龋齿是一种能够导致牙齿组织不可修补性破坏的慢性侵袭性疾 病。病变由牙斑中的产酸性的细菌产生。这些细菌代谢牙斑中的碳氢 化合物和糖并产生酸。病变首先由作为牙冠外表面的牙釉质的脱矿化 作用产生。脱矿化作用使牙齿表面形成多孔并最终使得细菌能够通过 这些细管侵入牙本质。
牙釉质中不含细胞，一旦被破坏将无法再生。一旦进行性的脱 矿化前沿到达牙釉质和牙本质的结合处，它将沿着牙釉质和牙本质的 结合处横向扩展，致使一个更宽的前沿发生进一步的脱矿化。牙本质 的结构与牙釉质不同，其具有一种钙化的有机基质。从幼年开始的细 胞活动从牙髓到牙釉质和牙本质结合处贯穿牙本质。随着年龄的增 长，这一结构从牙本质的外表面向内，钙化程度越来越高。
在发生龋齿的过程中，牙本质首先脱矿化，然后是细菌侵入变 性的牙本质的阶段。牙本质内的小管被扩张，然后细菌可以停留在小 管的内腔内。它们通过从牙釉质外表面的单向扩散过程获取营养。已 经确证，如果营养被切断，这些厌氧性的细菌将进入休眠状态或死亡。
常规的牙齿治疗要求使用连接在高速涡沦机头上的牙钻接近病 变处。这会使得实质量的完好的牙组织被清除。例如，如果治疗牙齿 邻间表面的龋变，为了接近蛀蚀部位并持续至接下来的修补阶段，则 牙齿的咬合面和邻接的表面的一部分将被清除。龋齿的侵袭方式导致 牙釉质被逐渐破坏。这意味着在有负荷的情况下，牙釉质将破碎并常 常不得不被截短。
目前，有三种主要材料通常被用于修补病变牙齿：牙科汞合金， 合成树脂以及玻璃态聚链烯酸酯粘合剂。使用金和陶瓷需要至少拜访 牙医两次，费用也很高。当牙齿损失量较多或者传统的材料无法承受 所施加的临床负荷时，通常才使用这些材料。
在过去的一百多年中，一直使用牙科汞合金作为所选择的材料， 但由于环保、安全和审美的原因，目前，其使用受到了质疑。然而， 它仍然是大多数从业者认为最方便使用的材料。牙科合成树脂克服了 审美方面的问题并能够承受中等程度的磨损，但其在填补后的收缩及 其苛刻的技术要求和技术的敏感性意味着其填补时间大约是牙科汞合 金的1.5倍。它还要求使用牙本质粘合剂以减少边缘渗漏。这一点又 是技术敏感的。由于释放和吸收氟化物而成为治疗剂的玻璃态聚链烯 酸酯粘合剂是一种易碎的材料。因此，已有的任何材料都不适于在口 腔中通用。
所有的材料都要求以Black在1890年所描述的方式尽可能多地 除去蛀蚀的部分。对发生感染的牙本质的确认依赖于X光照相、探通 术以及视觉判断。这些充其量都是很粗略的方法。可以肯定，在操作 完成后，所有的孔穴内都残留有一定数量的活细菌。未能密封或切断 细菌的营养供应会导致蛀蚀的复发，最终将需要更换填充物。牙科汞 合金修补的平均寿命为8年，合成树脂的平均使用寿命为4年。如果 外推至牙齿的寿命，这意味着至少需要更换牙科汞合金5或6次，对 于合成物树脂还需加倍。在每次更换填充物时，都将扩大龋洞并且因 为达到或超过了填充物材料的极限而增加失败的风险。类似地，由于 剩余的牙齿组织减少，牙齿的结构完整性降低，导致牙齿组织功能的 衰竭。
发明概述
本发明的一个主要目的是提供一种技术，与现有技术相比侵入 牙组织程度最低及去除牙组织最少。在一个方面，该技术涉及准备一 条从牙齿的外表面到龋齿的龋变部位的孔道。可以使用一种连接在高 速牙科机头上的非常细的圆钻做成该通路。这将允许去除牙釉质和牙 本质，形成一条直径大约为400-1000微米，优选500-800微米，如大 约600微米的细孔道。除牙钻以外，也可以使用一种激光切割装置切 出孔道。这是一种无痛的和无需麻醉的治疗方法，它能够吸引那些具 有牙科治疗恐惧症和除非应急而通常不做任何治疗的人士。
一旦形成了通向龋变部位的通道，即使用一种光敏化合物，如 光敏染料接种到龋变的牙本质中。适当的光敏剂实例公开在欧洲专利 No.0637976中。细菌将吸收染料或其他光敏剂，一旦细菌被敏化，则 使用具有特定波长的光照射龋变部位。激光和染料之间的相互作用导 致原子态氧的释放并杀死细菌，这就是光动力学治疗的基础。一旦细 菌被杀死，即向龋变部位及其周围脱矿化的牙本质注入一种就地聚合 的牙本质替代物。在光动力学治疗(PDT)完成后，可以在注入的树 脂组合物中加入氟化物以产生治疗效果。
根据本发明的一个方面，其提供了一种治疗龋齿的方法，该方 法包括下列步骤：
(a)接近龋齿的龋变部位；
(b)用一种光敏剂接触龋变部位中的细菌；
(c)通过将龋变部位暴露于光敏剂所吸收波长的光下并使用一种 允许照射龋变区域的光导纤维活化光敏剂，以杀死龋变区域的细菌； 以及
(d)向治疗过的牙本质中注入一种可聚合的密封或填充组合物并 使该组合物固化。
由于按照本发明对龋变的治疗包括去除最少量的牙组织，因此， 通过刺穿细直径的龋洞而形成通向龋变部位的通路。通过使用一种具 有较小直径并且其尖端的直径低于1mm，优选大约为800微米或以下 的光学纤维实现龋洞内光敏剂的活化。对于非常小的龋洞和组织，光 学纤维尖端的最大横向尺寸可以是400微米或以下，例如200微米。
许多类型的龋变都可以方便地按照本发明进行治疗。这包括通 过钻出从牙齿表面到位于牙冠下面的龋变部位的孔道通路而接近龋变 部位。本发明还可用于牙根龋的治疗，密封缝隙，预先的修复操作以 及治疗填充物或人工牙冠下面再发生的龋齿。
