霍帜远 岳林 邹晓英

北京大学口腔医学院·口腔医院牙体牙髓科 国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心 口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心口腔数字医学北京市重点实验室 北京 100081

根管治疗是治疗牙髓病和根尖周病的主要方法，其核心在于根管内的感染控制，主要依靠机械预备和化学冲洗。由于根管系统解剖形态的复杂性和机械预备技术本身的局限性，仅使用机械预备的方法不能完全清除根管内的细菌及其他感染物质。仅用机械预备至少有35%的根管壁没有被预备到[1]。对于扁形或椭圆形根管，则有多达80%的根管壁没有被预备；而根尖区域的未预备区域可达69%[2]。因此，需要辅助使用化学冲洗清除或中和根管内的微生物及其产物。但研究[3]表明：仅使用传统的冲洗器冲洗很难获得令人满意的效果，对于侧支根管及其他复杂根管解剖结构或牙本质小管内的感染物质，传统的冲洗技术也收效甚微。所以需采用进一步加强根管冲洗效果的辅助手段，例如超声冲洗、声波冲洗、激光活化冲洗等动能活化冲洗方法。目前最常用的超声冲洗技术，其性能各方面基本满足临床需求，而声波冲洗技术经过30余年的发展，与超声冲洗技术的差距在逐渐缩小，尤其是近些年出现的一些新的声波冲洗设备，在体外实验中的性能表现已经不亚于超声冲洗技术，一些临床试验中也有所使用，显示出良好的临床应用前景。

本文主要针对声波冲洗技术，简要介绍其发展历史、工作原理和性能特点，希望为临床工作提供一定的参考。

1 声波根管冲洗的发展历史

1.1 Micro Mega 3000声波手机及Sonic Air®1500

早期出现的声波冲洗设备是1985年的Micro Mega 3000声波手机。它由连接牙科综合治疗台的气压驱动手机搭配3种不同规格的不锈钢材质工作尖组成。之后在1991年出现的Micromega®Sonic Air®1500，同样为气压驱动，相较前者提高了手机的性能，可产生频率1 500~3 000 Hz的振动，使用配套的不锈钢Rispi-Sonic®锉，沿着锉的工作刃上有螺旋形的倒钩，设计用作切割根管壁和活化冲洗液。研究显示：Sonic Air®1500在清除根管内碎屑的能力逊于超声冲洗设备[4]，而清除根管内细菌的效率与超声冲洗接近[5]。此外，由于工作尖的形态及材质，其具有牙本质切割的能力[6]，使用时必须避免工作尖触碰到根管壁。性能上的缺陷和安全性上的弊端限制了其在临床上的使用。

1.2 Vibringe®声波冲洗设备

2009年出现的Vibringe®声波冲洗设备，工作频率为150 Hz。Vibringe®声波冲洗系统由电池驱动的柱塞和拇指环组成，拇指环放入一个10 mL的一次性尼龙冲洗器的针管中，可根据根管预备情况选择冲洗针头直径。按压拇指环推送冲洗液进入根管的同时将激活拇指环，导致冲洗针振动。Vibringe®声波冲洗系统的性能提升有限[7-8]，清除牙本质碎屑和玷污层的能力较超声冲洗设备仍有差距[9]；辅助冲洗液渗透牙本质小管和抑菌的能力有限，与冲洗器冲洗相当[10-11]。但相较于Sonic Air®1500，Vibringe®声波冲洗系统的工作尖改进为光滑的金属材质，不会切割根管壁。

1.3 EndoActivator（简称EA）低频声波冲洗

2009年出现的低频声波冲洗设备EA是一种电池供电的便携式声波冲洗设备，由配备三速电机的手机和3种规格的一次性聚合物材质工作尖组成，工作尖尖端光滑，不具备切削功能。其工作频率相对较低，3种不同档位下的工作频率分别为33、100和167 Hz，但Jiang等[12]利用高速成像技术在体外根管模型中观察EA工作尖的振动，结果发现其实际工作频率为160、175和190 Hz。与此前的冲洗设备相比，EA最大的变化在于使用了光滑的聚合物材质的工作尖，有一定适应弯曲根管形态的能力。

1.4 EDDY声波冲洗系统

近年来出现的EDDY声波冲洗系统是一款高频声波冲洗器械。该声波冲洗系统包含聚酰胺材质的工作尖以及可以产生5 000~6 000 Hz振荡频率的气压式声波驱动手机（数据来自产品说明书）。EDDY配置有3种工作模式——“低功率”、“中功率”和“高功率”，3种模式下的工作频率相同，主要区别在于工作尖的振幅不同。与此前的冲洗设备相比，EDDY大幅提高了工作尖的振动频率，但目前尚无相关文献证明其可以在根管中产生空穴效应。

