لیزرهایی که در دندانپزشکی استفاده می شوند به 2 دسته Hard tissue و Soft tissue تقسیم می شوند. از لیزرهای Hard tissue می توان در جراحی بافت سخت و نرم استفاده کرد اما لیزرهای Soft tissue فقط برای جراحی بافت نرم استفاده می شوند.

لیزرهای دندانپزشکی Soft tissue

لیزر بافت نرم، یعنی لیزری که برای عملیات بر روی لثه و دیگر بافت های نرم استفاده می شود. این لیزرها عموماً دارای طول موج پایین تری نسبت به لیزرهای بافت سخت هستند. زیرا باتوجه به توضیحات قبل در خصوص رفتار مواد، بافت نرم-رنگدانه های هموگلوبین و ملانین، فوتون هایی با طول موج مابین 800 الی 1100 نانومتر را بهتر جذب می کنند. به همین دلیل کنترل بهتری در حین عملیات وجود دارد. در این خانواده می توان به لیزرهای دیودی،CO2 ،Nd:YAG (در شاخه دندانپزشکی پر مصرف ترین است) اشاره کرد.

لیزر دیودی (Laser diode)

لیزر دیودی شباهت زیادی به LEDها دارد، با این تفاوت که نور ساطع شده، منظم تر و با طول موج یکدست تر است. در این لیزرها، فرآیند laser توسط دیود (LED) اتفاق می افتد؛ و نسبت به ساختار بقیه لیزرها (Nd، ER، CO2، ...) متفاوت و ساده تر است. (طول موج ساطع شده در کاربرد های دندانپزشکی عموماً 980 نانومتر است). این دسته، پر کاربردترین نوع لیزر هستند و در دستگاه های مختلفی مثل بارکدخوان ها، CDرام ها، پرینتر و اسکنر های لیزری و... استفاده می شوند.

از سمت چپ: یک لیزر دیودی و اندازه در مقایسه با سکه، نمای باز شده آن، چیپ ست آن و مقایسه اندازه نسبت به سرسوزن

لیزر Nd:YAG

پرکاربردترین لیزر در دندانپزشکی و یکی از اعضای لیزرهای بافت نرم می باشد. Nd:YAG مخفف عبارت Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet  به معنای ساختار بلوری یوتریوم آلومینیوم با ناخالصی نئودمیوم است.

یعنی Gain medium در Rod اتفاق می افتد که ساختار آن به اختصار نئودمیوم است. این لیزرها معمولاً توسط Flashtube و یا Laser diode تغذیه می شوند و طول موج 1064 نانومتر (نور مرئی نیست و در محدوده مادون قرمز است) در دو حالت ممتد و پالسی ساطع می کنند. در حالت پالسی، این لیزر با عملیات Q-Switching عمل می کند؛ این عملیات به گونه ای است که  یک Switch نوری در محفظه لیزر قرار می گیرد تا بیشترین تعداد ذرات ممکن بر انگیخته شوند (Population inversion)، سپس با آزاد شدن switch و ورود نور، به یکدفعه انرژی بسیار بالایی در زمانی بسیار کم تخلیه می شود. با این روش توانسته اند به قدرت خروجی 250 مگاوات و مدت زمان هر پالس بین 10 تا 25 نانو ثانیه دست یابند.

همچنین گاهی اوقات با برخی عملیات، فرکانس را چندبرابر می کنند که به لطف آن طول موج نیز چندبرابر می شود. این عملیات Second Harmonic Generation نام دارد که با تصاویر زیر با این فرآیند بیشتر آشنا می شوید.

خیلی اوقات محفظه های تولید فلش با زمان بسیار کم (که Flash tube گفته می شوند)، مسئولیت برانگیختن یون ها در Rod لیزرهای نئودمیوم را بر عهده دارند. این محفظه ها که فقط حاوی یک نوع گاز (مثلا زنون) هستند، با ایجاد تخلیه الکتریکی، انرژی با طول موج معینی ایجاد می کنند. این طول موج باید توسط نئودمیوم جذب شود، آنها را برانگیخته کند تا با از دست دادن انرژی توسط این ذرات و ایجاد فوتون های 1064 نانومتر به لیزر با طول موج موردنظر دست یابیم. طول موج مورد نیاز برای برانگیختن Nd در rod لیزرهای Nd:YAG بین 730 تا 760 نانومتر و 790 تا 820 نانومتر است؛ لامپ های کریپتون در این بازه خروجی بیشتری نسبت به لامپ های زنونی (که برای Flashtubeها عموماً مرسوم اند و طول موج 900 نانومتر تولید می کنند) دارند، به همین دلیل برای استفاده به عنوان laser pumping source در لیزرهای Nd:YAG مناسب تر هستند.

همچنین مقدار ناخالصی Nd باتوجه به استفاده متفاوت است. اصولاً برای طول موج های ممتد و غیرپالسی، مقدار ناخالصی کمتر است.