因此，按照另一个方面，本发明包括在制造用于灭菌和密封龋齿 龋变部位的材料中一套装备部件的应用，其中该龋变部位已通过机械 去除病变牙本质并形成一个龋洞而暴露，该装备的组成部件包括：
(a)一种可流动的光敏剂；
(b)一种具有可进入龋洞的形状和尺寸的光学纤维，所说的光学 纤维可以近侧地连接到产生激光的装置上并且该激光的波长能够被光 敏剂吸收，并且所说的光学纤维具有一个没有内部光反射层的远端部 分并且该部分被塑造成实质上各向同性地、并优选均匀地围绕龋洞传 播光线的形状；以及
(c)一种填充龋洞的密封剂或填充组合物。
本发明还包括在制造用于治疗牙冠和齿根面的牙颈缘部位牙根龋 的材料中，一套装备的应用，该装备的组成部件包括：
(a)一种可流动的光敏剂；
(b)一种可以近侧地连接到产生激光的装置上的光学纤维，并且 所产生激光的波长能够被光敏剂吸收，该光学纤维的远侧末端没有内 部反射层并且被塑造成能够围绕最高达360°的圆弧传播光线的形 状，该光学纤维与用于在所述的牙颈缘将光线反射回来的反射面相 关；以及
(c)一种在使用光敏剂处理并暴露于来自光学纤维的光线之下 后，用于密封暴露的牙本质的密封或填充组合物。
本发明的又一个方面是在制造用于密封裂缝前预处理的材料的过 程中，一套装备的应用，该装备的组成部件包括：
(a)一种可流动的光敏剂；
(b)一种能够近侧地连接到产生激光的装置上的光学纤维并且所 产生激光的波长能够被光敏剂吸收，该光学纤维具有一个没有内部反 射层的基本上各向同性的远端末端，该末端的形状和尺寸允许其沿着 裂缝体系移动以活化光敏剂；以及
(c)一种能够流入裂缝内然后发生固化的密封剂组合物。
本发明还包括在制造用于治疗在修复位置下面复发龋齿的材料的 过程中，一种装备的应用，其中已经通过从牙齿的表面到龋变位置刺 穿一个孔道龋洞而暴露该修复位置，该装备的组成部件包括：
(a)一种可流动的光敏剂；
(b)一种具有可进入龋洞的形状和尺寸的光学纤维，所说的光学 纤维可以近侧地连接到产生能够被光敏剂吸收的波长的激光装置上， 并且所说的光学纤维具有一个没有内部光反射层的远侧部分并且被塑 造成环绕龋洞传播光线的形状；以及
(c)一种填充龋洞的密封剂或填充组合物。
使用光敏剂和活化系统可以杀死与龋齿有关的细菌。光敏染料或 其他光敏剂的浓度以及敏化时间恰好在执业牙科医生的临床要求范围 内。
光动力学治疗的总体效果已经被证实限于牙齿组织的内部结构， 并且似乎对牙髓内的细胞没有影响。
光线在通过脱矿化或部分脱矿化的牙本质的过程中，其衰减作用 可以定量。已经发现，光敏剂能够渗入脱矿化的牙本质中以及激光能 够穿过牙本质的有效厚度。与传统的方法相比，这些发现允许牙科医 生减少去除掉的牙本质的量。
已经确认了一系列具有引入细孔的适当性质的树脂，通过加入氟 化物，可以提高其治疗效果。为了密封和填充在本发明的实践中所设 想的细孔，设计了具有低粘度并且能够流入细孔和裂隙内的密封剂组 合物。此类密封剂组合物含有甲基丙烯酸四氢糠酯(THFMA)(或 其衍生物)与一种或多种单和双官能的丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的 混合物。在光敏处理后向龋洞内或凹陷处注入密封剂组合物时，密封 剂组合物应具有足够的流动性。典型龋洞的直径可以是大约500-1000 微米。典型的粘度是0.6-1350厘泊。优选的密封剂组合物含有一种由 至少一种含有平均至少两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团的树脂与相 对于该树脂粘度较低的可共聚的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯单体组成的 混合物。优选甲基丙烯酸酯单体是一种杂环的二甲基丙烯酸酯，例如 THFMA。优选树脂为二甲基丙烯酸脲烷酯或二甲基丙烯酸缩水甘油 酯，例如二甲基丙烯酸环氧酯。此类组合物在与本专利同时提交的我 们的共同审理中的英国专利申请号No.0000886.2(我方卷号：DFX Case C)中有详细的描述。
已经检测了这些树脂的生物可接受性并且已经证实其具有与氧化 锌/丁子香酚具有类似的生物适应性，而后者是牙科国际标准化组织 (ISO)中生物适应性的标准[TR7405]。适当的树脂的详细情况也在 下文中给出。
在将光敏剂引入牙齿中的细孔以后，使用由激光器上的光学纤维 所发出的能够被光敏剂强烈吸收的适当波长的光活化光敏剂。所使用 的波长取决于光敏剂的吸收光谱。优选使用甲苯胺蓝O(邻-甲苯胺) 作为光敏剂，其最大吸收波长范围为600-700nm，特别是630-640nm。 可以使用半导体激光器、镓/砷化物和氦/氖激光器。激光可以是连续 的或脉冲的。如果光线是脉冲的，优选脉冲之间的间隔较短，例如一 秒的一小部分至一秒，优选大约1/2秒。已经发现，激光在龋洞内均 匀传播而不是集中在一个小的目标区域内是重要的。实现这一点的一 个方法是提供一种具有各向同性末端的光学纤维，例如，一种大致为 球形的末端。形成此种末端的方法在美国专利No.5,073,402中描述。
