光器，来在牙根管内所分配的溶液中产生光声能波以便有效地清理牙根管和侧管。在本申请的上下文中，术语“低烧蚀性”用来涉及不产生或引起神经或其它天生牙齿结构、材料或组织的热能产生的破坏作用，亦即不碳化、烧毁、或热熔化任何牙齿材料的方法或机构。在优选实施例的发明配置中，脉冲激光器产生振荡光声能波，该振荡光声能波一般从敷药器(applicator)头部的露出的表面附近全向地发射，在这里使光能从保持在约0.1至不大于1.5瓦的较低的功率设定下的光能源朝许多方向/方位出射光纤材料的表面进入相邻的流体介质中以避免任何烧蚀效应。

按照本发明的一个实施例，牙齿首先通过在齿冠中钻冠进入口以进入冠室或髓室和相关的牙根管准备供用常规方式治疗。这可以用碳化物或金刚石牙钻或其它标准手段实施来准备牙齿用于牙髓医业中众所周知的牙根管治疗，此后在根管进入室上方的上部区域一般没有牙髓和其它组织。此后，将第一溶液缓慢地分配到室中，如通过使用注射器或其它合适的机构，用小量渗入和/或向下注入到含有迄今为止未清涂神经和其它组织的各个牙根管中。第一溶液优选地用足够将室充装到室的顶部附近的量分配。在另一些实施例中，管中的神经或其它组织部分可以用牙钻或其它已知方法切除，用于在第一溶液分配到室中向下分配到牙根管中之前从牙根管中切除神经。在某些实施例中，仅可以使用一种溶液，不过也可以使用多种溶液或混合物，如下面更详细阐明的。

第一溶液优选地包括含有至少一个羟基官能团和/或其它可激发官能团的分子的化合物，该分子易于受取快速振荡光声能波的形式的激光或其它能源激发以便帮助牙根管神经组织的破坏性低烧蚀的分解。可以看出，某些不含可激发基团的流体如二甲苯，当施加能源时似乎不产生所需的光声波。在本发明的一个实施例中，第一溶液是标准牙齿冲洗剂混合物，如含羟基或其它可激发基团的水和乙二胺四乙酸（EDTA）的溶液。在本发明的另一些实施例中，含羟基的溶液可以单独是蒸馏水。在另一些可供选择的实施例中，可以使用含除水之外的流体的溶液，或者可以使用不同的糊剂、过硼酸盐类、醇类、泡沫材料、化学基构造（例如，纳米管、空心球体）和/或凝胶或其组合。此外，在溶液中可以包括不同的其它添加剂。例如，且不作为限制，第一溶液可以包括通过暴露于从相邻的光纤穿过溶液传播的能量波之下可供能的试剂。这些包括从由过氧化氢、过硼酸盐类、次氯酸盐类、或其它氧化剂及其组合组成的这组中选定的材料。另一些被认为在溶液中可供能的添加剂可以从由还原剂类、硅烷醇类、硅烷化剂、螯合剂、与金属配位或络合的螯合剂（如EDTA-钙）、抗氧化剂类、氧源、敏化剂类、催化剂类、磁化剂类和快速膨胀的化学、压力或相变剂和/或它们的组合组成的这组中选定材料。溶液还可以包括含纳米或微米结构优选地具有富勒烯的性质的粒子的分散体或混合物，如纳米管或松散球体、或者能敏化或与溶液/混合物中可产生氧、可供能、或可活化的成分共同作用的其它纳米装置（包括微米尺寸的装置）如氧化性漂白剂或生氧剂。不同的催化剂可以是二氧化钛或其它类似的无机试剂或金属。第一溶液还可以包括另外有效的成分如表面活性剂或界面活性剂以便减小或另外改变溶液的表面张力。这些表面活性剂可以用来增强神经和其它管内组织与管壁之间的润滑作用，及可以使用抗生素、稳定剂、防腐剂、抗病毒药、杀菌剂，和极性或非极性溶液；及诸如此类。尤其优选的是系统中所用的所有材料都是可生物相容的，且如果需要，FDA（美国食品及药物管理局）和另外机构批准供在牙手术中使用。任何外来物和其它添加剂的量一般很小，按重量计约为百分之几或仅百分之零点几。为了避免不希望有的或未说明的离子效应，大部分溶液/混合物优选地是水，优选地是无菌三次蒸馏水。

