Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани

Беликов, Андрей Вячеславович

Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Беликов, Андрей Вячеславович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани»

Автореферат диссертации на тему "Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани"

На правах рукописи

Беликов Андрей Вячеславович

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТВЕРДЫЕ БИОТКАНИ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 2 МДР 20 ¡2

Санкт-Петербург - 2012

005015028

Работа выполнена иа кафедре Лазерной техники и биомедшгонской оптики ФГБОУВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (НИУ ИТМО)

Научный консультант: д.т. наук, профессор Храмов Валерий Юрьевич

Официальные оппоненты: •

д. ф.-мат. наук, член-корреспондент РАН, Конов Виталий Иванович д. ф.-мат. наук, профессор Тучин Валерий Викторович д. т. наук, профессор Яковлев Евгений Борисович

Ведущее предприятие: ФГУП Научно-производственная Корпорация «Государственный Оптический Институт имени С. И. Вавилова»

Защита состоится 03 апреля 2012 г. в 15.50 на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 при ФГБОУВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (НИУ ИТМО) по адресу 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49. ауд.285.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФПЮУВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (НИУ ИТМО).

Автореферат разослан «_»___2012 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, СПб, Кронверкский пр., д. 49, секретарю диссертационного совета Д 212.227.02.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.227.02

д. ф.-мат. наук, профессор \ ~, ь Козлов С.А.

(П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Лазеры с успехом используются в различных областях науки, техники и медицины. Созданные с привлечением лазерных источников биомедицинские технологии обработки мягких и твердых биотканей организма человека и животных отличают высокие селективность, прецизионность и эффективность.

Для обработки твердых биотканей широко используют лазерное излучение с субмиллисекундной длительностью импульса и длиной волны (А,), которая лежит в средней инфракрасной области оптического спектра. К таким лазерам можно отнести лазеры на кристаллах, активированных ионами неодима, гольмия или эрбия, работающие в режиме свободной генерации. Взаимодействие излучения этих лазеров с твердыми биотканями сопровождается целым рядом оптико-физических процессов, из которых для эффективной деструкции наиболее важным является взрывной процесс удаления биоткани, который называют абляцией. Излучение лазеров на кристаллах, активированных ионами эрбия, (эрбиевых лазеров) наиболее эффективно поглощается структурами твердых биотканей и производит их абляцию при наименьших энергетических затратах. Наибольший практический интерес вызывает использование субмиллнсекундных эрбиевых лазеров для обработки твердых тканей зуба человека и животных. Однако скорость формирования полостей в твердых тканях зуба при их абляции излучением субмиллнсекундных эрбиевых лазеров уступает скорости формирования полостей с помощью высокооборотной турбины. Попытки форсирования энергии лазерного излучения приводят к образованию трещин вокруг обрабатываемой полости, что недопустимо, т.к. они нарушают целостность окружающей место воздействия иктактной биоткани и тем самым ослабляют ее функцию.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью создания новых эффективных методов лазерной обработки твердых, биотканей, к которым относятся эмаль и дентин зуба человека.

при контактном и неконтактном воздействии; о преобразованиях, природе и характеристиках оптико-физических процессов, протекающих в твердых биотканях при воздействии субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона спектра с плотностями энергии ниже порога лазерной абляции и оптико-физических процессов, сопровождающих лазерную абляцию твердых биотканей и т.п. Ясно, что без этой информации невозможно создание эффективных биомедицинских технологий для обработки твердых биотканей лазерным излучением.

Уже первые исследования показали, что процесс абляции твердых биотканей субмиллисекундными лазерными импульсами состоит из нескольких стадий: лазерное излучение поглощается биотканью, поглощенное излучение стимулирует нагрев и разрушение биоткани, продукты разрушения (абляции) покидают зону обработки. На каждой из стадий оптико-физические свойства биоткани изменяются. Результат лазерного воздействия зависит от того, насколько лазерная система адекватна этим изменениям. Регистрация оптико-физических процессов при лазерном воздействии па твердые, биоткани, получение информации о состоянии биоткани, подвергшейся лазерному воздействию, создание алгоритмов обработки этой информации и введение в систему управления работой лазера обратных связей позволяет оптимизировать процесс воздействия лазерного излучения на твердые биоткани. Оптимизация лазерной абляции может включать в себя не только оптимизацию параметров лазерного излучения, но и оптимизацию процессов, вызванных этим излучением. Например, в результате лазерной абляции твердых биотканей образуются продукты разрушения в виде твердых микрочастиц, которые могут как снижать эффективность абляции, ослабляя лазерное излучение, так и не влиять на эффективность абляции при их своевременной эвакуации из зоны обработки или повышать эффективность абляции биоткани при их возвращении обратно в зону обработки.

Таким образом, создание новых методов эффективной лазерной обработки твердых биотканей невозможно без исследования оптико-физических процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани, изучения лазерной абляции твердых биотканей, ее механизмов и оптико-физических процессов, происходящих при лазерной абляции этих биотканей.

Цель диссертационной работы

инфракрасного диапазона оптического спектра на твердые биоткани, и создание на его основе новых методов их эффективной лазерной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать оптико-физическую модель воздействия лазерного излучения на эмаль зуба, учитывающую особенности ее строения;

- изучить закономерности абляции твердых тканей зуба излучением лазеров среднего инфракрасного диапазона оптического спектра;

- исследовать оптические спектры поглощения интактных я измененных в процессе лазерного воздействия или нагрева твердых тканей зуба;

- исследовать спектральные и энергетические характеристики свечения эрозионного факела и акустического сигнала, возникающих при лазерной абляции твердых тканей зуба;

- исследовать динамические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые микрочастицы и оценить эффективность совместного воздействия лазерного излучения и твердых микрочастиц на твердые ткани зуба;

- изучить закономерности совместного воздействия лазерного излучения, водяного и воздушного потоков на твердые тканн зуба.

Методы исследований

Для решения поставленных задач в работе были использованы как стандартные методы исследования процессов взаимодействия лазерного излучения с биотканями (оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микрозондовый анализ), так и специально адаптированные для целей настоящей работы оптико-физические методы исследования, такие как оптическая и акустическая спектроскопия, цифровая фотосъемка с высоким временным разрешением, контактная термометрия, акустометрия, фотометрия, а также другие методы.

Научная иовизпа

В настоящей работе впервые:

1. Разработана сотовая оптико-физическая модель воздействия лазерного излучения на эмаль зуба, учитывающая особенности строения эмали и позволившая определить структурные изменения, порог и эффективность абляции эмали зуба излучением эрбиевых лазеров.

2. Исследовано поведение пиков поглощения свободной и связанной воды с оптических спектрах поглощения эмали зуба при ее нагреве от +20°С до +700°С. Установлено, что коэффициент поглощения эмали в области длин волн от 2.5 мкм до 3.5 мкм с ростом температуры нелинейно уменьшается.

Показано, что данный оптико-физический процесс может оказывать существенное влияние на динамику воздействия излучения эрбиевых лазеров иа твердые биоткани.

3. Установлено, что при воздействии на твердые ткани зуба человека излучения эрбиевого лазера образуются продукты лазерной абляции в виде микрочастиц с размером до 200 мм, оптические спектры поглощения которых отличаются от оптических спектров поглощения интактньтх твердых тканей зуба человека тем, что в продуктах абляции наблюдается существенный рост поглощения оптического излучения, связанный с карбонизацией органической компоненты ткани, а также отсутствует пик поглощения ОН-групп, что свидетельствует о разрушении этого типа связи в процессе абляции. Одновременное с лазерным воздействием орошение обрабатываемой твердой ткани потоком воды приводит к формированию продуктов лазерной абляции, оптические спектры поглощения которых не отличаются от оптических спектров поглощения интактных твердых тканей зуба человека.

4. Исследованы амплитудно-частотные характеристики эрозионного факела и акустического сигнала, возникающих при лазерной абляции твердых тканей зуба. Показано, что спектры этих сигналов несут информацию о типе обрабатываемой ткани и условиях ее абляции.

5. Обнаружено, что метаморфизированный слой, образующийся у стенки полости, сформировакшой в результате локальной абляции эмали зуба человека излучением эрбиевого лазера, состоит из внешнего и внутреннего подслоев, отличающихся по структуре и микротвердости, при этом микротвердость внутреннего подслоя примерно в три раза выше микротвердости интактной эмали, а микротвердость внешнего подслоя неравномерна по толщине и ниже микротвердости интактной эмали.

6. Установлено, что при одинаковой плотности энергии и длительности импульса субмиллисекундного эрбиевого лазера эффективности абляции твердой ткани зуба излучением одномодового лазера и многомодового лазера практически совпадают, импульс отдачи, возникающий при воздействии излучения одномодового лазера на эмаль, иа порядок меньше чем импульс отдачи, возникающий при воздействии многомодового лазера, а аспектное соотношение отверстий, формируемых в твердых тканях зуба при воздействии излучения одномодового лазера, может в 20 раз превышать аспектное соотношение отверстий, формируемых в твердых тканях зуба при воздействии излучения многомодового лазера.

7. Установлено, что воздействие излучения субмиллисекундных эрбиевых лазеров на слой микрочастиц сапфира, размещенных в виде порошка или водной суспензии на поверхности эмали зуба, способно увеличить эффективность ее удаления до 2.5 раз.

8. Показано, что облучение эмали зуба человека импульсами УАС:Ш (а— 1.064 мкм) или УАО:Сг;Гт;Но (а.=2.088 мкм) лазеров с плотностью энергии б импульсе из диапазона от 10 Дж/см2 до 200 Дж/см2, но ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба приводит к увеличению микротвердости эмали в 1.5 раза.

Защищаемые положения

1. Оптико-физическая модель воздействия лазерного излучения на эмаль зуба, в которой эмаль представлена в виде набора интегрированных друг в друга объемов (сот), содержащих гидроксилапатит и воду в характерном для интактной эмали соотношении 0.89:0.11, позволяет определить глубину метаморфизированного слоя, образующегося у стенки полости, сформированной в эмали под воздействием излучения эрбиевого лазера.

2. При воздействии излучения эрбиевого лазера на твердые ткани зуба формируются микрочастицы с размером до 200 мкм, обладающие кинетической энергией достаточной для разрушения эмали зуба. Эффективность удаления эмали зуба под воздействием только этих микрочастиц соизмерима с эффективностью удаления эмали зуба под воздействием только падающего на эмаль излучения эрбиевого лазера.

3. Воздействие субмиллисекундных импульсов лазеров среднего инфракрасного диапазона спектра на порошок или водную суспензию, содержащие микрочастицы сапфира с размером до 200 мкм, приводит к ускорению микрочастиц сапфира до сверхзвуковых скоростей (до 600 м/с), а кинетическая энергия этих микрочастиц достаточна для разрушения твердых тканей зуба.

4. При воздействии субмиллисекундных импульсов лазеров среднего инфракрасного диапазона спектра на твердые ткани зуба синхронно с пнчками лазерного излучения формируется эрозионный факел. Интенсивность и оптический спектр свечения эрозионного факела, полученного при лазерной абляции эмали или дентина зуба, существенно различаются, что позволяет надежно идентифицировать обрабатываемую твердую биоткань.

5. Воздействие излучения эрбиевого лазера на твердые ткани зуба сопровождается акустическим сигналом, частота которого локализована в диапазоне 10+150 кГц. Параметры акустического сигнала (интенсивность, время задержки возникновения по отношению к началу лазерного импульса, форма огибающей акустического спектра), полученного при лазерной абляции эмали или дентина зуба, существенно различаются, что позволяет надежно идентифицировать обрабатываемую твердую биоткань.

6. При строго определенном, согласованном во времени периодическом импульсном воздействии на твердую биоткань лазерного излучения,

водяного и воздушного потоков эффективность удаления твердой биоткани субмиллисекундными импульсами эрбиевого лазера может быть увеличена практически в три раза по сравнению с эффективностью удаления при совместном воздействии на твердую биоткань только лазерного излучения и водяного потока.

7. Под воздействием одномодовых субмиллисекундных импульсов эрбиевого лазера в твердых тканях зуба формируют микроотверстия с диаметром порядка 100 мкм, аспектным соотношением в эмали порядка 7:1 ив дентине порядка 21:1 при отсутствии карбонизации.

Практическая ценность результатов работы

1. Разработан новый метод лазерной обработки твердых биотканей, сочетающий одновременное воздействие лазерного излучения и абразивных микрочастиц, приводящий к существенному увеличению эффективности удаления твердой биоткани (лазерно-абразивный метод).

2. Разработан новый метод лазерной обработки твердых биотканей, состоящий в согласованном во времени периодическом импульсном воздействии на твердую биоткань лазерного излучения, водяного и воздушного потоков, приводящий к существенному увеличению эффективности удаления твердой биоткани (метод трех импульсов).

3. Сформулирован алгоритм работы системы обратной связи, анализирующей параметры формируемого при лазерном воздействии на твердую ткань зуба человека акустического сигнала и адаптирующей параметры лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани, использование которого существенно повышает селективность и безопасность лазерной обработки твердых тканей зуба.

4. Показана возможность адаптивного управления параметрами лазерного излучения на базе анализа спектров свечения эрозионного факела, сопровождающего лазерную абляцию твердых биотканей, использование которого позволит существенно повысить селективность и безопасность лазерной обработки твердой биоткани.

5. Разработан новый метод обработки зуба человека лазерным излучением, состоящий в формировании на поверхности эмали зуба под воздействием лазерного излучения регулярных текстур, наличие которых повышает адгезионную способность поверхности эмали зуба.

6. Предложен новый метод управления свойствами эмали с помощью лазерного излучения, направленный на профилактику кариеса и состоящий в воздействия на эмаль зуба импульсного излучения УАО:№1 или УАО:Сг;Тт;Но лазеров с плотностью энергии ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях: Международная конференция "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, Россия, 2000, 2010); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'95 (Barcelona, Spain, 1995); International conference BiOs Biomedical Optics'95 (San Francisco, USA, 1995); VIII International Conference Laser Application Engineering, (Pushkin, Russia, 1996); 5th International Congress on Lasers in Dentistry (Jerusalem, Israel, 1996); Международная конференция "Лазеры в медицине'97, '99" (Санкт-Петербург, Россия, 1997, 1999); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'98 (Stockholm, Sweden, 1998); International conference BiOs Biomedical Optics'98 (San Jose, USA, 1998); Научная конференция "Лазеры для медицины, биологии и экологии" (Санкт-Петербург, Россия, 1999); International conference BiOs Biomedical Oplics'99 (San Jose, USA, 1999); Российская научно-практическая конференция "Оптика и научное приборостроение - 2000" (Санкт-Петербург, Россия, 2000); IX International Conference Laser Assisted Microtechnology (LAM-2000) (Санкт-Петербург, Россия, 2000); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'OO (Amsterdam, Netherlands, 2C00); Международная конференция Lasers, applications and technologies (LAT-2002, приглашенный доклад) (Moscow, Russia, 2002); 8th International Congress on Lasers in Dentistry (Yokogama, Japan, 2002); International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies (FLAMN-2007, 2010)" (Pushkin, Russia, 2007, 2010); Международный симпозиум «Topical Problems of Biophotonics» (Нижний Новгород, Россия, 2007, 2011); International Conference "IADR/AADR/CADR (Miami, USA, 2009); 16th Annual Conference of Academy; of Laser Dentistry (las Vegas, USA, 2009); Международная конференция Saratov Fall Meeting (Саратов, Россия, 2003, 2007, 2009, 2010,2011). Материалы трудов конференций опубликованы. Результаты работы внедрены на предприятиях ЗАО «УНП Лазерный Центр ИТМО» (Россия), Laser Medical Systems GmbH (Австрия), Palomar Medical Technologies Inc. (США) и Dental Photonics Inc. (США).

