聲波根管沖洗的研究進展

霍幟遠 岳林 鄒曉英

北京大學口腔醫學院·口腔醫院牙體牙髓科 國家口腔醫學中心國家口腔疾病臨床醫學研究中心 口腔生物材料和數字診療裝備國家工程研究中心口腔數字醫學北京市重點實驗室 北京 100081

根管治療是治療牙髓病和根尖周病的主要方法，其核心在于根管內的感染控制，主要依靠機械預備和化學沖洗。由于根管系統解剖形態的復雜性和機械預備技術本身的局限性，僅使用機械預備的方法不能完全清除根管內的細菌及其他感染物質。僅用機械預備至少有35%的根管壁沒有被預備到[1]。對于扁形或橢圓形根管，則有多達80%的根管壁沒有被預備；而根尖區域的未預備區域可達69%[2]。因此，需要輔助使用化學沖洗清除或中和根管內的微生物及其產物。但研究[3]表明：僅使用傳統的沖洗器沖洗很難獲得令人滿意的效果，對于側支根管及其他復雜根管解剖結構或牙本質小管內的感染物質，傳統的沖洗技術也收效甚微。所以需采用進一步加強根管沖洗效果的輔助手段，例如超聲沖洗、聲波沖洗、激光活化沖洗等動能活化沖洗方法。目前最常用的超聲沖洗技術，其性能各方面基本滿足臨床需求，而聲波沖洗技術經過30余年的發展，與超聲沖洗技術的差距在逐漸縮小，尤其是近些年出現的一些新的聲波沖洗設備，在體外實驗中的性能表現已經不亞于超聲沖洗技術，一些臨床試驗中也有所使用，顯示出良好的臨床應用前景。

本文主要針對聲波沖洗技術，簡要介紹其發展歷史、工作原理和性能特點，希望為臨床工作提供一定的參考。

1 聲波根管沖洗的發展歷史

1.1 Micro Mega 3000聲波手機及Sonic Air?1500

早期出現的聲波沖洗設備是1985年的Micro Mega 3000聲波手機。它由連接牙科綜合治療臺的氣壓驅動手機搭配3種不同規格的不銹鋼材質工作尖組成。之后在1991年出現的Micromega?Sonic Air?1500，同樣為氣壓驅動，相較前者提高了手機的性能，可產生頻率1 500~3 000 Hz的振動，使用配套的不銹鋼Rispi-Sonic?銼，沿著銼的工作刃上有螺旋形的倒鉤，設計用作切割根管壁和活化沖洗液。研究顯示：Sonic Air?1500在清除根管內碎屑的能力遜于超聲沖洗設備[4]，而清除根管內細菌的效率與超聲沖洗接近[5]。此外，由于工作尖的形態及材質，其具有牙本質切割的能力[6]，使用時必須避免工作尖觸碰到根管壁。性能上的缺陷和安全性上的弊端限制了其在臨床上的使用。

1.2 Vibringe?聲波沖洗設備

2009年出現的Vibringe?聲波沖洗設備，工作頻率為150 Hz。Vibringe?聲波沖洗系統由電池驅動的柱塞和拇指環組成，拇指環放入一個10 mL的一次性尼龍沖洗器的針管中，可根據根管預備情況選擇沖洗針頭直徑。按壓拇指環推送沖洗液進入根管的同時將激活拇指環，導致沖洗針振動。Vibringe?聲波沖洗系統的性能提升有限[7-8]，清除牙本質碎屑和玷污層的能力較超聲沖洗設備仍有差距[9]；輔助沖洗液滲透牙本質小管和抑菌的能力有限，與沖洗器沖洗相當[10-11]。但相較于Sonic Air?1500，Vibringe?聲波沖洗系統的工作尖改進為光滑的金屬材質，不會切割根管壁。