声波根管冲洗设备的主要性能参数的比较见表1。

表1 声波根管冲洗设备的主要性能参数比较Tab 1 Comparison of main performance parameters of sonic root canal irrigation equipment

2 声波根管冲洗的工作原理

声波冲洗与超声冲洗原理类似，均为通过工作尖在冲洗液中的振动将能量传递至冲洗液之中，从而提高冲洗效率，二者的主要区别在于声波冲洗设备工作尖的振动频率为20~20 000 Hz，即人耳的听觉范围之内，而超声冲洗的频率则高于20 000 Hz。声波冲洗的作用原理主要包括以下几个方面。

2.1 声流作用

声流是指流体（即冲洗液）围绕工作尖作圆周或旋涡状的快速运动，这将导致一个剪切方向的分流，在根管壁上产生剪切力，从而有助于清除根管壁上的碎屑、细菌以及生物膜。有研究[13]显示：声流的强度和流体速度直接相关，而流体速度与工作尖的振动相关，在一级近似中，其关系可用以下方程表示：

其中，v表示流体速度；f表示工作尖振动频率；ε0表示工作尖位移振幅；r表示工作尖的半径。可见声流强度与工作尖的半径呈负相关，与振动频率和位移幅度呈正相关。

声流在根管壁上产生的剪切力与声流速度的关系可近似表达为以下方程：

其中，τ表示剪切力；v表示声流速度，可由方程式1得出；η表示流体的运动黏度，对于某一确定冲洗液可看作一常量；δ表示边界层厚度。目前已有学者在超声和声波冲洗设备工作的过程中明确观察到声流的产生。Lumley等[14]的研究中阐述了声波冲洗设备产生声流的模式是在自由振荡的工作尖尖端周围产生了很大的扰动。在受到侧向力时，沿着锉的整个长度均会产生声流，不受约束的影响。通过理论推算，直径0.15 mm、频率3 000 Hz的声波工作尖可以在根管壁上产生1.7×105N·m-2的剪切应力，远低于相同直径、频率25 000 Hz的超声工作尖所能产生的1.9×107N·m-2的剪切应力[14]。但声流强度受振幅和振动方向影响较大，考虑到实际工作情况，超声工作尖受到根管壁的约束时振幅将明显降低，产生的声流明显减弱；而声波工作尖在受到约束时仍然能够产生幅度较大的纵向振动[15]且沿着整个工作尖的长度均可产生声流，声流减弱程度较超声小，可以在根管壁上产生约1.7×104N·m-2的剪切应力。因此，尽管声波冲洗理论上所能产生的声流弱于超声冲洗，但在实际工作中仍然可能提供较好的冲洗效果。

2.2 空穴效应

空穴效应指工作尖的振动使得冲洗液中某处压力降低，当压力低于冲洗液所在温度下的空气分离压时，原来溶于液体中的气体会分离出来产生气泡的现象。这些微小气泡在声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空穴气泡急剧崩溃闭合，此时可释放出能量，并瞬间产生局部高温、高压，以此增强冲洗效果[16]。

有学者[12]发现使用EA时根管内未发生空穴效应。分析其原因，压力降低的量ΔP必须超过环境压力（1个标准大气压或105 kPa）加上流体蒸汽压力（2 000 Pa），在一级近似中，导致空穴效应产生的速度μ可通过伯努利方程获得：

其中，ρ是冲洗液的密度，μ是工作尖的振动速度，方程式3的左边项应大于105 kPa。对于冲洗液，ρ=1 000 kg·m-3，临界速度μ约为14 m·s-1。根管内EA工作尖的运动近似为振幅1.2 mm的正弦振动，频率最高190 Hz，振动速度仅为1.4 m·s-1，未满足产生空穴效应的条件[12]。要达到14 m·s-1的速度，在振动幅度和振动模式保持不变的条件下，所需频率约为2 000 Hz。声波冲洗设备工作尖的理论振动频率为20~20 000 Hz，可达到空穴效应的频率阈值。近年来，新出现的EDDY声波冲洗器械，频率为5 000~6 000 Hz，理论上可引发空穴效应，但尚未见到确切的研究报道。

2.3 热效应

热效应是指冲洗液吸收声波的能量而导致冲洗温度升高的现象。超声冲洗可使根管内的冲洗液温度升高，最高达7.7 ℃[17]；而使用声波冲洗可使冲洗液温度上升约3 ℃[18]。升高冲洗液温度可能有利于提高根管清理效率及消毒效果[19-20]。