Результаты работы внедрены в учебный процесс СПбГУ ИТМО (Россия) при подготовке магистров, бакалавров и специалистов по программе 200200.68 «Лазерные биомедицинские технологии», а также специалистов по специальности 200201.65 «Лазерная техника и лазерные технологии».

Публикации.

По теме диссертации опубликована 53 работы, из них 25 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК: Оптический журнал, Оптика и спектроскопия, ЖТФ, Письма в ЖТФ,

Стоматология, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики и др., а также публикации в зарубежных изданиях, включенных в систему цитирования Web of Science: Lasers in Surgery and Medicine (ISSN 0196-8092), 3 из этих работ подготовлены и опубликованы без соавторов. 14 работ опубликовано в журнале Proceedings of SPIE, входящем в системы цитирования SCOPUS и Chemical Abstracts. Получено 12 патентов, в том числе 10 международных.

Личный вклад автора.

Диссертация написана Л.В.Беликовым лично. Все изложенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор осуществлял выбор направлений и постановку задач исследований, проведение расчетов, разработку и создание экспериментальных установок, проведение экспериментов и анализ полученных результатов исследований.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 211 ссылок, из них 42 ссылки на работы автора. Работа изложена на 344 страницах, содержит 123 рисунка и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обсуждается объект исследования и актуальность работы, сформулированы цели, задачи, научная новизна полученных результатов и защищаемые положения, а также дана краткая аннотация, содержания отдельных глав.

В первой главе проанализированы основные закономерности лазерной абляции твердых биотканей. Основное внимание уделено абляции твердых тканей зуба человека. В первом параграфе рассмотрено строение и основные оптико-физические свойства змали и дентина зуба. Во втором параграфе представлены результаты основных экспериментальных и теоретических исследований лазерной абляции твердых тканей зуба, опубликованные в современной научно-технической литературе. Обоснован выбор эрбиевых лазеров для эффективной абляции твердых тканей зуба. Описываются современные представления о процессах, сопровождающих лазерную абляцию твердых тканей зуба. В последующих параграфах представлены результаты оригинальных исследований лазерной абляции твердых тканей зуба человека, выполненных автором настоящей диссертационной работы. Сообщается о результатах оптоакустического измерения порога абляции

твердых тканей зуба ТВМтт излучением субмиллисекундных УАО:Сг:'Гт:Ег (А.=2.69 мкм), \'ЗСС:Сг:Ег (А=2.79мкм), УЬР:Ег (1=2.83 мкм) и УАО:Ег (Х=2.94 мкм) лазеров. Наименьший порог был зарегистрирован для \XF.-Er лазера. Порог разрушения эмали был примерно в два раза выше порога разрушения дентина. Отмечается, что эти результаты могут быть репрезентативны только для первого, воздействующего на поверхность биоткани лазерного импульса, в дальнейшем картина разрушения может существенно измениться вследствие модификации структуры приповерхностного слоя.

Измерена эффективность удаления эмали и дентина зуба человека излучением ТЕМтга УАО:Ег лазера субмиллисекундной длительности. Показано, что эффективность удаления зависит от плотности энергии лазерного излучения и возрастает с ее увеличением. Эффективность удаления эмали и дентина в ряде случаев возрастает при использовании внешнего водяного орошения. Например, эффективность удаления эмали в неконтактном режиме без водяного орошения при 100 Дж/см* составляет 58±5 мм"7кДж, а эффективность удаления эмали в неконтактном режиме с водяным орошением при ЮОДж/см2 составляет 65±5 мм'/кДж. Эффективность удаления эмали в контактном режиме без водяного орошения при 100 Дж/см2 составляет 75+5 мм3/кДж. Эффективность удаления эмали в контактном режиме с водяным орошением при ЮОДж/см2 составляет 85±5 мм3/кДж. Эффективность удаления дентина в неконтактном режиме без водяного орошения при ЮОДж/см2 составляет 110±5 мм3/кДж, а эффективность удаления дентина в неконтактном режиме с водяным орошением при 100 Дж/см2 составляет те же 110±5 мм3/кДж. Эффективность удаления дентина в контактном режиме без водяного орошения при ЮОДж/см2 составляет 120±5 мм3/кДж. Эффективность удаления дентина в контактном режиме с водяным орошением при ЮОДж/см2 составляет 135±5 мм3/кДж. Установлено, что в контактном режиме лазерной обработки без водяного охлаждения эффективность удаления для эмали в области плотностей энергий до ЮОДж/см2 практически в 1.5 раза выше, чем в неконтактном, а в области плотностей энергий 100+150 Дж/см2 практически в 1.3 раза. В контактном режиме лазерной обработки без водяного охлаждения эффективность удаления дентина в области плотностей энергий до ЮОДж/см2 эффективность удаления в контактном режиме в 1.2раза выше, чем в неконтактном, а в области плотностей энергий 100+150 Дж/см' практически не отличается от неконтактного. В контактном режиме лазерной обработки с водяным охлаждением эффективность удаления для эмали в области плотностей энергий до 50 Дж/см2 практически в 1.2 раза выше, чем в неконтактном, а в области плотностей энергии 50+150 Дж/см2 - в 1.3 раза. В

контактном режиме лазерной обработки с водяным охлаждением эффективность удаления для дентина в области плотностей энергий до 50Дж/см" практически в 1.1 раза выше, чем в неконтактном, а в области плотностей энергии 50-^150 Дж/см2- в 1.2 раза.

При повторяющемся воздействии в одну точку образца ТБМтт импульсов УАС.'Ег лазера эффективность удаления твердых тканей зуба уменьшается, при этом в контактном режиме эффективность удаления уменьшается быстрее, чем в неконтактном.

Впервые экспериментально измерена эффективность удаления эмали к дентина зуба человека одиночным ничком ТЕМоо УАвгЕг лазера и последовательностью из шчков ТЕМоо УАб:Ег лазера, следующих, друг за другом с интервалом 3-^-5 мкс, общей длительностью порядка 150 мкс, при плотности энергии 100 Дж/см2. Эффективность удаления эмали одиночным пичком УАО:Ег лазера составила величину 20±2мм3/кДж, эффективность удаления дентина - 60±2 мм3/кДж. Эффективность удаления эмали последовательностью пичков ТЕМоо УАО:Ег лазера составила величину 40±2 мм3/кДж, эффективность удаления дентина - 70±2 мм3/кДж. При обработке эмали и дентина зуба человека следующими друг за другом с частотой 1 Гц одиночными пичками ТЕМоо УАС.'Ег лазера карбонизация не наблюдается. В эмали формируются микроотверстия с аспектным соотношением порядка 7:1, в дентине - порядка 21:1.

Отмечается, что максимальные значения эффективности удаления эмали в неконтактном режиме излучением одномодового и многомодового УАв: Ег лазеров достаточно близки друг к другу.

Показано, что существует оптимальное отношение расстояния между центрами микрократеров к их диаметру (к). В диапазоне значений 0 < к < 1 эмаль полностью удаляется за счет только лазерного воздействия, при значении к = 1 рост эффективности связан с самопроизвольным (без внешнего усилия) удалением материала между микрократерами. Для 1 < к < 2.6 рост эффективности связан с возможностью удаления материала между микрократерами под действием внешнего усилия, создаваемого стандартным стоматологическим зондом. Для 1.5 < к < 2.3 за счет вышеописанного воздействия можно повысить эффективность удаления эмали практически в 2.5 раза по сравнению с эффективностью только лазерного воздействия. Для к > 2.6 внешнее механическое воздействие перестает оказывать влияние на эффективность процесса удаления эмали зуба.

Исследовано влияние толщины водяной пленки, создаваемой внешней системой орошения на поверхности зуба, на эффективность удаления твердых тканей зуба человека излучением УАО:Ег лазера. Обнаружено, что

зависимость эффективности удаления твердой ткани зуба излучением YAG:Er лазера от толщины водяной пленки, формируемой внешним источником, на поверхности зуба имеет максимум. Для эмали данный максимум наблюдается при значениях толщины водяной пленки А..и,„ порядка 50 мкм, а для дентина - порядка 10 мкм.

Вторая глава диссертации посвящена анализу механизмов и теория абляции твердых биотканей излучением субмиллисекундных эрбиевых лазеров. Предложено процесс лазерной обработки твердых тканей зуба разбить на четыре стадии.

Представлены результаты исследования метаморфизированного слоя, образующегося после воздействия субмиллисекундного импульса эрбиевого лазера на эмаль зуба человека. Обнаружено, что метаморфизированный слой состоит из двух подслоев. Первый подслой представляет собой пористую структуру. Исследования на сканирующем электронном микроскопе показали, что структурно этот подслой состоит из микроэлементов (МЭ), их агрегатов (А) и свободного пространства между ними - микропор (МП). Микроэлемент имеет характерный размер 0.1 мкм. Микроэлементы образуют агрегаты, средний размер которых достигает 1+3мкм. Размер микропор сопоставим с размером агрегатов. Толщина первого подслоя непостоянна вдоль стенки лазерной полости и изменяется от 1 мкм до 10 мкм. Измерен Са/Р коэффициент в первом подслое. Измерения проведены с помощью энергодисперсионного спектрометра, имеющего модуль для рентгеноспектралыюго микрозондового анализа. Площадь анализируемых участков составляла величину порядка 20+30 мкм2. Расчёт состава фаз проводился кислородным методом на 25 атомов кислорода. Было получено, что средний по 10 измерениям в 10 различных точках интактной эмали и метаморфизированного слоя Са/Р коэффициент одинаков и равен 1,67±0.01, данное значение характерно для гидроксилапатита. Структура второго подслоя близка к структуре интактной эмали, однако микротвердость в кем достигает 1070 кгс/мм2, что практически в три раза выше микротвердости интактной эмали. Толщина второго подслоя составляет величину порядка 200 мкм.

В эксперименте определена температура, при достижении которой происходит разрушение эмали зуба человека, ее величина составила +1500°С.

Описана теоретическая модель лазерного разрушения твердых тканей зуба с использованием полуфеноменологического подхода на основе решения квазисгационарной одномерной линейной задачи Стефана с использованием в качестве скрытой теплоты испарения данных о скрытой теплоте разрушения. Математическое моделирование в рамках данной модели позволило сравнить между собой ноля температур, формируемых б

твердых тканях зуба излучением с различным поглощением и с различной плотностью мощности, и выбрать наиболее эффективно нагревающий твердые ткани зуба лазерный источник.

Впервые предложена сотовая оптико-физическая модель абляции эмали зуба человека, учитывающая особенности ее строения.

При моделировании исходили из того, что вода в эмали находится в окруженных гидроксилапатитом порах. Расстояние между центрами пор соответствует характерному размеру эмалевой призмы. Структурным элементом (ячейкой) такой модели эмали является сота - куб из гидроксилапатита со стороной а, содержащий внутри себя куб из воды со стороной m, занимающий по объем}' 11 % от объема куба из гидроксилапатита (ряс. 1.).

Рис. 1. Модель эмали (а) и модель структурной единицы (ячейки) эмали (б) зуба человека.

Под воздействием лазерного излучения вода внутри ячейки нагревается, расширяется, давит на гидроксилапатит ячейки и разрушает его. В результате частичного разрушения ячейки образуется метаморфкзированный слой, а в результате полного разрушения ячейки формируется кратер. С использованием настоящей модели определены значения сил F'HA и F^, при которых происходит разрушение гидроксиапатита, окружающего воду под действием, соответственно, касательных и нормальных напряжений. Определены энергии излучения YAG:Er лазера необходимые для достижения F„A. Представлены результаты оценки глубины метаморфизированного слоя, образующегося при абляции эмали зуба излучением эрбиевого лазера. Рассчитаны пороги и эффективности лазерной абляции эмали излучением YAG :Ег лазера.

Третья глава диссертации посвящена описанию оптико-физических эффектов, сопровождающих лазерную абляцию твердых тканей зуба.

Исследованы оптические спектры поглощения интактных эмали и дентина зуба человека в области длин воли 0.26-40 мкм. Показано, что

а)

б)

спектральных особенностей с видимой области для эмали и дентина не наблюдается. В ближней ИК области существуют две полосы поглощение. Полосу с максимумом 1.57 мкм (волновое число 6369 см"1) можно отнести к обертону валентного колебания воды, присутствующей как в эмали, так и в дентине. Поглощение в этой области для дентина больше, чем для эмали, что связано с большим содержанием воды в этой биоткани. В области 2 мкм дентин имеет две полосы поглощения, а эмаль - одну. Полоса с максимумом порядка 2.1 мкм (волновое число 4762 см"') принадлежит обертону колебания РО-групп гкдроксиапатита, который является основным веществом как эмали, так и дентина. Полоса с максимумом на 1.96 мкм (волновое число 5100см"1) в дентине, по-видимому, соответствует поглощению воды, содержание которой в дентине существенно выше, чем в эмали. Наибольшее различие в спектрах поглощения эмали и дентина для диапазона 0.26+2.5 мш наблюдается в УФ области. Здесь поглощение определяется белковыми соединениями, присутствующими в биотканях. Спектры поглощения эмали и дентина имеют в этой области один общий максимум на длине волны 0.269 мкм. Спектр поглощения эмали имеет также максимум на длине волны 0.331 мкм, что, вероятно, отвечает поглощению белков эмали, которые в дентине отсутствует. В области 5+10 мкм спектры поглощения эмали и дентина подобны. Здесь поглощение определяется РО-группами гидроксиапатита и составляет на длине волны 9.6 мкм (волновое число 1042 см-1) величину порядка 3400 см"1. Поглощение на длине волны близкой к 4.1 мкм (волновое число 2439 см"1) относится к атмосферному С02 и не принадлежит тканям зуба. В области длины волны 3.5 мкм в спектре поглощения дентина наблюдаются полосы, соответствующие органическим соединениям. В спектре эмали они менее выражены, что объясняется высокой степенью минерализации этого типа биоткани. Наиболее существенное различие в ИК спектрах поглощения интактных эмали и дентина наблюдается в области 2.5+3.5 мкм, здесь поглощают вода и ОН-группы. В спектре поглощения эмали в этой области наблюдаются два максимума. Первый - на длине волны порядка 3.106 мкм (3219 см"1) - соответствует воде и имеет коэффициент поглощения а =1100 см-1. Второй максимум наблюдается на длине волны 2.8 мкм (3570 см"1), имеет а =850 см"1 и принадлежит ОН-группам. Максимальное поглощение в области 2.5+3.5 мкм для детина близко к 1950 см-1. На длине волны генерации УАО:Ег лазера (2.94 мкм, волновое число 3400 см"1) для эмали получен а =970 см"1.

Исследованы спектры поглощения продуктов разрушения (компонент эрозионного факела) эмали и дентина зуба человека излучением У8СО:Сг:Ег лазера (длина волны генерации 2.79 мкм) з области длин волн 2.3--5 мкм.

Лазерное разрушение осуществлялось с и без внешнего водяного орошения. В области длины волны 3.5 мкм при лазерной обработке эмали без водяного орошения наблюдается существенный рост поглощения, связанный с карбонизацией органики при лазерном воздействии. Этот эффект более ярко выражен в дентине. В области длины волны 3 мкм в спектре поглощения эмали отсутствует пик поглощения ОН-групп, что свидетельствует о разрушении этого типа связи в процессе лазерного воздействия без водяного орошения. Возможно, селективное разрушение именно ОН-связей излучением У8СО:Сг:Ег лазера приводит к разрушению кристалла гидроксилапатита и, как следствие, эмали в целом. Вид спектра поглощения продуктов : лазерного разрушения эмали, полученных с использованием водяного орошения, подобен спектру поглощения интактной эмали. В спектре поглощения продуктов лазерного разрушения дентина, полученных при водяном орошении, проявляется пик поглощения ОН-групп, чего не наблюдается в продуктах разрушения, полученных без орошения. Эти факты свидетельствуют о возможности принципиально иного, чем в случае обработки без водяного орошения, механизме лазерного разрушения зубной ткани.