将活化能源施加到装在冠髓室中的第一溶液上。在优选实施例中，活化能源是脉冲激光器10。激光器光能16用激光源12和光学光纤14输送，该光纤14在其近端处附接到激光源12上，且邻近其远端具有敷药器尖头20。光纤14优选地具有直径为约200微米-约400微米。直径应足够小以便很容易装配到冠髓室中，且如果需要可装配到牙根管自身中，但又足够大以便通过其中运送的光提供足够的能量来产生光声效应和防止可避免的漏光或能量损失及损坏牙齿或光纤头部。在优选实施例中，激光源是具有波长为约700 nm-约3000 nm的固态激光器，如NdYAG（钕钇铝石榴石）、ErYAG（铒钇铝石榴石）、HoYag（钬钇铝石榴石）、NdYLF（钕四氟化钇锂）、Ti蓝宝石、或ErCrYSGG激光器。然而，在不同的实施例中可以使用其它合适的激光源。

将合适地定尺寸的激光敷药器头部20优选地放置到冠室中，直至它至少完全浸没在第一溶液中为止。所谓“完全浸没”意指液面与光纤上的包层或其它覆盖层18的边缘一样高。优选地，在光纤14上邻近尖头的任何包层或覆盖层18的最远边缘与光纤的远端尖头的远端或端部间隔大约2-10 mm，最优选地与其间隔约5 mm。结果，光纤的远端高达10 mm而最优选地约5 mm未被覆盖。优选地，尖头端的该未覆盖部分的全部或基本上全部长度被浸没。如果敷药器尖头的未覆盖部分不是完全被浸没，则因为光能逸出到液体表面上方附近，所以可能未把足够的能量传送到流体。因此，可以认为，包层的最远或最外端边缘的间距大于约10 mm应该避免，因为那样能减小系统的效率。在某些应用中，也许需要在牙齿中开口的周围或上方提供屏障或池以便增加流体可用来浸没光纤的端部的未覆盖区域的体积和水平。更大的液体体积和更深的浸没尖头端部的未覆盖的区域可以认为能应用足够的能量来在这些情况下产生所需的光声波强度。这些情况可以包括例如更小的牙齿如上/下中央齿或折断的牙齿。在使用屏障或池的某些应用中，由于较大的流体体积也许理想情况是在尖头端和包层之间使用具有大于10 mm间距的激光器尖头。

在优选实施例中本发明的特点是敷药器尖头的最远端形成锥形和端点，亦即远端具有“锥形尖头”22。最优选地，锥形尖头具有约25°-约40°的锥形夹角。因此敷药器尖头20优选地不是成形为把光集中到远离尖头端的间距中的点的聚焦透镜。这种配置可以认为由于由聚集到一点上的激光所产生的高热能而引起烧蚀效应。相反，按照本发明的实施例所述的锥形光纤尖头22的锥角和包层的端部距尖头端的向后间距可以认为能使发射的激光能的较宽分散从尖头的较大表面积而不仅是从激光器光纤的端部一直回到包层的边缘。目的是从各侧面24和从锥形敷药器尖头的锥形区域22一般全向地发射激光，并因此产生更大和更全向的从纤维光学元件石英材料的整个露出的表面传播到周围液体和相邻材料的光声波。其中，这避免并优选地消除了与聚焦或折射的辐射激光能的较高能级有关的任何烧蚀效应。选择本发明的尖头设计以便提供光声波在周围流体介质中的波幅和方向，该光声波在每个脉冲的前沿处显示较陡或高的上行时间，并一般穿过流体从光纤的端部的露出的区域全向地传播。因此，本发明的锥形尖头具有将激光能分散在较大的未覆盖的锥体表面区域和向后延伸的圆柱形壁表面上的效果（与标准尖头的二锥一般是平的圆形表面积相比），因而产生连续的光声波的前沿能穿过其传播的更大表面积。在某些实施例中，光纤邻近尖头端的露出的面积可以包括一种织构如磨砂或蚀刻，以便增加光声波能在溶液和相邻组织内的甚至更全面的覆盖的光发射的表面积和角差异。