1.3 EndoActivator（簡稱EA）低頻聲波沖洗

2009年出現的低頻聲波沖洗設備EA是一種電池供電的便攜式聲波沖洗設備，由配備三速電機的手機和3種規格的一次性聚合物材質工作尖組成，工作尖尖端光滑，不具備切削功能。其工作頻率相對較低，3種不同檔位下的工作頻率分別為33、100和167 Hz，但Jiang等[12]利用高速成像技術在體外根管模型中觀察EA工作尖的振動，結果發現其實際工作頻率為160、175和190 Hz。與此前的沖洗設備相比，EA最大的變化在于使用了光滑的聚合物材質的工作尖，有一定適應彎曲根管形態的能力。

1.4 EDDY聲波沖洗系統

近年來出現的EDDY聲波沖洗系統是一款高頻聲波沖洗器械。該聲波沖洗系統包含聚酰胺材質的工作尖以及可以產生5 000~6 000 Hz振蕩頻率的氣壓式聲波驅動手機（數據來自產品說明書）。EDDY配置有3種工作模式——“低功率”、“中功率”和“高功率”，3種模式下的工作頻率相同，主要區別在于工作尖的振幅不同。與此前的沖洗設備相比，EDDY大幅提高了工作尖的振動頻率，但目前尚無相關文獻證明其可以在根管中產生空穴效應。

聲波根管沖洗設備的主要性能參數的比較見表1。

表1 聲波根管沖洗設備的主要性能參數比較Tab 1 Comparison of main performance parameters of sonic root canal irrigation equipment

2 聲波根管沖洗的工作原理

聲波沖洗與超聲沖洗原理類似，均為通過工作尖在沖洗液中的振動將能量傳遞至沖洗液之中，從而提高沖洗效率，二者的主要區別在于聲波沖洗設備工作尖的振動頻率為20~20 000 Hz，即人耳的聽覺范圍之內，而超聲沖洗的頻率則高于20 000 Hz。聲波沖洗的作用原理主要包括以下幾個方面。

2.1 聲流作用

聲流是指流體（即沖洗液）圍繞工作尖作圓周或旋渦狀的快速運動，這將導致一個剪切方向的分流，在根管壁上產生剪切力，從而有助于清除根管壁上的碎屑、細菌以及生物膜。有研究[13]顯示：聲流的強度和流體速度直接相關，而流體速度與工作尖的振動相關，在一級近似中，其關系可用以下方程表示：

其中，v表示流體速度；f表示工作尖振動頻率；ε0表示工作尖位移振幅；r表示工作尖的半徑?？梢娐暳鲝姸扰c工作尖的半徑呈負相關，與振動頻率和位移幅度呈正相關。

聲流在根管壁上產生的剪切力與聲流速度的關系可近似表達為以下方程：

其中，τ表示剪切力；v表示聲流速度，可由方程式1得出；η表示流體的運動黏度，對于某一確定沖洗液可看作一常量；δ表示邊界層厚度。目前已有學者在超聲和聲波沖洗設備工作的過程中明確觀察到聲流的產生。Lumley等[14]的研究中闡述了聲波沖洗設備產生聲流的模式是在自由振蕩的工作尖尖端周圍產生了很大的擾動。在受到側向力時，沿著銼的整個長度均會產生聲流，不受約束的影響。通過理論推算，直徑0.15 mm、頻率3 000 Hz的聲波工作尖可以在根管壁上產生1.7×105N·m-2的剪切應力，遠低于相同直徑、頻率25 000 Hz的超聲工作尖所能產生的1.9×107N·m-2的剪切應力[14]。但聲流強度受振幅和振動方向影響較大，考慮到實際工作情況，超聲工作尖受到根管壁的約束時振幅將明顯降低，產生的聲流明顯減弱；而聲波工作尖在受到約束時仍然能夠產生幅度較大的縱向振動[15]且沿著整個工作尖的長度均可產生聲流，聲流減弱程度較超聲小，可以在根管壁上產生約1.7×104N·m-2的剪切應力。因此，盡管聲波沖洗理論上所能產生的聲流弱于超聲沖洗，但在實際工作中仍然可能提供較好的沖洗效果。