3 声波根管冲洗的性能特点

关于声波根管冲洗的性能特点，目前的研究主要关注以下几个方面的性能：清除根管内的碎屑和玷污层的能力、促进冲洗液渗透牙本质小管的能力、增强冲洗液抑菌活性的能力以及安全性能等。

3.1 清除根管内玷污层的能力

机械预备的过程中将不可避免地在根管锉接触根管壁的区域产生玷污层。玷污层难以依靠传统的冲洗手段清除。玷污层内含细菌等感染物质，且会封闭牙本质小管，导致根管感染控制不彻底[21]。因此，清除根管内玷污层的能力是冲洗设备的一项重要性能。关于不同声波冲洗设备清除玷污层的能力已有一定量的体外实验，多集中在低频声波冲洗EA和高频声波冲洗EDDY这2种设备上。

对于低频声波冲洗器械EA，有研究[22-23]显示EA去除玷污层能力优于超声冲洗。Li等[24]发现：在根管冠部和根中部，EA和被动超声冲洗（passive ultrasound irrigation，PUI）去除根管壁玷污层的能力相当，在根尖部1/3则优于PUI。在弯曲根管模型中，使用次氯酸钠和乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA） 冲洗液时，EA和超声冲洗均可增强玷污层去除能力，但EA和超声冲洗差异无统计学意义[25-27]。但是，Uroz-Torres等[28]使用上颌单根管牙进行体外实验，结果显示：EA去除玷污层的能力与冲洗器相当。Urban等[29]发现：在下颌前磨牙根管内EA和手动活化冲洗去除玷污层的能力没有明显差异。低频声波冲洗的去除玷污层能力研究结果尚不统一，这可能是受研究模型、实验设计、评价指标等因素影响，确切结果仍需进一步深入的研究。

高频声波冲洗器械EDDY的玷污层去除能力的研究结果较一致，大多认为EDDY有较好地去除玷污层的能力，可与超声冲洗相当。在形态简单的根管中，一些学者[29-30]的研究均发现：EDDY去除玷污层的能力与超声冲洗接近。对于解剖结构较复杂的根管，Haupt等[27]发现：在带有弯曲的下颌磨牙根管内EDDY去除玷污层的能力受到根管深度的影响，相较于冠部，根尖部的清除效率显著降低，但与PUI间没有明显差异。

3.2 清除根管内碎屑的能力

机械预备的过程中还将产生牙本质碎屑。碎屑容易堆积在根管下段，从而堵塞根尖孔[3]。因此，清除根管内碎屑的能力是冲洗设备的另一项重要性能。

低频声波冲洗设备EA去除碎屑的能力与超声冲洗接近。Kanter等[22]发现：在根管全段EA去除碎屑的能力均显著优于超声冲洗。Plotino等[30]认为：在单根管牙中，PUI可显著优于EA，但受活化操作程序影响。Urban等[29]发现：在直根管中EA和超声冲洗清除碎屑的能力没有显著差异。而Haupt等[27]则发现：在弯曲的下颌磨牙根管中EA与PUI清除碎屑的能力没有显著差异。

高频声波冲洗EDDY可能有不亚于超声冲洗的清除碎屑能力，但还有待进一步研究的证实。Urban等[29]的研究发现：在直根管中，EDDY和PUI去除碎屑的能力没有显著差异。Plotino等[31]的研究则表明：EDDY的清除能力显著优于PUI；并且随着活化时间增加，清除根尖部碎屑的能力得到显著提升。对于相对复杂的根管情况，Haupt等[27]发现：在弯曲的下颌磨牙根管内，EDDY去除碎屑的能力稍优于PUI，但没有显著差异；Rödig等[32]在含峡部的下颌磨牙根管内也得到了类似的结论；Rodrigues等[33]则发现：在含峡部的下颌磨牙弯曲根管中，EDDY的清除能力稍逊于超声冲洗，差异无统计学意义。但Linden等[34]发现：在含峡部的下颌磨牙根管内，EDDY的清除能力显著低于超声冲洗，甚至稍低于冲洗器冲洗。提示EDDY高频声波冲洗在弯曲根管内仍有较高的工作效率，可能是因为其聚合物材质的工作尖可进入弯曲根管，发挥活化冲洗液的作用，但对于复杂的解剖结构，目前的冲洗方法清理效果均仍较局限，需要进一步的改进。