当把激光器施加到第一溶液上时，申请人发现，也许重要的是将激光能施加到溶液上以便限制产生热能。在本发明中，在敷药器尖头浸没于第一溶液中之后，优选地用低烧蚀范围设定将激光能施加到第一溶液上，因而避免了由于前面设法用激光器实施牙根管治疗时所用的烧蚀功率设定而在根管区或壁中产生相当大的热能所引起的根管的牙质壁、牙尖部分、或周围骨骼或组织中温度升高约5℃以上所引起的任何热产生的碳化作用、熔化、或其它效应。本发明按照其优选实施例的实际应用引起溶液中可观察的温度升高为不大于几摄氏度，并因此，引起牙质壁和其它相邻的牙齿结构和组织的不大于几摄氏度的偏差，如果有的话。这远低于避免这种材料和组织任何暴露于大于5℃温度增加相当长时间周期的标准限制，以避免材料和组织中的永久损坏。

发明人发现，约0.1瓦-约1.5瓦的较低功率设定和用激光脉冲持续时间为约100纳秒-约1000微秒、而最优选的是脉冲长度约为50微秒，产生所需的光声效应而不加热流体或周围组织在牙根管内或牙根管附近产生任何烧蚀或其它热效应。频率为5-25 Hz是优选的，而频率为约15 Hz被认为提供在流体介质中压力波的谐波振荡的最佳势差来分解根管的神经和其它组织。

为产生理想光声波所发现的特别优选的功率电平与特定牙齿的近似牙根体积有关。下面图表（表1）表明认为用于按照本发明治疗不同类型和大小的牙齿中牙根管的功率电平的优选范围是什么。

表1：用于不同牙齿类型的优选功率电平

牙齿类型	近似牙根平均体积(μL)	优选的功率电平的范围(W)
			磨牙	177	0.5-1.5
前磨牙	88	0.5-1.0
			尖牙	67	0.5-0.75
侧齿	28	0.25-0.5
			中央齿	28	0.25-0.5
下面中央齿	28	0.1-0.25

当激光器浸没在第一溶液中时，激光器产生脉冲时间优选地在约10秒-约40秒范围内，最优选地约为20秒。如果激光器产生脉冲时间比约40秒还长，则过量的热能开始在流体中扩展，而可能导致在牙齿中或牙齿周围产生有害的热效应，如上所述。相当令人惊奇地发现，在本发明的参数下产生的脉冲使液体介质中可测量的温度升高不大于几摄氏度，如果有的话，而仍然完全破坏和/或分解根管内所有神经、牙髓、和其它组织，这对在产生脉冲期间从根管的液压式自射出也可以被观察到。

在激光器于第一溶液中已产生脉冲之后，让第一溶液稳定，且然后可以再在同一溶液或不同溶液中重复激光脉冲治疗。在某些实施例中，溶液可以在激光器的脉冲循环的重复之间除去，以便更逐渐地除去碎屑和避免热能的任何扩展或传递到牙质周围的壁或其它相邻结构中。冠室和根管可以用标准牙冲洗剂冲洗，而溶液然后可以重新插到冠室中以便实施另外的激光脉冲治疗。尽管能重复任何次数脉冲相或循环，但可以认为，用少于约7次的循环就能达到完全有效的除去根管内的所有材料。

为了帮助牙医师按照本发明实施牙根管治疗，研制出一种光声活性指数，该光声活性指数提供已发现在本发明操作的实际应用中很重要的不同参数、机器设定、及诸如此类之间的关系。在本发明的实际应用中似乎重要的一些因素包括功率电平、激光脉冲频率、脉冲持续时间、第一溶液中每个分子的平均可激发的官能团的比例、激光器光纤的直径、在完成根除操作时重复的脉冲循环数、每个循环的持续时间、第一溶液的粘度、及包层的尖头和端部之间的距离。系数由认为是理想的或最优选的因数值的某些上述因素的相对偏差确定。这些系数的表在下面表明：

