在牙周炎的治療初期，絕大多數時間花在器械潔治，牢固黏附的龈下牙石可以被清除，它含有多種微生物和能導致牙周疾病的內毒素（Schenkein1999）。因此，牙周炎的治療主要是針對減少深入龈下附著礦化沉積物上的病原體和去除牙周致病菌的生物膜。牙石去除的完成與臨床健康牙齒伴隨的內毒素水平相符合（Cadosch等.2003）。牙石可以用手用潔治器、超聲器械、噴砂潔治器、金剛砂鑽和激光來去除。聲波和超聲潔治器最初被設計用於龈上潔治（Johnson&Wilson1957）。調整器械的尖端以獲得更小的直徑、更長的工作長度、更易進入深部以及更有效率的器械是可以實現的（Holbrook&Low1994）。去除牙石的主要機制是潔治器尖端的機械振動作用。此外，水的流體動力，如冷卻水的空化作用產生的高能量沖擊波(Walmsley等1990)和接近潔治器尖端表面的超微聲束，都可促進牙石去除（Khambay&Walmsley1999)。
最近推出的新型超聲波裝置是Vector系統(DuerrDental,Bietigheim-Bissingen,Germany)。超聲波振動產生的頻率為25千赫，然後通過諧振環轉換，產生水平偏移垂直振動(Hahn2000)。器械尖端平行於牙面移動，避免水平振動牙面。因此，這種治療已被證實較傳統牙周治療方法痛苦較少(Braunetal.2003,Hoffmanetal.2005)。然而，減小常規超聲設備的功率設置後，在維護治療中Vector系統和傳統設備記錄下的痛覺程度相當(Kocheretal.2005)。臨床參數如牙周袋深度和探診出血在用Vector系統或手工器械進行牙周治療後有相似的進步(Klingeretal.2000,Sculeanetal.2004)。使用超聲系統或碳纖維刮匙來治療種植體周圍炎是沒有任何臨床差異的(Karringetal.2005)。
Vector系統是需要使用的含有羟磷灰石拋光液以及含有碳硅研磨液的設備。用三維激光掃描裝置可以顯示用Vector系統去除根面物質的數量主要取決於沖洗液的選擇(Braunetal.2005b)。黏附沉積物的去除效率可能也決定於這個參數。二維數字化圖像的評估表明這個假定可以被證實(Braunetal.2005a)。所以，目前研究的目的是用三維激光掃描裝置評估新型超聲系統在體外去除牙石的結果，並且與常規潔治做比較。此外，要在原位評估剩余牙石的數量來比較有拋光液的Vector系統和手用器械的治療效果，評價龈下菌斑樣本，以評估兩種治療方法對於牙周致病菌的影響。
材料和方法
三維激光掃描
從不同患者那裡收集40顆根面覆蓋龈下結石的離體牙，並且保存於生理鹽水溶液中。在拔牙與後續的牙齒治療之間的時間間隔不超過一周。根據先前實驗裝置的描述(Braunetal.2005b)，獲取了根面基線掃描圖像，接著切牙、前磨牙、磨牙根據其牙齒類型和根面牙石的數量被平均的分為4組，每組10顆。為了避免人為偏倚用計算機產生隨機數的方法為這些組分配治療方案：25千赫含有羟磷灰石拋光液和加有金屬刮匙的Vector系統(VA)、25千赫含有碳硅研磨液和加有金屬刮匙的Vector系統(VP)、31千赫傳統EMS超聲系統(使用高功率和P尖)(U)和手工器械(H)。據制造商說明，操作Vector系統在應用時振幅被設定為30μm，相當於7個LED照亮顯示的強度。超聲器械使用時尖端平行於根面並持續貼合於根面。在手工器械組，每個牙齒都使用新的刮匙以避免器械變鈍。所有牙齒的器械操作都是由一位有良好牙周治療經驗的研究者實施，他在操作時都使用了適當的臨床治療力量。在試驗組牙齒操作之前，側向力的測量已經完成(Braunetal.2005a)。