Primary-to-first-rebound bubble dynamics of plasma-mediated Nd:YAG and thermally driven Er:YAG configurations in 17% EDTA solution

技術要約：17% EDTAにおける一次気泡から第一リバウンドへのバブルダイナミクス

問題提起
根管洗浄は、無機物スメール層を除去するために、17% エチレンジアミン四酢酸（EDTA）のようなキレート剤に依存している。レーザー活性化洗浄（LAI）は、解剖学的凹部における流体交換を促進するために、膨張および収縮する気泡を利用しているが、液体の物理的応答は、活性化源と液組成の両方に依存する。先行研究により、溶質依存的な光学的ブレークダウンおよびバブルダイナミクスが、蒸留水とEDTAの間で異なることは確立されているが、プラズマ媒介型のNd:YAGと熱駆動型のEr:YAGによる活性化モード間における、17% EDTA内での具体的な比較は欠落していた。さらに、一次気泡とその第一リバウンドの関係性、具体的には、リバウンドが一次事象の均一な幾何学的スケーリングであるか否かについては、この特定の調製におけるこれらの構成に対して特性評価が行われていなかった。

方法論
本研究では、高速度撮影（50,000フレーム/秒）を用い、石英キュベット内の非拘束された17% EDTA溶液における90個の独立した気泡事象を分析した。実験デザインは、2つの開始ファミリーにわたる9つの構成を比較した：

1. プラズマ媒介型 Nd:YAG (LIPA): Qスイッチ式1064 nmレーザー、パルスエネルギー100、200、300 mJ（パルス幅10 ns）。
2. 熱駆動型 Er:YAG: 2940 nmレーザー、以下の2つのパルスモード：
   • 超短パルス (USP): パルス幅25 µs、エネルギー10、15、20 mJ。
   • 極短パルス (SSP): パルス幅50 µs、エネルギー10、15、20 mJ。
     なお、LIPAはEr:YAGの構成に対してエネルギーマッチングはされていない。

バブルダイナミクスは、ソフトウェアによって出力された楕円等価投影面積（「サイズ」）、等価直径、タイミング（最大到達時間、寿命）、およびビーム参照の軸方向および横方向の長さを用いて定量化された。統計解析には、Kruskal–Weiss検定、Holm補正を用いたMann–Whitney比較、およびEr:YAGモードに対する因子分析を用いた。リバウンドの幾何学形状は、リバウンド対一次直径の比および対になる対数アスペクト変化を通じて、形状の変化を評価するために分析された。

主な貢献および結果
本研究は、テストされた構成間で異なる一次から第一リバウンドへのプロファイルを特性化した：

• USP vs. SSP (共通設定): すべての共通エネルギー設定（10, 15, 20 mJ）において、USPモードはSSPと比較して、有意に大きな一次および第一リバウンドの投影面積を示した。USPは、より高いリバウンド/一次直径比を示した（サンプル Cliff's δ = 1.00; 調整済み p ≤ 0.0057）。
  • 一次サイズ: USPの一次面積中央値は、4.310 mm² (10 mJ) から 6.513 mm² (20 mJ) へと増加した。
  • リバウンドサイズ: USPのリバウンド面積中央値は、2.520 mm² から 3.540 mm² へと増加した。
  • タイミング: USPの事象は、SSPと比較して、最大到達時間および寿命の両方において長い傾向を示した。
• SSPのエネルギー応答: SSPの一次面積中央値は10 mJから20 mJにかけて41.9%増加したが、リバンド面積の中央値は比較的安定していた（10 mJで1.150 mm²、20 mJで1.139 mm²）。その結果、SSPのリバウンド/一次直径比は0.629から0.535へと有意に低下した（調整済みトレンド p = 0.000300）。
• LIPAの特性: LIPA構成は、Er:YAGモードよりも大きな絶対サイズ範囲を占めていたが、これらはエネルギーが一致していないため、制御されたメカニズムテストではなく、リファレンスとして機能した。
• 幾何学的異方性: 本研究は、リバウンドの幾何学形状が一次の幾何学形状の均一なスケーリングではないことを発見した。
  • LIPA: リバウンドは軸方向に優勢であった（アスペクト比 > 1）。
  • USP: リバウンドは横方向に優勢であった（アスペクト比 < 1）。
  • SSP: 10 mJでの横方向優勢から、20 mJでの軸方向優勢へのシフトを示した。
  • 対になる形状分析により、すべてのUSPグループおよびSSP10における有意な横方向へのシフト、ならびにSSP20およびLIPA100/200における軸方向へのシフトが確認された。

意義および主張
本論文は、17% EDTAにおけるレーザー生成気泡の、構成に応じた物理的ベースラインを提供すると主張している。著者らは以下の点を強調している：

1. 開始メカニズム: 異なるプロファイルが観察されたものの、著者らは、これらのラベルが持続的なプラズマ、リバウンド時における純粋な蒸気、あるいはLIPA中の加熱の不在を確立するものではないと明示している。観察結果は、開始メカニズムを差異の唯一の原因として特定するものではない。
2. 非一様スケーリング: 第一リバウンドは、一次気泡の単純な幾何学的スケーリングではない。絶対的なリバウンドサイズ、相対的なサイズ、および投影された異方性は、パルスエネルギーおよびパルス幅の変化に対して異なる反応を示す。
3. 外挿の限界: 著者らは、これらの知見が臨床的有効性、エネルギー保持、圧力の安全性、またはEDTA対水の効果を確立するものではないと明示的に述べている。
4. 文脈的役割: これらの知見は、将来の拘束された根管研究のための基礎的なデータセットとして機能するものであり、本実験は鉱物基質のない非拘束液体中で行われたため、清掃効率や象牙質の安全性を直接測定するものではない。

本研究は、レーザー活性化洗浄を評価する際には、構成固有のプロファイルを考慮する必要があり、一次気泡とリバウンド気泡の関係は複雑であり、モードに依存するという結論を導いている。