牙齿类型	近似平均牙根体积(μL)	功率电平的优选范围(W)	功率密度系数(DPD)
				磨牙	177	0.5-1.5	1
前磨牙	88	0.5-1.0	1
				尖牙	67	0.5-0.75	1
侧齿	28	0.25-0.5	1
				中央齿	28	0.25-0.5	1
下面中央齿	28	0.1-0.25	1

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专业人员可以把与设备、设定、和材料参数有关的上表中的系数输入到下面方程式中：

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如果所得的PA指数值大于约0.1，更优选地高于约0.3，则设备和材料一般可以适合于产生用于分解并基本上完全而容易从根管内除去所有牙根管神经、牙髓、和其它组织的有效光声波。如果PA指数低于约0.1，则它可能表明需要变更人们的设备配置、设定、和方法参数，以便更紧密地接近所需的PA指数为1或整数。

若用本发明的参数和操作，则可以认为待除去或破坏的牙根管组织和其它材料不是由于主要暴露于高温下经由热蒸发、碳化作用、或其它热效应除去或破坏，而是通过经由光子引发光声流（PIPS）激光激活的根管中液体内的光声流和其它活性除去或破坏。当激光从光纤光学元件材料的露出的表面转移到溶液中时，产生具有较高前沿的光声波。激光被认为是通过从光纤光学元件的露出的界面流出的溶液和周围液体产生很快且较强的波的振荡。所发射的光能中的快速而强的微小波动被认为引起邻近其中产生能量的光声波的光纤的露出的表面的含羟基的分子的快速激活和/或膨胀及失活和/或膨胀，该光能穿过牙根管系统传播和进入牙根管系统中并在该系统内振荡。这些强光声波被认为提供相当大的振动能，该振动能加快细胞的断裂损失和/或细胞溶解及其它效应，以便造成牙根管和浸没在溶液中的侧管系统中基本上所有组织的快速而完全的降解/分解。脉冲光声能波与流体的化学结合也被认为引起强的实际上破坏性的神经和其它组织的膨胀和收缩的循环，该循环形成多孔、膨胀和最终分解根管中的神经和其它组织，而没有其任何显著的热产生的碳化作用或其它热效应，因此最终得到的含神经和其它组织的溶液/混合物仍被观察到通过液压作用自射出或基本上“泵送”出根管。

光声效应产生能量波，该能量波在主牙根管内整个流体介质中传播并进入侧根管，因而清理整个牙根系统。使用基本上不可压缩的流体介质使由光声效应所产生的波立即穿过侧根管传送。另外，因为各根管以凹面形式形成锥形，所以光声波被认为随着它朝向侧根管的端部横过而被放大，用于进一步增强朝向尖的或凹陷区域的破坏作用。

在本发明的某些实施例中，在用能源/第一溶液治疗之后，可以将第二溶解溶液加到根管中。该溶解溶液在化学上溶解和/或分解可能留在主管和任何侧管中任何余下的神经结构或其它碎屑。优选的溶解溶液包括次氯酸盐、次氯酸钠、过硼酸盐、氢氧化钙、乙酸/润滑剂/强力霉素和其它像神经组织或基体溶解物质如螯合剂（EDTA）和无机试剂如二氧化钛。

最后，在从牙齿内部除去所希望的组织之后，可以将根管进行冲洗以便除去任何留下的碎屑和留下的溶液，然后用选择的材料如马来乳胶、牙根管树脂等，按照工业中标准实际应用堵塞。