رنگ Rod با توجه به مقدار ناخالصی متفاوت است؛ هرچه Nd کمتر باشد بی رنگ تر و هرچه مقدار آن در Rod بیشتر باشد، رنگ آن به سمت صورتی/بنفش می رود.        

لیزر CO2

یکی از پرکاربردترین لیزرهاست. این گروه طول موجی برابر با 10600 نانومتر در ناحیه مادون قرمز ساطع می کنند. هیدروکسی آپاتیت (hydroxyapatite) و آب هردو این طول موج را بسیار جذب می کنند اما به علت جذب بیش از حد توسط هیدروکسی آپاتیت، برای استفاده در بافت سخت اصلاً توصیه نمی شوند.

Gain medium این لیزر، محفظه ای حاوی گاز با ترکیب 10-20%  دی اکسید کربن، 10-20% نیتروژن، درصد کمی هیدروژن و گاهی اوقات زنون (اگر محفظه تغذیه نشود حاوی زنون است) و الباقی شامل هلیوم است.

فرآیندی که در laser cavity رخ می دهد به شرح زیر است:

Laser pimping باعث افزایش جنبش نیتروژن ها می شود و از آنجایی که نیتروژن مولکولی جور هسته است، نمی تواند همانند اکثر مواد انرژی خود را به صورت فوتون ساطع کند، به همین دلیل مدت زمان بیشتری در حالت برانگیخته می ماند. برخورد بین مولکول های آن و مولکول های CO2 باعث افزایش انرژی CO2 و برانگیخته شدن مولکول های آن می شود. بازدهی این فرآیند در حدی است که واژگونی جمعیت (population inversion) کافی برای فرآیند لیزر حاصل شود؛ گفتنی است که طی این رخداد نیتروژن تنها بخشی از انرژی خود را از دست می دهد و به سطح انرژی پایدار نمی رسد (از لایه برانگیخته بالا به لایه های پایین تر می رسد اما هنوز پایدار نشده). حال برای رسیدن به سطح پایدار نیاز به تماس با اتم های خنک هلیوم دارد (هلیوم داغ شده باید توسط یک منبع خارجی به صورت هوایی یا آبی خنک شود) تا شرایط را برای واژگونی جمعیت CO2 مهیا سازد. در محفظه های بسته انتقال حرارت هلیوم به بیرون از طریق تماس زنون با دیواره محفظه حاصل می شود و در حالت تغذیه شونده، جریان مداوم CO2 و نیتروژن که توسط تخلیه پلاسمایی برانگیخته می شوند از یک اگزوز به خارج پمپ می شوند.

به علت دماهای بالا و تنش های زیاد، مواد ساختاری دستگاه این نوع لیزرها ویژگی های خاصی دارند، مثلاً جنس آینه ها (resonators) عموماً از طلا و نقره و حتی دریچه لیزر گاهی از جنس الماس است. لیزرهای CO2 می توانند طوری ساخته شوند که موج های ممتد با قدرت های متنوع (از چند مگاوات گرفته تا چند گیگاوات) ایجاد کنند. برای اینکه به قدرت های گیگاواتی بتوان دست یافت می توان از فرآیند Q-switching بهره برد. به علت قدرت خیلی زیاد این لیزرها، عموماً کاربردهای صنعتی دارند اما با شرایط ساخت متفاوت با قدرت پایین، امکان استفاده در دندانپزشکی و درمان های پوستی هم وجود دارد.

جراحی، بازسازی پوست، حذف زائده های پوستی و حتی با تحقیقات اخیر، جوش خوردن زخم ها بدون نیاز به بخیه از جمله کاربردهای درمانی این دسته لیزرها هستند.

لیزرهای دندانپزشکی Hard tissue

این لیزرها برخلاف لیزرهای soft tissue بیشتر برای بافت سخت (دندان و فک) کاربرد دارند. طول موج ساطع شده در حدود 2850 نانومتر است، این مقدار طول موج توسط آب و هیدروکسی آپاتیت (hydroxyapatite) بسیار جذب می شود که شرایط کار با هر دو بافت نرم و سخت را ایجاد می کند، با این تفاوت که در بافت نرم چون آب موجود به شدت این طول موج را جذب می کند، خیلی کنترلی روی خونریزی در عملیات وجود ندارد (نسبت به Nd:YAG) اما در بافت سخت به سادگی می توان عملیات برداشت از روی دندان و استخوان و ایجاد برش را انجام داد. از لیزرهای پرکاربرد در این شاخه می توان به Er:YAG و Er,Cr:YSGG اشاره کرد.