2.2 空穴效應

空穴效應指工作尖的振動使得沖洗液中某處壓力降低，當壓力低于沖洗液所在溫度下的空氣分離壓時，原來溶于液體中的氣體會分離出來產生氣泡的現象。這些微小氣泡在聲場的作用下振動、生長并不斷聚集聲場能量，當能量達到某個閾值時，空穴氣泡急劇崩潰閉合，此時可釋放出能量，并瞬間產生局部高溫、高壓，以此增強沖洗效果[16]。

有學者[12]發現使用EA時根管內未發生空穴效應。分析其原因，壓力降低的量ΔP必須超過環境壓力（1個標準大氣壓或105 kPa）加上流體蒸汽壓力（2 000 Pa），在一級近似中，導致空穴效應產生的速度μ可通過伯努利方程獲得：

其中，ρ是沖洗液的密度，μ是工作尖的振動速度，方程式3的左邊項應大于105 kPa。對于沖洗液，ρ=1 000 kg·m-3，臨界速度μ約為14 m·s-1。根管內EA工作尖的運動近似為振幅1.2 mm的正弦振動，頻率最高190 Hz，振動速度僅為1.4 m·s-1，未滿足產生空穴效應的條件[12]。要達到14 m·s-1的速度，在振動幅度和振動模式保持不變的條件下，所需頻率約為2 000 Hz。聲波沖洗設備工作尖的理論振動頻率為20~20 000 Hz，可達到空穴效應的頻率閾值。近年來，新出現的EDDY聲波沖洗器械，頻率為5 000~6 000 Hz，理論上可引發空穴效應，但尚未見到確切的研究報道。

2.3 熱效應

熱效應是指沖洗液吸收聲波的能量而導致沖洗溫度升高的現象。超聲沖洗可使根管內的沖洗液溫度升高，最高達7.7 ℃[17]；而使用聲波沖洗可使沖洗液溫度上升約3 ℃[18]。升高沖洗液溫度可能有利于提高根管清理效率及消毒效果[19-20]。

3 聲波根管沖洗的性能特點

關于聲波根管沖洗的性能特點，目前的研究主要關注以下幾個方面的性能：清除根管內的碎屑和玷污層的能力、促進沖洗液滲透牙本質小管的能力、增強沖洗液抑菌活性的能力以及安全性能等。

3.1 清除根管內玷污層的能力

機械預備的過程中將不可避免地在根管銼接觸根管壁的區域產生玷污層。玷污層難以依靠傳統的沖洗手段清除。玷污層內含細菌等感染物質，且會封閉牙本質小管，導致根管感染控制不徹底[21]。因此，清除根管內玷污層的能力是沖洗設備的一項重要性能。關于不同聲波沖洗設備清除玷污層的能力已有一定量的體外實驗，多集中在低頻聲波沖洗EA和高頻聲波沖洗EDDY這2種設備上。

對于低頻聲波沖洗器械EA，有研究[22-23]顯示EA去除玷污層能力優于超聲沖洗。Li等[24]發現：在根管冠部和根中部，EA和被動超聲沖洗（passive ultrasound irrigation，PUI）去除根管壁玷污層的能力相當，在根尖部1/3則優于PUI。在彎曲根管模型中，使用次氯酸鈉和乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA） 沖洗液時，EA和超聲沖洗均可增強玷污層去除能力，但EA和超聲沖洗差異無統計學意義[25-27]。但是，Uroz-Torres等[28]使用上頜單根管牙進行體外實驗，結果顯示：EA去除玷污層的能力與沖洗器相當。Urban等[29]發現：在下頜前磨牙根管內EA和手動活化沖洗去除玷污層的能力沒有明顯差異。低頻聲波沖洗的去除玷污層能力研究結果尚不統一，這可能是受研究模型、實驗設計、評價指標等因素影響，確切結果仍需進一步深入的研究。