实质上，可以通过在光学纤维的末端模制或铸造一种可固化的可 传输光的组合物而方便地形成光传输的末端。可以通过将光学纤维浸 入可聚合的组合物并固化附着的液滴，同时在一种不可混溶的液体中 支持该液滴而形成球形末端。可以通过沿光学纤维传输用于固化的适 当波长的光而实现固化。适当的可聚合的组合物包括可光固化的丙烯 酸酯和甲基丙烯酸酯组合物，也包括那些在下文中描述的、作为适当 的密封剂材料的组合物。也可能需要在可聚合的材料中包含一种光散 射物质以增加在牙根管照射的均一性。但是，固化的末端应对所选定 具有敏化染料的波长的光线透明或半透明。
可以通过在光导纤维的末端模制或铸造所期望的形状形成其他形 状的末端。
也可以通过在距离末端的一个短距离内除去光学纤维的内反射的 外层，或者通过限制外层使其不会应用于末端而形成各向同性的发光 末端。
可以在一种单一剂量系统内输送光敏剂。牙本质替代物将以与目 前可获得的牙本质粘合剂类似的方式发挥作用，牙本质粘合剂渗入使 用酸性脱矿剂而部分脱矿化的牙本质中。牙本质替代物将渗入到脱矿 化的牙本质中并实现密封。第二种功能是强化形成一种牙本质型替代 物的层，该替代物具有与牙本质类似的性能并支持密封通道龋洞的少 量填充物。 光敏剂
通过使用与龋变部位接触的液体或凝胶或清漆进行填充，并使用 光敏剂所吸收的适当波长的光线照射光敏化合物，用于对牙齿的表面 和内部结构进行消毒。液体、凝胶或清漆通常是含水的。可以通过向 光敏剂的水溶液中加入胶凝剂形成凝胶。适当的胶凝剂包括亲水聚合 物，如纤维素衍生物和聚乙烯吡咯烷酮。作为选择，可以加入增稠剂， 如胶态二氧化硅(如Cabasil)，例如，加入的重量百分比最高为10％。 在密封裂隙前的预处理或龋洞较浅时，凝胶特别有用。
在本发明的优选方面中，光敏剂和激光的组合可用于：
A)对所钻出的龋齿龋变部位消毒或杀菌。
B)为治疗或预防龋齿，杀灭牙齿结构表面或内部的龋齿微生物。
本发明所使用的光敏剂对所设想浓度中的目标微生物，特别是周 围的组织通常是无毒的。然而，不要求光敏剂应对微生物无毒。由于 暴露的时间较短，使用对组织具有轻微毒性的化合物是可以接受的。
优选所使用的光敏剂能够吸收可见光谱中红色端或者波长更长的 光线，因为这些波长在病变周围的组织中具有更大的穿透能力。
优选有效阻止与龋齿相关的革兰氏阴性菌的光引发剂。它们是染 料，其中，目前优选的是苯甲胺蓝O。作为选择，也可以使用二磺化 的酞菁氯化铝、亚甲蓝和天青蓝氯化物。虽然染料可能是非特异性的， 但它们可以被制成对龋齿病变内的微生物具有特异性。
光引发剂的浓度和激光的功率相匹配以提供最大的组织穿透和细 菌杀死率。染料的浓度范围为0.00001％-0.1％。优选浓度为0.001％- 0.01％。
优选激光照射光敏剂的时间为10秒至90秒，优选的曝光时间是 20-60秒，特别是20-40秒。
优选激光功率在20至600mW之间，例如40至200mW，最优选 在40至150mW之间。
光敏剂溶液的浓度可能受到任何外来液体的影响，为抵消这种影 响可以提高浓度。
为了改善或提高进入被细菌感染的龋齿牙组织的光敏剂的比例并 使其发挥最大的作用，可以与光敏溶液同时、在光敏溶液前或其后使 用试剂。试剂可以是：
·使溶液的pH值等于或高于4.5，例如4.5至5的酸
·渗透并除去有机/无机残渣的酸
·湿润剂，如HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)和戊二醛
·脱矿剂，例如EDTA磷酸氢二钠类型的螯合剂。
此类物质可以是柠檬酸、聚链烯酸和聚膦酸、磷酸、EDTA和 HEMA或已知用于本技术领域的其他此类酸。如果在光敏化处理的同 时使用，EDTA和柠檬酸对细菌的杀死率会产生负面影响。因此，在 使用这些添加剂时，应在使用光敏剂处理之前或之后使用并应在使用 光敏剂处理前用洗涤液冲洗。当与光敏化处理同时使用时，膦酸，特 别是pH值等于或高于4.5的缓冲液似乎具有对细菌杀死率的积极效 果。
光敏化阶段的另一种添加物是与染料的使用同时或在其之后使用 的再脱矿化溶液。
适当的试剂由Causton BE和Newell Johnson NW在 1982，BDJ：152，9-11，Levine RS，Beech DR和Carton B在 1977，BDJ，143，275-277或Pearse和Nelson在《龋齿研究》(Caries Research)1988 22，362-370中所描述。
重要的一点是这些试剂不影响光敏化过程。特别应避免使用自由 基氧和单态氧清除剂作为添加剂。
可以使用注射器输送光敏剂，例如，按照下文的描述，使用一种 光学纤维穿过其中的单元剂量装置。
在细菌被杀死后，通过引入一种作为牙本质替代物的树脂密封牙 齿上的孔洞，该牙本质替代物将渗入到剩余的牙本质结构中，填充多 孔结构。树脂填充材料可以是一种低粘度的、可注射的树脂，通过光 照或自动聚合作用使该树脂聚合。此外，该树脂可以释放氟化物。如 果该树脂是光聚合的，可以使用同样的光学纤维将固化该树脂的适当 波长的光引入到孔洞中。密封剂的目的是将空气从治疗区域，如龋洞 或凹陷处排除。