لیزر Er:YAG

برگرفته از کلمه Erbium doped Yttrium Aluminum Garnet لیزر دندانپزشکی بافت سخت؛ در این دسته عمل برانگیختن یون ها از جنس YAG با ناخالصی  Er(اربیوم) است، به همین دلیل به نام لیزر اربیوم هم شناخته می شوند. این گروه فوتون هایی با طول موج 2940 نانومتر ساطع می کنند که در محدوده مادون قرمز هستند. این طول موج توسط آب و هیدروکسی آپاتیت بسیار جذب می شود پس می توان گفت قابلیت کار روی بافت نرم و سخت را دارند، به همین دلیل به این گروه لیزرهای تمام بافت -All Tisuue- نیز می گویند. (برای کنترل بیشتر در جذب آب هنگام عملیات روی بافت نرم، بهتر است در مسیر اشعه مخلوط آب و هوا تزریق شود).

لازم به ذکر است که وقتی عملیات با این لیزرها با قدرت کم شروع شود، باعث ایجاد آرامش در اعصاب (نورون ها) محل مورد عملیات می شود، به همین دلیل می توان رفته رفته بدون اینکه دردی در بیمار ایجاد شود قدرت را زیاد نمود و عملیات را به صورت موردنظر انجام داد (منظور از قدرت، حجم اشعه تابیده شده در واحد سطح است).

لیزر Er,Cr:YSGG

شاخه ای دیگر از لیزرهای اربیومی بافت سخت است که تفاوتش نسبت به Er:YAG در جنس شبکه کریستالی Rod است؛ شبکه این لیزر از یوتریوم، اسکاندیوم، گالیوم با ناخالصی اربیوم و کرومیوم (کروم) برای دستیابی به طول موج 2780 نانومتر ساخته شده است. تمامی توضیحات لازم برای این شاخه همانند Er:YAG است با این تفاوت که رفتار آب و هیدروکسی آپاتیت در برابر این طول موج اندکی متفاوت است؛ به همین دلیل بسته به استفاده باید از بین YAG و YSGG یکی را انتخاب کرد.

از کاربردهای لیزرهای اربیومی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- حذف پوسیدگی دندان ها به سادگی
- عدم نیاز به بی حسی (در اکثر مواقع)
- جراحی فک (نسبت به عملیات مرسوم ساده تر است)

لایت کیورهای دندانپزشکی (Dental curing light)

یک ابزار عمومی دندانپزشکی که شاید خیلی از بیماران آن را از نزدیک دیده اند. هنگامی که برای پرکردن دندان از کامپوزیت های رزینی استفاده می شود، این ابزار به فرآیند بسپارش (Polymerization) یا به زبان ساده تر، "گرفتن" این کامپوزیت کمک می کند. این ابزار بنا به استفاده های مختلف، انواع گوناگونی دارد که پر کاربرد ترین آن نوع LED است و اشعه ای آبی رنگ ساطع می کند. لازم به ذکر است که خیلی از مردم بنا به اشتباه هنگامی که دندانشان را پر می کنند و دندانپزشک از این دستگاه استفاده می کند، فکر می کنند که در درمانشان از لیزر دندانپزشکی استفاده شده؛ این مسئله درست است که در خانواده Curing lightها یک نوع لیزر هم وجود دارد، اما آن وسیله ای که در اکثر دندانپزشکی ها استفاده می شود، یک دستگاه LED است و استفاده از آن در مقایسه با لیزرهای دندانپزشکی کاملاً متفاوت است.

سفید کردن دندان ها (Tooth whitening)

این تصور که لیزرهای دندانپزشکی می توانند به تنهایی با اشعه شان باعث سفید شدن دندان ها شوند کاملاً غلط است! خود لیزر هیچ موقع عامل سفید کننده نیست و تنها حکم کاتالیزور برای اثر کردن ژل سفید کننده دندان را از طریق افزایش دما و سرعت بخشیدن به فرآیند خود ژل را دارد زیرا ژل ها بدون لیزر هم اثر می کنند.

اثرات لیزر تابعی از توان اشعه ساطع شده بر بافت مورد نظر است. لیزرها اثرات متفاوتی بر بافت تابیده شده دارند:

۱. فوتوشیمیایی (Photochemical)

اثری در حد مولکولی است که در زیر بافت، مولکول ها و نورون ها تحریک می شوند و حاصل عملیات تغییر ظاهری نیست، این پدیده عموماً در LLLT ایجاد می شود (LEDها هم این اثر را می گذارند).

۲. فوتوترمال (Photothermal)

اثراتی ظاهری و مشهود هستند، بدین صورت که با بالا رفتن دما در نقطه موردنظر و افزایش انرژی، تغییر ظاهری مورد نظر کم کم ایجاد می شود.

۳. فتوابلیشن (Photoablation)

این اثر به حالت Thermal نزدیک تر است با این تفاوت که بجای افزایش دما و واکنش آرام، لیزرهای پیشرفته و پرتوان با ایجاد پالس های قدرتمند با حداکثر انرژی و کوتاهترین زمان، انفجارهای مولکولی ایجاد می کنند (تراش نوری واقعی).

در عملیات جراحی عموماً اثرات photothermal و photoablation حاصل می شوند.