對於200秒的治療間期每隔10秒進行評估，這個初步調查表明操作者處理根面時在使用手工器械時施加了4.76±0.24N的側向力(H)、0.83±0.11N(U)、0.68±0.10N(VP)和0.69±0.09N(VA)。手用和超聲的根面處理器械是根據以前實驗描述的裝置采用人工牙周袋模型完成的(Braunetal.2005a,b)，利用載玻片覆蓋在不透明的橡皮障上(Colte′ne/Whaledent,Langenau,Germany)。每隔40秒，治療中斷，由第二個研究者對牙齒的體積進行測量直至其表面徹底清潔。牙石去除的終止標志是第二個研究者看到清潔的根面。利用三維激光掃描裝置來完成體積的測量(Willytec,Munich,Germany)。每個樣品表面都塗了染料(Met-LChek,SantaMonica,CA,USA)後進行激光掃描，自牙冠掃描至牙根，激光束通過光學系統到達牙根面。反射光束被觀察角度為20°的高分辨率CCD相機（精確度為28μm(寬)，25μm(長)，2.5μm(高)。為了便於掃描裝置取得可重復的牙齒位置，牙齒由硅橡膠印模材料固定(Voco,Cuxhaven,Germany)。為了評價牙石的去除，取自根面的掃描圖像用Match3D疊加軟件(Willytec)進行數字疊加和減影。對照組10個牙齒被列入研究設計中來評估表面塗料的影響。所以，牙齒塗上染料後被安裝在掃描裝置上。在未經治療的牙面經過激光掃描，但要避免任何潔治動作。所有牙齒重復該操作步驟10次。
統計分析
運用Shapiro–Wilk檢驗來分析數值的正態分布。當數值為正態分布時，方差分析（ANOVA）和均數比較（Scheffe＇）被用來分析不同方法牙石去除的數量。以p<0.05為顯著性水平來判斷是否有統計學差異。
平面評估
這次研究中包括八顆未經治療的八位進展期牙周炎患者的單根牙。被指定拔除的牙齒在X線和臨床上可見明顯的龈下牙石。近遠中探診深度都至少有4mm，X片可見骨喪失至少有根長的1/3。解釋了研究的性質後、在治療開始前都得到了每個患者的知情同意。這項研究是由當地倫理委員會批准的。
在每個治療步驟前，牙齒都用Florida牙周探針(FloridaProbes,FloridaProbeCorporation,Gainesville,FL,USA)以可控制的力(15g)進行測量，並且記錄下六個點位的牙周袋深度：近頰、近舌、舌側、遠舌、遠頰、頰側。局麻後，用金剛砂車針在牙齒龈緣水平周圍磨出一條溝槽。不論是近中還是遠中的根面都用Vector系統進行治療，使用金屬刮匙，25千赫頻率和含有羟磷灰石的拋光液，調整至通常設置的70%功率。與此相對的牙面用手工器械進行潔治(Graceycurettes,Hu-Friedy)。潔治的終點由牙周探針觸診決定。由兩名有經驗的牙周病專家來操作器械。一名操作者分別在一個牙面上使用手工或超聲器械，同時另一名操作者在相對的牙面進行第二項治療。第三名操作者在盲態的情況下記錄治療時間。牙齒的不同治療次序是根據計算機的隨機數字表隨機分配的。在潔治的前後，要采集龈下牙石的樣本進行微生物學評估。
在治療後，拔出牙齒並保存於生理鹽水溶液中，用1%亞甲藍染色1分鐘來區分黏附的結締組織。結合所記錄的探測深度可以確定器械操作到的根方邊緣。納入研究的區域通過龈溝的位置來確定。在側方，邊緣定於牙齒線角1㎜處以避免因線性失真導致的不精確。牙齒的標准化照片按1：1放大。用表面分析軟件(MegaCAD4.8b,MegatechSoftwareGmbH,Berlin,Germany)對數字化照片進行分析，測量剩余牙石的面積精確到0.1平方毫米。
運用Shapiro–Wilk檢驗來分析數值的正態分布後進行統計分析。因為不是所有數值都正態分布，不同組的剩余牙石通過非參數檢驗(Wilcoxon’s)進行比較。治療時間通常也不會正態分布，因此也用非參數檢驗(Wilcoxon’s)。以p<0.05為顯著性水平來判斷是否有統計學差異。
