概述

近年来，口腔激光得到了飞速的发展，目前Er：YAG激光、半导体激光、CO2激光等已经逐步应用于口腔医学的各个领域，为口腔医学的各个学科带来了技术革新，但口腔激光的临床应用仍处于初步阶段。其中全组织治疗使用较为广泛的Er：YAG激光发射波长主要在水分子的吸收峰之一，2940nm附近（图10-1）。该波段激光除了水分子吸收高之外，牙齿主要成分之一羟基磷灰石［化学式为Ca10（PO4）6（OH）2］的吸收也较高，当输出激光被压窄到50～300μs、峰值功率0.15～4kW时，可被用于切骨、去龋、切龈、切根尖等硬组织操作[1]。2940nm波段Er：YAG激光当前应用的缺点主要在于激光凝血效果差、硬组织作用效率依旧较低、较为笨重的导光臂给医师操作带来的困难，以及较为昂贵的采购成本导致该工具难以普及应用。

目前，使用极其广泛的半导体激光，发射波长主要集中在800～1000nm，该波段激光的制造成本极低、体积尺寸较为小巧，突出的优势在于优异的激光凝血效果，但水分子与羟基磷灰石的吸收率均较低。因此，主要用于软组织的深层治疗（止痛、凝血、杀菌等），不太适用于软硬组织切割方面应用。未来1700～2000nm波段的半导体激光技术也值得被引入到口腔治疗应用中，可以进一步提升软组织的切割治疗效果。

除此之外，我们还注意到国际上有单位[2]利用中远红外9300nm附近的CO2激光进一步提升羟基磷灰石的吸收率来增加硬组织的切割速率。从图10-1中可以发现，在该波长处的水分子吸收要略低于羟基磷灰石的吸收，目前该波段处激光峰值功率已经突破500W、脉冲宽度可以压窄至5～15μs，至于该波段激光在口腔的深入应用还需要更详尽的临床数据以及与Er：YAG激光的对比测试数据进行支撑。但该波段激光口腔治疗器械的发展前景与2940nm波段Er：YAG激光相似，可能会受限于其激光凝血效果差、较为笨重的导光臂、较为昂贵的采购成本且更需要强力水冷却进行硬组织降热，并且受限于CO2激光技术本身，想进一步提升峰值功率的技术难度极大。

图10-1　生物组织中的激光吸收光谱图[1]

目前，一种波长在1940nm附近的铥光纤激光已经在泌尿外科学得到了商业化的深入应用。因其突出的光电转换效率、光纤耦合效率、水分子与血红蛋白吸收均衡等优势，同时还能实现较高峰值功率的激光输出，使得其在大块组织前列腺切割、泌尿碎石手术中获得极为突出的效果[3-7]，有望对目前医院应用普遍的钬激光碎石术进行强有力的补充。钬激光碎石术中的激光器与2940nm波段Er：YAG激光类似，也是采用灯泵浦技术路线，激光介质为Cr/Tm/Ho共掺，输出激光波长主要在2100nm附近，电光转换效率一般不高于1%，依赖大能量的灯能量获得kW级峰值功率输出，具有代表性的产品，例如Lumenis的MOSES激光。临床上还有一种在应用的铥激光主要是指铥固体激光，增益介质主要为Tm：YAG，发射波长在2013nm附近，电光转换效率5%左右，依靠半导体侧面泵浦技术可以输出100W级别准连续激光，主要用于泌尿外科的软组织切割，典型产品为德国LISA的RevoLix系列产品。而最新发展起来的铥光纤激光是指在大模场硅基石英光纤中掺杂铥离子实现的一种新型增益光纤，依靠包层半导体激光直接泵浦与窄线宽光纤光栅波长选择，可以实现水分子吸收峰1940nm附近激光输出，并且能够兼容高功率连续激光输出和高峰值功率脉冲激光输出。该波段激光自2005年开始被FDA批准可以进行临床试验研究，目前临床上已经实现更高速的软组织切割、凝血与结石碎石，并且已经有多款商用产品在泌尿外科进行推广。铥光纤激光在生物医学领域还被尝试用于支气管内狭窄疾病临床治疗研究、羊肝的体外消融实验研究、大鼠的立体定向脑手术活体研究等[8-11]；铥光纤激光还被成熟应用于医疗微芯片的封装、工业精细焊接场景[12-13]，还因其军用技术敏感性，一直被列入瓦森纳协定的出口控制列表中。

尽管目前铥光纤激光的临床应用尚未涉及口腔医学领域，但我们注意到在2014年土耳其团队[14]利用5W、1940nm连续铥光纤（600μm芯径光纤）激光在羊舌头（54份样本）进行口腔软组织体外实验研究。结果表明：在合理控制切割速度、往返次数情况下，铥光纤激光在2.5～3.5W均能实现良好的软组织切割和止血效果。我们了解到国内医疗科技团队最新制造的纳秒短脉冲铥光纤激光（图10-2）有望与口腔全组织治疗应用深度结合，实现该类治疗器械的大幅度降价，同时可靠的光纤传导有利于牙体牙髓疾病治疗，该团队目前已经实现了平均功率超过20W、峰值功率5kW以上、脉冲宽度小于100ns、整机电光效率超过10%。

图10-2　国内医疗科技团队制造的纳秒铥光纤激光器样机