高頻聲波沖洗器械EDDY的玷污層去除能力的研究結果較一致，大多認為EDDY有較好地去除玷污層的能力，可與超聲沖洗相當。在形態簡單的根管中，一些學者[29-30]的研究均發現：EDDY去除玷污層的能力與超聲沖洗接近。對于解剖結構較復雜的根管，Haupt等[27]發現：在帶有彎曲的下頜磨牙根管內EDDY去除玷污層的能力受到根管深度的影響，相較于冠部，根尖部的清除效率顯著降低，但與PUI間沒有明顯差異。

3.2 清除根管內碎屑的能力

機械預備的過程中還將產生牙本質碎屑。碎屑容易堆積在根管下段，從而堵塞根尖孔[3]。因此，清除根管內碎屑的能力是沖洗設備的另一項重要性能。

低頻聲波沖洗設備EA去除碎屑的能力與超聲沖洗接近。Kanter等[22]發現：在根管全段EA去除碎屑的能力均顯著優于超聲沖洗。Plotino等[30]認為：在單根管牙中，PUI可顯著優于EA，但受活化操作程序影響。Urban等[29]發現：在直根管中EA和超聲沖洗清除碎屑的能力沒有顯著差異。而Haupt等[27]則發現：在彎曲的下頜磨牙根管中EA與PUI清除碎屑的能力沒有顯著差異。

高頻聲波沖洗EDDY可能有不亞于超聲沖洗的清除碎屑能力，但還有待進一步研究的證實。Urban等[29]的研究發現：在直根管中，EDDY和PUI去除碎屑的能力沒有顯著差異。Plotino等[31]的研究則表明：EDDY的清除能力顯著優于PUI；并且隨著活化時間增加，清除根尖部碎屑的能力得到顯著提升。對于相對復雜的根管情況，Haupt等[27]發現：在彎曲的下頜磨牙根管內，EDDY去除碎屑的能力稍優于PUI，但沒有顯著差異；R?dig等[32]在含峽部的下頜磨牙根管內也得到了類似的結論；Rodrigues等[33]則發現：在含峽部的下頜磨牙彎曲根管中，EDDY的清除能力稍遜于超聲沖洗，差異無統計學意義。但Linden等[34]發現：在含峽部的下頜磨牙根管內，EDDY的清除能力顯著低于超聲沖洗，甚至稍低于沖洗器沖洗。提示EDDY高頻聲波沖洗在彎曲根管內仍有較高的工作效率，可能是因為其聚合物材質的工作尖可進入彎曲根管，發揮活化沖洗液的作用，但對于復雜的解剖結構，目前的沖洗方法清理效果均仍較局限，需要進一步的改進。

3.3 去除根管內菌斑生物膜及輔助抑菌能力

由于可能存在的根尖氣鎖效應及根尖部解剖結構的復雜性[35]，單純使用沖洗器時，沖洗液往往難以到達根尖、牙本質小管、側支根管及其他復雜解剖結構內，從而影響沖洗液的抑菌效果[3]；同時，菌斑生物膜的三維結構復雜，可降低沖洗液的抑菌能力，單純使用沖洗器沖洗對菌斑生物膜的效果欠佳[3]。因此，去除根管內菌斑生物膜及輔助沖洗液抑菌能力是衡量沖洗設備性能的重要指標。

EA去除菌斑生物膜的能力欠佳，Ordinola-Zapata等[36]發現：EA去除菌斑生物膜的能力與沖洗器接近，顯著弱于超聲沖洗和激光活化沖洗。Swimberghe等[37]使用水凝膠模擬生物膜比較不同沖洗設備清除根管峽部水凝膠的效率后發現：EA顯著弱于超聲沖洗和EDDY，與沖洗器接近。Shen等[38]則在研究中發現：EA產生的低頻聲波難以使菌斑生物膜結構出現明顯破壞，但仍有利于增強沖洗液的抑菌效果。

關于EA的抑菌能力文獻研究結論比較一致：相較于沖洗器沖洗，EA對于沖洗液的抑菌能力有一定提升，但仍弱于超聲沖洗[5,39-41]。Tardivo等[41]在臨床試驗中利用細菌采樣的方式，比較采用不同沖洗設備的患者前后根管內細菌數目的差異，以此評估沖洗設備的抑菌能力，結果顯示：EA和沖洗器沖洗的抑菌效果沒有顯著差異。

