Application of DIAGNOdent was a guide for removing carious dentin with Er:YAG laser

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1 Application of DIAGNOdent was a guide for removing carious dentin with Er:YAG laser Kazuaki Yonemotoa,*, Toru Eguroa, Toru Maedab, Hisayoshi Tanakaa adepartment of Endodontics and Operative Dentistry, School of Dentistry at Tokyo, Nippon Dental University, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, JapanbDivision of General Dentistry, Nippon Dental University Dental Hospital, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Japan Received 24 November 2004; received in revised form 25 June 2005; accepted 7 July 2005 KEYWORDS Er:YAG laser; Caries removal; Carious dentin; Guide of carious dentin removal; EPMA analysis; Microradiographic observation; SEM observation; DIAGNOdentw Summary Objectives: The purpose of this study was to investigate the DIAGNOdent w values applicable as a guide for removal of outer layer of carious dentin with Er:YAG laser. Methods: Carious dentin of human extracted molars was removed by bur with Caries Detectorw (Group 1: red stained dentin was left, Group 2: light pink stained dentin was left) and by Er:YAG laser with DIAGNOdentw value as a guide (30OGroup 3O21, 20OGroup 4O11, 10OGroup 5). The cavity floor dentin after removing carious dentin was examined using microradiograms, EPMA and SEM. Results: The cavity floor dentin of group 1,3 showed the decreases in the degree of X-ray absorption. In group 2,4 and 5, decrease of Ca, P were not observed. The decrease of Mg was observed on the more superficial part of the cavity floor for group 3 than for group 4. Conclusions: When carious dentin was removed using Er:YAG laser, the carious dentin outer layer was ideally removed with DIAGNOdentw values: DIAGNOdentw values: 11 20, could indicate the completion of outer layer removal of carious dentin with Er:YAG laser, but there are some problems that must be addressed before the clinical application. Q 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved. L applicazione del DIAGNOdent si è rivelata una guida per la rimozione della dentina cariata con Laser Er:YAG Kazuaki Yonemotoa, *, Toru Eguroa, Toru Maedab, Hisayoshi Tanakaa Department of Endodontics and Operative Dentistry, School of Dentistry at Tokyo, Nippon Dental University, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, JapanbDivision of General Dentistry, Nippon Dental University Dental Hospital, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Japan Received 24 November 2004; dott Cosimo Cigliola 204

2 ricevuto nella forma modificata il 25 giugno 2005; accettato il 7 luglio 2005 PAROLE CHIAVI: Laser Er:YAG; Rimozione della carie; Dentina cariata; Guida alla rimozione della dentina cariata; Analisi di EPMA; Osservazione Microradiografiche; Osservazione al SEM; DIAGNOdent Obiettivi sommari: Lo scopo era quello di studiare i valori del DIAGNOdent applicabili come guida per la rimozione dello strato esterno della dentina cariata con Laser Er:YAG. Metodi: La carie della dentina di molari umani estratti è stata rimossa con un Detector della carie (gruppo 1: macchia della dentina color rosso, gruppo 2: macchia della dentina rosa-chiaro) e da Laser Er:YAG con valore del DIAGNOdent come guida (30 Gruppo 3O21, 20 Gruppo 4O11, 10 Gruppo 5). Il pavimento della cavità dentinale dopo la rimozione della carie è stato esaminato usando la microradiografia, EPMA e SEM. Risultati: Il pavimento della cavità dentinale dei gruppi 1,3 hanno mostrato diminuzioni del grado di assorbimento dei raggi X. Nei gruppi 2,4 e 5, non è stata osservata diminuzione di Ca, P ed è stata osservata una diminuzione di Mg sulla parte più superficiale del pavimento della cavità nel gruppo 3 e nel gruppo 4. Conclusioni: la dentina cariata èstata rimossa con Il laser Er:YAG, lo strato esterno della dentina cariata è stata rimossa con valori del DIAGNOdent compresi tra: Questi valori del DIAGNOdent hanno potuto permettere la completa rimozione dello strato esterno della dentina cariata con Il laser Er:YAG, ma ci sono alcuni problemi che devono essere esaminati prima dell'applicazione clinica. Elsevier 2005 di Q srl. Tutti i diritti riservati. L ARTICLE dott Cosimo Cigliola 205

3 You Chan _ Chern-Hsiung Lai Bactericidal effects of different laser wavelengths on periodontopathic germs in photodynamic therapy Received: 29 November 2001 / Accepted: 18 June 2002_ 2003 Springer-Verlag London Limited Abstract This study was an attempt to clarify whether the bactericidal effects of photodynamic therapy (PDT) are wavelength or dose-dependent. We also attempted to create an optimised protocol for a lightbased bactericidal modality to eliminate periodontal pathogens. Cultures of Actinobacillus actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Porphromonas gingivalis, Prevotella intermedia, and Streptococcus sanguis, were exposed to a He-Ne laser (632.8 nm) with a 30 mw power output, a 100 mw diode laser at 665 nm, or a 100 mw diode laser at 830 nm, in the presence or absence of methylene blue (MB) as a photosensitiser. A control group was also used with exposure to MB alone without laser exposure. The cultures were analysed by viable counts. The results indicated that exposure to the 100 mw laser light could eliminate up to 40% of bacteria on average. In particular, the most effective killing occurred with exposure to laser light in combination with the MB photosensitiser. The results of kinetic studies indicated that the best PDT response rate was achieved with a 60 s (energy density 21.2 J/ cm2) exposure to the 665 nm wavelength diode laser in the presence photosensitiser. In this condition, approximately 95% of A. actinomycetemcomitans and F. nucleatum, and % of the black-pigmented bacteria (P. gingivalis and P. intermedia) and S. Sanguis were eliminated. These results showed that both wavelength and energy density are important factors, and that a low power laser of optimal wavelength and dosage, in combination with an appropriate photosensitiser, is a practical bactericidal modality. We concluded that using a diode laser of proper power and wavelength to deliver 60 s of irradiation could be a useful adjunct with mechanical debridement in the prevention of the re-colonisation of subgingival lesions by pathogenic microorganisms. Keywords Bactericidal Æ Diode laser Æ Methylene blue Æ Oral bacteria Æ Photodynamic therapy Effetti battericidi delle differenti lunghezze d'onda laser sui germi parodontopatici nella terapia fotodinamica Ricevuto: 29 novembre 2001/accettato: 18 giugno 2002 _ 2003 Springer-Verlag London Limited Estratto Questo studio è stato un tentativo per chiarire se gli effetti battericidi della terapia fotodinamica (PDT) dipendono dalla lunghezza d'onda o dalla dose. Inoltre abbiamo tentato di generare un protocollo ottimizzato per la luce in base alla modalità battericida per eliminare gli agenti patogeni parodontali. Colture di Actinobacillus actinomycetemcomitans, Fusobacterium Nucleatum, di Porphromonas gingivalis, Prevotella intermedia e lo streptococco sanguis, sono stati esposti al laser He-Ne ad una lunghezza d onda di (632.8 nm) con uscita di alimentazione di 30 mw, un laser al dott Cosimo Cigliola 206

