牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法

本发明属于医学，涉及一种牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法。

背景技术：

1、牙齿健康是人类品质生活的重要保证。在诸多牙齿病变中，牙隐裂具有症状不明显、肉眼难以诊断、潜在危害大的特点，往往因易被忽视或不愿治疗而发展成牙髓炎、牙髓坏死、局部牙周炎甚至牙齿劈裂等严重病变。目前临床上常见治疗方式有：调整咬合防止裂纹加深；浅表裂纹往往采用酸蚀法和釉质粘结剂光固化处理；较深则备洞树脂充填。这些方式均存在明显弊端，如会对牙釉质甚至牙本质造成不必要的较大范围破坏、引入的化学物质也可能引起牙本质过敏等，对治疗牙隐裂这种几乎无症状的病变而言不够合适。

2、激光在牙齿治疗方面已有许多应用。激光技术已经成为硬组织蚀除、口腔手术、牙齿美白、牙齿脱敏治疗等牙科应用领域中重要的治疗手段。例如利用热蚀去除龋损的牙本质,利用激光照射牙齿产生的表面温升熔化牙本质表层,封闭牙本质小管,消除牙齿过敏现象等均在上世纪90年代就有研究。近二十年间，铒激光因契合水的吸收峰而成为牙齿硬组织蚀除的首选，存在大量研究报道，并且已有相关设备投入临床使用。

3、使用激光修复金属或合金材料表面裂纹的相关研究非常广泛。使用激光焊接金属或是修复金属工件的表面缺陷时，因金属通常具有较好的韧度，重凝时不易产生更小的裂纹和空隙，同时无需考虑升温问题，可以使用大能量激光获得深焊缝，一般也无需二次处理。而牙齿作为生物材料，具有和陶瓷相似的性质，是非金属脆性材料，激光焊接或熔覆时存在严重的开裂现象，会导致焊缝质量不佳。同时活体修复时必须考虑升温对神经结缔组织产生的影响。对牙齿进行激光照射时只能使用小功率超快激光离焦扫描，将能量聚集在极小的点上以实现小区域熔化，并按照特定规律调控激光脉冲的辐照时间或激光扫描速度实现温度缓降以减少重凝时的表面开裂现象。另外对修复质量不佳或存修复后存在表面开裂的区域，需使用更小功率的超快激光进行二次快速激光扫描，进一步将二次开裂减小为0.5微米以下的裂纹。由于口腔细菌的直径在0.5～5微米之间，因此修复完成后，足以抵御口腔细菌的侵蚀，避免微裂纹继续扩展。

技术实现思路

1、针对现有治疗技术的缺陷，本发明提出一种使用超快激光修复牙齿表面微裂纹的方法，不同于激光切割、抛光或材料去除技术，本发明利用小能量超快激光辐照微裂纹及周边数十微米的区域，使得小范围内牙釉质快速融化并流动填充裂纹，此过程中无需加入外来物质，同样也没有质量损失。即在合适参数下，用聚焦超快激光辐照或扫描实现高精度的牙齿隐裂纹修复，解决了常规治疗方法破坏大易引起过敏的问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

3、①将超快激光聚焦于待修复牙齿表面，使激光光斑覆盖所述待修复牙齿表面的微裂纹；

4、②调节激光功率、聚焦条件、曝光时间，使牙齿表面熔化，熔体覆盖微裂纹区域，使裂纹闭合；

5、③调控激光脉冲的辐照时间和/或激光扫描速度，进行多次不同时长的激光曝光和/或多次不同速度的重复扫描，延缓激光辐照区域的温度变化速率，减少修复位置因热应力引起的表面缺陷；

6、④利用小功率激光进行抛光二次处理，去除修复区域存在的表层缺陷，完成对隐裂纹的修复。

7、修复完成后，修复区域内不存在宽度超过0.5μm的缺陷，小于口腔细菌的最小尺寸，因此可以避免细菌侵蚀并扩展裂纹造成更加严重的牙齿病变。同时修复区域较为光滑，可以抑制口腔细菌的黏附及生长。

8、进一步的，由于牙齿表面为非平面，所述的ccd相机视觉系统和聚焦物镜具有自动对焦的功能，保证每次聚焦的重复性和稳定性。

9、进一步的，所述物镜的数值孔径需要根据裂纹的大小进行选择，进而决定熔区尺寸和可修复极限宽度；

10、进一步的，可调节参数包括激光功率、重复频率、离焦距离、曝光时间、曝光次数、曝光间隔、扫描速度，因为人类牙齿强度存在差异，为避免因激光能量过大烧蚀牙齿，激光功率应从小功率逐渐升高至常规修复功率。