關于EDDY去除菌斑生物膜的研究有待進一步的深入。其他相關研究初步顯示EDDY可能有較好的抑菌能力。Hage等[42]發現：EDDY、超聲活化沖洗和激光沖洗光子誘導光聲流模式（photon induced photoacoustic streaming，PIPS）的輔助抑菌能力相當。Swimberghe等[37]使用水凝膠模擬生物膜，比較不同沖洗設備清除根管峽部水凝膠的效率后發現：EDDY顯著優于EA和沖洗器沖洗，略優于超聲沖洗，但差異無統計學意義。Zeng等[43]發現：EDDY和沖洗器沖洗均可顯著減少根管內細菌總量；對于牙本質小管100 μm以內的活菌殺滅量，在冠部和根中部EDDY優于沖洗器沖洗，在根尖部無顯著差異。而Zeng等[44]在比較EDDY和EA的性能時發現：二者均可提高NaClO沖洗液的抑菌效率，且沒有顯著差異。值得注意的是，Eggmann等[45]發現：在短期實驗中，EDDY“中功率”和“高功率”檔位的抑菌效率沒有顯著差異；但延長觀察時間后，如果不是在根管沖洗的全程中始終使用“高功率”檔位，則7 d后便可觀察到根管發生了再感染。這就提示：在使用EDDY沖洗根管時，較低的功率模式下工作尖的振幅減小，可能會對清理效果產生不利影響。

3.4 輔助沖洗液滲透牙本質小管的能力

對于感染根管，細菌不僅存在于主根管內，也常侵入牙本質小管深部[46]。因此，若沖洗設備可增加沖洗液滲透牙本質小管的深度，則有利于提高根管抗感染的成功率。

研究發現：低頻聲波沖洗EA輔助沖洗液滲透的能力欠佳。de Gregorio等[47]發現：EA輔助沖洗液滲透側支根管的能力與超聲沖洗相比有顯著差距。而Paragliola等[48]則發現：EA輔助沖洗液滲透牙本質小管的能力在全根管內遜于超聲沖洗，在根尖部差異有統計學意義。

關于高頻聲波沖洗EDDY輔助沖洗液滲透的能力，還有待進一步深入的研究。Salas等[49]使用下頜前磨牙根管研究不同沖洗方式對于氯己定沖洗液滲透牙本質小管深度的影響，結果發現：在根管的冠部和中部區域，不論是氯己定的最大滲透深度還是滲透區域的面積，EDDY與超聲沖洗不存在顯著差異；但在根尖1/3，EDDY顯著遜于超聲沖洗，僅與沖洗器沖洗相當。而Tungsawat等[50]則發現：根尖和根管中段EDDY輔助沖洗液滲透的能力可顯著優于PUI，而在冠部與PUI存在顯著差距。Galler等[51]使用直根管牙模型，結果發現：在根管冠部，高頻聲波沖洗的滲透深度顯著高于PUI和沖擊波增強發射光聲流（shock-wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS），稍低于PIPS模式；在根管中段和根尖部，EDDY的滲透深度也高于PUI和SWEEPS，但差異不具有統計學意義。