4 diodo da 100 mw a 665 nm, un laser a diodo da 100 mw a 830 nm, in presenza o assenza di blu di metilene (MB) come fotosensibilizzante. Un gruppo di controllo inoltre è stato usato con esposizione solo al MB senza esposizione al laser. È stata effettuata la conta delle colture. I risultati hanno indicato che l'esposizione alla luce laser da 100 mw ha permesso di eliminare in media più del 40% dei batteri. In particolare, la maggior parte dell efficacia antibatterica si è verificata con esposizione alla luce laser congiuntamente al fotosensibilizzante MB. I risultati degli studi cinetici ha indicato che il tasso di risposta migliore di PDT è stato realizzato con 60 s (densità 21.2 J di energia cm 2 ) di esposizione al laser a diodo con lunghezza d'onda di 665 nm con il fotosensibilizzante. In questa circostanza, circa il 95% dei A. actinomycetemcomitans e del F. Nucleatum e % del neropigmentato i batteri (del P. gingivalis e del P. intermedia) e dello S. sanguis sono stati eliminati. Questi risultati hanno mostrato che la lunghezza d'onda e la densità di energia sono fattori importanti, e che un laser a bassa potenza con una lunghezza d'onda ottimale e dosaggio, in combinazione ad un fotosensibilizzante, è una pratica modalità battericida. Siamo giunti a conclusione che per mezzcon l utilizzo o di un laser a diodo di alimentazione adeguata e la lunghezza d'onda per trasportare 60 s di irradiazione ha potuto essere a aggiunta utile con il debridement meccanico in prevenzione della ricolonizzazione delle lesioni subgengivali dai microorganismi patogeni. parole chiavi: blu di Metilene; batteri orali; laser a diodo; terapia fotodinamica. dott Cosimo Cigliola 207

5 Lasers in Surgery and Medicine 35: (2004) Therapeutic Ratio Quantifies Laser Antisepsis: Ablation of Porphyromonas gingivalis With Dental Lasers David M. Harris, PhD 1,2* and Michael Yessik, PhD 3 1Bio-Medical Consultants, Inc., 4256 Heyer Avenue, Castro Valley, California 2Department of Preventive and Restorative Dental Sciences, University of California, San Francisco, California 3Incisive, LLC, Richmond, California Background and Objectives: It is established that both pulsed Nd:YAG (1,064 nm) and continuous diode (810 nm) dental lasers kill pathogenic bacteria (laser antisepsis), but a quantitative method for determining clinical dosimetry does not exist. The purpose of this study was to develop a method to quantify the efficacy of ablation of Porphyromonas gingivalis (Pg) in vitro for two different lasers. Study Design/Materials and Methods: The ablation thresholds for the two lasers were compared in the following manner. The energy density was measured as a function of distance from the output of the fiber-optic delivery system. Pg cultures were grown on blood agar plates under standard anaerobic conditions. Blood agar provides an approximation of gingival tissue for the wavelengths tested in having hemoglobin as a primary absorber. Single pulses of laser energy were delivered to Pg colonies and the energy density was increased until the appearance of a small plume was observed coincident with a laser pulse. The energy density at this point defines the ablation threshold. Ablation thresholds to a single pulse were determined for both Pg and for blood agar alone. Results: The large difference in ablation thresholds between the pigmented pathogen and the host matrix for pulsed-nd:yag represented a significant therapeutic ratio and Pg was ablated without visible effect on the blood agar. Near threshold the 810-nm diode laser destroyed both the pathogen and the gel. Conclusions: Clinically, the pulsed Nd:YAG may selectively destroy pigmented pathogens leaving the surrounding tissue intact. The 810-nm diode laser may not demonstrate this selectivity due to its greater absorption by hemoglobin and/or longer pulse duration. Lasers Surg. Med. 35: , _ 2004 Wiley-Liss, Inc. Key words: periodontitis; diode Nd:YAG dental laser; bacterial reduction; laser antisepsis; P. gingivalis Laser nella chirurgia e nella medicina 35: (2004) Rapporto terapeutico quantitativo del laser nell Antisepsi: Eradicazione del Porphyromonas gingivalis con i laser dentali. dott Cosimo Cigliola 208