定性实验把流体放到设在Formica表面上的Dampen碟中进行。把激光敷药器尖头放到流体中并重复地点火。光声波使Formica表面上的Dempen碟振动而产生可听见的声音。对特定尖头来说，该可听见的声音随着激光器的功率电平增加而增加。这通过将声级计放置距Dampen碟1英寸远并记录dB级证明。这意味着功率电平与光声波的波幅成正比。接下来，使激光器功率电平保持恒定和改变尖头。锥形尖头和具有剥去铠装的尖头产生比标准扁平尖头更大的光声波。然后将锥形、剥露的尖头磨砂或蚀刻。将该尖头进行试验，并表明比未磨砂的尖头产生更大的光声波。这在3个不同的功率电平下证明是正确的。很显然，因为功率电平保持恒定，所以光声波波幅也与暴露的面积和表面处理成正比。

在敷药器尖头的定量研究中，利用MEMS（微型机电系统）压力传感器来测量光声波波幅。该试验表明由尖头的几何形状和织构的改变所引起的光声波传播惊人的增加。发明人还发现，从敷药器尖头的端部剥离包层导致光声波效应增加。在这方面，小塑料瓶装配有流体连接，该流体连接用液压方法紧密连接到小型MEMS压敏电阻压力传感器（Honeywell型号24PCCFA6D）上。传感器输出经过不同的放大器输送并耦合到数字示波器（Tektronics型号TDS 220）。小瓶和传感器充满水。具有可变敷药器尖头配置的激光器尖头完全浸没在小瓶中流体液位的下面并在10 Hz的频率下点火。用压力传感器记录光声压力波的波幅。

锥形尖头与标准钝端尖头相比，观察到从产生光声波所测得的压力增加170%。有织构（磨砂）的锥形尖头与标准钝端尖头相比，观察到从产生光声波所测得的压力增加580%。磨砂使光全向分散引起更多的流体分子激发和膨胀，而不是朝基本上是线性方向发射。

光声波产生的增加通过将聚酰胺铠装剥去离锥形端约2 mm-约10 mm看到。尽管激光相干且通常基本上直线前进，但某些光源以一角度跳动离开聚酰胺铠装。随着该光沿着光路行进，它持续跳动离开聚酰胺铠装的内部，且一旦铠装停止并露出未加铠装的部分则最后以一角度出射到铠装。因此，一部分激光也在已除去聚酰胺铠装处即锥形尖头端的上游出射。将直接在锥形部分的上游具有除去2-10 mm铠装的尖头放在上述试验装置中并明显地表明更好产生光声波。

在本发明其它不同实施例中，可以使用激光器之外的能源来产生光声波，这些能源包括，但不限于，其它的光能源、声波、超声波、光声、热声、微型机械搅拌、磁场、电场、射频、及其它激发器机构或其它能将能量提供给溶液的类似形式。这些能源中的某一些在外部穿透牙齿结构。可以使用另外的低烧蚀性能源来在溶液中产生其它类型的压力波如化学声波（由快速化学膨胀产生冲击所产生的冲击波和压力波）。这些波能例如通过使纳米粒子装有在激发时快速膨胀的化学药品、将纳米粒子涂装硬壳（例如聚乙烯醇）、及用能源如光学、超声波、射频等激发化合物产生。随着激发化合物膨胀，在硬壳中产生压力，当壳体爆裂时，它产生类似于光声波能在整个流体中传播的冲击波。此外，光声波能够是用于产生化学声波的激发能源。

另外，本发明可以用于除牙根管治疗之外的不同操作，如用于龋齿、孔洞或牙齿腐烂的治疗。此外，本发明可适用于骨和其它感染成问题的高度网状材料的治疗，例如牙植入物、骨感染、牙周病、血管凝块、器官结石、瘢痕组织等。围绕尖头加一管结构，该管结构可以穿孔并能围绕尖头加入流体，该流体能把光声波对准到不含流体体积的更困难区域如牙周和牙龈组织中。这可以认为是光声传输管的类型。该应用法也可以在其它软组织应用中使用，这里必须使病态组织或材料膨胀以便能更快接近和渗透治疗剂、化学药品或生物制剂；亦即抗生素、肽、蛋白质、酶、催化剂、遗传基因（DNA（脱氧核糖核酸）、mRNA（信使核糖核酸）或RNA（核糖核酸）或衍生物）或抗体基治疗剂或其组合。在某些情况下，本方法学可以用来快速地溶解或破坏病态组织区。此外，本发明可以用来使脓肿中病态组织膨胀，而可供极快而有效的渗透治疗剂或生物制剂。由光声波在组织中所产生的孔隙度可供快速灌输随后能施加破坏、治疗、清洁或这些事件的组合的化学物质。该治疗作用的速度可供目前由于标准治疗法所需的延长时间而不适用的医药操作，亦即，有时相邻的组织由于原始的感染不能比感染传播更快地被控制而受感染。在这种情况下，使病态组织膨胀来增加孔隙度可供几乎同时利用药物例如抗生素或其它制剂。

