自1960年Maiman发明第一台红宝石激光器开始，激光在医疗领域的应用被广泛研究。1997年，美国食品药品监督管理局（FDA）首次批准铒∶钇铝石榴石（Er∶YAG）激光可用于牙体硬组织预备；第二年又批准了铒，铬∶钇钪镓石榴石（Er，Cr∶YSGG）激光可用于软硬组织治疗。
随着技术的进展及微创保守治疗理念的推广，铒激光在龋病治疗中的研究日益成熟。临床上，口腔科医生采取各种去腐手段（如高速涡轮手机、慢速手机、空气喷磨、激光等）去除龋坏组织、备洞，应用充填材料充填窝洞来治疗龋齿。相较于其他去腐方法，激光具有噪音小、无振动、热副反应小的特点，易被儿童、青少年以及牙科恐惧症患者接受。不同能量参数下，铒激光可进行组织切割和组织处理，实现选择性去腐、杀菌等效果。本文就近年来铒激光在龋病治疗中的基础和临床研究进展做一综述。
1.铒激光的作用原理
Er∶YAG激光与Er，Cr∶YSGG激光波长分别为2940nm与2780nm，与牙体组织中的水和羟基磷灰石的吸收峰接近。牙釉质和牙本质的主要组成部分都是羟基磷灰石晶体。健康的牙釉质是高度矿化组织，含85%的羟基磷灰石、3%的有机物和12%的水。牙本质中矿物含量降低，无机物、有机物、水的含量约为50%、30%、20%。相较于其他激光，铒激光穿透能力低。Er∶YAG激光对牙釉质和牙本质穿透深度为5～7μm，Er，Cr∶YSGG激光为15～21μm。
由于水对铒激光的吸收系数很大，周围组织吸收能量较少，因此铒激光照射对邻近组织热损伤较小，是一种安全高效的激光。铒激光的作用机制有2种，包括：热效应和热机械效应。热效应是指牙体组织中的水吸收激光能量，产生超高温汽化，组织内压力超过结构耐受强度后，硬组织发生微爆破。
热机械效应紧随其后。能量扩散的瞬间，周围矿化组织爆破崩解，实现了切割牙体硬组织的效果。牙齿发生龋坏后，组织中含水量显著上升。激光照射时龋坏组织会先爆破崩解，从而达到选择性去腐的效果，最大限度保存健康的牙体组织。
2.铒激光的作用效果
铒激光的作用效果主要取决于能量、脉冲宽度、照射时间和水冷却4个因素。激光对牙体组织的作用效果分为组织切割和组织处理。组织切割是指去除龋坏的牙体组织，只有超过切割阈值才能切割组织。目前认为，铒激光对牙釉质的切割阈值为10～20J/cm2，牙本质为2.8～14J/cm2。组织处理是指通过低切除能量（指稍高于切割阈值能量）照射牙体组织，对牙釉质和牙本质表面进行改性。具体介绍如下。
2.1组织切割
铒激光能量被组织吸收后产热，在喷水的调节下，一旦达到特定的阈值即可实现切割硬组织的作用。组织切割的能量值随不同品牌激光仪、不同操作条件而有所不同。切割牙釉质时，铒激光处理应该是备洞的最后一步。因为激光预备牙体组织的效率显著低于传统涡轮机。
有研究提出，进行等量组织预备时，铒激光操作时间是传统涡轮机的3倍。所以临床上，可使用快速涡轮机完成龋损洞缘开敞，然后使用铒激光照射，实现精确的微创预备。考虑到釉柱的排列，照射时，激光工作头应与牙长轴呈25°角，并指向窝洞。切割时，周围牙釉质会呈现白垩色。扫描电镜下观察，经典的铒激光切割牙釉质样本为微爆破而非溶解，即：表面干净、起伏不平、布满坑状或鳞片状。一定范围内能量升高时（Er∶YAG激光250mJ，20Hz，88J/cm2；Er，Cr∶YSGG激光275mJ，20Hz，97J/cm2），牙釉质表面可出现微破裂或表面熔融，但晶柱完好。