6 David M. Harris, PhD 1,2* and Michael Yessik, PhD 3 1Bio-Medical Consultants, Inc., 4256 Heyer Avenue, Castro Valley, California 2Department of Preventive and Restorative Dental Sciences, University of California, San Francisco, California 3Incisive, LLC, Richmond, California Scopi e Obiettivi: È stato stabilito che entrambi i laser dentali, ND: YAG pulsato (1.064 nm) e il diodo continuo (810 nm) uccidono i batteri patogeni (antisepsi da laser), ma non esiste un metodo quantitativo per la determinazione della dosimetria clinica. Lo scopo di questo studio era di sviluppare un metodo per misurare l'efficacia nell eradicazione del Porphyromonas gingivalis (Pg) in vitro per azione di due differenti laser. Disegno/materiali e metodi di studio: sono state confrontate le soglie di eradicazione di due laser nel modo seguente. E stata misurata la densità di energia in funzione della distanza d'uscita del sistema di trasporto delle fibre ottiche. Le colture del PG si sono sviluppate sulle piastre con sangue di Agar in condizioni anaerobiche standard. Per le lunghezze d'onda esaminate il sangue di Agar fornisce un'approssimazione del tessuto gengivale poiché contiene emoglobina come assorbente primario. Le colonie del PG sono state sottoposte ad un singolo impulso di energia laser e la densità dell energia è aumentata fino alla comparsa di un piccolo alone contemporaneamente all impulso laser. La densità dell energia a questo punto definisce la soglia di eradicazione. Le soglie di eradicazione ad un singolo impulso sono state determinate sia per il PG che solo per il sangue di Agar. Risultati: La grande differenza delle soglie di eradicazione fra l'agente patogeno pigmentato e la matrice ospite per l impulso ND:YAG ha rappresentato un rapporto terapeutico significativo e il PG è stato rimosso senza effetto visibile sul sangue di Agar. Vicino alla soglia il laser al diodo da 810 nm ha distrutto entrambi, gli agente patogeni ed il gel. Conclusioni: Clinicamente, il ND:YAG pulsato può distruggere selettivamente gli agenti patogeni pigmentati lasciando il tessuto intatto. Il laser al diodo da 810 nm non può dimostrare questa selettività dovuta al relativo assorbimento maggiore verso l emoglobina e/o alla durata più lunga dell impulso. Laser Surg. Med. 35: , _ 2004 Wiley-Liss, Inc Parole chiave: periodontiti; diodo ND: YAG Laser dentale; riduzione batterica; laser antisepsi; P. Gingivalis. dott Cosimo Cigliola 209

7 Lasers in Surgery and Medicine 37: (2005) Clinical Efficacy of Semiconductor Laser Application as an Adjunct to Conventional Scaling and Root Planing Matthias Kreisler, DDS, PhD,* Haitham Al Haj, DDS, and Bernd d Hoedt, DDS, PhD Department of Oral Surgery, Johannes Gutenberg-University Mainz, Mainz, Germany Background and Objectives: The aim of the in vitro study was to examine the clinical efficacy of semiconductor laser periodontal pocket irradiation as an adjunct to conventional scaling and root planing. Materials and Methods: Twenty-two healthy patients with a need of periodontal treatment (15 women, 7 men, mean age 45.0_10.8 years) with at least four teeth in all quadrants, were included. All of them underwent a conventional periodontal treatment including scaling and root planing. Using a split mouth design, two randomly chosen quadrants (one upper and the corresponding lower one) were subsequently treated with an 809 nm GaAlAs laser operated at a power output of 1.0 Watt using a 0.6mm optical fiber. The teeth in the control quadrants were rinsed with saline. The clinical outcome was evaluated by means of plaque index (PI), gingival index (GI), bleeding on probing (BOP), sulcus fluid flow rate (SFFR), Periotest1 (PT), probing pocket depth (PPD), and clinical attachment loss (CAL) at baseline and at 3 months after treatment. A total of 492 teeth in both groups were evaluated and differences between the laser and the control teeth were analyzed using the Wilcoxon test (P<0.05). Results: Teeth treated with the laser revealed a signifi-cantly higher reduction in tooth mobility, pocket depth, and clinical attachment loss. Twelve percent of the teeth in the laser group showed an attachment gain of 3 mm or more, compared to 7% in the control group. An attachment gain of 2 3mmwas found in24%of the teeth in the laser group and 18% in the control group. No significant group differences, however, could be detected for the plaque index, gingival index, bleeding on probing, and the sulcus fluid flow rate. Conclusions: The higher reduction in tooth mobility and probing depths is probably not predominantly related to bacterial reduction in the periodontal pockets but to the de-epithelization of the periodontal pockets leading to an enhanced connective tissue attachment. The application of the diode laser in the treatment of inflammatory periodontitis at the irradiation parameters described above is a safe clinical procedure and can be recommended as an adjunct to conventional scaling and root planing. Lasers Surg. Med. 37: , _ 2005 Wiley-Liss, Inc. Key words: diode laser; scaling and root planing, Laser nella chirurgia e nella medicina 37: (2005) Efficacia clinica del semiconduttore laser irradiato nella tasca parodontale come aggiunta al convenzionale scaling e root planing Matthias Kreisler, DDS, PhD,* Haitham Al Haj, DDS, and Bernd d Hoedt, DDS, PhD Department of Oral Surgery, Johannes Gutenberg-University Mainz, Mainz, Germany dott Cosimo Cigliola 210

8 Obiettivi: Lo scopo dello studio in vitro era di esaminare l'efficacia clinica del semiconduttore laser irradiato nella tasca parodontale come aggiunta al convenzionale scaling e root planing. Materiali e metodi: nello studio erano compresi ventidue pazienti in buona salute con necessità di un trattamento parodontale (15 donne, 7 uomini, 45.0_10.8 anni di età media) con almeno quattro denti in tutti i quadranti. Tutti dovevano subire un trattamento parodontale convenzionale compreso scaling e root planing. Usando un disegno spaccato della bocca, sono stati scelti due quadranti a caso (uno superiore e il corrispondente antagonista) successivamente sono stati trattati con il laser al GaAlAs da 809 nm e un'uscita di alimentazione da 1.0 watt usando una fibra ottica da 0.6mm. I denti nei quadranti di controllo sono stati irrigati con soluzione salina. I risultati clinici sono stati valutati tramite indice di placca (PI), indice gengivale (GI), sanguinamento al sondaggio (Bop), portata del fluido sulculare (SFFR), Periotest1 (PT), profondità di sondaggio della tasca (PPD) e perdita di attacco clinico (CAL) come linea di base e a 3 mesi dopo il trattamento. Sono stati valutati un totale di 492 denti in entrambi i gruppi e le differenze fra il gruppo del laser e i denti di controllo sono stati analizzati usando la prova di Wilcoxon (P<0.05). Risultati: I denti trattati con il laser hanno evidenziato una significativa riduzione della mobilità dei denti, della profondità della tasca e perdita di attacco clinico. Il 12% dei denti nel gruppo del laser ha mostrato un guadagno dell attacco di 3 mm o più, in confronto al 7% del gruppo di controllo. Un guadagno di attacco di 2-3mm è stato trovato nel 24% dei denti nel gruppo del laser e il 18% nel gruppo di controllo. Nessuna differenza significativa del gruppo, tuttavia, è stata rilevata per quanto riguarda l'indice di placca, indice gengivale, sanguinando al sondaggio e la portata del fluido sulculare. Conclusioni: L'elevata riduzione della mobilità dentale e la riduzione della profondità probabilmente non è riconducibile principalmente alla riduzione batterica nelle tasche parodontali ma alla perdita di tessuto epiteliale delle tasche parodontali che conducono a un cambiamento di attacco del tessuto connettivo. L'applicazione del laser al diodo nel trattamento delle periodontiti infiammatorie con i parametri di irradiazione descritti precedentemente è una procedura clinica sicura e può essere suggerita come aggiunta al root planing e scaling. Laser Surg. Med. 37: , _ 2005 Wiley-Liss, Inc Parole chiave: laser al diodo; root planing e scaling. dott Cosimo Cigliola 211