3.3 去除根管内菌斑生物膜及辅助抑菌能力

由于可能存在的根尖气锁效应及根尖部解剖结构的复杂性[35]，单纯使用冲洗器时，冲洗液往往难以到达根尖、牙本质小管、侧支根管及其他复杂解剖结构内，从而影响冲洗液的抑菌效果[3]；同时，菌斑生物膜的三维结构复杂，可降低冲洗液的抑菌能力，单纯使用冲洗器冲洗对菌斑生物膜的效果欠佳[3]。因此，去除根管内菌斑生物膜及辅助冲洗液抑菌能力是衡量冲洗设备性能的重要指标。

EA去除菌斑生物膜的能力欠佳，Ordinola-Zapata等[36]发现：EA去除菌斑生物膜的能力与冲洗器接近，显著弱于超声冲洗和激光活化冲洗。Swimberghe等[37]使用水凝胶模拟生物膜比较不同冲洗设备清除根管峡部水凝胶的效率后发现：EA显著弱于超声冲洗和EDDY，与冲洗器接近。Shen等[38]则在研究中发现：EA产生的低频声波难以使菌斑生物膜结构出现明显破坏，但仍有利于增强冲洗液的抑菌效果。

关于EA的抑菌能力文献研究结论比较一致：相较于冲洗器冲洗，EA对于冲洗液的抑菌能力有一定提升，但仍弱于超声冲洗[5,39-41]。Tardivo等[41]在临床试验中利用细菌采样的方式，比较采用不同冲洗设备的患者前后根管内细菌数目的差异，以此评估冲洗设备的抑菌能力，结果显示：EA和冲洗器冲洗的抑菌效果没有显著差异。

关于EDDY去除菌斑生物膜的研究有待进一步的深入。其他相关研究初步显示EDDY可能有较好的抑菌能力。Hage等[42]发现：EDDY、超声活化冲洗和激光冲洗光子诱导光声流模式（photon induced photoacoustic streaming，PIPS）的辅助抑菌能力相当。Swimberghe等[37]使用水凝胶模拟生物膜，比较不同冲洗设备清除根管峡部水凝胶的效率后发现：EDDY显著优于EA和冲洗器冲洗，略优于超声冲洗，但差异无统计学意义。Zeng等[43]发现：EDDY和冲洗器冲洗均可显著减少根管内细菌总量；对于牙本质小管100 μm以内的活菌杀灭量，在冠部和根中部EDDY优于冲洗器冲洗，在根尖部无显著差异。而Zeng等[44]在比较EDDY和EA的性能时发现：二者均可提高NaClO冲洗液的抑菌效率，且没有显著差异。值得注意的是，Eggmann等[45]发现：在短期实验中，EDDY“中功率”和“高功率”档位的抑菌效率没有显著差异；但延长观察时间后，如果不是在根管冲洗的全程中始终使用“高功率”档位，则7 d后便可观察到根管发生了再感染。这就提示：在使用EDDY冲洗根管时，较低的功率模式下工作尖的振幅减小，可能会对清理效果产生不利影响。

3.4 辅助冲洗液渗透牙本质小管的能力

对于感染根管，细菌不仅存在于主根管内，也常侵入牙本质小管深部[46]。因此，若冲洗设备可增加冲洗液渗透牙本质小管的深度，则有利于提高根管抗感染的成功率。

研究发现：低频声波冲洗EA辅助冲洗液渗透的能力欠佳。de Gregorio等[47]发现：EA辅助冲洗液渗透侧支根管的能力与超声冲洗相比有显著差距。而Paragliola等[48]则发现：EA辅助冲洗液渗透牙本质小管的能力在全根管内逊于超声冲洗，在根尖部差异有统计学意义。

关于高频声波冲洗EDDY辅助冲洗液渗透的能力，还有待进一步深入的研究。Salas等[49]使用下颌前磨牙根管研究不同冲洗方式对于氯己定冲洗液渗透牙本质小管深度的影响，结果发现：在根管的冠部和中部区域，不论是氯己定的最大渗透深度还是渗透区域的面积，EDDY与超声冲洗不存在显著差异；但在根尖1/3，EDDY显著逊于超声冲洗，仅与冲洗器冲洗相当。而Tungsawat等[50]则发现：根尖和根管中段EDDY辅助冲洗液渗透的能力可显著优于PUI，而在冠部与PUI存在显著差距。Galler等[51]使用直根管牙模型，结果发现：在根管冠部，高频声波冲洗的渗透深度显著高于PUI和冲击波增强发射光声流（shock-wave enhanced emission photoacoustic streaming，SWEEPS），稍低于PIPS模式；在根管中段和根尖部，EDDY的渗透深度也高于PUI和SWEEPS，但差异不具有统计学意义。