Впервые исследованы спектры поглощения интактной эмали зуба человека в области длин волн 2.5-К3.5 мкм при её нагреве от +20°С до +700°С. Результаты исследования представлены на рис.2.

2.5 2.7 2.9 5.1 3.3 3.5 Дища волны, \*км

Рис. 2. Спектры поглощения эмали зуба человека в области длин волн 2.5-К5.5 мкм, полученные при её нагреве от +20°С до +700°С.

Видно, что в этом диапазоне темиераг/р происходит уменьшение коэффициента поглощения в полосе с максимумом порядка 3 мкм. Это свидетельствует о сокращении содержания свободной и связанной воды в материале эмали. Достаточно интенсивно этот процесс протекает в районе +100°С, где происходит испарение свободной воды, которая находится на

поверхности образца и в порах большого размера. При температуре +100°С наблюдается полоса, соответствующая Р-ориентации ОН-связи (волновое число 3543 см"1, длина волны 2.82 мкм) в гидроксиапатите. В диапазоне температур от +!00°С до +300°С огибающая спектра поглощения эмали в исследуемой области значительно изменяется. Видимо, в этом диапазоне происходит удаление адсорбированной в объёме в процессе роста зуба воды. Также происходит полное, проявление структуры ОН-связи в эмали зуба, т.е. проявляются полосы, характерные для а- (волновое число 3570осм"', длина волны 2.8 мкм) и р-ориентации ОН-связи в гидроксиапатите. Далее при повышении температуры с +300°С до +500С'С наблюдается разрушение а -ориентированной ОН-связи. С повышением температуры до +700°С происходит практически полное разрушение ОН-связи в гидроксиапатите эмали. Таким образом, установлено, что при нагреве эмали происходит сначала удаление воды в любой её форме, а затем разрушение ОИ-групп гидроксиапатита. Коэффициент поглощения нелинейно уменьшается с ростом температуры. При комнатной температуре наибольшее поглощение эмалью наблюдается для излучения УАО:Ег лазера. С увеличением температуры коэффициент поглощения для всех исследованных в работе эрбиевых лазеров уменьшается. При +100°С наибольший коэффициент поглощения наблюдается для излучения УЗОО.'СпЕг лазера. Данная ситуация сохраняется вплоть до температуры +700°С, при которой коэффициенты поглощения для всех лазеров становятся очень близкими. Очевидно, что лазерное воздействие вызывает на1рев биоткани и коэффициент поглощения биоткани в процессе этого воздействия может изменяться, что в свою очередь может оказать существенное влияние на динамику воздействия излучения эрбиевых лазеров на твердые биоткани.

Установлено, что при обработке эмали субмиллисекундньши импульсами УА/3:Ш или УА(3:Сг;Тт;Но лазеров эффектом с самым низким порогом является эффект карбонизации на эмаль-дентинной границе. Пороговая плотность энергии, шоке которой карбонизация дентина на границе эмаль-дентин отсутствует, при воздействии лазерного излучения с частотой следования лазерных импульсов 10 Гц и общей продолжительности воздействия 200 с, для УАС:Ш лазера составляет величину порядка 30 Дж/смг, для УАО:Сг;Тт;Но -10 Дж/см2.

Облучение эмали импульсами УАО:Ш или УА.О:Сг;Тт;Но лазеров приводит к увеличению мнкротвердости практически в 1.5 и 1.3 раза соответственно. Для обоих типов лазеров наибольшее значение микротвердости поверхности эмали наблюдается в центре облученной области. При одинаковых плотностях энергии (40 Дж/см2) и экспозициях (60 Дж) микротвердость эмали после воздействия излучения УАО:Ш лазера

в среднем на 30 % превышает микротвердость эмали после воздействия излучения УАО:Сг;Тш;Но лазера. Микротвердость имеет экстремум на расстоянии от поверхности эмали порядка 10СК200 мкм для обоих типов лазеров. Эффект увеличения микротвердости носит пороговый характер Для излучения УАС:Кс1 лазера величина этого порога составляет величину порядка 30Дж/см2, для УАО:Сг;Тт;Но лазера ЮДж/см2. Область плотностей энергии, в которой микротвердость выше микротвердости интакгаой эмали для УАО:Ш лазера 30+200 Дж/см2, для УАО:Сг;Тт;Но 10+100 Дж/см2. Эффект увеличения микротзердости зависит от энергетической экспозиции. Зависимость отношения микротвердости поверхности эмали после лазерной обработки к микротвердости интактной эмали имеет максимум в области экспозиций порядка 100 Дж для обоих типов лазеров.

Исследования кислотной резистентности эмали зуба человека, обработанной излучением УАО:Ш или УАО:Сг;Тт;Но лазеров, показали, что характер поведения кислотной резистентности в зависимости от плотности энергии и экспозиции лазерного излучения коррелирует с поведением микротвердости в аналогичных зависимостях.

В работе проведено сравнительное исследование свечения эрозионного факела, возникающего при разрушении эмали и дентина зуба человека излучением УАв-.Ш, УАО:Сг;Тт;Но или УАО:Ег лазеров. При фиксированной энергии лазерного импульса интенсивность свечения факела, возникающего под воздействием УАв'.Ш лазера, существенно превышает энергию свечения факела, индуцированного УАО:Сг;Тт;Но или УАО:Ег лазерами. Экспериментальный анализ динамики свечения эрозионного факела показал, что удаление материала происходит синхронно с пичками излучения свободной генерации. Исследованы спектры свечения эрозионного факела, вызванного излучением неодимового, гольмиевого и эрбиевого лазеров. Воздействие излучения УАО:Ег лазера вызывает свечение с максимумом в области 600 нм. При разрушении эмали в спектре свечения дополнительно возникает полоса с максимумом около 400 нм. По всей видимости, присутствие линий в области бООнм имеет хемолюминесцентный источник, вызываемый горением продуктов разрушения. Максимум полосы можно идентифицировать с Рг (638 нм) и Р2+ (571 нм). Спектральные линии в диапазоне 400 нм - С2+ (460 нм), Са (445 нм), Са3+ (427 нм) и Са2+ (393 нм). Спектр свечения эрозионного факела существенно зависит от длины волны лазерного излучения и от типа биоткани. Обнаружен эффект, проявляющийся в увеличении энергии свечения эрозионного факела (в диапазоне длин волн 0.35+1.7 мм) с ростом количества лазерных импульсов, воздействующих в одну точку образца. Экспериментально установлено, что интенсивность свечения ; эрозионного факела пропорциональна энергии

лазерного излучения (YAG:Nd) к тем больше чем выше плотность энергии лазерного излучения.

В работе экспериментально исследован импульс отдачи, возникающий при воздействии излучения YAG:Er лазера на эмаль зуба человека. Установлено, что при одинаковой плотности энергии (100 Дж/см2) импульс отдачи, формируемый при воздействии излучения ТЕМоо лазера с энергией импульса 30 мДж на эмаль, на порядок меньше, чем импульс, формируемый при воздействии ТЕМгат лазера с энергией импульса 300 мДж. Необходимо отметить, что эффективность удаления (абляции) эмали излучением обоих типов лазеров по результатам измерений была практически одинаковой.

Исследованы лазериндуцированные акустические сигналы, сопровождающие лазерную обработку эмали и дентина зуба человека. В результате Фурье-преобразования акустического сигнала получался его акустический спектр (Фурье-спектр). Частоты лазериидуцированных акустических сигналов от эмали и дентина локализованы в области 10+150 кГц. Наибольшие отличия в Фурье-спектрах акустических сигналов, возникающих при обработке эмали и дентина зуба человека излучением YSGG:Cr;Er лазера, наблюдаются в диапазоне 50+150 кГц (рис.3).

5ЭМ0 WW00 JfO&OD Частота, Гц

а)

А, огн.ед. SM '

'il Щ

5 MOO 1СС0М 1 SCZ00 ZOOOQO Частота, Гц

б)

Рис. 3. Фурье-спектр акустического сигнала, возникающего при обработке эмали (а) и дентина (б) зуба человека импульсом УБСО'-СпЕг лазера (без внешнего водяного орошения).

Так, если для эмали и дентина энергии низкочастотных компоненг (0.001+50 кГц) лазериидуцированных акустических сигналов практически совпадают, то в высокочастотной области (50+150 кГц) энергии лазериидуцированных акустических сигналов могут различаться на порядок. Акустическая волна возникает с некоторой задержкой относительно начала лазерного воздействия. Время задержки при обработке излучением УАО:Ег лазера для эмали (40 икс) больше чем для дентина (30 мкс). При обработке

излучением УДО'.Сг.Тгп.Но лазера для эмали время задержки (100 мкс) больше чем для дентина (45 мкс). Показано, что анализ параметров акустического сигнала при обработке тканей зуба субмиллисекундными импульсами лазеров среднего И К диапазонз позволяет: определить порог лазерного разрушения эмали и дентина; определить тип и состояние обрабатываемой лазером биоткани. Акустический сигнал, возникающий при обработке окрашенного дентина, имеет два частотных максимума в области 1 кГц и 15 кГц, в случае интактного дентина частотные максимумы соответствуют 2.5 кГц и 10 кГц, в случае кариозного дентина максимумы акустического сигнала соответствуют 2.5 кГц, 4 кГц, 8 кГц и 15 кГц. Параметры лазериндуцированного акустического сигнала зависят от плотности энергии лазерного излучения. Интенсивность акустического сигнала с ростом плотности энергии лазерного излучения возрастает нелинейно. Интенсивность акустического сигнала от дентина превышает интенсивность акустического сигнала от эмали. Внешнее водяное охлаждение приводит к увеличению интенсивности акустического сигнала. Параметры лазериндуцированного акустического сигнала зависят от количества лазерных импульсов, воздействующих в одну и ту же точку на поверхности обрабатываемой биоткани. С ростом количества лазерных импульсов интенсивность акустического сигнала от неорошаемых водой эмали и дентина линейно уменьшается. Это может быть связано с экранированием акустического сигнала стенками увеличивающейся при воздействии каждого последующего лазерного импульса полости или с ростом диаметра источника звука. Картина резко изменяется в присутствии внешнего водяного орошения. В этом случае рост количества лазерных импульсов, воздействующих в одну точку образца, приводит к нелинейному возрастанию энергии акустического сигнала. Лазериндуцированные акустические сигналы, возникающие при контактной и неконтактной обработке твердых тканей зуба излучением эрбиевых лазеров, существенно различаются друг от друга. В акустическом сигнале, регистрируемом при контактном режиме обработки, наблюдается ярко выраженная отрицательная полуволна, что говорит о наличии значительных деформаций в области взаимодействия, связанных с перемещениями массивных тел (по всей видимости - кинематической пары зуб/оптическое волокно). Анализ Фурье-спектров этих акустических сигналов подтверждает наличие в лазерно-индуцированном акустическом сигнале, регистрируемом при контактном режиме обработки, ярко выраженной низкочастотной компоненты (в области 10 кГц). Анализ энергии акустического сигнала показал, что для контактного режима обработки она существенно выше. Высокочастотные осцилляции (в области 100 кГц), присутствующие в сигналах как при неконтактном, так и

контактном режимах обработки, характеризуют процессы выноса мелких фракции разрушенного материала.

В четвертой главе основное внимание уделено описанию оригинальных лазерных технологий, разработанных на основе исследований, выполненных автором настоящей диссертационной работы.

Описан новый метод (технология) лазерной обработки твердых биотканей, который позволяет увеличить скорость ее удаления - лазерно-абразивный метод. Основная идея метода заключается в использовании для удаления биотканей совместно с лазерным излучением твердых микрочастиц, ускоренных лазерным излучением. Рассмотрены механизмы ускорения микрочастиц лазерным излучением. Наиболее вероятны абляционный н связанный с микровзрывом материала микрочастицы механизмы ускорения твердых микрочастиц лазерным излучением.

Предложена феноменологическая модель разрушения композитных материалов (в том числе и твердых биотканей) потоком абразивных микрочастиц.

Представлены результаты изучения закономерностей ускорения сапфировых микрочастиц, находящихся в порошке или в суспензии, излучением YAG:Er или YAG:Nd лазеров. Создана методика и экспериментальная установка для измерения скорости ускоряемых лазерным излучением микрочастиц. Экспериментально показано, что средняя скорость движения микрочастиц, ускоряемых излучением YAG:Er лазера, зависит от диаметра (характерного размера) микрочастиц. Для микрочастиц диаметром J2mkm, ускоряемых из порошка, и энергии лазерного импульса 0.6 Дж средняя скорость движения микрочастиц составила величину порядка 450 м/с, а для микрочастиц диаметром 160 мкм — 210 м/с. Максимальные скорости и самые низкие пороги начала движения (перемещения) достигаются при облучетш микрочастиц, находящихся в водной суспензии. Для микрочастиц диаметром 12 мкм, ускоряемых из водной суспензии, средняя скорость движения микрочастиц достигала величины порядка 600 м/с. С увеличением диаметра микрочастицы средняя скорость ее движения падает. Кинетическая энергия микрочастицы, которая пропорциональна ее объему и квадрату скорости, может при этом возрастать. Пороговое значение плотности энергии, необходимое для ускорения микрочастицы, зависит от длины волны, толщины слоя порошка или суспензии, от размеров микрочастиц. Скорость движения микрочастицы возрастает с ростом энергии и плотности энергии лазерного излучения. Скорость движения микрочастицы снижается по мере удаления от области взаимодействия.

Измерена эффективность удаления эмали и дентина зуба человека при совместном воздействии YAG:Er или YA.G:Nd лазерного излучения и

ускоряемых этим излучением сапфировых микрочастиц. Эффективность удаления эмали зависит от размера сапфировых микрочастиц. Эта зависимость имеет экстремум. Наиболее эффективны сапфировые микрочастицы с характерным размером до 40 мкм. Эффективность удаления эмали зависит от концентрации сапфировых микрочастиц в водной суспензии. Эта зависимость также имеет экстремум. Наиболее эффективны объемные концентрации микрочастицы/вода близкие к 1:10. При обработке эмали зуба человека субмиллисекундным импульсом УАО:Ег лазера с плотностью энергии 150Дж/см2 одновременная подача в зону обработки водной суспензии сапфировых микрочастиц диаметром 27 мкм в объемном соотношении микрочастицы/вода равном 1:10 приводит к увеличению эффективности удаления эмали, практически в 2.5 раза по сравнению с эффективностью удаления эмали при подаче в зону обработки только воды.

В экспериментах обнаружено, что при воздействии излучения УАО:Ег лазера на эмаль образуются твердые микрочастицы, средний размер которых соответствует 15-К20 мкм, а максимальный размер достигает 200 мкм. Эти микрочастицы способны разрушать интактную эмаль. В эксперименте доказано, что эффективность удаления эмали под действием только микрочастиц, сформированных при разрушении эмали импульсами УАО:Ег лазера, равна эффективности удаления эмали под действием только лазерного излучения.