9 Lasers in Surgery and Medicine 38:62 69 (2006) Bactericidal Effects of Diode Laser on Streptococcus mutans After Irradiation Through Different Thickness of Dentin Bor-Shiunn Lee, DDS, MS, PhD,1 Yueh-Wen Lin, DDS, MS,2 Jean-San Chia, DDS, MS, PhD,1 Tseng- Ting Hsieh, BDS,1 Min-Huey Chen, DDS, PhD,1 Chun-Pin Lin, DDS, MS, PhD,1 and Wan-Hong Lan, DDS, PhD 1* 1Graduate Institute of Clinical Dentistry, College of Medicine, National Taiwan University and National Taiwan University Hospital, Taipei, Taiwan 2Dental Department of Taipei Medical University Hospital, Taipei, Taiwan Background and Objectives: A reliable method to eradicate the bacteria of residual carious dentin has not yet been developed. The aim of this study was to evaluate the antibacterial effect of a diode laser on Streptococcus mutans through different thickness (500, 1,000, and 2,000 mm) of human dentin. The thermal effect of laser irradiation was also investigated. Study Design/Materials and Methods: Dentin specimens were inoculated with 2 ml of S. mutans on one side and irradiated by a diode laser on the other side with a power output ranging from 0.5 to 7W. The laser tip was swept with the whole irradiation area of 7 mm_3 mm at a speed of about 10 mm/second with a total irradiation time of 30 seconds. Cooling with distilled water (30 ml/minute) was applied simultaneously during laser irradiation. After laser irradiation, the bacteria was removed from the dentin surfaces and cultured for 48 hours at 37 C anaerobically to assess the colony forming units (CFU) per ml. The morphology of the lased bacteria and the temperature rise during laser irradiation were observed by scanning electron microscope (SEM) and measured by thermocouple, respectively. Results: The results revealed that 7Wof laser power could kill 97.7% of CFU through 500 mm thickness of dentin. However, the bactericidal efficiency was significantly reduced as the dentin thickness was increased. The morphological changes of lased bacteria ranged from less affected such as loss of their wall bands and existence of minicells to more severely degenerated, such as disintegration and fusion of cells with pores on the cell wall. Only the dentin specimens with a thickness of 500 mm exhibited a temperature rise greater than 5.5 C after receiving 5 or 7W of laser irradiation. Conclusions: A diode laser can eliminate the Streptococcus mutans of the residual carious dentin without inducing high pulpal temperature rise when the remaining dentin thickness is greater than 1 mm. Lasers Surg. Med. 38:62 69, _ 2006 Wiley-Liss, Inc. Key words: bactericidal effects; diode laser; streptococcus Mutans dott Cosimo Cigliola 212

10 Laser nella chirurgia e nella medicina 38:62-69 (2006) Effetti battericidi del laser al diodo dopo irradiazione sullo Streptococco Mutans con differente spessore della Dentina Bor-Shiunn Lee, DDS, MS, PhD,1 Yueh-Wen Lin, DDS, MS,2 Jean-San Chia, DDS, MS, PhD,1 Tseng- Ting Hsieh, BDS,1 Min-Huey Chen, DDS, PhD,1 Chun-Pin Lin, DDS, MS, PhD,1 and Wan-Hong Lan, DDS, PhD 1* 1Graduate Institute of Clinical Dentistry, College of Medicine, National Taiwan University and National Taiwan University Hospital, Taipei, Taiwan 2Dental Department of Taipei Medical University Hospital, Taipei, Taiwan Background ed obiettivi: attualmente non esiste un metodo attendibile per eradicare i batteri della dentina cariata residua. Lo scopo di questo studio era di valutare l'effetto antibatterico del laser al diodo sullo streptococco mutans (S. M.) diretto su spessori differenti (0,5 1 e 2 mm) di dentina umana. E stato studiato l'effetto termico del laser. Disegno/materiali e metodi di studio: Esemplari di Dentina sono stati inoculati con 2 ml S. Mutans in un punto e irradiato con un laser al diodo dall'altro lato con una potenza di uscita che varia da 0.5 a 7W. L intera area di irradiazione è stata trattata con una punta laser di 7 mm_3 mm ad una velocità di circa 10 mm/s per un tempo totale di irradiazione di 30 secondi. Durante l'irradiazione laser è stato applicato simultaneamente un raffreddamento ad acqua distillata (30 ml/min). Dopo l'irradiazione laser, i batteri sono stati rimossi dalla superficie della dentina e coltivati per 48 ore a 37 C in condizioni aerobiche per valutare le unità formanti colonie (CFU) per ml. La morfologia dei batteri irradiati e l'aumento di temperatura durante l'irradiazione laser è stata osservata, rispettivamente, al microscopio elettronico a scansione (SEM) e misurazione della termocoppia. Risultati: I risultati hanno rivelato che l'alimentazione laser a 7W potrebbe eliminare il 97.7% di CFU con 0,5 mm di spessore della dentina. Tuttavia, l'efficienza battericida si è sensibilmente ridotta quando è stato aumentato lo spessore della dentina. I cambiamenti morfologici dei batteri irradiati sono variati da effetti minimi, con perdita delle fasce della parete e l'esistenza di minicellule degenerate, a effetti più severi, come la disintegrazione e fusione dei pori della parete cellulare. Soltanto gli esemplari della dentina con uno spessore di 0,5mm hanno mostrato un aumento di temperatura maggiore di 5.5 C dopo essere stati sottoposti a irradiazioni laser a 5 o 7W. Conclusioni: IL laser a diodo può eliminare lo streptococco mutans nella dentina cariata residua senza indurre un aumento della temperatura pulpare quando lo spessore di dentina restante è maggiore di 1 mm. Laser Surg. Med. 38:62-69, _ 2006 Wiley-Liss, Inc Parole chiave: effetti battericidi; laser al diodo; streptococco mutans dott Cosimo Cigliola 213