3.5 安全性能

临床使用的冲洗液多为不同浓度的次氯酸钠冲洗液，具有腐蚀性和刺激性，如果冲洗液超出根尖孔则会对根尖周组织造成刺激，可能导致患者疼痛。

对于根尖冲洗液溢出的量，使用EA冲洗液溢出量较少。Rodríguez-Figueroa等[52]研究了EA在单一直根管牙中对根尖冲洗液溢出的影响，结果发现：不论EA、被动超声冲洗还是冲洗器冲洗，根尖溢出的冲洗液的量都是极少的。Boutsioukis等[53]则发现：EA或超声冲洗对冲洗液溢出量的影响并不显著。而Desai等[54]则发现：相较于EA，超声冲洗造成的冲洗液溢出量显著增加。这就提示：在工作长度1 mm内使用EA活化冲洗液安全性较好，但实际的临床使用效果可能受到根尖发育程度、解剖结构等因素的影响。Dos Reis等[55]比较了在根尖孔未完全闭合的年轻恒牙粗大根管中使用不同冲洗方式导致冲洗液溢出的体积，结果发现：EDDY组平均冲洗液溢出量最多，显著高于超声活化冲洗组和机械活化冲洗组，其他各组之间则没有表现出显著差异性。Magni等[56]使用3D打印的根尖孔开放的上颌中切牙模型进行体外实验，并测定使用不同设备冲洗时根尖处的压力，结果显示：EDDY产生了过高的根尖区压力，这可能导致冲洗液溢出量的增加。但上述研究均为体外研究，具体的冲洗液溢出量多少会引起临床术中或术后疼痛，目前尚不明确，暂不能代表临床的实际使用效果。

关于声波冲洗安全性能的临床研究较少，集中于术后疼痛，相关研究结论较统一：相较于超声冲洗、冲洗器冲洗等其他冲洗方式，声波冲洗不会造成更严重的术后疼痛。Gündoğar等[57]在关于不同冲洗方式对于下颌前磨牙根管治疗后疼痛的影响的临床试验中发现：对于存在术前疼痛症状的患者，无论使用何种冲洗方式对其术后疼痛程度均没有影响；对于无术前疼痛症状的患者，相较于EA和被动超声冲洗，EDDY引发的术后疼痛程度较轻，但没有明显差异。Topçuoğlu等[58]在针对下颌磨牙根管治疗的随机临床试验中发现：声波冲洗、超声冲洗和注射器冲洗引起的术后疼痛没有明显差异。Gümüş等[59]在针对乳磨牙根管治疗的随机临床试验中发现：在术后48 h内，冲洗器组的疼痛值显著高于EA组。

综上所述，就目前的研究结果而言，声波冲洗表现出了较好的安全性，但可能受临床病例情况、解剖结构等因素的影响，仍需要更多的研究来进一步证实。

3.6 临床推荐冲洗程序

根据相关临床研究和体外实验[27,57]的结果，采用高频声波冲洗设备EDDY和低频声波冲洗设备EA的终末冲洗流程，推荐使用3% NaClO冲洗液冲洗根管3次，每次的冲洗液用量为2 mL，每次活化20 s；之后使用17%EDTA溶液2 mL冲洗，活化30 s；最后可以使用2 mL生理盐水或蒸馏水冲洗根管。

使用EDDY进行冲洗活化时，建议使用“高”或“中”功率模式[45]，将工作尖置于距工作长度2 mm以内的位置[57]，沿垂直向小幅度移动，单次活化不应超过30 s。使用EA进行活化冲洗时，操作手法基本同EDDY，但需选择合适尺寸的工作尖，具体标准是工作尖可宽松地到达工作长度2 mm以内[57]。

4 小结与展望

上述提到的声波冲洗器械均只产生单一频率的声波，且未合并使用其他辅助冲洗技术。最新的广谱声波冲洗设备GentleWave冲洗系统通过负压冲洗和多频谱声波冲洗，工作时机头和患牙紧密贴合以在髓腔内产生负压环境，工作尖在注入冲洗液的同时产生广谱声波[60-61]。研究显示：GentleWave具有优越的根管清理能力[62]、去除碎屑和玷污层的能力[63]以及较高的临床治疗成功率[64]。但设备较为庞大，需要单独购买且价格较为昂贵，使用时需密封髓腔，操作相对复杂，可能影响其推广和普及。

近些年来，声波冲洗技术得到了更多的关注，相较以往有了更快速的发展且体现出了较好的性能。采用频谱更广的声波或与其他冲洗技术结合可能是未来的发展方向，同时声波冲洗的具体原理和临床实践中的性能表现也需要更多的研究及临床试验来进一步阐明。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。