3.5 安全性能

臨床使用的沖洗液多為不同濃度的次氯酸鈉沖洗液，具有腐蝕性和刺激性，如果沖洗液超出根尖孔則會對根尖周組織造成刺激，可能導致患者疼痛。

對于根尖沖洗液溢出的量，使用EA沖洗液溢出量較少。Rodríguez-Figueroa等[52]研究了EA在單一直根管牙中對根尖沖洗液溢出的影響，結果發現：不論EA、被動超聲沖洗還是沖洗器沖洗，根尖溢出的沖洗液的量都是極少的。Boutsioukis等[53]則發現：EA或超聲沖洗對沖洗液溢出量的影響并不顯著。而Desai等[54]則發現：相較于EA，超聲沖洗造成的沖洗液溢出量顯著增加。這就提示：在工作長度1 mm內使用EA活化沖洗液安全性較好，但實際的臨床使用效果可能受到根尖發育程度、解剖結構等因素的影響。Dos Reis等[55]比較了在根尖孔未完全閉合的年輕恒牙粗大根管中使用不同沖洗方式導致沖洗液溢出的體積，結果發現：EDDY組平均沖洗液溢出量最多，顯著高于超聲活化沖洗組和機械活化沖洗組，其他各組之間則沒有表現出顯著差異性。Magni等[56]使用3D打印的根尖孔開放的上頜中切牙模型進行體外實驗，并測定使用不同設備沖洗時根尖處的壓力，結果顯示：EDDY產生了過高的根尖區壓力，這可能導致沖洗液溢出量的增加。但上述研究均為體外研究，具體的沖洗液溢出量多少會引起臨床術中或術后疼痛，目前尚不明確，暫不能代表臨床的實際使用效果。

關于聲波沖洗安全性能的臨床研究較少，集中于術后疼痛，相關研究結論較統一：相較于超聲沖洗、沖洗器沖洗等其他沖洗方式，聲波沖洗不會造成更嚴重的術后疼痛。Gündo?ar等[57]在關于不同沖洗方式對于下頜前磨牙根管治療后疼痛的影響的臨床試驗中發現：對于存在術前疼痛癥狀的患者，無論使用何種沖洗方式對其術后疼痛程度均沒有影響；對于無術前疼痛癥狀的患者，相較于EA和被動超聲沖洗，EDDY引發的術后疼痛程度較輕，但沒有明顯差異。Top?uo?lu等[58]在針對下頜磨牙根管治療的隨機臨床試驗中發現：聲波沖洗、超聲沖洗和注射器沖洗引起的術后疼痛沒有明顯差異。Gümü?等[59]在針對乳磨牙根管治療的隨機臨床試驗中發現：在術后48 h內，沖洗器組的疼痛值顯著高于EA組。

綜上所述，就目前的研究結果而言，聲波沖洗表現出了較好的安全性，但可能受臨床病例情況、解剖結構等因素的影響，仍需要更多的研究來進一步證實。

3.6 臨床推薦沖洗程序

根據相關臨床研究和體外實驗[27,57]的結果，采用高頻聲波沖洗設備EDDY和低頻聲波沖洗設備EA的終末沖洗流程，推薦使用3% NaClO沖洗液沖洗根管3次，每次的沖洗液用量為2 mL，每次活化20 s；之后使用17%EDTA溶液2 mL沖洗，活化30 s；最后可以使用2 mL生理鹽水或蒸餾水沖洗根管。

使用EDDY進行沖洗活化時，建議使用“高”或“中”功率模式[45]，將工作尖置于距工作長度2 mm以內的位置[57]，沿垂直向小幅度移動，單次活化不應超過30 s。使用EA進行活化沖洗時，操作手法基本同EDDY，但需選擇合適尺寸的工作尖，具體標準是工作尖可寬松地到達工作長度2 mm以內[57]。

4 小結與展望

上述提到的聲波沖洗器械均只產生單一頻率的聲波，且未合并使用其他輔助沖洗技術。最新的廣譜聲波沖洗設備GentleWave沖洗系統通過負壓沖洗和多頻譜聲波沖洗，工作時機頭和患牙緊密貼合以在髓腔內產生負壓環境，工作尖在注入沖洗液的同時產生廣譜聲波[60-61]。研究顯示：GentleWave具有優越的根管清理能力[62]、去除碎屑和玷污層的能力[63]以及較高的臨床治療成功率[64]。但設備較為龐大，需要單獨購買且價格較為昂貴，使用時需密封髓腔，操作相對復雜，可能影響其推廣和普及。

近些年來，聲波沖洗技術得到了更多的關注，相較以往有了更快速的發展且體現出了較好的性能。采用頻譜更廣的聲波或與其他沖洗技術結合可能是未來的發展方向，同時聲波沖洗的具體原理和臨床實踐中的性能表現也需要更多的研究及臨床試驗來進一步闡明。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。