而且，本发明可适用于细胞和/或组织的开始、建造或分阶段活化，其中包括在干细胞或原始细胞增强、它们用于生长和分化的附着和/或刺激中移植和应用的区域。本发明还被认为可适用于激活细胞，例如，先祖细胞、原始细胞或干细胞、促进相干的新生骨或组织生长和分化、及移植中，这里干细胞或原始细胞在它们的附着时增强并刺激用于生长和分化。

在本发明的一些可供选择的实施例的其中之一中，纳米管或其它微结构能通过施加磁场在治疗流体中各处移动。交流或脉冲磁场能赋予治疗流体相当大的运动和搅拌。因为磁场穿透整个牙齿，所以搅拌作用也在整个侧向或附属管系统中发生。这些移动的微粒子还在管系统内的任何细菌、病毒、神经材料、或碎屑上起研磨料的作用。效果是流体在整个根管系统中循环更充分，以便提供根管系统的优越清洁和清创。磁性材料也能插入、吸附到纳米管或其它微结构之上或之中，而增加它的磁运动。

TiO₂或其它类似的化合物能通过将它们暴露于UV（紫外）光下或通过将它们插入电场中被激活并形成杀菌剂。一旦被激发，这些化合物就能破坏细菌和其它有机化合物如留下的神经组织。这些化合物能是治疗剂的一部分，并能通过对准治疗流体的UV光源、浸入流体中UV光源、或UV激光源激活。这些TiO₂或其它类似化合物也能通过交流或脉冲电场激活。供应这种电场的一种机构能是通过桥接牙齿的外部装置。因为电场在整个牙齿中传播，所以它也使TiO₂或其它类似化合物在附属或侧向根管内反应。这种作用也能与上述微粒子基运动作用结合。这种结合更充分地清洁和根除根管。因为电场是在外部产生并穿透整个牙根结构，所以它们能在牙齿密封之后几个月或每年使用，以便重新激活TiO₂及其杀菌性能。

为了例证和说明起见，已经提供了用于本公开的一些优选实施例的上述说明。本公开不打算是详尽的或者把不同的实施例限于所揭示的精密形式。鉴于上述教导的一些修改或变动是可行的。选择和说明一些实施例是为了提供下面概念的原理及其实际应用的最佳例示，并因而能使该领域的技术人员利用具有不同修改的不同实施例，如适合于所设想的特定使用。所有这些修改和变动当按照它们公平、合法、和合理地授权的广度阐明时都是在如所附权利要求书所确定的本公开的范围内。

Claims (56)

