復合樹脂直接黏接修復中光固化燈使用及操作規範

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光固化復合樹脂黏接修復是口腔臨床常用的技術和治療方法,具有與牙齒顏色匹配、去除牙體硬組織少、抗磨耗、抗咀嚼性能良好等優點,目前在臨床牙體修復治療中已基本取代了傳統的銀汞合金充填術。但在臨床實踐中,使用不當也可導致充填體脫落率和術後敏感發生率增高。究其原因,一方面與材料本身的物理化學性質有關,另一方面也與操作者對光固化材料的性能特點,尤其是對光固化燈使用規則的理解與掌握程度不足有關。

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復合樹脂及其固化原理

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復合樹脂是由樹脂基質、無機填料、偶聯劑、引發體系、阻聚劑及著色劑等構成的高分子化學黏接修復材料。

復合樹脂的固化方式

早期的復合樹脂是通過化學固化(又稱自固化)的方式完成聚合反應,在臨床使用過程中需將含有氧化劑或引發劑的組分與含有叔胺還原劑的組分完全調勻,組成氧化還原體系,該體系可迅速分解產生自由基,在室溫下引發聚合反應,經3~5 min可完成固化。這種固化方式在臨床上應用很不方便。20世紀70年代,紫外光固化燈開始應用於臨床,但其存在穿透能力差、安全性不可靠等缺點,因此很快即被淘汰。20世紀80年代中期後,可見光光固化逐漸成為安全的光固化方式。

復合樹脂的固化原理

復合樹脂光固化的基本原理是樹脂在受到特定光源照射後,樹脂基質內光敏劑被特定波長的光激活,在此基礎上激活叔胺,將其轉化為自由基,每個自由基可以激活50個單體,引發鍵式反應,形成長鏈並與其他鏈發生交聯,形成牢固的三維結構而使樹脂固化。

光固化復合樹脂於20世紀60年代被引入口腔領域,其主要由無機填料、樹脂基質和引發體系構成,其中引發體系在復合樹脂黏接固化中具有重要作用。光固化體系由光敏劑[photosensitize,又稱光引發劑(photoinitiator)]和有機胺活化劑(amine activator,又稱光敏促進劑)構成。可見光的波長範圍為380~780 nm,可見光固化體系在適宜的波長(470 nm)及足夠的光強照射下形成自由基。隨著復合樹脂材料性能的不斷改進,目前口腔科常用的光敏引發體系和還原體系為樟腦醌和叔胺,樟腦醌吸收的光線波長範圍為360~520 nm,最大吸收峰在465~470 nm。

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光固化燈的種類及特點

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光固化燈是復合樹脂黏接固化的主要光源,其性能特點對復合樹脂及其黏接性能具有重要影響。目前,臨床應用的光固化燈主要有以下4類。

普通鹵素燈

鹵素燈的應用歷史悠久,光源為石英‑鹵‑鎢燈泡,燈泡中有一卷鎢絲,石英包裹於其外層,兩者之間含有惰性氣體,惰性氣體允許細絲在沒有氧氣的高溫下發光,常用的鹵素是氯。光波經濾光片過濾後產生波長為400~510 nm的藍光,光強為400~650 mW/cm2。普通鹵素燈因品牌不同,輸出的波長和強度差異較大。鹵素燈雖然對各類樹脂均有固化能力,但其固化速度較低,照射時間長(20~40 s),光線輻射相對較小,光照時噪音較大,燈泡、反光膜及濾光片容易老化,燈管易折斷,而且老化後可使光強下降、固化效率低下而逐漸被其他光源替代。

速效鹵素燈

速效鹵素燈又稱高亮度鹵素燈。是通過較高輸出功率的燈泡和能將光纖進行集中的導光棒做到高輸出光強的鹵素燈。光強>850 mW/cm2,但仍需要在10 s以上才能完全固化樹脂。

等離子弧光燈

等離子弧光燈是利用充滿氬氣的燈泡內電極間產生電弧發光,其光線比鹵光燈的光線更強。通過較長且能彎曲的光導纖維束傳出,與鹵光燈一樣都需要濾光片,但輸出光強很大,有效波長範圍集中在光敏劑吸收範圍(430~490 nm)內,所以固化速度快,照射時間短,可在3~5 s內固化復合樹脂。但等離子弧光燈價格較高,體積大,光線產熱大,操作不方便。