微生物學評估
分別在治療前和治療後即刻從准備做平面評估的八顆單根牙上取得龈下菌斑樣本。為避免污染，在取樣品前做了龈上清潔。在每個位點插入兩個無菌紙尖保持30秒，然後轉移至轉移培養基瓶中（Cary-Blair-Transportmedium,HainDiagnostika,Neheren,Germany）。經預降解大豆胰酶解酪蛋白酶均勻化處理之後，一半溶液被用於培養。均分為0.1ml的溶液被置於大豆胰酶解酪蛋白酶瓊脂培養基，在空氣加10%CO2條件選擇性微需氧微生物培養3天，然後用5天進行厭氧菌培養(GasPac,Becton&Dickinson)。
通過對另一半溶液做DNA探針分析來鑒別牙龈卟啉菌，福賽斯擬桿菌，中間普氏菌和齒垢密螺旋體。為達到目的，由高純度的DNA制備試劑盒提取DNA(Roche,Mannheim,Germany)，按照制造商的說明，細菌DNA被提取以確定具體的牙周病原體(Mikrodent-Kit,HainDiagnostika)。內標准化使結果表達為菌落形成單位（CFU/毫升）。
結果
三維激光掃描
未經潔治的牙齒經激光掃描設備定位的疊加圖像顯示精度為0.00001立方毫米（表1）。鑒於根面視診的有限程度，可認為利用所有方法能完全去除黏附的牙石，但不同組所需要潔治的時間不同。用Vector系統去除牙石取決於沖洗液(VA:0.014立方毫米/s，VP:0.008立方毫米/s，表1)，但是兩種不同治療模式的Vector系統沒有統計學差異（p=0.291，圖3）。手工器械的效率（0.048立方毫米/秒）在統計學上高於常規超聲系統（ü：0.016立方毫米/s，p<0.05，表1）和有拋光液或研磨液的Vector系統（p<0.05）。常規超聲器械和結合用研磨液的Vector系統間沒有明顯差異（p>0.05）。相較於傳統超聲系統和手用器械，使用拋光液的Vector系統有最小的效率，表現為有統計學意義的顯著低值。
平面評估
使用Vector系統，97％以上（最低：86％，最高：99％）的牙根表面未見牙石（圖4），手用器械組，96％（最低：84％，最高：99％）的表面未見牙石，和超聲組沒有差異（p>0.05）。用超聲設備（VS:9.7s/mm2最低:3.6s/mm2，最高:17.3s/mm2）做治療的時間要長於手工器械潔治(HI:4.8s/mm2(最低:3.6s/mm2，最高:7.9s/mm2)，p＝0.025，圖4)。圖5給出了兩組代表性的樣本。
微生物學評估
使用超聲和手工器械，可以看到相類似的減少病原微生物如牙龈卟啉菌，福賽斯擬桿菌，中間普氏菌和齒垢密螺旋體者（表2）。著眼於中間普氏菌的定量，在培養的與DNA探針分析的結果間存在不一致，在本研究中無法找到任何其他微生物有類似的結果。
討論
在本研究中，各種去除龈下牙石的方法所需的時間有顯著的不同。Vector系統工作尖設計成能避免打擊牙面以及沒有刃口，這就可以解釋使用拋光液的設備去除牙石時效率會很低。與傳統超聲裝置相比，使用研磨液的Vector系統可以顯示相同的效率，但使用拋光液的Vector系統效率會比較低。因此，雖然兩種治療模式的Vector系統沒有統計學差異,但是沖洗液的選擇似乎可以影響工作效率。這些成果證實了最近研究使用二維分析根面的結果。評估手工器械去除根面物質，打擊的數量越多則每次打擊去除牙石的數量越少，作者將這種現象歸因於鈍的刮匙。由於不知道哪種力可以去除堅固的黏附沉積物，根面去除的物質的數量不可以等同於根面牙石的數量(Kocheretal.2001)。然而，在本研究中，所有的方法都使用新的器械以盡可能避免器械變鈍的影響。