Описана лазерная технология обработки твердых тканей зуба, предполагающая периодическую эффективную очистку лазерного кратера от продуктов лазерного разрушения или «метод трех импульсов» (МТИ). Отмечено, что эффективность удаления (абляции) твердой ткани зуба уменьшается с ростом глубины формируемого кратера, а немаловажным эффектом, который существенно влияет на ослабление эффективности удаления, является эффект накопления продуктов лазерного разрушения на дне лазерного кратера. В экспериментах показано, что слой продуктов лазерного разрушения толщиной порядка 200 мкм уменьшает эффективность удаления твердой зубной ткани на 20-К30%. Впервые для обработки твердых тканей зуба предложен «метод трех импульсов» (МТИ). Название МТИ подразумевает импульсную подачу в зону обработки трех субстанций (воды, воздуха и лазерного излучения) в определенной последовательности. МТИ включает пять стадий. На первой стадии оптическая насадка, по которой излучение лазера подается в зону обработки, приводится в плотный контакт с биотканью. На второй стадии лазерное излучение воздействует на биоткань, происходит лазерная абляция биоткани. При этом формируется кратер и образуются продуктов разрушения, которые оседают на дне кратера. Сразу после лазерного импульса в зону обработки может быть подан импульс воды. На третьей стадии насадка удаляется из образовавшегося кратера, при этом

подача соды может не прекращаться. На четвертой стадии в кратер под давлением подаются воздух и вода, которые удаляют продукты разрушения и увлажняют поверхность стенок кратера. На пятой стадии подача воды и воздуха может быть прекращена и насадка опускается в кратер до тех пор, пока не возникнет контакта между поверхностью насадки и поверхностью кратера. Далее цикл повторяется. Создана экспериментальная установка, реализующая идею «метода трех импульсов». Исследованы основные закономерности работы созданной установки. В экспериментах установлено, что МТИ позволяет увеличить эффективность удаления эмали зуба человека по сравнению с эффективностью удаления эмали при контактном режиме обработки с внешним водяным орошением в 2^-3.3 раза при изменении плотности энергии лазерного излучения от 150 Дж/см2 до 50 Дж/см2. МТИ позволяет увеличить эффективность удаления дентина зуба человека по сравнению с эффективностью удаления дентина при контактном режиме обработки с внешним водяным орошением в 1.14^-1.33 раза при изменении плотности энергии лазерного излучения от 150 Дж/см2 до 50 Дж/см*.

Рассмотрена лазерная технология повышения адгезии пломбировочных материалов к твердым тканям зуба человека за счет создания текстур. Текстуры представляют собой регулярную последовательность микрократеров, которые образуются в результате лазерной абляции при сканировании по поверхности материала лазерного микропучка. Показано, что текстуры, созданные на поверхности эмали излучением одномодового YAG:Er лазера, позволяют в системе эмаль/''Rcvclution" ("Kerr", США) увеличить усилие на сдвиг практически в три раза. Отмечается, что для фиксированного расстояния между центрами микрократсров в текстуре адгезия тем выше, чем больше диаметр микродефекта.

Разработан, реализован и апробирован алгоритм работы системы обратной связи, адаптирующей параметры лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани на базе анализа спектрально-энергетических параметров лазериндуцированного акустического сигнала. Предложено для одновременной регистрации оптического и акустического сигналов при обработке зуба человека использовать проходные тонкопленочные датчики из полпвинилиденфторида (Г1ВДФ), расположенные на образующей оптического волокна, находящегося в непосредственном контакте с биотканью.

Описана лазерная технология повышения микротвердости и кислотной резистентности твердых тканей зуба человека. В основе технологии лежит эффект неоднородного расширения эмалевых призм и межпризменных промежутков в поле лазерного излучения. Различия в теплофизических свойствах этих структур эмали приводят к увеличению объема призм и уменьшению объема межпризменных промежутков. После снятия лазерного

воздействия фиксируется отличная от интактной структура эмали, с большим удельным объемом призм и, как следствие, с большей микротвердостью и кислотной резистентностью. В рамках технологии производят очистку и облучение зуба импульсным лазерным излучением в режиме свободной генерации. Предполагается, что поверхность зуба облучают не дольше чем 100 с сериями импульсов излучения с длиной волны из диапазона (0.3-5-1.3 mkm)U(1.6-^2.8 mkm)U(3 .2-^9.6 мкм) с перерывом между сериями не менее 1 сек., плотностью энергии в импульсе из диапазона от 10 Дж/см2 до 200 Дж/см2, причем произведение числа импульсов в каждой серии на плотность энергии в импульсе не превышает 2000 Дж/см2.

В пятой главе диссертации описаны основные характеристики современных лазерных систем для обработки твердых биотканей и лазерных систем, в создании которых непосредственное участие принимал автор настоящей диссертационной работы. Конкурентные преимущества этих лазерных систем в значительной мере базируются на том, насколько полно при их разработке удалось учесть рекомендации автора настоящей диссертационной работы, воплотить возможности систем управления с обратными связями, анализирующими лазериндуцированные сигналы, поведение которых описано в настоящей диссертации, а также использовать возможности, которые открывают для увеличения скорости обработки твердых биотканей лазерно-абразивный метод и метод трех импульсов. При непосредственном участии автора настоящей диссертации была разработана первая в мире многоволновая стоматологическая лазерная станция «Опух Multiwave» ("Laser Medical Systems" GmbH (Австрия)). Клинически была показана возможность проведения эффективной и безболезненной терапии кариеса (in vivo) излучением эрбиевого лазера станции «Опух Multiwave». Разработана первая в РФ стоматологическая лазерная система «Лазма-1» (ЗАО "УНП Лазерный Центр ИТМО" (Россия)). В ходе клинических испытаний было показано, что «Лазма-1» с длиной волны лазерного излучения 2.94 мкм может использоваться в терапевтической стоматологии для препарирования зубов при лечении по поводу кариеса и не кариозных поражений, обеспечивает эффективную абляцию пораженных эмали и дентина зуба человека, не вызывает болевых ощущений во время препарирования зубов и не вызывает осложнений в отдаленные сроки. Разработана первая в мире многоволновая лазерная стоматологическая система с диодной накачкой «atLase» ("Dental Photonics" Inc. (США)). Предклинические испытания показали, что «atLase» с длиной волны 0.97 мкм и 2.83 мкм может использоваться для обработки мягких и твердых тканей полости рта.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты исследований, 'их практическая ценность и выводы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Разработана сотовая оптико-физическая модель воздействия лазерного излучения на эмаль зуба человека, учитывающая особенности строения эмали. Математическое моделирование с привлечением разработанной модели позволило описать структурные изменения, оценить порог термомеханической абляции, порог разрушения структурного элемента эмали и эффективность лазерной абляции эмали зуба человека излучением эрбиевого лазера.

2. Предложена теоретическая модель лазерного разрушения твердых тканей зуба с использованием полуфеноменологического подхода на основе решения квазистационарной одномерной линейной задачи Стефана с использованием в качестве скрытой теплоты испарения данных о скрытой теплоте разрушения. Математическое моделирование позволило сравнить между собой поля температур, формируемые в твердых тканях зуба излучением с различным поглощением и различной плотностью мощности, и выбрать источник, наиболее эффективно нагревающий твердые ткани зуба.

3. Исследована абляция твердых тканей зуба человека излучением субмиллисекундных импульсов ТЕМЮШ эрбиевых лазеров. Предложен, реализован и апробирован метод лазерной обработки твердых биотканей, сочетающий структурированное во времени воздействие лазерного излучения, водяного и воздушного потоков, позволивший значительно увеличить эффективность удаления эмали зуба человека.

4. Исследована абляция твердых тканей зуба человека излучением субмиллисекундных импульсов ТЕМоо эрбиевых лазеров. Предложен метод повышения адгезионной способности поверхности эмали или дентина зуба. Предложен метод формирования в зубе микроотверстий с высоким аспектньм соотношением, при тхутствии карбонизации

5. Изучено влияние толщины водяной пленки, создаваемой внешней системой орошения на поверхности зуба, на эффективность удаления твердых тканей зуба излучением ТЕМтт УАО:Ег лазера. Обнаружен максимум в зависимости эффективности удаления твердой ткани зуба от толщины водяной пленки.

6. Исследованы эффекты, сопровождающие воздействие на твердые ткани зуба излучения субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона спектра с плотностью энергии ниже порога абляции эмали. Предложен метод управления свойствами эмали с помощью лазерного излучения, направленный на профилактику кариеса и состоящий в воздействии на эмаль зуба импульсного излучения УАО:Ш или

УАО:Сг;Тт;Но лазеров с плотностью энергии ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба

7. Исследованы оптические спектры поглощения интактных эмали и дентина зуба человека и продуктов:их лазерного разрушения, установлено, что:

а) наибольшее различие в спектрах поглощения эмали и дентина наблюдается в УФ и Ж области.

б) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных е результате лазерной обработки эмали или дентина без водяного орошения, отличаются от спектра поглощения интактной эмали;

в) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных в результате лазерной обработки эмали с водяным орошением, не отличаются от спектров поглощения интактной эмали;

г) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных в результате лазерной обработки дентина с водяным орошением, отличаются от спектра поглощения интактного дентина.

8. Определено, что при нагреве эмали в диапазоне температур от -¡-20"С до +700°С происходит существенная деформация спектра в диапазоне длин волн 2.5+3.5 мкм.

9. Исследован импульс отдачи, возникающий при лазерной абляции твердых тканей зуба человека. При одинаковых плотностях энергии лазерного излучения импульс отдачи, возникающий при воздействии излучения одномодового субмиллисекундного эрбиевого лазера на эмаль на порядок меньше, чем импульс отдачи, возникающий при воздействии многомодового субмиллисекундного эрбиевого лазера.

а) структура и интенсивность по:тос спектра свечения эрозионного факела существенно зависят от длины волны лазерного излучения и от тина облучаемой биоткани;

б) свечение эрозионного факела синхронизировано во времени с пичками лазерного излучения;

11. Исследован лазериндуцированный акустический сигнал, возникающий при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани излучения лазеров среднего инфракрасного диапазона спектра. Предложен, реализован и апробирован алгоритм работы системы обратной связи, адаптирующей параметры лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани на базе анализа спектрально-энергетических параметров лазериндуцированного акустического сигнала.

12. Исследована взаимосвязь энергетических и спектральных параметров лазерного излучения с кинетическими характеристиками ускоряемых этим

лазерным излучением твердых микрочастиц. Предложен, реализован и апробирован метод лазерной обработки твердых биотканей, сочетающий одновременное воздействие лазерного излучения и потока абразивных микрочастиц, приводящий к существенному увеличению эффективности удаления твердой биоткани.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:

1. Altshuler G.B., Belikov А.V., ErofeevA.V. Laser treatment of enamel and dentine by different Er-Iasers // Proc. SPIE. - 1994. - V. 2128. - P. 273-281.

2. Altshuler G.B, Belikov A.V., Gagarskiy S.V., Erofeev A.V., Parakhuda S.E. Peculiarities of temporal structure of erbium lasers // Proc. SPIE. - 1994. -V. 1984.-P. 190-200.

3. Беликов A.B., Сандуленко A.B., Скрипник A.B., ТкачукА.М. Исследование абляции твердых тканей зуба человека излучением YAG:Cr,Tm,Er лазера (?„=2.69 мкм) // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21, № 2. -С. 11-16.

4. Беликов А.В., Ерофеев А.В., Скрипник А.В. Особенности теплового отклика пульпы при лазерной обработке эмали и дентина // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21, N° 9. - С. 32-36.

5. Беликов А.В., Мороз Б.Т., Скрипник А.В. Исследование активности бактерий в продуктах лазерного разрушения эмали и дентина зуба человека // Стоматолопш. - 1995. - № 6. - С. 32-34.

6. Altshuler G.B., Belikov A.V„ SlavichekR., TraxlerM., HilgersD.C., Boutoussov D.M. Comparative research of processing of tooth root canals by Nd:YAG and Ho:YAG laser emission // Proc. SPIE. - 1995. -V. 2623. -P. 155-163

7. Altshuler G.B., Belikov A.V., SlavichekR., TraxlerM., HilgersD.C., Boutoussov D.M. Conditioning of tooth enamel surface by radiation of Nd:YAG and Ho: Y AG lasers // Proc. SPIE. - 1995.. - V. 2623. - P. 169-178.

8. Altshuler G.B., Belikov A.V., Skrypnik A.V., Erofeev A.V. Physical aspects of cavity formation of Er-laser radiation // Proc. SPIE. - 1995. -V.2394. -P. 211-222.

9. Belikov A.V., Skrypnik A.V., Novlkov A.G. Identification of enamel and dentin under tooth laser treatment // Proc. SPIE. - 1995. - V. 2623. - P. 109-116.

ЮАльтшулер Г.Б., Беликов A.B., Скрипник A.B., ГъдевЗ.И., Ерофеев А.В,, Кичайкина Н.А. Исследование акустического сигнала при обработке эмали

и дентина зуба человека субмиллисекундяыми импульсами YSGG:Cr;Er лазера // Изв. вузов. Приборостроение. - 1996., - Т. 39, № 2. - С. 13-20.

lLAltshulerG.B., BelikovA.V., SkrypnikA.V., Erofeev A.V. Research of hard tooth tissue acoustic response under contact YAG: Er laser radiation processing // Proc. SPIE. - 1996. - V. 2922. - P. 228-232.

12.AltshulerG.B., BelikovA.V., MorozB.T., PavlovskayaI.V. Investigation of IR absorption spectra of oral cavity bacteria // Proc. SPIE. - 1996. - V. 2922. -P. 113-118.

13.Беликов A.B., Ерофеев A.B., Синельник Ю.А., СуденковЮ.В. Исследование особенностей регистрации акустической волны в жидкости с помощью волоконного пьезодатчика // Письма в ЖТФ. -1997. -Т, 23.№ 3. - С. 54-58.

14.Альтшулер Г.Б., Беликов А.В., Скрипник А.В., Ерофеев А.В., Волков С.А., Карасёв В.Б. Влияние водяного орошения на эффективность лазерного удаления твёрдых тканей зуба человека // Журнал "Конверсия". - 1997.-Т. 10. - С. 66-67.

15.Беликов А.В., Ерофеев А.В., Скрипник А.В., Синельник Ю.А., Суденков Ю.В. Новый волоконный акустический датчик лазерной энергии // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т. 23, № 3. - С. 59-63.

16.Способ обработки твердых тканей зуба лазерным излучением и устройство для его осуществления: Пат. №2089126 РФ / Альтшулер Г.Б., Беликов А.В., Ерофеев А.В.; приоритет 11.04.94; дата выдачи 10.09.97.

17.Altshuler G.B., BelikovA.V., SkrypnikA.V., BalineV.N., GookA.S., Kropotov S.P., Selivanov V.L. Results of clinical application of YAG: Er laser in dentistry U Proc. SPIE. - 1998. - V. 3564. - P. 194-196.

18.Belikov A.V., Ermolayeva L.A., VlasovaS.N., SinelnikY.A. Improvement of marginal adaptation of composite restorations by means of YAG:Nd laser radiation // Proc. SPIE. - 1998. - V. 3564. - P. 201-203.

19.Беликов A.B., Воронцов B.B., Ерофеев A.B., Иванов Н.В., ЛорицМВ., Мурзян А.Г., Скрипник А.В. Акустичеаагй мониторинг лазерного разрушения твердых биотканей // Оптический журнал. - 1998. -Т.65, №10. - С.97-101.

20.Устройство для обработки материалов (преимущественно биологических) лазерным излучением (варианты): Пат. №2142831 РФ. Беликов А.В., Ерофеев А.В., Судьенков Ю.В.; приоритет 09.02.98; дата выдачи 20.12.99.

21.AltshulerG.B., BelikovA.V., Chernavin I.I. A comparison of three methods for the diagnosis of sound, stained, and carious dentine: conventional, mechanico-acoustic, and laser-acoustic methods // Journal of Clinical Laser Medicine and Surgery. - 1999. - V. 17, № 3. - P. 115-119.

22.Belikov A.V., Prikhodko C.V. YAG:Nd3+ and YAG:Ho3' submillisecond laser pulse interaction with biological tissues and study of laser-induced thermo-optical signals induced thermo-optical signals // Proc. SPIE. - 2000. - V. 4241.

- P. 54-57.

23.Method for treating materials, especially biological tissues, using light, induction and device for realizing the same: Pat. EP00976421A1 / Altshulcr G.B., Belikov A.V.; 02.02.00.

24Altshuler G.B., Belikov A.V., Sinelnik Y.A. A Laser-Abrasive Method for the Cutting of Enamel and Dentin // Lasers in Surgeiy and Medicine. -2001.

- V. 28. - P. 435-444.

25.Беликов A.B., Приходько K.B. Основные направления развития лазерных медицинских систем с обратными связями // Изв. Вузов. Приборостроение. -2001.-Т. 44, №6. - С. 36-41.