可以被用于密封牙齿中的孔洞的树脂包括下列文献中的树脂：
PCT/GB92/02128
PCT/GB98/00072
US 5,172,763
US 5,063,257
EP 0356868
GB 2107 341
US 5,520,725
US 1,428,165
WO 97/00065
UK 1488 403
US 4,267,097
US 4,001,483
杀死细菌后进行密封是非侵害技术中的组成部分，因为正是通过 这些方法减少了细菌的再感染。可以使用现有的牙科材料完成这一 步。
优选的材料可以具有适于应用而变化的粘度。优选的粘度范围是 0.33至1340厘泊。作为牙本质替代物使用的材料，其粘度应类似于 水的粘度并应具有例如聚合后的抗弯强度在80至170Mpa范围的机械 性能。在聚合过程中的收缩将在0.5-4.5体积％的范围。牙本质替代物 由一种树脂的混合物制成，该混合物将提供适于预期应用的粘度范 围。
这些材料可以是如上文所提到的专利中所叙述的二甲基丙烯酸酯 或甲基丙烯酸酯。优选的配方是二甲基丙烯酸尿烷酯(UDMA)、二 甲基丙烯酸双酚A缩水甘油酯(BisGMA)和甲基丙烯酸四氢化糠酯 (THFMA)的混合物。可以按照不同的比例组成，优选的组合物为50％ 的THFMA，33％的UDMA和17％的BisGMA。
该材料可以化学聚合或通过应用特定波长的光聚合。基于光固化 的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的密封剂材料通常由波长为大约450- 470nm的光固化。
不要求额外的外来能量(热或光)的冷固化引发剂系统是诸如作 为引发剂的过氧化苯甲酰和作为活化剂的N，N-二甲基对甲苯胺这样的 物质。
优选的光活化系统包括樟脑醌和一种胺。也可以使用其他活化系 统。
引发剂的使用量应以提供足够的转换水平和足够的转换率为宜。 其通常使用量为单体混合物重量比的0.1％至12％之间。优选值为单体 混合物重量比的0.5％至5％之间。
在混合物中可以选择性加入不同的添加剂，例如抗氧化剂、用作 紫外光抑制剂和聚合抑制剂的稳定剂、颜料和治疗剂如抗生素、皮质 类固醇和诸如金属离子的其他医疗试剂。
下面的内容说明杀灭与龋齿相关的细菌所要求的条件。 阶段1
对在盐水悬浮液中的链球菌突变体的致命光敏化。
使用一系列浓度的甲苯胺蓝O(TBO)进行实验。将这些浓度的 甲苯胺蓝O引入链球菌突变体的盐水悬浮液中，然后使用附图中所示 的激光器照射。对一系列的功率密度和曝光时间进行评价。对曝光时 间和激光器功率密度以及染料浓度评价的详细情况列在表1中。
                   表1   染料浓度   [μg/ml]  染料/细菌悬浮液体      积[μL]  激光器功率     [mW]   曝光时间     [秒]     50        200     80     30     50        200     48     30     50        200     15     30     50        200     80     60     50        200     48     60     50        200     15     60     50        200     15     90     20        200     80     30     20        200     15     30     20        200     80     60     20        200     15     90     20        200     15     60     20        50     40     10     20        50     40     20     20        50     40     30     5        50     40     20     5        50     40     50     5        50     40     80
使用蒸馏水制备每种情况下的新鲜染料溶液。首先，将100μL 链球菌突变体的盐水悬浮液加入微量滴定板的微孔中。细菌来自链球 菌突变体NCTC 10449，制备悬浮液以使细菌的浓度在108至109菌落 形成单位(cfu)。[它们具有大约0.10的光密度]。然后轻微搅拌溶液 进行余下的实验。向其中加入100μLTBO或盐水，盐水作为对照。 在加入染料30秒后，将各向同性的探针浸入悬浮液中并按照表1所 示的曝光时间/功率密度组合范围进行照射。
用铝箔缠绕微量滴定板每个孔的底部，以防止激光器的照射对与 被处理孔相邻的孔产生影响。
照射后，通过在胰蛋白胨大豆琼脂上的活体计数确定每个孔中的 存活细菌数量。从每个微孔中移出100μL液体并逐渐稀释至十倍。 然后在胰蛋白胨大豆琼脂板上培养稀释的悬浮液24小时。然后选定 菌落形成单位密度在50-300cfu之间的培养板并检查这些培养板上全 部样品的存活细菌。 结果