11 Orhun Dörtbudak Lethal photosensitization for Robert Haas Decontamination of implant surfaces Thomas Bernhart Georg Mailath-Pokorny in the treatment of peri-implantitis Authors affiliation: Orhun Do rtbudak, Robert Haas, Thomas Bernhart, Georg Mailath-Pokorny, Department of Oral Surgery, School of Dentistry of the University of Vienna, Vienna, Austria Correspondence to: Orhun Dörtbudak Department of Oral Surgery, School of Dentistry of the University of Vienna, Währingerstr. 25a, A-1090 Vienna, Austria Tel: ¹¹ Fax: ¹¹ Date: Accepted 20 December 1999 To cite this article: Dörtbudak O, Haas R, Bernhart T, Mailath-Pokorny G. Lethal photosensitization for decontamination of implant surfaces in the treatment of peri-implantitis Clin. Oral Impl. Res. 12, 2001; Copyright C Munksgaard 2001 ISSN Key words: photosensitization, peri-implantitis, diode laser Abstract: Peri-implantitis is considered to be a multifactorial process involving bacterial contamination of the implant surface. A previous study demonstrated that a combination of toluidine blue O (100 mg/ml) and irradiation with a diode soft laser with a wavelength of 905 nm results in an elimination of Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), Prevotella intermedia (P. intermedia), and Actinobacillus actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans) on different implant surfaces (machined, plasma-flamesprayed, etched, hydroxyapatite-coated). The aim of this study was to examine the laser effect in vivo. In 15 patients with IMZ implants who showed clinical and radiographic signs of peri-implantitis, toluidine blue O was applied to the implant surface for 1 min and the surface was then irradiated with a diode soft laser with a wavelength of 690 nm for 60 s. Bacterial samples were taken before and after application of the dye and after lasing. The cultures were evaluated semiquantitatively for A. actinomycetemcomitans, P. gingivalis, and P. intermedia. It was found that the combined treatment reduced the bacterial counts by 2 log steps on average. The application of TBO and laser resulted in a significant reduction (P,0.0001) of the initial values in all 3 groups of bacteria. Complete elimination of bacteria was not achieved. Various methods for cleaning of implant surfaces have been described in order to treat failing implants. Among other things, citric acid, airpowder abrasive treatment, mechanical cleaning with curettes or scalers or the application of plasticcoated ultrasonic scalers are used (Lozada et al. 1990; Parham et al. 1989; Fox et al. 1990). The application of powder blasting devices is considered to be the most effective mechanical method (Dennison et al. 1994; Zablotsky et al. 1992a). However, some of the recommended cleaning methods have been reported to change or damage the surface properties of implants (Bergendal et dott Cosimo Cigliola 214

12 al. 1990; Koka et al. 1992; McCollum et al. 1992; Zablotsky et al. 1992b). Systemic administration of antibiotics during the phase of treatment is also thought to have a supporting effect (Mombelli & Lang 1992). A new technique for cleaning of infected implant surfaces in vivo is laser treatment. Effects of an Nd:YAG laser on titanium-spray-coated and hydroxyapatite-coated implant surfaces were examined in a study which revealed undesirable surface alterations and insufficient detoxification (Block et al. 1994). By using a soft laser instead of an Nd:YAG laser, an excellent effect was achieved in cleaning different implant surfaces (Pick & Colvard 1993). Many studies have demonstrated that lethal photosensitization of bacteria can be achieved in vitro (Wilson et al. 1993) without any change in solidus or damage to the treated surfaces. Experimental examinations have revealed that light from a Helium/Dörtbudak et al. Lethal photosensitization in peri-implantitis Neon laser (HE/Ne laser) or a Gallium- Arsenide-Laser (GaAlAs), in combination with appropriate photosensitizers, can achieve a significant reduction in the viability of both aerobics and anaerobics in a solution of subgingival plaque from patients with chronic periodontitis (Wilson et al. 1995; Haas et al. 1997). Especially toluidine blue O (TBO) has shown to be a highly effective photosensitizer (Dobson & Wilson 1992; Wilson et al. 1995). Dobson & Wilson (1992) demonstrated that bacteria associated with periodontal disease can be killed through photosensitization with TBO and irradiationwith ahe/ne soft laser. In an in vitro study, the bactericidal effect of lethal photosensitization was demonstrated on different implant surfaces and resulted in the elimination of all 3 tested bacteria (Haas et al. 1997). This study aimed to examine the effectiveness of lethal photosensitization in treating implant surfaces in vivo by evaluation of remaining levels of A. actinomycetemcomitans, P. gingivalis and P. intermedia. dott Cosimo Cigliola 215