当能量进一步升高（350mJ，10Hz，178J/cm2），表面将产生无晶柱的不规则表面，表面沟裂分割，过于光滑。此时将影响牙釉质性能。乳牙牙釉质较恒牙牙釉质结构混乱，缺少恒牙特有的釉质典型结构，即晶柱大而无序，表面有无晶柱层。因此，视觉上乳牙更白、不透明。激光照射后，乳牙牙釉质与恒牙变化相似，但更不规则，晶柱中心及周围都有部分破坏，牙釉质表面不规则。
切割牙本质时，考虑到牙本质组成中水及有机物含量上升，能量选择要低于牙釉质。铒激光作用于牙本质主要是水介导的光机械作用和产生的冲击波去除碎屑和玷污层。激光照射后牙本质表面粗糙、起伏不平；牙本质小管开放，表面干净，无玷污层。此外，管间牙本质和管周牙本质中水含量不同，前者水含量更多，激光照射后去除组织更多，出现选择性熔融，表现为管周牙本质凸起，管间牙本质凹陷的袖口样改变（cuff-like）。
Zhang等发现，一定范围内，随Er∶YAG激光能量升高，洞底牙本质成波浪状起伏程度增加，牙本质小管开口清晰，排列层次分明。但过高功率激光会损伤牙本质，出现牙本质熔融、裂隙、碳化等。乳牙牙本质小管较恒牙直径更小，牙本质小管密度低、间隙更大，含水量大于恒牙。因此推荐乳牙激光参数低于恒牙。
相较于传统涡轮去腐方式，铒激光还有一个优势在于其安全性。铒激光可有效控制热副反应，使牙髓最小幅度升温。传统涡轮钻去腐过程中喷水不到位可对牙髓产生不良热反应。当牙髓组织升温5.5℃，可对牙髓造成不可逆的损伤。Öztürk等报道，高速涡轮手机备洞后即刻牙髓急剧升温，可较牙髓温度（37℃）升高20℃，若喷水降温不足可超过70℃。相较之下，Er∶YAG激光作用组织表浅、穿透能力低，通常使用非接触式治疗，水雾冷却系统可直接作用于预备牙面，充分降温，降低热副反应。
Krmek等检测Er∶YAG激光备洞时髓腔温度变化，设置100μs的脉宽、水雾50mL/min的条件，先预备牙釉质，然后预备牙本质。结果发现，预备牙釉质时，400mJ，15Hz参数下髓腔升温最高［（1.99±0.28）℃］，320mJ，10Hz参数下髓腔升温最低［（0.70±0.18）℃］；预备牙本质时，340mJ，10Hz参数下髓腔升温最高［（1.37±0.42）℃］，200mJ，5Hz参数下髓腔升温最低［（0.43±0.18）℃］。结论认为，Er∶YAG激光备洞能量下是安全的，不会造成髓腔温度显著上升。相较于激光使用频率，能量对温度影响更大。此外，接近牙髓处，可通过降低输出能量，调高水汽降温来实现对牙髓的保护。对于一些龋坏近髓的患牙有一定的优势。
2.2组织处理
低能量（指稍高于切割阈值能量）铒激光可粗化、清理牙釉质，处理后表面形成微空泡结构。同时，也可用于窝洞预备完成后处理牙本质，减少热效应。临床上，组织处理这个操作可用于充填前对备洞边缘和牙本质洞底进行处理。低能量铒激光对牙釉质的处理不能代替酸蚀。
理想的牙釉质粘接界面是表面有均质的晶体，中心杯装凹陷，四周隆起的微结构。这种形态与37%磷酸酸蚀20～30s后的效果相似。很少有中红外激光照射后能产生类似表现。激光处理后釉质更多表现为表面较光滑，伴少量釉突。研究报道，铒激光处理后充填体会出现边缘微渗漏问题。
谢窈等研究了乳牙在Er∶YAG激光去腐备洞后充填的微渗漏效果，认为激光不能替代全酸蚀剂的效果，激光照射后使用自酸蚀粘接系统，充填体边缘适合性更好，微渗漏小。低能量铒激光配合喷水对去腐后窝洞牙本质进行处理，激光可去除碎屑、玷污层、细菌，减少热效应，减少胶原纤维汽化，降低对牙本质的损伤。
一些研究认为，利用铒激光对牙本质表面进行组织处理，可提高粘接强度。当然，也有研究对此持反对观点，具体将在下文进行阐述。
3.对粘接强度的影响