使用不同的激光器功率、曝光时间和染料浓度的组合实现不同的 杀菌水平。这表明所要求的杀菌水平可以通过特定的激光器功率/曝光 时间/染料浓度实现。存在着一个可能适合于临床应用的组合范围。 第1期：
30秒的曝光时间被任意地确定为检验的基线值。激光器参数由 仪器的输出功率限定并选定80和15mW作为首次评价的外限。染料 浓度为先前确定的用于渗透牙本质的数值。
四个步骤的结果如下：
曝光时间为30秒 步骤1：最高染料浓度和最高激光器功率   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌率％     平均值     50     80     E9-E10     93.11 89.71     86.32
这表明在该特定的曝光时间下，实质上大量的细菌被杀死但总的 杀死率还达不到99.9％。
步骤2：最低染料浓度和最低激光器功率   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌率％     平均值     20     15     1.1E9     0    20.0     40.0
这表明最低的激光器输出功率和低染料浓度不能产生足够的杀菌 力。
 步骤3：最低染料浓度和最高激光器功率   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌率％     平均值     20     80     E9-E10     99.99  99.99     99.99
这证实所要求的杀菌水平在该激光器功率和染料浓度下得以实 现。
步骤4：最高染料浓度和最低激光器功率   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌率％     平均值     50     15  2.1E10  2.8E9   0    7.05   14.1
这表明最高染料浓度和最低激光器功率不能产生足够的杀菌力。 结论
上述实验得出的明显结论是，在最低染料浓度和最高激光器输出 功率下能够获得有效的杀菌力。在该激光器功率下提高染料浓度降低 了杀菌率。从这些数据可以推断，最高的染料浓度超出了所要求的浓 度，并且在较低的浓度下能够获得更好的结果。这一点由步骤2和4 所证实，其中虽然杀菌率不高，但较高的染料浓度产生较低的杀菌率。
然后使用不同的曝光时间和激光能量密度进行进一步的实验，试 图确定能够被证实有效的组合范围。为使表达清晰，结果按照增加曝 光时间的顺序公布。 曝光时间：10秒   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌率％     平均值     20     40     2.6E7  20.23  36.34  52.45
上述结果被认为不适合使用。由于提高所期望的杀菌率被认为不 足以实现而没有使用更低的染料浓度重复实验，而增加了曝光时间。 曝光时间：20秒   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌比例％     平均值     5     40     1.7E7     1.1E8   0       30.1   60.3     20     40     3.0E7     1.8E7   79.36   81.1   82.90
20秒的曝光时间实质上产生了较高的杀菌率。在这里所测试的 20μg/mL的染料浓度下，获得了80％的杀菌率。 曝光时间：50秒   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]   起始CFU     杀菌比例％     平均值     5     40     7.1E7     1.3E8   84.43 87.14   89.85
在低染料浓度和低激光器功率下，将曝光时间延长到50秒。虽 然不是全部但却有大量的细菌被杀死。这表明该较低的染料浓度[5μ g/mL]可能是可以应用的下限。为实现全部杀死细菌，要求更高的激 光器输出功率和更长的曝光时间。 曝光时间：60秒   染料浓度   [μg/mL]  激光器功率     [mW]  起始CFU     杀菌比例％     平均值     20     15   1.2E9   1.1E9   86.32  52.29   18.26     20     80   E9-E10   99.99  99.99   99.99     50     15   1.3E9   2.8E9   12.0   12.16   12.32     50     48   2.3E10   1.3E9   99.76  99.78   99.8     50     80   E9-E10   99.99  99.99   99.99