1.一种用于治疗牙齿的牙根管的系统，所述系统包括：

ErCrYSGG激光源，其配置为生成能量束；

能够连接到所述激光源的光纤，所述光纤配置为将所述能量束传送到所述光纤的尖头，所述尖头为锥形尖头，所述锥形尖头配置为将所述能量束引导到所述锥形尖头之外，

其中，所述锥形尖头配置为插入到所述牙根管内，并且配置为将所述能量束引导到分散在所述牙根管中的流体内，并由此在所述流体中生成光声波，并且

其中，所述激光源具有低烧蚀性功率设定，在所述低烧蚀性功率设定中，所述能量束以0.1W至1.5W的功率电平形成脉冲。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光源配置为在所述能量束从所述锥形尖头输送到所述流体时将所述流体中的温度升高限制为小于5℃。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光声波具有振动能，以便从所述牙根管的壁部移除生物材料。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光源配置为以从50至1000微秒的范围内的脉冲持续时间使所述能量束形成脉冲。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光源配置为以从2Hz至25Hz的范围内的频率使所述能量束形成脉冲。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光源配置为以在10秒至40秒的范围内的循环时间使所述能量束形成脉冲。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述尖头为圆锥形尖头。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光源配置为使所述能量束形成脉冲，所述能量束具有从700至3000nm的范围内的波长。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述牙根管包括主牙根管和多个侧向根管，并且其中，所述锥形尖头配置为插入到所述主牙根管内。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述锥形尖头不包括聚焦透镜。

11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括铠装，所述铠装定位在所述光纤上，并且延伸到与所述锥形尖头的顶尖在近端上间隔开的末端边缘。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开，使得所述光纤的圆柱形和非锥形部段中的至少一部分未被所述铠装覆盖。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开在2mm至10mm的范围内的距离。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光声波具有足以从所述牙根管移除材料而不会碳化、烧毁或热熔化所述材料的振动能。

15.一种用于治疗牙齿的牙根管的系统，所述系统包括：

激光源，其配置为生成能量束；

能够连接到所述激光源的光纤，所述光纤配置为将所述能量束传送到所述光纤的尖头，所述尖头为锥形尖头，所述锥形尖头配置为将所述能量束全向地引导到所述锥形尖头之外，

其中，所述锥形尖头配置为将所述能量束引导到分散在所述牙根管中的流体内，并由此在所述流体中生成光声波，并且

其中，所述激光源配置为以低烧蚀性功率设定操作，在所述低烧蚀性功率设定中，所述能量束以在0.1W至1.5W的范围内的功率电平形成脉冲，使得在所述能量束从所述锥形尖头输送到所述流体时，所述流体中的温度升高被限制为小于5℃。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述激光源配置为以在100纳秒至1000微秒的范围内的脉冲持续时间使所述能量束形成脉冲。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述激光源配置为以在2Hz至25Hz的范围内的脉冲频率并且以在10秒至40秒的范围内的循环时间使所述能量束形成脉冲。

18.根据权利要求15所述的系统，进一步包括铠装，所述铠装定位在所述光纤上，并且延伸到与所述锥形尖头的顶尖在近端上间隔开的末端边缘。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开，使得所述光纤的圆柱形和非锥形部段中的至少一部分未被所述铠装覆盖。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开在2mm至10mm的范围内的距离。

21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述锥形尖头包括圆锥形尖头。

22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述激光源包括具有在700nm至3000nm的范围内的波长的固态激光器。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述固态激光器为ErCrYSGG激光器。

24.根据权利要求15所述的系统，其中，所述光声波具有足以从所述牙根管移除材料而不会碳化、烧毁或热熔化所述材料的振动能。

25.根据权利要求15所述的系统，其中，所述光声波具有振动能，以便从所述牙根管的壁部移除生物材料。

26.根据权利要求15所述的系统，其中，所述牙根管包括主牙根管和多个侧向根管，并且其中，所述锥形尖头配置为插入到所述主牙根管内。

27.根据权利要求15所述的系统，其中，所述锥形尖头不包括聚焦透镜。

28.一种用于治疗牙齿的牙根管的系统，所述系统包括：

能够连接到激光源的光纤，所述激光源配置为生成能量束，

所述光纤配置为将所述能量束从所述激光源传送到所述光纤的锥形尖头，

其中，所述锥形尖头配置为在相对于所述光纤的中心轴线侧向向外的方向上引导所述能量束，并由此生成光声波以便贯穿所述牙根管中的流体传播，其中，所述光声波具有振动能以便从所述牙根管的壁部移除生物材料，并且

其中，所述能量束具有受限的热能以使得所述流体中的温度升高小于5℃。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述激光源配置为以在0.1W至1.5W的范围内的功率电平使所述能量束形成脉冲。

30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述激光源配置为以在100纳秒至1000微秒的范围内的脉冲持续时间使所述能量束形成脉冲。