13 Orhun Dörtbudak Lethal photosensitization for Robert Haas Decontaminazione della superfice implantare Thomas Bernhart Georg Mailath-Pokorny in the treatment of peri-implantitis Authors affiliation: Orhun Do rtbudak, Robert Haas, Thomas Bernhart, Georg Mailath-Pokorny, Department of Oral Surgery, School of Dentistry of the University of Vienna, Vienna, Austria Corrispondenza: Orhun Dörtbudak Department of Oral Surgery, School of Dentistry of the University of Vienna, Währingerstr. 25a, A-1090 Vienna, Austria Tel: ¹¹ Fax: ¹¹ Data: Accettato il 20 Decembre 1999 citazioni per questo articolo: Dörtbudak O, Haas R, Bernhart T, Mailath-Pokorny G. Lethal photosensitization for decontamination of implant surfaces in the treatment of peri-implantitis Clin. Oral Impl. Res. 12, 2001; Copyright C Munksgaard 2001 ISSN Parole chiave: fotosensibilizazione, perimplantiti, laser a diodo Riassunto: la periimplantite è considerata un processo multifattoriale che coinvolge la contaminazione batterica della superficie dell impianto. Uno studio precedente ha dimostrato che una combinazione di blu di toluidina TBO (100 mg/ml) ed irradiazione con un soft laser al diodo ad una lunghezza d'onda di 905 nm risultano efficaci nella eliminazione del Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), della Prevotella intermedia (P. intermedia) e dell Actinobacillus actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans) sulle diverse superfici di un impianto (lavorato, plasma-spruzzato a fuoco, inciso, rivestito con Idrossiapatite). Lo scopo di questo studio era di esaminare l effetto del laser in vivo. Su 15 pazienti con impianti IMZ che avevano mostrato i segni clinici e radiografici della periimplantite, è stato applicato il blu toluidina sulla superfice dell impianto per 1 minuto e la superficie allora è stata irradiata con un soft laser al diodo ad una lunghezza d'onda di 690 nm per 60s. i campioni batterici sono stati presi prima e dopo l'applicazione della tintura e dopo l irradiazione. Le colture sono state valutate semi-quantitativamente per l A. actinomycetemcomitans, il P. gingivalis del e il P. intermedia. È stato visto che il trattamento accoppiato ha ridotto il numero dei batteri dei ceppi in media di 2 punti. L'applicazione di TBO e del laser ha provocato una riduzione significativa (P, ) dei valori iniziali di tutti e 3 i gruppi di batteri. Non è stata raggiunta l'eradicazione completa dei batteri. Sono stati descritti vari metodi per la pulizia delle superfici degli impianti contaminati da dott Cosimo Cigliola 216

14 batteri. Tra le altre cose sono state usate, acido citrico, trattamento abrasivo con aria-polvere, pulizia meccanica con curettes o scalers o applicazione di scalers ultrasonici rivestiti in plastica (Lozada ed altri. 1990; Parham ed altri. 1989; Fox ed altri. 1990). L'applicazione di polvere per far saltare i dispositivi è considerato come il metodo meccanico più efficace (Dennison ed altri. 1994; Zablotsky ed altri. 1992a). Tuttavia, alcuni metodi di pulizia suggeriti sono stati segnalati essere in grado di modificare o danneggiare la superfice degli impianti (Bergendal ed altri. 1990; Koka ed altri. 1992; McCollum ed altri. 1992; Zablotsky ed altri. 1992b). Inoltre la somministrazione sistematica degli antibiotici durante la fase del trattamento si pensa abbia un effetto di sostegno (Mombelli & Lang 1992). Una nuova tecnica per la pulizia delle superfici dell impianto infetto è il trattamento con il laser in vivo. In uno studio sono stati esaminati gli effetti del Laser al ND:YAG sulle superfici dei impianti rivestiti in titanio e Idrossiapatite ha rivelato alterazioni indesiderabili e un insufficiente detossicazione delle superfici (Block ed altri. 1994). Utilizzando un laser soft anziché un laser al ND:YAG, è stato ottenuto un eccellente effetto di pulitura sulle differenti superfici di impianti (Pick & Colvard 1993). Molti studi hanno dimostrato che la fotosensibilizazione mortale dei batteri può essere realizzata in vitro (Wilson ed altri. 1993) senza cambiamenti della solidità o danneggiamenti del trattato superficiale. Esami sperimentali hanno rivelato che la luce da un Helium/ Dörtbudak ed altri. Fotosensibilizazione mortale nelle periimplantiti Laser al Neon (laser He/Ne) o Gallio Arseniuro-Laser (GaAlAs), in associazione con i fotosensibilizzanti adatti, possono realizzare una significativa riduzione della vitalità sia dei batteri aerobici che anaerobici in una soluzione di placca subgengivale da pazienti con parodontite cronica (Wilson ed altri. 1995; Haas ed altri. 1997). In particolare il blu di toluidina (TBO) si è rivelato un fotosensibilizzatore altamente efficace (Dobson & Wilson 1992; Wilson ed altri. 1995). Dobson & Wilson (1992) dimostrati che i batteri sono associati con la malattia parodontale può essere uccisa attraverso fotosensibilizzatore con TBO e irradiation con soft laser He/Ne. In uno studio in vitro, l'effetto battericida di il fotosensibilizzatore mortale è stato dimostrato sulle superfici differenti del implant e provocato l'eliminazione di tutti e 3 le esaminati batteri (Haas ed altri. 1997). Questo studio ha mirato ad esaminare l'efficacia di photosensitization mortale nel trattare implant superfici in vivo dalla valutazione di restante livelli dei actinomycetemcomitans del A., Gingivalis del P. e intermedia del P. Materials and methods A total of 15 consecutively treated patients (8 women and 7 men, with a mean age 43 years) with peri-implantitis around dental implants were included in this prospective study. The patients hadeither been treated with 1 or several implants. All patients were diagnosed as having periimplantitis with pockets deeper than 5mmand radiographical evidence of progressive bone loss (period of time: 12 months) around the implant. Only 1 implant per patient met these criteria. None of the patients had used antibiotics or had undergone other peri-implant treatment during the 3 months prior to sampling. All patients had been treated with plasma-spray-coated IMZA (Friatec Schütze, Germany) implants (7 maxillary implants and 8 mandibular implants, with a mean service time of 38 months). Surgical procedure Following elevation of a mucoperiosteal flap, the peri-implant dott Cosimo Cigliola 217