当在一定范围的激光器功率和染料浓度下，将曝光时间延长至60 秒时，明显可以看出一定范围的染料浓度和激光器输出功率杀菌率较 高。很明显，在这一时间间隔内，获得成功的109范围内的杀菌率的 最低激光器功率是45mW。 第2期：在胶原蛋白基体中链锁状球菌突变体的致命光敏化
在该研究部分中，设计使用胶原蛋白基体重复第1期的研究，以 利用最初确定的激光器曝光时间确定胶原蛋白对光/染料浓度的影响。 结果证实在胶原蛋白基体中，能够实现108-1010的杀菌率。 方法
本方法是对先前描述于《龋齿研究》(Caries Research)[1995]29： 192-197中方法的改进。所选定使用的染料溶液是pH值被调整至5的 水溶液。在本研究中没有加入任何添加剂。由于在细菌悬浮液中的研 究表明添加剂会降低光动力学(PDT)过程的效果，因此，在本阶段 中没有加入任何添加剂。这是将在下一期中进一步评价的内容。
将1009μL处理过的小鼠尾胶原蛋白和50μL链锁状球菌突变体 悬浮液混合在一起并将溶液部分干燥过夜，形成具有胶冻状稠度的栓 形物。然后使用微量移液管将50μL TBO[光敏剂]注射入栓形物的中 心。注意到染料溶液倾向于沿微量移液管尖端的面周围向上涌并在栓 形物的顶端形成水洼。这使得染料的分布相当不均匀。目前，似乎还 没有任何方法能够避免这一问题，这也是对实验方法的一个限制。这 种染料的注入将染料的浓度有效地降低了4倍。[向150μl/mL的胶原 蛋白/链锁状球菌混合物中加入40μl/mL会形成这种稀释]。这相当于 10μL的总浓度。
注意到染料没有很快地渗透到胶原蛋白基体中。因此，评价多个 接触时间以寻找最适当的时间。过短的时间意味着栓形物内的细菌可 能没有接触到染料。这将意味着被杀死的细菌量下降。暴露于染料中 的时间过长将导致“暗杀死”，此时光敏剂单独已经发挥了杀菌作用。 为评价这种效果，研究了三种接触时间：30秒、3分钟和1小时。
使用了三种照射时间：30秒、60秒和180秒。所使用的激光器 功率是80mW和60mW。
照射后，使用50ml 0.5mg/ml的1A型胶原酶处理胶原蛋白栓形 物3小时，离析出存活细胞并使其能够按照上述阶段1中所描述的活 体计数方法计数。
为评价光敏剂向栓形物内的不良渗透，研究了一种切碎胶原蛋白 栓形物使其成为多孔结构的技术。这被认为比致密的胶原蛋白栓形物 更类似于龋变的牙本质。 结果
采用60分钟的初步接触时间评价染料在密实的胶原蛋白栓形物 中的渗透。
30秒的接触时间使染料/激光的组合获得了良好的杀菌率，染料 本身对细菌没有作用。不同的功率密度、照射时间和接触时间的结果 在下文中列出，同时还列出了所获得的杀菌率和杀死比例。突出的数 字表示所获得转折点的数字。 胶原蛋白栓形物 照射时间：30秒染料浓度：10μg/mL     接触时间  染料/细菌[分钟]  激光器功率     [mW] 杀死数量  杀死％  平均杀死％      0.5     80   2.07E9   1.28E9   77.2   80.2     78.7      3     80   1.36E9   2.95E9   64.8   85.6     75.2      60     80   3.28E8   100     100      0.5     60   1.12E9   2.21E9   51.9   71.6     61.8
照射时间：60秒染料浓度：10μg/mL      接触时间  染料/细菌[分钟]  激光器功率     [mW]  杀死数量   杀死％  平均杀死％        0.5     80   2.72E9     0   85.4    0     42.7        3     80   4.85E9   4.29E9   94.5   90.7     92.6        60     80   2.20E9   100     100        0.5     60   1.12E9   2.49   72.9   74.7     73.8
照射时间：180秒染料浓度：10μg/mL     接触时间  染料/细菌[分钟]  激光器功率     [mW]  杀死数量    杀死％  平均杀死％     0.5     80  2.96E9    0     91.0     12.7     51.9     3     80  2.23E9  5.7E9     91.02     95.32     93.2     60     80  3.08E8     100     100     0.5     60  1.89E9  2.21E9     85.9     72.36     79.1
很明显，曝光时间超过30秒，在60和80mW的功率下均可获得 109数量级的杀死水平。在杀死比例上，随着与细菌接触时间的延长 而提高。这证实了确保染料与细菌接触的重要性。胶原蛋白栓形物代 表了一种严格的实验，因为它不是多孔结构的并且染料/细菌的接触依 赖于通过栓形物的质密的固体物质的扩散率。
简言之，发现在30秒至3分钟之间的染料接触/停留时间是令人 满意的。通常优选激光照射时间为30秒至180秒之间。