26.Altshuier G.B., Belikov A.V., Skrypni.k A.V., Parakhuda S.E., Chemavinl.I. An improved method of Er :YAG laser treatment of hard dental tissue // Proc. of International Congress Series: Lasers in Dentistry, Revolution of Dental Treatment in the New Millennium. - 2003. - V. 1248. - P. 127-129.

27.Беликов A.B., Приходько K.B., Смолянская O.A., Протасов B.A. Температурная динамика оптических свойств липидов in vitro // Оптический Журнал. - 2003. - Т. 70, № 11. - С.55-58.

28.Беликов А.В. Динамика твердых макрочастиц, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО: Теория и практика современных технологий.

- 2004. ~№ 15. -С. 19-23.

29.Беликов А.В., СкрипникА.В. Термостимулированная диффузия пишевых кислот гидроксилапатите // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО: Теория и практика современных технологий. ~ 2004. - № 15. - С. 23-27.

30.Беликов А.В. Разрушение композитных материалов под действием частиц, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // Научно-технический вестнш< СПбГУ ИТМО: Теория и практика современных технологий. - 2004. - № 15. - С. 27-30.

31.Беликов А.В., СкрипникА.В. Лазер-кислотный способ удаления зуба эмали человека /У Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО: Исследование в области физики и оптики. - 2005. - № 18. - С. 10-14.

32.Белкков А.В. Исследование динамики частиц AI2O3, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // ЖТФ. - 2005. - Т. 75, № 5. - С. 137-139.

33.Беликов А.В., КарасёвВ.Б., Назаров В.В., Приходько К.В., Скрипник А.В., Солунин А.А., Хлопонин JI.B., Храмов В.Ю. Исследование особенностей взаимодействия оптического излучения с элементами

лазерных систем и биологическим объектами. // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО: Актуальные проблемы современных оптико-информационных систем и технологий. -2005. -№21. - С. 65-75.

34.Беликов А.В., Карасёв В.Б., Пушкарева А.Е., Скрипник А.В., Тихонов С.В., ЧуйкоВ.А. Исследование взаимодействия оптического излучения с элементами лазерных систем и биологическими объектами. Лазерная модификация поверхности эмали зуба человека // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО: Фундаментальные и прикладные исследования информационных систем и технологий. -2006.-№30.-С. 56-64.

35.0ral appliance with heat transfer mechanism: Pat. CA2589817 (Al) /Altshuler G.B., Belikov A.V, Erofeev A.V; 15.06.06.

36.Device for the therapeutic and cosmetic photo-processing of biological tissue and method for using the same: Pat. US7097656 (Bl) / AcopovL.I., Belikov A.V., Birjuchinsky S.B., Inochkin M.V.; 29.08.05.

37.Method and apparatus for tooth rejuvenation and hard tissue modification: Pat. US2007160958 (Al) / Altshuler G.B., Belikov A.V.; 12.07.07.

38.DermatologicaI treatment device: Pat. EP1858588 (A2) / Altshuler G.B., Belikov A.V., Erofeev A.V., O'Shea Liam, Yaroslavsky I.; 28.11.07.

39.Беликов A.B., Карасёв В.Б., Пушкарёва A.E., Скрипник A.B., Смирнов М.З., Овчаренко Я.С., Храмов В.Ю. Оптимизация воздействия лазерного излучения на мягкие биоткани // Оптический журнал. -2008. -Т. 75, № 1.-С. 11-14.

40.Беликов А.В., Мороз Б.Т., Федотов Д.Ю., КретцерЮ.Л. Изучение соотношения Са/Р в интактной и кариозной эмали и дентине зубов после воздействия YAG: Ег лазерным излучением // Научно-практический журнал Институт Стоматологии. - 2008. - №1 (38). - С. 110.

41.Method and apparatus for processing hard material: Pat. US2008003536 (Al) / Altshuler G.B., Belikov A.V.; 03.01.08.

42.Method and apparatus for processing hard material: Pat. US2008021441 (Al) / Altshuler G.B., Belikov A.V.; 24.01.08.

43 .Method and apparatus for processing hard material: Pat. AT410965(T) / Altshuler G.B., Belikov A.V.; 15.10.08.

44.Method and apparatus for treatment of solid material including hard tissue: Pat. US2008262577 (Al) / Altshuler G.B., Belikov A.V., Khramov V.Y.; 23.10.08.

45.Metbod and apparatus for tooth rejuvenation and hard tissue modification: Pat. US2008280260 (A 1)/Altshuler G.B., Belikov A. V., Grishin V.V.; 13.11.08.

46.Belikov A.V., SkrypnikA.V., Zhoiobova E.P. Comparative study of human hard tooth tissues removal efficiency by Er-laser pulses with different temporal structure//Proc. SPIE. -2008. -V. 6791. - P. 67910U-1-67910U-7.

47.Беликов A.B., Мороз Б.Т., Федотов Д.Ю., Шатилова K.B., КретцерЮЛ. Исследование влияния лазерного излучения на диффузию Ca и Р в твердые ткани зуба // Научно-практический журнал Институт Стоматологии.

- 2009. - № 3 (44). - С. 80.

48.Беликов A.B., Жолобова Е.П., Скрипник A.B., СтрунинаТ.В. Исследование эффективности разрушения эмали зуба человека одномодовым излучением YAG: Er лазера И Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2009. - №02 (60). - С. 51 -58.

49.Belikov A.V., SkrypnikA.V., Shatilova К.V. YAG: Er laser texturing of human teeth hard tissue surface // Proc. SPIE. - 2010. - V. 7547. - P. 7547051-754705-6.

50.Беликов A.B., Пушкарева A.B., Скрипник A.B., СтрунинаТ.В., Шатилова K.B. Лазерное текстурирование поверхностей материалов // Изв. вузов. Приборостроение. - 2010. - Т. 53, 4. - С. 52-56.

51.Беликов A.B., Скрипник A.B., Шатилова К.В. Исследование динамики спектров поглощения эмали и дентина зуба человека при нагреве и абляции излучением субмиллисекундных импульсов эрбиевого лазера с длиной волны генерации 2.79 мкм // Оптика и спектроскопия. -2010. -Т. 109,№2.-С. 241-246.

52. Беликов A.B., Храмов В.Ю. Перспективы развития инновационных направлений исследований в области лазерных систем и биомедицинских оптических технологий // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО.

- 2010. - N° 5 (69). - С. 110-114.

53. Беликов A.B., Скрипник A.B., СтрунинаТ.В., Шатилова К.В. Исследование процессов воздействия оптического излучения на биологические ткани и элементы лазерных систем // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2011. - № 4 (74). - С. 107-112.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждена «Университетские телекоммуникации» 197101. Санкт-Пегербург, Саблинская ул.. 14 Тел.(812)233 46 69. ' Объем 2,0 у.п.л. Тираж 100 Ж1.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Беликов, Андрей Вячеславович

Введение

Глава 1. Оптико-физические параметры и результаты исследований лазерной абляции твердых биотканей.

1.1. Строение и оптико-физические свойства твердых биотканей (эмаль и дентин зуба человека).

1.2. Экспериментальные и теоретические исследования лазерной абляции твердых тканей зуба.

1.3. Порог лазерного разрушения твердых тканей зуба человека излучением многомодовых лазеров на кристаллах, активированных ионами эрбия (эрбиевых лазеров).

1.4. Эффективность абляции твердых тканей зуба человека излучением многомодового YAG:Er лазера в контактном и неконтактном режимах обработки.

1.5. Эффективность абляции твердых тканей зуба человека излучением одномодового YAG:Er лазера в неконтактном режиме обработки.

1.6. Эффект внешнего водяного охлаждения при абляции твердых тканей зуба человека излучением YAG:Er лазера.

Глава 2. Оптико-физические механизмы и модели лазерной абляции твердых биотканей.

2.1. Оптико-физические механизмы абляции твердых тканей зуба человека излучением С02 и эрбиевых лазеров.

2.2. Квазистационарная тепловая оптико-физическая модель лазерной абляции твердых тканей зуба человека.

2.3. Сотовая оптико-физическая модель абляции эмали зуба человека излучением эрбиевых лазеров, учитывающая особенности ее строения.

Глава 3. Оптико-физические процессы при воздействии на твердые биоткани субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра.

3.1. Оптические спектры поглощения интактных эмали и дентина зуба человека.

3.2. Оптические спектры поглощения продуктов лазерной абляции эмали и дентина зуба человека излучением У8СО:Сг:Ег лазера.

3.3. Термоиндуцированная динамика оптического поглощения эмали зуба человека в области длин волн 2.5-3.5мкм.

3.4. Преобразования структуры и оптических свойств твердых тканей зуба человека при воздействии субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра с энергией ниже порога абляции.

3.5. Влияние спектральных и энергетических параметров субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра на микротвердость и кислотную резистентность эмали зуба человека.

3.6. Динамика спектров свечения эрозионного факела при воздействии на твердые биоткани субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра.

3.7. Динамика спектральных и энергетических характеристик импульса отдачи при воздействии на твердые биоткани субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра.

3.8. Динамика спектральных, энергетических и временных характеристик оптоакустического сигнала при воздействии на твердые биоткани субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра.

Глава 4. Оптико-физические процессы в современных лазерных технологиях обработки твердых биотканей.

4.1. Оптико-физическое исследование характеристик движущихся в поле субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра внешних микрочастиц.

4.2. Исследование возможности использования лазериндуцированных абразивных микрочастиц, формирующихся в процессе абляции для лазерной технологии обработки твердых тканей зуба человека.

4.3. Лазерная технология обработки твердых тканей зуба, предполагающая периодическую эффективную очистку лазерного кратера от продуктов лазерного разрушения, или «метод трех импульсов» (МТИ).

4.4. Особенности пространственного распределение энергии лазерного излучения и лазерная технология повышения адгезии пломбировочных материалов к твердым тканям зуба человека.

4.5. Классификация и алгоритм работы системы обратной связи для лазерной технологии обработки твердых тканей.

4.6. Оптико-физические процессы и устройство для лазерной технологии повышения микротвердости и кислотной резистентности твердых тканей зуба человека.

Глава 5. Лазерные системы для обработки твердых биотканей.

5.1. Лазеры для обработки твердых тканей.

5.2. «Onyx Multiwave» - лазерная станция компании "Laser Medical Systems" GmbH (Австрия).

5.3. «Лазма-1» - лазерная система ЗАО "УНП Лазерный Центр ИТМО" (Россия).

5.4. «atLase» - лазерная система компании "Dental Photonics" Inc. (США). 312 Заключение 318 Библиографический список использованной литературы

Введение диссертация по физике, на тему "Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани"

Для обработки твердых биотканей широко используют лазерное излучение с субмиллисекундной длительностью импульса и длиной волны (к), которая лежит в средней инфракрасной области оптического спектра. К таким лазерам можно отнести лазеры на кристаллах, активированных ионами неодима, гольмия или эрбия, работающие в режиме свободной генерации. Взаимодействие излучения этих лазеров с твердыми биотканями сопровождается целым рядом оптико-физических процессов, из которых для эффективной деструкции наиболее важным является взрывной процесс удаления биоткани, который называют абляцией. Излучение лазеров на кристаллах, активированных ионами эрбия, (эрбиевых лазеров) наиболее эффективно поглощается структурами твердых биотканей и производит их абляцию при наименьших энергетических затратах. Наибольший практический интерес вызывает использование субмиллисекундных эрбиевых лазеров для обработки твердых тканей зуба человека и животных. Однако скорость формирования полостей в твердых тканях зуба при их абляции излучением субмиллисекундных эрбиевых лазеров уступает скорости формирования полостей с помощью высокооборотной турбины. Попытки форсирования энергии лазерного излучения приводят к образованию трещин вокруг обрабатываемой полости, что недопустимо, т.к. они нарушают целостность окружающей место воздействия интактной биоткани и тем самым ослабляют ее функцию.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью создания новых эффективных методов лазерной обработки твердых биотканей, к которым относятся эмаль и дентин зуба человека.

К моменту начала настоящей работы (1994 г.) в литературе сведения о механизмах воздействия лазерного излучения на твердые биоткани были крайне противоречивы, отсутствовали теоретические модели лазерного воздействия, учитывающие особенности строения твердых биотканей. Также отсутствовали экспериментальные данные о порогах и эффективности лазерного удаления (абляции) твердых биотканей излучением УЪР:Ег (^=2.83 мкм) и УАО:Сг:Тш:Ег (к=2.69 мкм) лазеров; об эффективности лазерного удаления твердых биотканей с и без внешнего водяного орошения, при контактном и неконтактном воздействии; о преобразованиях, природе и характеристиках оптико-физических процессов, протекающих в твердых биотканях при воздействии субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона спектра с плотностями энергии ниже порога лазерной абляции и оптико-физических процессов, сопровождающих лазерную абляцию твердых биотканей и т.п. Ясно, что без этой информации невозможно создание эффективных биомедицинских технологий для обработки твердых биотканей лазерным излучением.

Уже первые исследования показали, что процесс абляции твердых биотканей субмиллисекундными лазерными импульсами состоит из нескольких стадий: лазерное излучение поглощается биотканью, поглощенное излучение стимулирует нагрев и разрушение биоткани, продукты разрушения (абляции) покидают зону обработки. На каждой из стадий оптико-физические свойства биоткани изменяются. Результат лазерного воздействия зависит от того, насколько лазерная система адекватна этим изменениям. Регистрация оптико-физических процессов при лазерном воздействии на твердые биоткани, получение информации о состоянии биоткани, подвергшейся лазерному воздействию, создание алгоритмов обработки этой информации и введение в систему управления работой лазера обратных связей позволяет оптимизировать процесс воздействия лазерного излучения на твердые биоткани. Оптимизация лазерной абляции может включать в себя не только оптимизацию параметров лазерного излучения, но и оптимизацию процессов, вызванных этим излучением. Например, в результате лазерной абляции твердых биотканей образуются продукты разрушения в виде твердых микрочастиц, которые могут как снижать эффективность абляции, ослабляя лазерное излучение, так и не влиять на эффективность абляции при их своевременной эвакуации из зоны обработки или повышать эффективность абляции биоткани при их возвращении обратно в зону обработки.

Основной целью диссертационной работы является исследование оптико-физических процессов, происходящих при воздействии субмиллисекундных импульсов лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона оптического спектра на твердые биоткани, и создание на его основе новых методов их эффективной лазерной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать оптические спектры поглощения иитактных и измененных в процессе лазерного воздействия или нагрева твердых тканей зуба;

- изучить закономерности совместного воздействия лазерного излучения, водяного и воздушного потоков на твердые ткани зуба. Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе были использованы как стандартные методы исследования процессов взаимодействия лазерного излучения с биотканями (оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микрозондовый анализ), так и специально адаптированные для целей настоящей работы оптико-физические методы исследования, такие как оптическая и акустическая спектроскопия, цифровая фотосъемка с высоким временным разрешением, контактная термометрия, акустометрия, фотометрия, а также другие методы.

Научная новизна состоит в том, что в настоящей работе впервые:

2. Исследовано поведение пиков поглощения свободной и связанной воды в оптических спектрах поглощения эмали зуба при ее нагреве от +20°С до +700°С. Установлено, что коэффициент поглощения эмали в области длин волн от 2.5 мкм до 3.5 мкм с ростом температуры нелинейно уменьшается. Показано, что данный оптико-физический процесс может оказывать существенное влияние на динамику воздействия излучения эрбиевых лазеров на твердые биоткани.