15 soft tissue was removed with a plastic scaler in order to expose the implant surface. The implant surface was then rinsed with physiologic. ICLE F. Krause, A. Braun, M. Frentzen The possibility of detecting subgingival calculus by laser-fluorescence in vitro Received: 20 June 2002 / Accepted: 20 June 2002 _ 2003 Springer-Verlag London Limited Abstract The aim of the present study was to investigate laser-fluorescence effects on the root surface. The possibility of detecting subgingival calculus should be evaluated to control complete calculus removal after scaling and root planing. Twenty freshly extracted human teeth, partially covered with calculus on the root surface, were fixed on a translation stage. The specimens were irradiated by light from a laser source (diode laser, <1 mw) with a wavelength of 655 nm using the Diagnodent _-system. To simulate the conditions in a periodontal pocket during the measurement procedure, the teeth were covered by a layer of physiological saline solution or blood in order to determine the influence of different inflammatory fluids. The root surface was scanned on a line of about 1 cm in steps of 0.5 mm. The start and end was marked by a notch. The results of the laser-fluorescence detection were compared to clinical and histological findings. Clinically apparent calculus on the root surface was always accompanied with a statistically significant increase of laser-fluorescence values ( p < 0.05). These values were not influenced by the different fluids ( p < 0.05). The laser-fluorescence values were reproducible ( p > 0.05). After scaling, when no debris remained at the root surface, laserfluorescence values decreased significantly ( p < 0.05). The histological findings supported the clinical results. In conclusion, the present study indicates that laser-fluorescence values on the root surface are strongly correlated to the presence of calculus. This fluorescence effect can basically be used to develop a new detecting system for subgingival calculus in periodontal pockets. Keywords Calculus Æ Diode laser Æ Laser-fluorescence Æ Subgingival scaling F. Krause, A. Braun, M. Frentzen Possibilità di rilevare un calcolo sottogengivale con il laser a fluorescenza in vitro Received: 20 June 2002 / Accepted: 20 June 2002 _ 2003 Springer-Verlag London Limited Abstract Lo scopo del presente studio era di studiare gli effetti del laser a fluorescenza sulla superficie radicolare. La possibilità di rilevare il calcolo sottogengivale dovrebbe essere valutata per controllare dopo il root planing e lo scaling. Venti denti umani estratti di recente, parzialmente coperti di calcoli sulla radice, sono stati fissati su una piastra di trasporto. Gli esemplari sono stati irradiati da una dott Cosimo Cigliola 218

16 fonte luminosa laser (laser al diodo, <1 mw) con una lunghezza d'onda di 655 nm usando il Diagnodent system. Per simulare le condizioni di una tasca parodontale durante la procedura di misurazione, i denti sono stati coperti da uno strato di soluzione fisiologica o amina per determinare l'influenza dei differenti liquidi infiammatori. La superfice radicolare era stata esplorata da una linea di circa 1 cm con un gradino di 0.5 millimetri. L'inizio e l'estremità sono stati contrassegnati da una tacca. I risultati della rilevazione del laser a fluorescenza sono stati confrontati clinicamente e istologicamente. Il calcolo presente sulla superficie della radice è stato accompagnato clinicamente sempre da un aumento statisticamente significativo dei valori del laser a fluorescenza (p < 0.05). Questi valori non sono stati influenzati dai differenti liquidi (p < 0.05). I valori del laser a fluorescenza erano riproducibili (p > 0.05). Dopo lo scaling, quando non ci sono rimasti residui sulla superficie radicolare, i valori del laser a fluorescenza sono diminuiti significativamente (p < 0.05). I risultati istologici hanno confutato i risultati clinici. In conclusione, il presente studio indica che i valori del laser a fluorescenza sulla superficie della radice sono correlati fortemente alla presenza del calcolo. L effetto della fluorescenza può essere usato come base per sviluppare un nuovo sistema di rilevazione del calcolo sottogengivale nelle tasche parodontali. parole chiavi: Scaling Sottogengivale, calcolo, laser al diodo, Laser a fluorescenza. dott Cosimo Cigliola 219

17 Low-Energy Diode Laser Irradiation Reduced Plasminogen Activator Activity in Human Periodontal Ligament Cells Yasuhito Ozawa, DDS, PhD,1 Noriyoshi Shimizu, DDS, PhD,1* and Yoshimitsu Abiko, DDS, PhD2 1Department of Orthodontics 2Department of Biochemistry, Nihon University School of Dentistry at Matsudo, Matsudo, Chiba 271, Japan Background and Objective: The plasminogen activator (PA)-plasmin proteolytic system is implicated in the degradation of the extracellular matrix in inflammation. Since human periodontal ligament (PDL) cells produced high PA activity in response to mechanical stress, excessive mechanical stress to PDL cells such as occlusal trauma may induce collagen breakdown through activation of the PA-plasmin system. As low-energy laser irradiation has anti-inflammatory effects, we examined the effects of low-energy laser irradiation on the PA-plasmin system in stretched PDL cells in vitro. Study Design/Materials and Methods: Human PDL cells obtained from healthy premolars were mechanically stretched and Ga-Al-As low-energy laser was irradiated (830nm, 3.95 to 7.90 J/cm2) to the stretched cells. Results: PDL cells showed a marked elevation in PA activity in response to stretching, which was significantly inhibited by a laser irradiation in a dose-dependent manner (55 86%, p < 0.001). This effect could involve transcriptional events of tissue type (t) PA gene. Conclusion: These results suggests that laser irradiation may reduce collagen breakdown around the PDL associated with traumatic occlusion. Lasers Surg. Med. 21: , Wiley-Liss, Inc. Key words: Ga-Al-As diode laser; mechanical stress; periodontal ligament; plasminogen activator-plasmin system L Irradiazione con laser a diodo a bassa energia riduce l Attività dell'attivatore Plasminogeno parodontale delle cellule umane del legamento Yasuhito Ozawa, DDS, PhD, 1 Noriyoshi Shimizu, DDS, PhD, 1* e Yoshimitsu Abiko, DDS, PhD2 1Department dell'ortognatodonzia 2Department di biochimica, scuola dell'università di Nihon di odontoiatria a Matsudo, Matsudo, Chiba 271, Giappone Background ed obiettivi: L'attivatore plasminogeno (PA)-plasmina del sistema proteolitico è implicato nella degradazione della matrice extracellulare nel processo infiammatorio. Le cellule del legamento parodontale umano (PDL) producono un alta attività di PA in risposta allo sforzo meccanico, un eccessivo sforzo meccanico al PDL quale il trauma occlusale può indurre le cellule del collageno la ripartizione con attivazione del sistema del PA-plasmina. L'irradiazione con un laser a bassa energia ha effetti antinfiammatori, noi abbiamo esaminato gli effetti delle irradiazioni con laser a bassa energia sul sistema della PA-plasmina in cellule allungate di PDL in vitro. dott Cosimo Cigliola 220