为了更接近地模拟龋齿病变，将胶原蛋白基体切碎。这提供了一 种细菌仍然被限制在胶原蛋白之内的多孔结构。这与牙本质发生穿孔 的龋齿病变相类似。该研究的结果列于下表。 切碎的胶原蛋白     接触时间  染料/细菌[分钟]  激光器功   率[mW]  照射时间  杀死数量  杀死％  平均杀死     ％         3     80     30  3.08E9  3.26E9  91.1  91.0   91.05         3     80     60  5.46E9  3.66E9  91.3  90.4   90.8         3     80     180  6.84E9  1.97E9  95.73  87.42   92.1
这证实，在这种介质中使用较短的染料、细菌接触时间和较短的 激光曝光时间可以获得高杀菌率。 结论
1)可以看出，使用TBO和下文所描述的激光器在细菌悬浮液 和胶原蛋白基体中均可实现链锁状球菌突变体109的杀死水平。
2)胶原蛋白基体研究证实了染料和细菌之间接触时间的重要 性。
因此，在使用激光器治疗前可能需要维持光敏剂与龋变部位在一 个延长的期间，如大约5分钟或以上，优选30秒至3分钟内接触。 在该期间内，可以用光敏剂溶液冲洗龋变部位，以使细菌与新鲜的光 敏剂溶液流接触。
用来自拔除的人类牙齿的牙本质切片进行的实验表明，在光敏化 处理前用例如EDTA等脱矿化溶液预处理龋洞凹进处是所期望的。使 用EDTA，例如0.1摩尔浓度的水溶液即使进行短暂的预处理，也充 分地增加了激光能够通过的距离。即使使用0.1摩尔浓度的EDTA或 其他脱矿化溶液仅仅预处理牙本质15秒，也会明显地增加光传播的 深度以及染料的渗透。这个发现很重要，它使牙科医生能够确信扩展 至处理过的牙齿的牙本质的裂隙中的细菌已经被杀死。脱矿化处理对 光传播和染料吸收的影响用图形表示在图5中。脱矿化添加剂的作用 似乎是自我约束的，因为最高的脱矿化区域实质上仅延伸至受龋齿病 变影响的牙本质的边界。
附图说明了实施本发明方法的一种方式。
图1是贯穿牙齿的截面示意图，一根光学纤维被放入到钻进牙齿 损坏内层部分的孔洞中；
图1(a)是图1中所示牙齿的俯视图；
图2是以更大的尺寸表示的光学纤维和用于向龋洞中引入光敏剂 和密封树脂的导管的剖面图；
图2(a)是安装了光学纤维末端和用于向龋洞中引入光敏剂的导管 的牙科机头的剖面示意图；
图3是与牙科机头相连接的激光器外壳的透视图；
图4是沿图3中的x轴方向的视图；以及
图5表示通过使用EDTA脱矿化增加光在龋变的牙本质中传播的 效果的曲线。
首先使用一种细牙钻或激光在牙齿1上钻成一个通向龋变区域3 的狭窄孔道2。在完成孔道后，向孔洞中引入一根可弯曲的光学纤维 4，直至其末端5位于接近孔道封闭端的位置。该纤维形成通常的球 形透明末端以确保沿纤维4向下传送并在末端出现的光能够围绕龋洞 3大体上均匀地散射。
例如使用注射器向孔道内注入含有浓度为50μg/ml的甲苯胺蓝 水溶液的光敏剂。在允许大约1分钟的接触时间后，通过将光学纤维 的始端与激光光源连接活化光敏剂，并在激光器功率为60mW和波长 为640nm的条件下照射龋洞3中的光敏剂60秒。通过这种处理实质 上完成了龋洞3内部的杀菌，然后例如使用注射器使孔道内充满可固 化的流动的树脂。所使用的组合物是50重量％的甲基丙烯酸四氢糠酯 (THFMA)、33重量％的二甲基丙烯酸尿烷酯(UDMA)和17重量 ％的二甲基丙烯酸双酚A缩水甘油酯(BisGMA)的混合物。这种树 脂是可光固化的，并在大约450-470nm的波长下最有效地固化。可以 通过使用带有光传播末端的光学纤维引导激光固化该树脂。光可以由 发光二级管集中在470nm或150或200mW产生，曝光时间为5至30 秒。可以使用与实施杀菌步骤相同的光学纤维对树脂施加光照射。然 而，因为所应用的波长不同，有必要使用不同的激光源。一旦完成固 化，例如可以通过使用一种旋转锯条切断光学纤维或简单地折断并使 上表面平滑。
图2表示光学纤维的一种改进，该纤维中结合了一种带有光敏剂 和树脂容器的导管。在这种装置中，光学纤维4穿过导管6。在远离 被引入到牙齿中的最大长度的位置有两个容器7和8。容器7含有光 敏剂，容器8含有未固化的树脂。为了将光敏剂引入到龋洞中，牙科 医生挤压容器7使膜10破裂，使得光敏剂在光学纤维和导管之间流 动并从导管的远端流出。一旦完成杀菌步骤，挤压容器8。这使得树 脂从光学纤维和导管之间的缝隙流过并替代光敏剂填充孔道。然后按 照上文的描述固化树脂并切断光学纤维和导管，密封处理过的龋齿区 域。
图2(a)表示图1和图2所示系统的改进形式。机头42带有一个 具有各向同性末端5的插入式光学纤维4。该纤维被作为机头42中的 搭扣配合被接收并选择性通过机头与在控制台41中的激光光源连接。 围绕光学纤维的是一根中空管6。机头内含有分别充满光敏剂染料和 密封剂组合物的容器7和8。进料管9和10将容器与导管6相连。容 器可以是可挤压的囊，使在向每个囊施加压力时，染料或流体树脂能 够按照要求注入到导管6中并因此进入处理好的龋洞2或牙齿的凹进 处。优选容器、纤维末端和导管是一次性的。