有研究證明側向力和功率調節可以影響潔治器械的效率(Flemmigetal.1997,1998a,b,Gagnotetal.2004)。為了控制這些影響，在這次研究中，儀器使用時總是用相同功率設置。側向力的調節允許在試驗設備中相互比較。初步研究的數值與那些用聲波器去除牙石的論文結果差不多。潔治的平均用力在使用新型攪棒樣工作尖時為0.87±0.27N，使用傳統尖時為0.79±0.22N。在本研究的初步調查顯示，傳統超聲系統治療的側向力為0.83±0.11N，使用研磨液的Vector系統為0.69±0.09N，使用拋光液的Vector系統為0.68±0.10N。
在不同研究之間比較去除牙石的結果是困難的，因為沒有一致的研究設計和方法。總體而言，超聲波和聲波潔治器似乎和手用器械去除菌斑、牙石和內毒素的結果類似。評價金剛石塗層的超聲工作尖作用於體內單根牙上時記錄去除牙石的時間，平均到達臨床治療終點的時間為：手用刮匙289±193s；標准光滑的超聲尖194±67s；細砂金剛石塗層超聲尖167±71s；中型砂金剛石塗層超聲尖147±92s(Yuknaetal.1997)。由於治療前牙石數量因為體內研究的設計無法被記錄，這些治療時間僅表明金剛石塗層工作尖使潔治時間更短。比較傳統Cavitron超聲系統和手用器械，超聲系統需要8.2±1.9min，而手工器械需要10.2±2.9min的時間來去除可看見的根面牙石(Leeetal.1996)。在那次研究中，治療前的牙石確切的數量沒有被測量，只是用視診檢查根面上類似數量的牙石。在本次研究中，手工器械的最高效率緣於體外設計，能用激光設備准確測量牙石的體積。
在先前的研究中，可以證實使用Vector系統去除根面物質的數量取決於沖洗液。該裝置設計用於牙周非手術治療，因此要最大化的去除龈下牙石和最小化去除根面物質。使用研磨液，可以獲得與傳統超聲系統相類似程度的去除龈下牙石的效率，不過其根面物質去除的數量與使用手用器械潔治類似(Braunetal.2005b)。使用拋光液，根面物質去除的數量較手用器械或Enac系統低，與EMS超聲設備類似(Braunetal.2005b)。然而，目前的研究表明，去除牙石的最小效率可以通過比較Vector系統、傳統超聲系統和手用器械觀察得出。因此，該裝置並沒有提高牙周機械潔治的效率。
在體內可以幾乎全部清除根面的牙石。但是，由於是非手術體內研究的設計，在根面治療儀器使用前是不可能評估龈下牙石的確切數量。牙齒納入的標准是臨床上或X片上可見龈下牙石。采用隨機分配不同的治療順序，可以避免在初始牙石數量上的最大區別。本研究結果與其他臨床研究的結果一致(Shermanetal.1990,Yuknaetal.1997,Eberhardetal.2003)。一些研究表明，牙周袋的深度可決定剩余牙石的數量(Rabbanietal.1981,Brayeretal.1989)。本研究納入的牙齒近遠中牙周袋的深度相近，因此，不同牙周袋深度對不同的治療組產生同樣的影響。結果並不是根據牙齒的不同類型來分析的，因為剩余牙石的數量不取決於這個參數(Rabbanietal.1981,Caffesseetal.1986)。關於在體內治療的時間，要達到臨床根面清潔，超聲設備比手工器械更花時間。這一結果與一個測量臨床參數以評估體內牙周愈合的研究結果相反(Sculeanetal.2004)。在這項研究中，使用Vector系統治療一個單根牙需要6分鐘，而手用器械需要8分鐘。對於多根牙，超聲治療需要10分鐘，而手工器械需要12分鐘。然而，在那項研究中僅實施了非手術治療的過程，剩余牙石的數量不能被核實准確。
總之，目前的研究表明，就剩余牙石和致病菌而言，Vector系統與傳統超聲系統的效率相類似，但是，它的治療比傳統潔治更花時間。該設備的優勢可能是選擇沖洗液來適應治療需要的效率。