3. Установлено, что при воздействии на твердые ткани зуба человека излучения эрбиевого лазера образуются продукты лазерной абляции в виде микрочастиц с размером до 200 мкм, оптические спектры поглощения которых отличаются от оптических спектров поглощения интактных твердых тканей зуба человека тем, что в продуктах абляции наблюдается существенный рост поглощения оптического излучения, связанный с карбонизацией органической компоненты ткани, а также отсутствует пик поглощения ОН-групп, что свидетельствует о разрушении этого типа связи в процессе абляции. Одновременное с лазерным воздействием орошение обрабатываемой твердой ткани потоком воды приводит к формированию продуктов лазерной абляции, оптические спектры поглощения которых не отличаются от оптических спектров поглощения интактных твердых тканей зуба человека.

5. Обнаружено, что метаморфизированный слой, образующийся у стенки полости, сформированной в результате локальной абляции эмали зуба человека излучением эрбиевого лазера, состоит из внешнего и внутреннего подслоев, отличающихся по структуре и микротвердости, при этом микротвердость внутреннего подслоя примерно в три раза выше микротвердости интактной эмали, а микротвердость внешнего подслоя неравномерна по толщине и ниже микротвердости интактной эмали.

6. Установлено, что при одинаковой плотности энергии и длительности импульса субмиллисекундного эрбиевого лазера эффективности абляции твердой ткани зуба излучением одномодового лазера и многомодового лазера практически совпадают, импульс отдачи, возникающий при воздействии излучения одномодового лазера на эмаль, на порядок меньше чем импульс отдачи, возникающий при воздействии многомодового лазера, а аспектное соотношение отверстий, формируемых в твердых тканях зуба при воздействии излучения одномодового лазера, может в 20 раз превышать аспектное соотношение отверстий, формируемых в твердых тканях зуба при воздействии излучения многомодового лазера.

8. Показано, что облучение эмали зуба человека импульсами УАО:Кс1

А,=1.064 мкм) или УАО:Сг;Тт;Но (^=2.088 мкм) лазеров с плотностью

2 2 энергии в импульсе из диапазона от 10 Дж/см до 200 Дж/см , но ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба приводит к увеличению микротвердости эмали в 1.5 раза.

Можно сформулировать следующие защищаемые положения:

Эффективность удаления эмали зуба под воздействием только этих микрочастиц соизмерима с эффективностью удаления эмали зуба под воздействием только падающего на эмаль излучения эрбиевого лазера.

4. При воздействии субмиллисекундных импульсов лазеров среднего инфракрасного диапазона спектра на твердые ткани зуба синхронно с пичками лазерного излучения формируется эрозионный факел. Интенсивность и оптический спектр свечения эрозионного факела, полученного при лазерной абляции эмали или дентина зуба, существенно различаются, что позволяет надежно идентифицировать обрабатываемую твердую биоткань.

5. Воздействие излучения эрбиевого лазера на твердые ткани зуба сопровождается акустическим сигналом, частота которого локализована в диапазоне 10-И 50 кГц. Параметры акустического сигнала (интенсивность, время задержки возникновения по отношению к началу лазерного импульса, форма огибающей акустического спектра), полученного при лазерной абляции эмали или дентина зуба, существенно различаются, что позволяет надежно идентифицировать обрабатываемую твердую биоткань.

6. При строго определенном, согласованном во времени периодическом импульсном воздействии на твердую биоткань лазерного излучения, водяного и воздушного потоков эффективность удаления твердой биоткани субмиллисекундными импульсами эрбиевого лазера может быть увеличена практически в три раза по сравнению с эффективностью удаления при совместном воздействии на твердую биоткань только лазерного излучения и водяного потока.

7. Под воздействием одномодовых субмиллисекундных импульсов эрбиевого лазера в твердых тканях зуба формируют микроотверстия с диаметром порядка 100 мкм, аспектным соотношением в эмали порядка 7:1 и в дентине порядка 21:1 при отсутствии карбонизации.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что:

6. Предложен новый метод управления свойствами эмали с помощью лазерного излучения, направленный на профилактику кариеса и состоящий в воздействии на эмаль зуба импульсного излучения YAG:Nd или YAG:Cr;Tm;Ho лазеров с плотностью энергии ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях: Международная конференция "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, Россия, 2000, 2010); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'95 (Barcelona, Spain, 1995); International conference BiOs Biomedical Optics'95 (San Francisco, USA,

1995); VIII International Conference Laser Application Engineering, (Pushkin, Russia, 1996); 5th International Congress on Lasers in Dentistry (Jerusalem, Israel,

1996); Международная конференция "Лазеры в медицине'97, '99" (Санкт-Петербург, Россия, 1997, 1999); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'98 (Stockholm, Sweden, 1998); International conference BiOs Biomedical Optics'98 (San Jose, USA, 1998); Научная конференция "Лазеры для медицины, биологии и экологии" (Санкт-Петербург, Россия, 1999); International conference BiOs Biomedical Optics'99 (San Jose, USA, 1999); Российская научно-практическая конференция "Оптика и научное приборостроение - 2000" (Санкт-Петербург, Россия, 2000); IX International Conference Laser Assisted Microtechnology (LAM-2000) (Санкт-Петербург, Россия, 2000); International conference EuroBiOs Biomedical Optics'OO (Amsterdam, Netherlands, 2000); Международная конференция Lasers, applications and technologies (LAT-2002, приглашенный доклад) (Moscow, Russia, 2002); 8th International Congress on Lasers in Dentistry (Yokogama, Japan, 2002); International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro-and Nanotechnologies (FLAMN-2007, 2010)" (Pushkin, Russia, 2007, 2010);

Международный симпозиум «Topical Problems of Biophotonics» (Нижний Новгород, Россия, 2007, 2011); International Conference "IADR/AADR/CADR (Miami, USA, 2009); 16th Annual Conference of Academy of Laser Dentistry (Las Vegas, USA, 2009); Международная конференция Saratov Fall Meeting (Саратов, Россия, 2003, 2007, 2009, 2010, 2011). Материалы трудов конференций опубликованы.

Результаты работы внедрены на предприятиях ЗАО «УНП Лазерный Центр ИТМО» (Россия), Laser Medical Systems GmbH (Австрия), Palomar Medical Technologies Inc. (США) и Dental Photonics Inc. (CHIA).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 работы, из них 25 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК: Оптический журнал, Оптика и спектроскопия, ЖТФ, Письма в ЖТФ, Стоматология, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики и др., а также публикации в зарубежных изданиях, включенных в систему цитирования Web of Science: Lasers in Surgery and Medicine (ISSN 0196-8092), 3 из этих работ подготовлены и опубликованы без соавторов. 14 работ опубликовано в журнале Proceedings of SPIE, входящем в системы цитирования SCOPUS и Chemical Abstracts. Получено 12 патентов, в том числе 10 международных.

Личный вклад автора заключался в том, что диссертация написана А.В.Беликовым лично. Все изложенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор осуществлял выбор направлений и постановку задач исследований, проведение расчетов, разработку и создание экспериментальных установок, проведение экспериментов и анализ полученных результатов исследований.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Основные результаты диссертации заключаются в следующем:

3. Исследована абляция твердых тканей зуба человека излучением субмиллисекундных импульсов ТЕМтт эрбиевых лазеров. Предложен, реализован и апробирован метод лазерной обработки твердых биотканей, сочетающий структурированное во времени воздействие лазерного излучения, водяного и воздушного потоков, позволивший значительно увеличить эффективность удаления эмали зуба человека.

4. Исследована абляция твердых тканей зуба человека излучением субмиллисекундных импульсов ТЕМоо эрбиевых лазеров. Предложен метод повышения адгезионной способности поверхности эмали или дентина зуба. Предложен метод формирования в зубе микроотверстий с высоким аспектным соотношением, не сопровождающийся карбонизацией тканей зуба.

7. Исследованы оптические спектры поглощения интактных эмали и дентина зуба человека и продуктов их лазерного разрушения, установлено, что: а) наибольшее различие в спектрах поглощения эмали и дентина наблюдается в УФ и РЖ области. б) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных в результате лазерной обработки эмали или дентина без водяного орошения, отличаются от спектра поглощения интактной эмали; в) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных в результате лазерной обработки эмали с водяным орошением, не отличаются от спектров поглощения интактной эмали; г) спектры поглощения продуктов разрушения, полученных в результате лазерной обработки дентина с водяным орошением, отличаются от спектра поглощения интактного дентина.

8. Определено, что при нагреве эмали в диапазоне температур от +20°С до +700°С происходит существенная деформация спектра в диапазоне длин волн 2.5-К3.5 мкм.

9. Исследован импульс отдачи, возникающий при лазерной абляции твердых тканей зуба человека. При одинаковых плотностях энергии лазерного излучения импульс отдачи, возникающий при воздействии излучения одномодового субмиллисекундного эрбиевого лазера на эмаль, на порядок меньше, чем импульс отдачи, возникающий при воздействии многомодового субмиллисекундного эрбиевого лазера.

10. Исследовано свечение эрозионного факела, возникающего при воздействии субмиллисекундных импульсов лазеров среднего инфракрасного диапазона спектра на твердые ткани зуба человека, и установлено, что: а) структура и интенсивность полос спектра свечения эрозионного факела существенно зависят от длины волны лазерного излучения и от типа облучаемой биоткани; б) свечение эрозионного факела синхронизировано во времени с пичками лазерного излучения;

12. Исследована взаимосвязь энергетических и спектральных параметров лазерного излучения с кинетическими характеристиками ускоряемых этим лазерным излучением твердых микрочастиц. Предложен, реализован и апробирован метод лазерной обработки твердых биотканей, сочетающий одновременное воздействие лазерного излучения и потока абразивных микрочастиц, приводящий к существенному увеличению эффективности удаления твердой биоткани.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что:

6. Предложен новый метод управления свойствами эмали с помощью лазерного излучения, направленный на профилактику кариеса и состоящий в воздействии на эмаль зуба импульсного излучения УАС:Ш или УАО:Сг;Тт;Но лазеров с плотностью энергии ниже порога карбонизации на эмаль-дентинной границе зуба.

Таким образом, в диссертации получены новые результаты и обоснованы положения, совокупность которых можно квалифицировать как крупное научное достижение в области исследования явлений при взаимодействии света с веществом, в том числе с твердыми биотканями. Проведенные автором исследования позволили разработать новые научно обоснованные методы лазерного воздействия на твердые биоткани, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие страны.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Беликов, Андрей Вячеславович, Санкт-Петербург

1. Tuchin V.V., Altshuler G.B. In Fundamentals and Applications of Biophotonics in Dentistry / Eds. Kishen A. and Asundi A. // Imperial College Press. London, 2007. - P. 256-300.

2. Прохончуков А.А., ЖижинаН.А. Лазеры в стоматологии. М.: Медицина, 1986. - 176 с.

3. Nanci A. Ten Cate's oral histology: development, structure, and function. Sixth Edition. London: Mosby, 2003. - 445 p.

4. Wigdor H.A., Walsh J.T., and Mostafi R. Effect of the C02 laser (9.6цт) on the dental pulp in humans // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry VI. -2000. -V. 3910. -P. 158-163.

5. Луцкая И.К., НовакН.В. Научное и клиническое обоснование восстановительной стоматологии // Новое в стоматологии. 2005. -№8(132).-С. 4-16

6. Данилина Т.Ф., Багмутов В.П., Славский Ю.И. Микротвердость тканей зуба как показатель их функциональной устойчивости в норме и при патологических состояниях // Стоматология. 1998. - Т. 77, № 3. -С. 9-11.

7. Баркова И.Л. Характеристика эффективности метода отбеливания витальных зубов с применением дополнительного физического фактора воздействия: автореф. дис. . канд. мед. наук. М, 2006.

8. Brown W.S., Dewey W.A., Jacobs H.R. Thermal Properties of Teeth // J. Dent. Res. 1970. -V. 49, № 4. -P. 752-755.

9. Spitzer D., ten Bosch J.J. The absorption and scattering of light in bovine and human dental enamel // Calcif. Tiss. Res. 1975. - V. 17, № 1. - P. 129-137.

10. Grisimov V.N. Refractive index of bulk dentin // Proc. SPIE. Advanced Laser Dentistry. 1995. - V. 1984. - P. 2-5.

11. Altshuler G.B., GrisimovV.M. New optical effects in the human hard tooth tissues // Proc. SPIE. First International Conference on Lasers and Medicine.- 1989.-V. 1353.-P. 97-102.

12. Грисимов B.H. Показатель преломления основного вещества дентина // Оптика и спектроскопия. 1994. - Т. 77, № 2. - С 272-273.

13. Wang X.-J. Milner Т.Е., deBoerJ.F., Zhang Y., PashleyD.H., and Nelson J.S. Characterization of dentin and enamel by use of optical coherence tomography // Appl. Opt. 1999. - V. 38, № 10. - P. 2092-2096.

14. Грисимов B.H. Оптико-морфологическое обоснование эстетической реставрации зубов светоотверждаемыми композитами: автореф. дисс. докт. мед. наук: 14.00.21 : 01.04.05. СПб, 1999.

15. Enanel В.A. Teeth / Ed. by Berkovitz В.К.В., Boyde A., Frank R.M. et al.- Berlin: Springer-Verlag, 1989. P. 309-473.

16. Грисимов B.H. Оценка резистентности и очаговой деминерализации эмали зуба с использованием лазерной рефлектометрии: дис. . канд. мед. наук: 14.00.21. Л., 1991. - 120 с.

17. Carlsen О. Dental morphology. Copenhagen: Munksgaard, 1987. - 194 p.

18. Miller L.L. Esthetic dentistry development program // J. Esthet. Dent. 1994.- V. 6, № 2. P. 47-60.

19. Angmar-Mansson В., ten Bosch J.J. Optical methods for the detection and quantification of caries // Adv. Dent. Res. 1987. - V. 1, № 1. - P. 14-20.

20. Altshuler G.B., Grisimov V.N., Ermolaev V.S., Vityaz I.V. Human tooth as an optical device // Proc. SPIE. Holography, Interferometry, and Optical Pattern Recognition in Biomedicine. 1991. - V.1429. - P. 95-104.

21. Zijp J.R., ten Bosch J.J. Theoretical model for the scattering of light by dentin and comparison with measurement // Appl. Opt. 1993. - V. 32, №4. -P. 411-415.

22. ZijpJ.R., ten Bosch J.J. Groenhuis R.A.J. He-Ne laser light scattering by human dental enamel // J. Dent. Res. 1995. - V. 74, № 12. - P. 1891-1898.

23. Vanini L. Light and color in anterior composite restorations // Pract. Periodont. Aesthet. Dent. 1996. - V. 8, № 7. - P. 673-682.

24. Грисимов В. Приходько К. Оценка степени прозрачности твердых тканей зуба // ДентАрт. 2005. - № 3. - С. 35-40.

25. Грисимов В.Н. Эффект гало: оптическая модель и условия воспроизведения при реставрации режущего края // Научно-практический журнал Институт стоматологии. 1999. - № 3. - С. 38-41.

26. Heymann Н.О. The artistry of conservative esthetic dentistry // JADA. Spec, iss. 1987. -P. 14E-23E.

27. NishimotoY., Otsuki M., Yamauti M., Eguchi Т., Sato Y., Foxton R.M., Tagami J. Effect of pulse duration of Er: YAG laser on dentin ablation // Dental Materials Journal. 2008. - V. 27, № 3. - P. 433-439.

28. Lizarelli R. de F. Z., Moriyama L.T., Jorge J.R.P., BagnatoV.S. Comparative ablation rate from a Er:YAG laser on enamel and dentin of primary and permanent teeth // Laser Physics. 2006. - V. 16, № 5. - p. 849-858.

29. MeisterJ., ApelC., FranzenR., GutknechtN. Influence of the spatial beam profile on hard tissue ablation Part I: Multimode emitting Er:YAG lasers // Lasers Med. Sci. 2003. - V. 18, №2.-P. 112-118.

30. MeisterJ., FranzenR., ApelC., GutknechtN. Influence of the spatial beam profile on hard tissue ablation, Part II: pulse energy and energy density distribution in simple beams // Lasers Med. Sci. 2004. - V. 19, № 2. - P. 112-118.