激光器控制台和携带光学纤维的牙科机头的一种更加先进的模型 表示在图3和图4中。图3表示与牙科机头42相连的激光器外壳41 的透视图。一根光学纤维43被安装在将引入病人口腔中的机头部件 中。光学纤维43是一次性的“插入式”元件，其具有一个如上文关 于图1和图2描述的各向同性末端。壳体41含有激光发生元件，其 输出端与机头内的可弯曲的重型光学纤维相连，纤维44的输出端连 接在一次性的纤维43上。壳体41中可以容纳两个激光光源，一个能 够发射用于实现光敏化处理的、波长大约为670nm的激光，另一个能 够发射用于固化树脂密封剂的激光。可以安装光导管和分光镜，使来 自每个激光光源的光能够选择性地切换到末端43上。在实施光敏化 处理后可以更换纤维末端，为固化树脂密封剂，向机头中插入一个新 的末端。
图4表示一个带有用于对激光器功率和处理时间编程的触摸屏46 的控制面板45。为方便起见，该仪器可以被制成手提式并使用可再充 电式电池。
下文说明了应用本发明的光动力学疗法(PDT)系统治疗不同类 型龋齿的几种方式。
1.使用或不使用新型树脂的PDT可以被用于常规龋齿的治疗。 这里，可以按照常规的方式使用牙钻和手持设备准备龋洞。一旦感染 了细菌的软化龋齿被清除掉，向龋洞内注入染料溶液并留置20至90 秒，优选20至40秒。除去过量的染料溶液并使龋洞的内表面暴露在 适当波长的光线下一段时间以活化光敏剂。曝光时间将在20和90秒 之间，优选曝光时间在30和60秒之间。功率密度的范围在40和600mW 之间，例如40至150mW，优选40至80mW的范围。光线的传播系 统将包括一根优选在其末端带有一个各向同性发射器的光学纤维棒。 这将提供一种均匀照射处理过的龋洞内表面的方法。增强与残留在牙 齿的矿化部分内的细菌接触并保证光敏剂发挥最大作用的优选处理方 法是使用打开牙本质小管的溶液。这些溶液是如上文所描述的酸、脱 矿化试剂和湿润剂。
可以使用常规的修复试剂或者，作为选择可以使用新型树脂作为 基底修复龋洞。这可以通过首先使用树脂溶液，然后使用填充形式的 树脂而实现，因为这将提供一种可模塑的糊状物。优选在填塞后使用 适当波长的光聚合树脂并提供密封。作为选择，也可以进行自聚合。 材料的外膜可以是常规的修复剂。
2.用于治疗龋齿的PDT/树脂
这里，发现病变发生在牙冠的牙颈缘和齿根面上。龋变部位通常 面积很大但相对较浅。首先使用光敏剂处理龋变部位。光敏剂可以是 溶液或凝胶形式并使用诸如刷子或凝胶涂抹器等适当的工具使其进入 龋变部位。暴露时间在20-90秒之间。然后将龋变部位至于适当波长 的光线之下照射30-90秒。所使用的功率密度的范围在40-600mW， 例如大约40-100mW。为促进龋变部位的曝光，各向同性的末端可以 穿过一个具有内层反射面的条带。这适合于病变的表面并将光线反射 回到龋变部位的表面。这种基体会具有类似于牙齿表面的形状和构 造。通过使用上文所描述的溶液可以再一次提高龋变部位对染料的吸 收。在暴露于光敏剂和光线之下以后，向龋变部位的表面涂抹一种低 粘度的树脂并使其进入龋变部位。优选使用适当波长的光使树脂在填 塞后聚合并提供密封。作为选择，也可以进行自动聚合。
3.PDT/树脂作为裂缝密封剂
PDT可以作为常规裂缝密封剂的添加剂使用。在使用常规树脂 前，使用35％的磷酸浸蚀裂缝15-30秒。在10-40秒之间的期间内， 将溶液形式的光敏剂应用于裂缝体系。除去过量的溶液并使用带有各 向同性末端的光学纤维棒以适当波长的光照射裂缝。沿裂缝体系拉出 各向同性末端。暴露后，用裂缝密封剂涂覆裂缝，然后使用适当波长 的可见光光源聚合裂缝密封剂。
4.PDT作为常规预修复工作添加剂
普遍接受的一个观点是，在龋洞或牙冠的任何预处理之后，仍然 存在着大量污染牙本质表面的细菌。在粘固牙冠和桥接之前清除这些 细菌能够降低在修复位置下面复发龋病的风险。使用PDT将通过杀死 标本表面的细菌降低该风险。使用光敏剂涂覆牙冠标本并留置10-40 秒。然后将标本置于适当波长的光线下照射以活化光敏剂。照射时间 为20-90秒，优选20-60秒，功率密度为40-80mW。可以通过在标本 上放置一种内表面涂有反射材料的罩而增强照射。光学纤维的输出末 端被穿过罩和反射表面放置，与各向同性末端一同使用，向标本表面 提供均匀的照射。在曝光后，可以按照常规的方式粘固牙冠。同样， 通过使用上文所引用的化合物事先处理标本可以增加对光敏剂的吸 收。
5.对修复位置下面复发龋齿的治疗
PDT和新型树脂被用于治疗在修复位置下面复发的龋齿。一旦诊 断出病变，即通过从牙齿的表面到龋变部位切割出一条孔道形成通 路。这可以使用常规设备，如小型球钻(直径为0.8mm)完成。光敏 剂沿孔道注射入龋齿龋变部位。暴露时间为20-90秒。在暴露于光敏 剂后，将各向同性的探针沿孔道引入。使用适当波长的光照射该区域 20-90秒。使用40-150mW功率密度的曝光时间为20-60秒。可以事 先使用使牙本质脱矿化和使胶原蛋白再水合的化学试剂提高光敏剂的 吸收和渗透。然后将新型树脂沿通路孔道注入并通过使用适当波长的 光或自动聚合实现树脂的就地聚合。