氬雷射燈

氬雷射燈由氬原子激活發出藍綠色的光,形成一些不連續的波長(470~ 495 nm),與大多數光敏引發劑的吸收波長相匹配,氬雷射燈需要高能量供給和充分冷卻,所以其光源及控制部分安裝在體積較大的基座上,管線通過較長的可彎曲光導纖維束輸送。氬雷射燈輸出光強大,幾乎不衰減,且有效波長和光敏劑(樟腦醌)吻合性好,所以固化速度快,照射時間短,降低了材料與固化燈頭間距離的敏感性,低亮度氬雷射燈產熱較低,與鹵光燈相似。缺點是氬雷射燈的輻射波長範圍窄且不連續,體積較大、便攜性差,操作複雜且價格高。

發光二極管(LED)光固化燈

LED光固化燈是以大功率LED陣列晶片為光源的一種光固化燈。LED光固化燈是一塊電致發光的半導體材料晶片,用銀膠或白膠固化於支架上,然後用銀線或金線連接晶片和電路板,四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,最後安裝外殼,所以 LED光固化燈的抗震性能好,其光波長分布窄(435~485 nm,峰值波長467 nm),此波長為光固化樹脂的敏感波長,故極適宜用於光固化。

LED光固化燈的光源能量轉換率高,發射的光線為純藍光,幾乎不產生多餘的熱量,因此被稱為「冷光源」。LED光固化燈的光強大,其所發出的藍色光光強多>1 000 mW/cm2;它還具有體積小、耗電量低、無電源線、攜帶方便、光線熱輻射小、使用壽命長、高亮度、堅固耐用及環保等特點,是目前較理想的光固化光源。

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光固化燈的選擇及使用中應考慮的因素

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操作方便

從臨床醫師的角度,操作方便是選擇光固化燈非常重要的標準。在臨床操作中,從?面、頰面和舌面修復牙齒時均能方便地接近牙齒,光固化燈光源應有良好的角度,在成年人和兒童患者治療時均能盡可能地接近患牙修復體表面,盡量避免出現照射死角。

充足的光固化強度

具有較高光強的光固化燈對提高復合樹脂單體轉化率具有重要意義,單體轉化率越高,復合樹脂的力學性能越好。因此,光固化燈的光強應足以保證樹脂頂部和底部的完全固化,但又不會產熱過多。建議光強應在750~2 000 mw/cm2之間,功率過大容易產熱過多損傷鄰近牙髓和牙齦組織,且並不加快固化速度,光強<233 mW/cm2時即不能再使用。

合適的光固化波長範圍

光固化波長範圍的選擇主要取決於固化樹脂中的光敏引發劑,目前臨床上樹脂引發體系大多為樟腦醌,其吸收光波範圍為400~500 nm,峰值在465 nm。所以常用的光固化燈波長範圍多為400~500 nm的可見藍光。

目前,通常可以選擇以下兩種LED光固化燈:①只有藍光的LED光固化燈;②既有藍光也有紫外光的LED光固化燈,即多波長的光固化燈。只有藍光的LED光固化燈能活化修復材料中的光敏劑樟腦醌,而多波長的光固化燈除可活化樟腦醌外,還可以活化其他光敏劑使樹脂聚合。多波長的LED光固化燈對材料的表面固化效果比只有藍光的LED光固化燈效果好,但藍光能滲透復合樹脂的深處,是材料力學強度的主要來源。從這個角度來說,只有藍光的單波長光固化燈的照射強度明顯高於多波長光固化燈。

足夠的固化時間

對於2 mm厚的復合樹脂,光固化燈生產商推薦的固化時間為20~40 s,深顏色樹脂需要的固化時間比淺顏色樹脂長。使用同一個光固化燈,在一定範圍內照射的時間越長,復合樹脂表面硬度就越大。但延長光照時間只能非比例地增加固化深度。有學者提出,總光能量=光強×照射時間,即600 mW/cm2照射40 s的固化效果與1 200 mW/cm2照射20 s的固化效果相當。但是如果光強太低,單純延長照射時間也不能保證樹脂充分固化。