31.根据权利要求28所述的系统，其中，所述激光源配置为以在2Hz至25Hz的范围内的脉冲频率并且以在10秒至40秒的范围内的循环时间使所述能量束形成脉冲。

32.根据权利要求28所述的系统，进一步包括铠装，所述铠装定位在所述光纤上，并且延伸到与所述锥形尖头的顶尖在近端上间隔开的末端边缘。

33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开，使得所述光纤的圆柱形和非锥形部段中的至少一部分未被所述铠装覆盖。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述末端边缘与所述锥形尖头的所述顶尖在近端上间隔开在2mm至10mm的范围内的距离。

35.根据权利要求28所述的系统，其中，所述锥形尖头包括圆锥形尖头。

36.根据权利要求28所述的系统，其中，所述激光源包括具有在700nm至3000nm的范围内的波长的固态激光器。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述固态激光器为ErCrYSGG激光器。

38.根据权利要求28所述的系统，其中，所述振动能足以从所述牙根管移除所述生物材料而不会碳化、烧毁或热熔化所述生物材料。

39.根据权利要求28所述的系统，其中，所述牙根管包括主牙根管和多个侧向根管，并且其中，所述锥形尖头配置为插入到所述主牙根管内。

40.根据权利要求28所述的系统，其中，所述锥形尖头不包括聚焦透镜。

41.一种用于治疗包含牙冠部分的牙齿中的牙根管的系统，所述牙根管延伸到牙龈线和一个或多个细长的牙根上方，牙根与牙龈成为整体并从牙冠伸入牙龈和相邻颌骨中，每个牙根都具有牙根管，该牙根管装有包括神经和其它组织的牙髓，与牙冠中的髓室开口相通，所述系统包括：

激光器系统，其包含激光束的源以及细长光纤，所述细长光纤连接到所述源并配置为将所述激光束传送到所述细长光纤的尖头部分，其中，所述光纤的邻近所述尖头部分的包层与所述尖头部分的远端间隔开不大于约10mm，使得所述尖头部分的整个表面基本未被覆盖，其中，所述尖头部分包括锥形尖头，使得所述激光束从所述尖头部分的侧面并且从所述尖头部分基本全向地发射，

所述激光源配置为使所述激光束形成脉冲，

其中，所述激光源配置为将由所述激光源生成的热能引起的所述髓室中的液体和周围组织的温度升高限制为小于5℃，并且使得所述髓室和牙根管中的牙髓分解为混合在所述流体中并与所述流体混合的牙髓材料。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光束配置为在所述髓室中的所述液体中生成光声波。

43.根据权利要求42所述的系统，其中，所述光声波具有振动能，以便从所述牙根管的壁部移除生物材料。

44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述振动能足以从所述牙根管移除所述生物材料而不会碳化、烧毁或热熔化所述生物材料。

45.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源配置为以从50至1000微秒的范围内的脉冲持续时间使所述激光束形成脉冲。

46.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源配置为以在2Hz至25Hz的范围内的频率使所述激光束形成脉冲。

47.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源配置为以在10秒至40秒的范围内的循环时间使所述激光束形成脉冲。

48.根据权利要求41所述的系统，其中，所述锥形尖头包括圆锥形尖头。

49.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源配置为使所述激光束形成脉冲，所述激光束具有从700至3000nm的范围内的波长。

50.根据权利要求41所述的系统，其中，所述牙根管包括主牙根管和多个侧向根管，并且其中，所述锥形尖头配置为插入到所述主牙根管内。

51.根据权利要求41所述的系统，其中，所述锥形尖头不包括聚焦透镜。

52.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源配置为以在0.1W至1.5W的范围内的功率电平使所述激光束形成脉冲。

53.根据权利要求52所述的系统，其中，所述激光源配置为以在100纳秒至1000微秒的范围内的脉冲持续时间使所述激光束形成脉冲。

54.根据权利要求41所述的系统，其中，所述尖头部分包括圆柱形和非锥形部段。

55.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光源包括固态激光器。

56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述固态激光器为ErCrYSGG激光器。

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