31. Pick R. M. Using lasers in clinical dental practice // JADA. 1993. - V. 124, № 2. - P. 37-40.

32. Cernavin I., Pugatschew A., deBoerN., Tyas M.J. Laser applications in dentistry: a review of the literature // Aust. Dent. J. 1994. - V. 39, № 1.- P. 28-32.

33. Frentzen M., Winkelstrater C., van Benthem H., KoortH.J. The effects of pulsed ultraviolet and infra-red lasers on dental enamel // Eur. J. Prosthodont. Restor. Dent. 1996. - V. 4, № 3. - P. 99-104.

34. Burkes E.J., Hoke J., Gomes E., Wolbarsht M. Wet versus dry enamel ablation by Er:YAG laser // The Journal of Prosthetic Dentistry. 1992. -V. 67, № 6. -P. 847-851.

35. Keller U., Hibst R. Tooth pulp reaction following Er:YAG laser application // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental, and Veterinary Medicine. 1991. -V. 1424.-P. 127-133.

36. Hibst R., Keller U. Removal of dental filling materials by Er:YAG laser radiation // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental, and Veterinary Medicine.- 1991. -V. 1424. 120-126.

37. Altshuler G.B., Belikov A.V., Vlasova S.N., Erofeev A.V. Research of seal materials adhesion to walls of cavity in enamel and dentin formation by Er laserradiation // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers II. 1994. - V. 2327. -P. 101-112.

38. Keller U., HibstR. Effects of Er:YAG laser on enamel bonding of composite materials // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental and Veterinary Medicine.- 1993.-V. 1880.-P. 163-168.

39. Visuri S.R., Gilbert J.L., Walsh J.T., WigdorH.A. Shear test of composite bonded to dentin: Er:YAG laser versus dental handpiece preparations // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry. 1995. - V. 2394. - P. 223-227.

40. Majaron B., Sustercic D., Lukac M., Skaleric U., FundukN. Heat diffusion and debris screening in Er: YAG laser ablation of hard biological tissues // Appl. Phys.- 1998.-V. 66.-P. 479-487.

41. Majaron B., Lukac M. Calculation of crater shape in pulsed laser ablation of hard tissues // Lasers Surg. Med. 1999. - V. 24, № 1. - P. 55-60.

42. Majaron B., Lukac M., Susteric D., FundukN., Skaleri U. Threshold and efficiency analysis in Er:YAG laser ablation of hard dental tissue // Proc. SPIE. Laser Applications in Medicine and Dentistry. 1996. - V. 2922. - P. 233-242.

43. Majaron B., Lukac M. Thermo-mechanical laser ablation of hard dental tissues: an overview of effects, regimes, and models // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry V.- 1999. V. 3593. - P. 184-195.

44. Featherstone J.D.B., Rechmann P., Fried D. IR laser ablation of dental enamel // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry VI. 2000. - V. 3910. - P. 136-148.

45. Fried D., Shori R., Duhn C. Backspallation due to ablative recoil generated during Q-switched Er:YAG ablation of dental hard tissue // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry IV. 1998. - V. 3248. - P. 78-84.

46. Altshuler G.B., Belikov A.V., SinelnikY.A. A laser-abrasive method for the cutting of enamel and dentine // Laser Surg Med. -2001. V. 28, №5.- P. 435-444.

47. Rizoiu I., Kimmel A.I., Eversole L.R. The effects of an Er,Cr:YSGG laser on canine oral hard tissues // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry V. 1996. - V. 2922. -P. 74-83.

48. Hibst R., Keller U. Experimental studies of the application of the Er:YAG laser on dental hard substances. 1 .Measurement of the ablation rate // Laser Surg. Med.- 1989. V. 9, № 4. - P. 338-344.

49. Chebotareva G.P., ZubovB.V., NikitinA.P. Comparative study of C02 and Er:YAG laser heating of tissue using pulsed photothermal radiomentry technique // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry. 1995. - V. 2394. - P 243-251.

50. OstertagM., McKinley J.T., ReinischL., Harris D.M., TolkN.H. Laser ablation as a function of the primary absorber in dentin // Lasers Surg. Med.- 1997. V. 21, № 4. - P. 384-394.

51. Watanabe H., Ishikawa I., Suzuki M., Hasegawa K. Clinical assessments of the erbium:YAG laser for soft tissue surgery and scaling // Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery. 1996. - V. 14, № 2. - P. 67-75.

52. Aoki A., Ando Y., Watanabe H., Ishikawa I. In vitro studies on laser scaling of subgingival calculus with an erbium:YAG laser // J. Periodontol. 1994. - V. 65, № 12.-P. 1097-1106.

53. Paghdiwala A.F. Root resection of endodontically treated teeth by Erbium: YAG laser radiation // Journal of Endodontics. 1993. - V. 19, № 2. - P. 91-94.

54. Goldman L., Hornby P., Meyer R., Goldman B. Impact of the laser on dental caries // Nature. 1964. - V. 203. - P. 417.

55. KinerslyT., JarobakP., PhatakN.M., DeMent J. Laser effects on tissues and material related to dentistry // JADA 1965. - V. 70. - P. 593-600.

56. Bol'shakov E.N., DolgikhR.A., Zazulevskaya L.Y. Experimental groups for YAG:Er laser application to dentistry // Proc. SPIE. 1989. -V. 1353. -P. 160-171.

57. Keller U., Hibst R. Lasers in dentistry. Clinical application today and tomorrow // Proc. SPIE. Dental Applications of Lasers. 1993. - V. 2080.- P. 2-9.

58. Hibst R., Keller U. Er:YAG laser for dentistry: basics, actual questions, and perspectives // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers II. 1994. -V. 2327.- P. 76-84.

59. Keller U., Hibst R. Clinical applications of the Er:YAG laser in cariology and oral surgery // Proc. SPIE. Advanced Laser Dentistry. 1994. -V. 1984.- P. 85-94.

60. Gimble C., Hansen R., SwettA., WinnD. Er:YAG clinical studies for hard tissue applications // 4th International Congress on Lasers in Dentistry.- Singapore, 1994. P. 267-271.

61. Kumazaki M. Removal of hard dental tissue (cavity preparation) with the Er:YAG laser // 4th International Congress on Lasers in Dentistry. Singapore, 1994.-P. 151-157.

62. Altshuler G.B. Belikov A.V., Erofeev A.V. Laser treatment of enamel and dentine by different Er lasers // Proc. SPIE. Laser Surgery: Advanced Characterization, Therapeutics, and Systems IV. 1994. - V. 2128. - P. 273-281.

63. Apel C., Meister J., Ioanal R.S., FranzenR., HeringP., GutknechtN. The ablation threshold of Er:YAG and Er:YSGG laser radiation in dental enamel // Lasers Med. Sci. 2002. - V. 17, № 4. - P. 246-252.

64. Li Z.-Z., Code J.E., Van De Merwe W.P. Er:YAG Laser ablation of enamel and dentin of human teeth: determination of ablation rates at various fluences and pulse repetition rates // Lasers Surg. Med. 1992. - V. 12, № 6. - P. 625-630.

65. Apel С., FranzenR., J. Meister, H. Sarrafzadegan, S. Thelen, GutknechtN. Influence of the pulse duration of an Er:YAG laser system on the ablation threshold of dental enamel // Lasers Med. Sci. 2002. - V. 17, № 4. - P 253-257.

66. Wannop N.M., Dickinson M.R., and King T.A. Erbium:YAG laser radiation interaction with dental tissue // Proc. SPIE. Dental Applications of Lasers. 1993.- V. 2080. -P 33-43.

67. Rechmann P., Hennig Т., Hoff U.V.D., Kaufmann R. Caries selective ablation: wavelength 377 nm versus 2.9 |im // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental, and Veterinary Medicine II. 1993. - V. 1880. - P. 235-239.

68. Rechmann P., Hennig T. Influence of different laser wavelengths on the ablation characteristics of healthy dentin // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers II. 1994. - V. 2327. - P. 64-69.

69. Hibst R., Keller U. The mechanism of Er: YAG laser induced ablation of dental hard substances // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental, and Veterinary Medicine II. 1993. - V. 1880. - P. 156-162.

70. Прохончуков A.A., Васильев K.B., Самородов В.Г., Сурнин В.И. Лазерная техника новых поколений и авторские патентованные методики лечения стоматологических заболеваний // Стоматология. 2001. - № 5. - С. 57-59.

71. Altshuler G.B., Belikov A.V., Skrypnik A.V., Erofeev A.V. Physical aspects of cavity formation of Er-laser radiation // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry. 1995.- V. 2394. P. 211-222.

72. Lee C., Ragadio J.N. , and Fried D. Influence of wavelength and pulse duration on peripheral thermal and mechanical damage to dentin and alveolar bone during IR laser ablation // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry VI. -2000. -V. 3910. -P. 193-203.

73. Ragadio J. N., Lee C.K., and Fried D. Residual energy deposition in dental enamel during IR laser ablation at 2.79, 2.94, 9.6, and 10.6 jam // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry VI. 2000. - V. 3910. - P. 204-209.

74. Visuri S.R., Walsh J.T., WigdorH. Erbium laser ablation of hard tissue: control of the thermal load // Proc. SPIE. Laser-Tissue Interaction IV. 1994.- V. 2134A. P. 130-133.

75. Альтшулер Г.Б., Беликов A.B., Скрипник A.B., Бобров А.П., Ткаченко Т.Б., Маслов В.В., Гайкова О.Н., Фельдштейн Ф.И. "М2 лазерная технология" и её применение для отбеливания зубов // Инновационная стоматология. 2010. - №1. - С. 44-54.

76. Беликов А.В., Ерофеев А.В., Скрипник А.В. Особенности теплового отклика пульпы при лазерной обработке эмали и дентина // Письма в ЖТФ.- 1995. Т. 21, № 9. - С. 32-37.

77. Wigdor Н.А., Walsh J.T. Histologic analysis of the effect on dental pulp of a 9.6-mm C02 laser // Lasers Surg, and Med. 2002. - V. 30, № 4. - P. 261-266.

78. Neev J., Pham K., Lee J.P., White J.M. Dentin ablation with three infrared lasers //Lasers Surg. Med. 1996. - V. 18, №2.-P. 121-128.

79. Visuri S.R., Walsh J.T., Wigdor H.A. Erbium laser ablation of dental hard tissue: Effect of water cooling // Lasers Surg. Med. 1996. -V. 18, №3.- P. 294-300.

80. MirM., MeisterJ., FranzenR., Sabounchi S.S., LampertF., GutknechtN. Influence of water-layer thickness on Er:YAG laser ablation of enamel of bovine anterior teeth // Lasers Med. Sci. 2008. - V. 23, № 4. - P. 451-457.

81. Григорьянц А.Г., Соколов A.A. Лазерная обработка неметаллических материалов. М.: Высшая школа, 1988. 191 с.

82. Altshuler G.B., Grisimov V.N. Effect of waveguide light propagation in human tooth // Dokl. Acad. Sci. USSR. 1990. - V. 310, № 5. - P. 1245-1248.

83. TasevE., Delacretaz G.P., and WoesteL.H. Drilling in human enamel and dentin with lasers: a comparative study // Proc. SPIE. Laser Surgery: Advanced Characterization, Therapeutics, and Systems II. 1990. - V. 1200. - P. 437-445.

84. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции // Успехи физических наук. 2002. - № 3. - С. 301-332.

85. Venugopalan V., Nishioka N.S., Mikic В.В. The effect of laser parameters on the zone of thermal injury produced by laser ablation of biological tissue // J. Biomech. Eng. 1994. - V. 116, № 1. - P. 62-70.

86. VogelA., Venugopolan V. Mechanisms of pulsed laser ablation of biological tissues / Chem. Rev. 2003. - V. 103, № 2. - P. 577-644.

87. Пушкарева A.E. Методы математического моделирования в оптике биоткани. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. - 103 с.

88. Keller U., Hibst R. Er:YAG laser effects on oral hard and soft tissues in: Lasers in Dentistry / Ed. Miserendino L.J., PickR.M. Quintessence Publishing, 1995. -P. 161-172.

89. Позин M.E. Технология минеральных солей Часть 2. Л.: Изд-во Химия, 1974.-767 с.

90. Altshuler G.B., Belikov A.V., Erofeev A.V., Egorov V.I. Simulation of laser destruction of hard tooth tissues // Proc. SPIE. Dental Applications of Lasers. 1993. -V. 2080. - P. 10-19.

91. Altshuler G.B., Anderson R.R., MansteinD., Zenzie H.H., Smirnov M.Z. Extended theory of selective photothermolysis // Lasers Surg. Med. -2001. -V. 29, №5.-P. 416-432.

92. Zolotarev V.M., Mikhilov B.A., Alperovich L.L., Popov S.I. Dispersion and absorption of liquid water in the infrared and radio regions of the spectrum // Optics and Spectroscopy. 1969. - V. 27. - P. 430-432.

93. Беликов A.B., Мороз Б.Т., Федотов Д.Ю., Кретцер Ю.Л. Изучение соотношения Са/Р в интактной и кариозной эмали и дентине зубов послевоздействия YAG: Ег лазерным излучением // Научно-практический журнал Институт Стоматологии. 2008. - №1 (38). - С. 110.

94. Альтшулер Г.Б., Беликов А.В., Храмов В.Ю. Когерентная и силовая оптика в биологии и медицине. Учебно-методическое пособие. СПб: СПбГИТМО(ТУ), 1998. - 74 с.

95. Беликов А.В. Исследование взаимодействия интенсивного лазерного излучения с твердыми тканями организма человека: автореф. дисс. канд. ф-м. наук. СПб, 1993.

96. Laufer G, Haber S. Numerical analysis of the thermochemical tooth damage indused by laser radiation // J. Biomech. Eng. 1985. -V. 107, №3.- P. 234-239.

97. Беляев H.M., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности: 4.1.,2. М.: Высшая Школа, 1982. 327 с.

98. Keller U., HibstR. Heat effect of pulsed YAG:Er laser radiation // Proc. SPIE. Laser Surgery: Advanced Characterization, Therapeutics, and Systems II.- 1990. V. 1200. - P. 379-386.

99. Беликов A.B., СкрипникА.В. Лазерные биомедицинские технологии (часть 2). Учебное пособие. Спб: СПБГУИТМО, 2009. - 100 с.

100. Stopp S., SvejdarD., KienlinE., Deppe Н., Lueth Т. A new approach for creating defined geometriesby navigated laser ablation based on volumetric 3-D data // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2008. - V. 55, № 7. -P. 1872-1880.

101. Jennett E., Motamedi M., Rastegar S., Frederickson C., Arcoria C., Powers E. Dye-enhanced ablation of enamel by pulsed lasers // J. Dent. Res. 1994. - V. 73, № 12. - P. 1841-1847.

102. Таблицы физических величин / под ред. И.К. Кикоин. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

103. Santin M. Strategies in regenerative medicine: Integrating biology with materials design. Springer Science, Business Media, 2009. - 506 p.

104. Imthiaz N. Comparison of hydroxyapatite and dental enamel for testing shear bond strengths // Australian Orthodontic Journal. 2008. - № 24. - P. 15-20.

105. MullerR., Patsalis T. Shear and tensile strength of hydroxyapatite coating under loading conditions // Arch. Orthop. Trauma. Surg. 1997. -V. 116. -P. 334-337.

106. Сопротивление материалов. Учебник для вузов / под ред. Г.С. Писаренко. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1979. - 696 с.

107. Леонова JI.А. Термодинамика образования гидроксиапатита // В мире научных открытий. 2010. - № 4. - С. 18-21.

108. Sobol Е. Phase transformations and ablation in laser-treated solids. -NY: Willey, 1995. -332 p.

109. Incropera F.P., DeWittD.P. Fundamentals of heat and mass transfer. Fourth ed. New York: John Wiley & Sons, 1996. - 886 p.