光照距離

光強在空氣中隨照射距離的增加而呈指數衰減,在空氣中每增加1 mm距離約衰減整個光強的20%。有學者研究不同光固化燈在空氣中隨照射距離增加光強變化的規律後發現,在距離為3 mm時,光強下降不超過35%;距離為6 mm時大多數下降超過50%;距離為10 mm時光強大部分衰減超過80%。因此,為保證充分固化,必須盡量減少光固化燈與復合樹脂的距離。

燈頭的設計

臨床上有兩種光導頭:標準光導和導光棒。標準光導以直徑一致的纖維貫穿光導全長,光導兩端具有均等的纖維密度。導光棒的設計是纖維從光導起始端到末端逐漸變細,光導末端的纖維密度較高。有研究顯示在5 mm照射距離範圍內,以8 mm導光棒取代8 mm標準光導照射穿過復合樹脂、牙本質時,光能接收和傳輸的量在統計學上均顯著增加(42±6)%;距離為5 mm時兩者近似相等;距離>5 mm時,由於導光棒發出的光比標準光導出現更多的光散射,導致光強大幅度衰減。還有另一種光導起始端的纖維密度比末端大,稱為「反嚮導光棒」,此設計減少了光導末端發出光的光強。因此,臨床醫師可以根據待治療牙齒的具體情況,選擇適合的光固化燈頭,以達到最佳的聚合固化效果。

光固化燈的光束在一定距離內(3~10 mm之間),整個尖端都應相對均勻,避免出現熱點或冷點,以確保整個修復體固化均勻。

光輸出方式

光固化燈常見的輸出方式有4種:等光強輸出、連續式輸出、台階式輸出及脈沖延遲。等光強輸出,即整個照射過程中光強保持不變。連續式輸出和台階式輸出,這兩種方式也叫軟啟動聚合(soft‑start polymerization),即光強隨光照時間的增加而出現變化。連續式輸出的光強隨光照時間呈線性逐漸增加。

台階式輸出的光強變化呈階梯狀,先以低光強的光照射一段時間,再轉變為高光強的光持續照射至結束。目前研究認為,等光強光固化在固化一定厚度的復合樹脂時,將隨收縮應力的增加出現力學性能方面的顯著缺陷。軟啟動聚合方式能改善光固化復合樹脂的邊緣強度和力學性能,兩種輸出方式都是先提供較低的光強,使復合物有一定的時間流動並能提高材料的邊緣密封性。脈沖延遲是系統通過提供一個低的初始光強,如以300~350 mW/cm2的光強照射,等待2 s,使樹脂釋放一定的收縮應力,末期固化採用較高光強(500 mW/cm2)照射。

復合樹脂

復合樹脂自身的特性對其光固化也會產生影響,包括:復合樹脂的組成、類型、色度、半透明性、厚度及溫度。一般而言,光固化體系越少、填料顆粒越細、填料含量越多、樹脂顏色越深,同等光照條件下的固化程度越小,需要的光照時間越長。

在臨床應用中,光固化燈照射時的光強在樹脂內部隨著厚度的增加呈顯著衰減。對於A2復合樹脂,在樹脂表面下0.5 mm處獲得的光強為樹脂表面光強的50%,1 mm處為25%,2 mm處為9%,3 mm處只有3%。

所以隨著樹脂厚度的增加,固化程度降低,復合樹脂的使用壽命縮短。近年來大塊充填的復合樹脂問世,其通過改良的引發體系表現出更高的反應活性和更快的聚合速度;大塊充填復合樹脂還表現出高流動性、低黏性和高透射性,使到達較深窩洞底部的光線強度更大,增加了光照可達到的固化深度;大塊充填復合樹脂包含一種預聚合填料,可以最大限度地減少聚合收縮,減少邊緣微滲漏的產生。研究表明,大塊充填復合樹脂的光固化深度接近4 mm。但有些流動大塊復合樹脂減少了填料體積,硬度較低,半透明性高,在口腔內呈偏灰色,或使用較大的填料顆粒,磨損率較高。

其他因素

光固化燈的光強將隨著使用時間的延長逐漸變小,有很多因素可以干擾固化裝置的有效性。如燈泡的老化、光導的磨損或污染、光導纖維束的破壞、反復消毒導致裝置內部的老化。因此,在使用過程中應注意光固化燈的類型和使用時間,經常檢測光固化燈的光強,注意元件的更換和維護,確保臨床使用的有效性和規範性。

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