11、进一步的，为保证光斑尺寸大于裂纹宽度的三倍以上，修复中一般采用离焦扫描方式扩大光斑。通常，激光焦点位置距离焦平面5～180μm，功率0.1w～2w，离焦位置和功率一同决定光斑大小、熔池深度以及修复质量；

12、进一步的，对较平直的长裂纹，应采用线扫描的方式进行修复。根据裂纹位置确定激光光斑移动路径的起点和终点，同时激光光斑移动速度应取决于修复深度，一般为1～20mm/s。

13、进一步的，对较曲折的裂纹，可采用符合裂纹形状的曲线路径扫描，或者使用逐点曝光的方式进行修复。采用逐点曝光的方式时，每个圆形熔区都需经过小能量多次曝光，由控制器输出电平脉冲串精确控制激光开关实现，曝光时间、次数及间隔可以通过软件设定。

14、进一步的，对于宽度和长度都小于光斑直径1/3的短窄裂纹，激光单点曝光即可修复。激光的曝光时间、次数及间隔可以通过软件设定。

15、进一步的，步骤四中激光抛光的方式是激光不离焦，精准聚焦于缺陷位置，利用极小功率均匀去除深度约10～20μm的表层，从而去除修复过程中可能存在的表层缺陷。

16、进一步的，超快激光照射到牙齿表面时，牙釉质层中重量占比97％的无机成分，羟基磷灰石会吸收光子携带的能量，并达到熔化阈值发生熔化现象。熔池中的液态羟基磷灰石会在一定范围内流动并覆盖填充裂纹，从而实现对微裂纹的修复。

17、进一步的，小功率的超快激光照射牙齿时，造成的升温会局限在照射区域及周边很小的范围。由于本发明针对牙齿表面微裂纹的修复，温度升高会被局限在牙齿表面，不会对牙齿内部的牙本质或是牙神经造成影响。同时出于散热性的考虑，同一颗牙齿表面上多条裂纹的修复需要留有间隔时间。

18、所述方法使用的装置包括超快激光器、光学镜片若干、聚焦物镜、扫描振镜、ccd相机等，所述的激光器，一般采用355nm皮秒激光器，功率一般为0.1-20w，重复频率200-2000khz，可以根据实际情况确定。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、可以进行活体原位修复，无需引入外来物质，对牙齿几乎没有额外损伤。该方法具有简便易操作、快速高效、损伤小且美观的优点。

技术特征：

1.一种牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，在所述步骤①，还包括利用ccd成像系统进行待修复牙齿表面的裂纹位置定位，观察裂纹的形态，评估能否采用激光手段修复，判断标准为裂纹宽度不大于聚焦光斑直径的1/3，聚焦光斑直径由扩束镜和聚焦振镜的数值孔径决定。

3.根据权利要求1所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，所述微裂纹指宽度小于50μm、深度小于300μm的初期牙表隐裂纹；超过该尺寸的裂纹采用传统临床中酸蚀后使用光固化剂充填的方式处理。

4.根据权利要求1所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，所述激光是中心波长355nm的皮秒激光。

5.根据权利要求2所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，所述激光光斑直径应至少为待修复裂纹宽度的三倍以上，即使用直径光斑为裂纹宽度3～10倍的光斑进行辐照或扫描。

6.根据权利要求2所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，对于宽度和长度都小于光斑直径1/3的裂纹，激光单点曝光即可修复；若裂纹较长，则需要根据裂纹形态规划扫描路径，保证激光光斑的轨迹覆盖整条裂纹，以实现修复。

7.根据权利要/2所述的牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，其特征在于，，通过使用超快皮秒激光和控制激光辐照参数，使牙齿的温升区域局限于较小的范围，保证距离牙齿表面5～10mm的牙髓处升温不超过4.2摄氏度，以不对牙神经和牙本质造成损伤。

技术总结
一种牙齿表面微裂纹的超快激光修复方法，包括①将超快激光聚焦于待修复牙齿表面，使激光光斑覆盖所述待修复牙齿表面的微裂纹；②调节激光功率、聚焦条件、曝光时间，使牙齿表面熔化，熔体覆盖微裂纹区域，使裂纹闭合；③调控激光脉冲的辐照时间和/或激光扫描速度，进行多次不同时长的激光曝光和/或多次不同速度的重复扫描；④抛光修复。本发明，通过控制激光辐照参数使牙齿的温升区域局限于较小的范围，不会对牙神经和牙本质造成损伤，可以完成原位修复；同时无需辅助试剂或假体，避免了常规治疗手段易引起过敏、损伤大、修复部位与牙体结合不良等问题，具有快速高效、低风险、无额外损伤的特点。

技术研发人员：郑凯,廖洋,原福松,谢少明,陈聪,刘科,李飞,叶铖润,高文海,彭宇杰,冷雨欣
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13