关于激光预备后牙体硬组织粘接强度的研究一直存在争论。一些研究提出，满足以下特定条件，激光预备可提升牙体硬组织的粘接强度：特定激光参数下，激光能选择性去除龋坏牙本质、杀菌、处理牙面，表面形成适合粘接的超微结构，并且不会造成热损伤。然而，现有的研究并未发现能满足以上特性的激光参数。具体分析原因如下。
3.1牙釉质
总体来说，与牙本质相比，铒激光照射对牙釉质粘接强度影响较小。这主要取决于釉质的粘接机理。Silverstone等提出，牙釉质的粘接界面分为3类，理想的粘接界面属于Ⅰ类，与37%磷酸酸蚀20～30s后效果相似。铒激光照射后，牙釉质表面呈现为Ⅱ类，即表面凹凸不平、晶柱凸起、周围凹陷，该表面不利于粘接。因此，需要在激光照射后再次酸蚀处理表面，以达到理想的粘接效果。研究对比传统涡轮手机预备与激光照射后牙釉质的粘接强度，发现激光照射可部分提高粘接强度。
3.2牙本质
相较于牙釉质，铒激光照射对牙本质粘接强度的影响较大，目前尚无定论。这也是由于牙本质粘接机理所致。众所周知，理想的牙本质粘接源于混合层的形成。酸蚀可去除牙本质表层的矿物质，暴露胶原纤维网，亲水性单体浸入并聚合，形成良好的嵌合结构，提高粘接强度。然而，激光照射后牙本质表面发生微爆破，形成不规则表面，牙本质小管开放，没有玷污层。表层下的牙本质由于激光的影响也发生热变性，出现微裂隙等影响粘接强度。
常规酸蚀后，牙本质表面形成不规则的混合层，影响树脂渗透，电镜下可以见到树脂突细短，并非理想的漏斗状、伴有侧枝的树脂突。因此，大部分研究认为，激光照射后，牙本质粘接强度下降。
另一部分认为铒激光处理可增加牙本质粘接强度的学者提出，在去腐后，使用低能量激光处理牙本质，这种“处理”（conditioning）是上文提到的使用低能量激光（稍高于切割阈值的激光能量）处理牙本质表面，以此对牙本质表面改性，使之利于粘接。Ramos等在自酸蚀粘接前，使用Er，Cr：YSGG激光（50mJ，30Hz，4.5J/cm2）处理被腐蚀牙本质，结果显示粘接强度优于传统方法。
Chen等提出，使用低能量Er∶YAG激光处理牙本质或磷酸酸蚀牙本质均可提升牙本质的拉伸粘接强度。Nahas等应用Er∶YAG激光（80mJ，12.58J/cm2）也得出类似结果。目前，这种“牙本质处理”的激光能量参数尚不统一，有待于进一步研究。同时，部分研究认为，与传统方法相比，激光照射对牙本质粘接强度没有影响。在一项关于激光去腐的Cochrane系统综述中，激光照射后充填体寿命以及边缘完整性（6个月内）与传统涡轮相比无显著差异，但作者同时指出，既往研究证据水平较低，需要进一步高质量的随机对照研究来证实。
此外，学者们还测试了不同粘接系统、粘接材料对激光照射后牙本质粘接强度的影响，大部分结果倾向于负向作用。原因是激光照射后牙本质表层及表层下结构和组成将发生变化，研究发现表层牙本质抗酸性增加，这将影响酸蚀后表层矿物质溶解以及树脂粘接剂渗透进入表层下的管内牙本质小管。不充分的混合肯定会影响粘接强度。至今，激光照射后牙本质粘接强度的变化仍无定论。首先源于铒激光在组织切割和组织处理上的参数设定没有金标准，不同研究之间难以进行比较。其次是粘接剂系统和粘接材料品牌众多，没有统一。最后是缺乏高质量的临床随机对照研究。对牙本质粘接强度的进一步研究需要对激光处理后牙本质变化有深入了解，分析牙本质变化的方法可借鉴材料分析方法。
综上，铒激光在龋病治疗中应用广泛，它可以精确地微创预备，温和无振动，为患者提供良好的就诊体验。同时能杀菌、处理牙面、控制热副反应。尽管激光照射后牙本质粘接强度的变化仍无定论，但相较于其他激光，铒激光仍具有众多优势，可作为传统涡轮手机的替代品，实现微创保守的治疗理念。