18 Disegno/materiali e metodi di studio: Cellule umane di PDL ottenute da premolari sani sono state allungate meccanicamente e irradiate con un laser a bassa energia Ga-Al-As (830nm, 3.95 a 7.90 J/cm 2 ). Risultati: Le cellule di PDL hanno mostrato una elevata attività di PA in risposta all'allungamento, che è stato inibito significativamente dall irradiazione del laser in un modo dose-dipendente (55-86%, p < 0.001). Questo effetto ha potuto coinvolgere gli eventi di trascrizione del tessuto di tipo(t) del gene PA. Conclusione: Questi risultati indicano che l'irradiazione col laser può ridurre la ripartizione del collageno intorno al PDL associato al trauma occlusale. Laser Surg. Med. 21: , Wiley-Liss 1997, Inc. Parole chiave: laser al diodo Ga-Al-As; stress meccanico; legamento parodontale; sistema attivatore-plasmina del plasminogeno dott Cosimo Cigliola 221

19 Application of DIAGNOdent as a guide for removing carious dentin with Er:YAG laser Kazuaki Yonemotoa,*, Toru Eguroa, Toru Maedab, Hisayoshi Tanakaa adepartment of Endodontics and Operative Dentistry, School of Dentistry at Tokyo, Nippon Dental University, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Japan bdivision of General Dentistry, Nippon Dental University Dental Hospital, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Japan Received 24 November 2004; received in revised form 25 June 2005; accepted 7 July 2005 KEYWORDS Er:YAG laser; Caries removal; Carious dentin; Guide of carious dentin removal; EPMA analysis; Microradiographic observation; SEM observation; DIAGNOdentw Summary Objectives: The purpose of this study was to investigate the DIAGNOdent values applicable as a guide for removal of outer layer of carious dentin with Er:YAG laser. Methods: Carious dentin of human extracted molars was removed by bur with Caries Detectorw (Group 1: red stained dentin was left, Group 2: light pink stained dentin was left) and by Er:YAG laser with DIAGNOdentw value as a guide (30OGroup 3O21, 20OGroup 4O11, 10OGroup 5). The cavity floor dentin after removing carious dentin was examined using microradiograms, EPMA and SEM. Results: The cavity floor dentin of group 1,3 showed the decreases in the degree of X-ray absorption. In group 2,4 and 5, decrease of Ca, P were not observed. The decrease of Mg was observed on the more superficial part of the cavity floor for group 3 than for group 4. Conclusions: When carious dentin was removed using Er:YAG laser, the carious dentin outer layer was ideally removed with DIAGNOdentw values: DIAGNOdentw values: 11 20, could indicate the completion of outer layer removal of carious dentin with Er:YAG laser, but there are some problems that must be addressed before the clinical application. Q 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved. Applicazione del DIAGNOdent come guida per rimuovere la dentina cariata con Laser Er: YAG Kazuaki Yonemotoa, *, Toru Eguroa, Toru Maedab, Hisayoshi Tanakaa adepartment di Endodontics ed odontoiatria attiva, scuola di odontoiatria a università dentale di Tokyo, Giappone, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Giappone bdivision di odontoiatria generale, ospedale dentale dell'università dentale del Giappone, Fujimi Chiyoda-ku Tokyo, Giappone 24 novembre 2004 ricevuto; ricevuto nella forma modificata il 25 giugno 2005; accettato il 7 luglio PAROLE CHIAVI Laser Er YAG; Rimozione della carie; Dentina cariata; Guida alla rimozione della dentina cariata; Analisi EPMA; osservazione Microradiografica; Osservazione SEM; DIAGNOdent. Obiettivi sommari: Lo scopo di questo studio era studiare i valori del DIAGNOdent applicabili come guida per la rimozione dello strato esterno della dentina cariata con Laser Er: YAG. dott Cosimo Cigliola 222

20 Metodi: la dentina cariata di molari umani estratti è stata rimossa per mezzo del Detector per la carie (gruppo 1: dentina macchiata di rosso, gruppo 2: dentina macchiata di rosa-chiaro) e da un Laser Er:YAG con valori del DIAGNOdent come guida (30 OGroup 3O21, 20 OGroup 4O11, 10 OGroup 5). la dentina del pavimento della cavità dopo la rimozione è stata esaminata usando la microradiografia, EPMA e SEM. Risultati: la dentina del pavimento della cavità del gruppo 1 e 3 ha mostrato le diminuzioni nel grado di assorbimento dei raggi X. Nei gruppi 2, 4 e 5, non è stata osservata ldiminuzione del Ca, P. Sulla parte più superficiale del pavimento della cavità del gruppo 3 e gruppo 4 è stata osservata una diminuzione di Mg. Conclusioni: Quando la dentina cariata è stata rimossa usando un Laser Er:YAG, lo strato esterno della dentina cariata è stato rimosso idealmente con valori del DIAGNOdent: tra Valori del DIAGNOdent: tra 11-20, hanno indicato il completamento della rimozione dello strato esterno della dentina cariata con il laser Er:YAG, ma ci sono alcuni problemi che devono essere risolti prima dell'applicazione clinica. Elsevier 2005 di Q srl. Tutti i diritti riservati. dott Cosimo Cigliola 223