110. Rodriguez G.P., Arenas A.C., Munoz Hernandez R.A., Stolik S., OreaA.C., Sinencio F.S. Measurement of thermal diffusivity of bone, hydroxyapatite and metals for biomedical application // Analytical Sciences. Special Issue. -2001. V. 17.-P. 357-360.

111. Vila Verde A., Ramos M.M.D. Mechanical and thermal response of enamel to IR radiation a Finite Element mesoscopic model. - Braga: Departamento de Fisica, 2005.

112. Fried D., Ashouri N., Breunig Т., Shori R. Mechanism of water augmentation during IR laser ablation of dental enamel // Laser Surg Med. 2002. - V. 31, № 3. -P. 186-193.

113. Fried D., Zuerlein M., Featherstone J.D.B., Seka W.D., Mc. Cormack S.M. IR laser ablation of dental enamel: mechanistic dependence on the primary absorber // Appl. Surf. Sci. 1997. - V. 128. - P. 852-856.

114. Боровский E.B. Леонтьев B.K. Биология полости рта. -Н.Новгород: Изд-во НГМА, 2001. 304 с.

115. Петрович Ю.А., Леонтьев В.К., Десятниченко К.С. Функционально-молекулярная модель строения эмали зуба // Стоматология. 1979. - Т. 58, №. 1. - С. 70-75.

116. БульбакТ.А., Сокол Э.В., Данилова И.Г. ИК-спектроскопия диффузионного отражения обоснование корректности методики // Электр, науч.-инф. журн. Вестник ОГГГГНРАН. -2000. - Т. 2, №2(12). URL: http://web.rU/conf/khitariada/2-2000.2/mineral2.pdf.

117. Bachman L., Diebolder R., Hibst R., Zezell D.M. Infrared absorption bands of enamel and dentine tissues from human and bovine teeth // Appl. Spect. Rev. -2003,- V. 38, № l.-P. 1-14.

118. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. М.: Мир, 1991. 536 с.

119. Antunes A., de Rossi W., Zezell D.M. Spectroscopic alterations on enamel and dentin after nanosecond Nd:YAG laser irradiation Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectroscv // Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectroscv. 2006. -V. 64, №5.-P. 1142-1146.

120. Featherstone J.D.P. Caries detection and prevention with laser energy // Dental clinics of North America. 2000. - V. 44, № 4. - P. 955-969.

121. Courrol L.C., Zezell D.M., SamadR.E., Gomes L. Spectroscopic study of ejected dental tissue after Er:YAG laser ablation // Journal of Luminescence. 2003. - V. 102-103. - P. 96-100.

122. MajaronB., Lukac M. Thermo-mechanical laser ablation of hard dental tissues: an overview of effects, regimes, and models // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry V. 1999. - V. 3593. - P. 184-195.

123. Jacques S.L., Prahl S.A. Modeling optical and thermal distribution in tissue during laser irradiation // Laser Surg, and Med. 1987. - V. 6, № 6. - P. 494-503.

124. Sagi A., Segal Т., DaganJ.A. Numerical model for temperature distribution and thermal damage calculation in teeth // Math. Bioscience. 1984. - V. 71, № 1. -P. 1-17.

125. Keller U., Hibst R. Ultrastructural changes of enamel and dentin following YAG:Er laser radiation on teeth // Proc. SPIE. Laser Surgery: Advanced Characterization, Therapeutics, and Systems II. 1990. -Vol.1200. -P. 408-415.

126. Сладков A.M. Карбин третья аллотропная форма углерода. -М.: Наука, 2003. - 152 с.

127. Kudryavtsev Yu.P., Evsyukov S.E., GusevaB., Babaev G., Khvostov V.V. Carbyne the third allotropic form of carbon // Russian Chemical Bulletin.- 1993. V. 42, № з. p. 399-413.

128. ЖукА.З., Бородина Т.И., Милявский B.B., Фортов В.E. Ударно-волновой синтез карбина из графита // Доклады академии наук. 2000. -Т. 370, № 3. - С. 328-331.

129. Altshuler G.B., Belikov A.V., SlavichekR., TraxlerM., Hilgers D.C., Boutoussov D.M. Conditioning of tooth enamel surface by radiation of Nd: YAG and Ho:YAG lasers // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers III. 1995.- V. 2623. P. 169-178.

130. Altshuler G.B., AndreevD.S., Belikov A.V., Erofeev A.V., Vitiaz I.V. Spectral response of hard dental tissues to pulsed laser action // Proc. SPIE.- 1993,-V. 2080.-P. 88-96.

131. Pirri A., SchlierR., NorthamD. Momentum transfer and plasma formation above a surface with a high-power C02 laser // Appl. Phys. Lett. 1972. -V. 21, №3,-P. 79-81.

132. Барчуков А.И., Бунин Ф.В., Конов В.И., Прохоров A.M. Низкопороговый пробой воздуха вблизи мишени излучением СОг-лазера и связанный с ним высокий импульс отдачи // Письма в ЖЭТФ. 1973. - Т. 17, № 8. - С. 413-416.

133. Демтрёдер В. Лазерная спектроскопия. Основные принципы и техника эксперимента; пер. с англ. М.: Наука, 1985. - 607 с.

134. Altshuler G.B., Belikov A.V., Boiko K.N., Erofeev A.V., Vitiaz I.V. Acoustic response of hard dental tissues to pulsed laser action // Proc. SPIE. Dental Applications of Lasers. 1993. - V. 2080. - P. 97-103.

135. Belikov A.V., Novikov A.G., ScrypnikA.V. Identification of enamel and dentin under tooth laser treatment // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers III. 1995. -V. 2623. - P. 109-116.

136. Беликов А.В., Воронцов В.В., Ерофеев А.В., Иванов Н.В., ЛорицМ.В., Мурзин А.Г., Скрипник А.В. Акустический мониторинг лазерного разрушения твердых биотканей // Оптический журнал. 1998. - Т. 65, № 10. -С. 97-101.

137. LiZ.-Z., Code J.E., and Van De Merwe W.P. Er:YAG Laser Ablation of enamel and dentin of human teeth: determination of ablation rates at various fluences and pulse repetition rates // Lasers Surg. Med. 1992. -V. 12, №6.- P. 625-630.

138. Fried D., Featherstone J.D.B., Visuri S.R., SekaW., Walsh J.T. The caries inhibition potential of Er:YAG and Er:YSGG laser radiation // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry II. 1996. - V. 2672. - P. 73-78.

139. Зазулевская Л.Я. Перспективы использования энергии эрбиевого лазера в стоматологии // Тезисы докладов школы-семинара "Лазерная техника и лазерная медицина". Хабаровск, 1989 г.

140. Wigdor Н.А., AbtE., Ashrafi S., Walsh J.T. The effect of lasers on dental hard tissues // JADA. 1993. - V. 124, № 2. - P. 65-70.

141. Bell A.G. Upon the production of sound by radiant energy // Philos. Mag. and J. Sci. 1881. - V. 60, № 71. - P. 510-528.

142. Black R.B. Application and evaluation of air abrasive technics // JADA.- 1955. -P 50, № 4. P. 408-414.

143. ШманевВ.А. Шулепов А.П., Мещеряков А.В. Струйная гидроабразивная обработка деталей ГТД. -М.: Машиностроение, 1995. 144 с.

144. Аскарьян Г.А., Мороз Е.М. Давление при испарении вещества в луче радиации // Письма в ЖЭТФ. 1962. - Т. 43, № 12. - С. 2319-2321.

145. Weeks R.W., Duley W.W. Aerosol-particle sizes from light emission during excitation by TEA C02 laser pulses // J. Appl. Phys. 1974. - V. 45, № 10. -P. 4661-4662.

146. Аскарьян Г.А., Рабинович M.C, Савченко M.M, Степанов B.K., Студенов В.Б. Светореактивное ускорение макрочастиц вещества // Письма в ЖЭТФ. 1967. - Т.5, № 8. - С. 258-260.

147. Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внутри светорассеивающих частиц. Минск: Наука и техника, 1983. - 190 с.

148. Беликов А.В. Динамика твердых макрочастиц, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // Научно-технический вестник. 2004. - № 15. - С. 19-23.

149. Беликов А.В. Разрушение композитных материалов под действием частиц, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // Научно-технический вестник. 2004. - № 15. - С. 27-30.

150. Беликов А.В. Исследование динамики частиц А1203, ускоренных в поле субмиллисекундного импульса YAG:Er лазера // Журнал Технической Физики. 2005. - Т. 75, № 5. - С. 137-139.

151. Altshuler G.B., Belikov А.V., Erofeev A.V., SamR.C. Optimum regimes of laser destruction of human tooth enamel and dentin // Proc. SPIE. Lasers in Orthopedic, Dental and Veterinary Medicine. 1993. - V. 1880. - P. 101-107.

152. JelinkovaH., DostalovaT., Dolezalova L., KrejsaO., Hamal K., KubelkaJ., Prochazka S. Comparison of preparation speed of Er:YAG laser and conventional drilling machine // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry III. 1997. -V. 2973. -P. 2-10.

153. Christensen G. Cavity preparation: cutting or air abrasion? // JADA. 1996.- V. 127, № 11. P. 1651-1654.

154. Берри Л., Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия. M.: Мир, 1987. - 407 с.

155. Method for treating materials, especially biological tissues, using light induction and device for realizing the same: Pat. W09937363 (Al) / Altshuler G.B., Belikov A.V.; 29.07.99.

156. Берлин А.А., Басин B.E. Основы адгезии полимеров. M.: Химия, 1974.- 392 с.

157. La W.-H. A comparison of bond strengths following treatment with Er:YAG laser and phosphoric acid // International Congress Series. -2003. -V. 1248. -P. 51-59.

158. Gardner A.K., Staninec M., Fried D. The influence of surface roughness on the bond strength of composite to dental hard tissues after Er:YAG laser irradiation // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry XI. 2005. - V. 5687. - P. 144-150.

159. Le C.Q., Staninec M., Fried D. The Influence of Pulse Duration on the Bond Strength of Dentin to Composite after Er:YAG Laser Irradiation // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry XI. 2005. - V. 5687. - P 151-156.

160. Fujitani M., HarimaT., Shintani H. Does Er:YAG or C02 laser ablation of dentin affect the adhesive properties of resin bonding systems? // International Congress Series. 2003. - V. 1248. - P. 161-166.

161. HibstR., Keller U. Experimental studies of the application of the Er:YAG laser on dental hard substances. 2. Light microscopic and SEM investigation // Laser Surg. Med. 1989. - V. 9, № 4. - P. 345-351.

162. Беликов A.B., Приходько K.B. Основные направления развития лазерных медицинских систем с обратными связями // Изв. вузов. Приборостроение. 2001. - Т. 44, № 6. - С. 36-41.

163. Ерофеев А.В., Ильясов И.К., Приходько К.В. Термооптическая обратная связь в контактном Но-лазерном скальпеле // Письма в ЖТФ. 1995. - Т. 21, № 1.-С. 80-84.

164. Altshuler G.B., Erofeev A.V., Ilyasov I.K., Prikhodko C.V. Local fibre tip's temperature monitoring for the Ho:YAG contact laser scalpel // Proc. SPIE. Medical Applications of Lasers II. 1994. - V. 2327. - P. 181-187.

165. Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. -M.: Энергия, 1978. -С. 129.

166. Cilesiz I., Tomsen S., Welch A.J. Controlled temperature tissue fusion: argon laser welding of rate intestine in vivo // Lasers Surg. Med. 1997. - V. 21, № 3. - P. 269-277.

167. Устройство для обработки материалов (преимущественно биологических) лазерным излучением (варианты). Пат. РФ №2142831 / Беликов А.В., Ерофеев А.В., Судьенков Ю.В.; приоритет 09.02.98; дата выдачи 20.12.99.

168. Tissue differentiating and laser-control process and device for treating hard dental tissue by laser pulses / Altshuler G.B., Belikov A.V., ErofeevA.V.; appl. number PCT/AT1995/000073, publ. number W095/27446, publ. date 19.10.95.

169. Device for use in the laser treatment of biological tissue (variants thereof) / Altshuler G.B.; appl. number PCT/RU1995/000211, publ. number W0/1996/025979, publ. date 28.08.96.

170. ЮревичВ.И., Судьенков Ю.В. Измерение коэффициентов поглощения селенида цинка бесконтактным фототермоакустическим методом // Изв. РАН. 1993. - Т. 57, № 12. - С. 160-166.

171. Кременчугский JI.C., РойцинаО.В. Пироэлектрические приемники излучения. Киев: Наук, думка, 1979. - 378 с.

172. Беликов А.В., Ерофеев А.В., Синельник Ю.А., Судьенков Ю.В. Исследование особенностей регистрации акустической волны в жидкости с помощью волоконного пьезодатчика / Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23, № 3. - С. 54-58.

173. Беликов А.В., Ерофеев А.В., Скрипник А.В., Синельник Ю.А., Судьенков Ю.В. Новый волоконный акустический датчик лазерной энергии / Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23, № 3. - С. 59-63.

174. Dederich D.N., BushickR.D. Lasers in dentistry: Separating science from hype // JADA. 2004. - V. 135, № 2. - P. 204-212.

175. Coluzzi D.J. Lasers in dentistry — wonderful instruments or expensive toys? // International Congress Series. 2003. - V. 1248. - P. 83-90.

176. Harris D.M., Fried D. Pulsed Nd:YAG laser selective ablation of surface enamel caries: I. Photoacoustic response and FTIR spectroscopy // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry VI. 2000. - V. 3910. P. 164-170.

177. YamamotoH., Sato K. Prevention of dental caries by Nd:YAG laser irradiation // J. Dent. Res. 1980. - V. 59 (Dil). - P. 2171-2177.

178. KamiyamaK. Basic and clinical research in the prevention of dental caries using the Nd:YAG laser // Proc. of the 4-th International Congress on Lasers in Dentistry. 1994. - P. 19-28.

179. Matsumoto K., NakamuraY., Mazeki K., KimuraY. Clinical dental application of Er.YAG laser for Class V cavity preparation // Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery. 1996. - V. 14, № 3. - P. 123-127.

180. Apel C., Schäfer С., Gutknecht N. Demineralization of Er: YAG and Er, Cr: YSGG laser-prepared enamel cavities in vitro // Caries Research. 2003.- V. 37, № 1. P. 34-37.

181. Dostalova Т., JelikovaH., Nemec M., SulkJ., Myiagi M. Er: YAG laser ablation: 5-11 years prospective study // Proc. SPIE. Lasers in Dentistry XI.- 2005. V. 5687.-P. 63-68.

182. Mount G.L. Минимальная интервенция в стоматологии. Препарирование полостей // Новое в стоматологии. 2005. - №3. - С. 68-74.

183. Altshuler G.B., Belikov A.V., Erofeev A.V., Scrypnik A.V. Research of hard tooth tissue acoustic response under contact YAG:Er laser radiation processing // Proc. SPIE. Laser Applications in Medicine and Dentistry. 1996. -V. 2922. - P. 228-232.

184. Оптическая система. Пат. РФ RU2152631C1 / Беликов А.В., Ерофеев А.В., Селиванов В.Л., Артамонов Н.И., Гримм В.А.; приоритет 11.03.98, опубликован 10.07.00.

185. Belikov A.V., Feldchtein F.I. New method for Intrinsic Whitening of Vital Teeth using Er,Cr:YSGG Laser Microperforation: First In vivo Cases // Proc. of Academy of Laser Dentistry 16th Annual Conference, April 22-25 2009. Las Vegas, Nevada, 2009.

186. Беликов A.B., Пушкарева A.B., Скрипник A.B., Струнина T.B., Шатилова К.В. Лазерное текстурирование поверхностей материалов // Изв. Вузов. Приборостроение. 2010. - Т. 53, № 4. - С. 52-56.