歯科の複合材料の硬化に使用されるライト「光照射器」について

あらゆる材料における光照射器の重要性とは

虫歯の治療を受けている時に、「ライトを歯に当てられている」という経験をしたことがあると思います。これは、患部に充填した複合材料を硬化させています。この硬化させるライトの選択、管理が治療後の経過にも重要になっています。

光硬化性樹脂材料（コンポジット、接着剤、コンポジットセメントなど）は、今日の保存修復治療において第一の選択肢となっており、「ボンディング材」については、以前に公開されたインターネット歯科学に関する文書で既に取り上げられています。あらゆる種類の材料において、合併症を最小限に抑え、良好な長期予後を得るためには、正しい取り扱いが極めて重要です。光硬化樹脂の場合、光硬化自体が、短期的にも長期的にも良好な結果を得るために決定的な要素となります。光硬化が不十分だと、耐摩耗性の低下、破損、収縮の問題、充填材と歯の間の接着性の低下、縁部の劣化につながる可能性があります。そのため、光硬化と、その結果に影響を与える可能性のある要因について知識を持つことが不可欠です。

従来の白熱球

現在、歯科材料を硬化させるための光照射器には通常、LED（発光ダイオード）が使用されており、プラズマライトも少量使用されています。以前は、QHTランプ（クオーツタングステンハロゲンランプ）が最も広く使用されていました。このライトは、幅広い波長スペクトルという利点があるため、光開始剤の種類に関係なく、あらゆる複合材料を硬化させることができます。QHTランプの欠点は、エネルギー効率が悪いことです。光は、フィラメント（ハロゲンライト）内のエネルギーの流れによって生成されるため、光に加えて熱も発生し、その割合は非常に大きくなります。そのため、QHTランプは余分な熱を放散するためにファンが必要であり、それが騒音の原因となり、重量も増加します。さらに、電球自体の寿命は限られており、時間の経過とともに光度が低下しますが、定期的な測定を行わないとそれを確認することは困難です。

LEDは現在最も普及しており、GaN（窒化ガリウム）結晶内の電子の動きによって光が発生するため、エネルギー効率に優れています。これにより、発熱が抑えられるはずです。また、LEDライトの波長範囲が狭いことで、より優れた、より迅速な重合が可能になると言われています。これは、最も一般的に使用される光開始剤である 468nmの波長で反応するカンフェルキノンを含むポリマー材料の硬化に当てはまります。しかし、LEDライトの波長範囲が狭いことから、複合材料にフェニルプロパンジオン (PPD) などの他の開始剤が含まれている場合、重合に問題が生じる可能性があります。「Polywave LED」タイプのランプは、さまざまな波長のピークを含むため、この問題を軽減することができます。ただし、そのライトとどの組み合わせが適しているかを確認するには、必ず、その光重合性材料の取扱説明書を参照してください。実際、多くの複合材料メーカーは、取扱説明書（多くの場合、表形式）に、さまざまなランプタイプごとの硬化時間を記載しています。情報がない場合ランプおよび複合材の製造元に互換性について問い合わせる必要があります。常に、連絡先情報、ユーザーマニュアル、サービスが充実しているメーカーのランプを使用してください。硬化のためのライトは医療機器として分類されており、この規制に従ってCEマークを付ける必要があります。

波長範囲、エネルギー、時間

複合材料の光照射器の波長範囲は380～500nmです。「単波長」LEDライトの波長ピークは約450～70nmです。「Polywave LED」はに2つのピークがあります（画像1の例を参照）。

ライトの光強度（「出力密度」）は、少なくとも450mW/cm²である必要があります。この値は通常、光ファイバーの先端自体に記載されており、QHTランプと同様に、光度計を使用して定期的に確認する必要があります。ただし、露光計が表示する値には誤差が含まれていることに注意することが重要です。これは主に、硬化ライト（光重合ライト）の光束が不均一であることが多いことが原因です。つまり、表面のごく一部の領域はより多くのエネルギーを受け取り、他の領域はより少ないエネルギーしか受け取らないということです。その結果、表面の各部分で受け取るエネルギー量が異なり、硬化に影響を与えます。その理由は、特に、光導体の構造、使用されるフィルター、および光導体で使用されるファイバーの数によって異なります。この不均一性のため、先端を表面のできるだけ近くに保持することが重要です。さらに、実際に照射される面積は、光導体自体の面積よりも 10～20% 小さいことが知られています。その結果、照度計で測定されたエネルギー（いわゆる「放射照度」）は、表面全体が同じエネルギーを受け取ると想定されているため、必ずしも正確ではありません。実際には、そうではない場合が多いからです。測定された放射照度は平均値と見なされ、光束の不均一性や、光硬化サイクル中に変動するエネルギーのピークの影響を受けます。したがって、この文脈では、いわゆる「放射線被ばく量」（「エネルギー密度」とも呼ばれる）に影響を与える重合時間が重要であり、これは J/cm² で表されます。「放射線被ばく」は、重合時間と「放射照度」の積を表し、硬化（重合）に影響を与える「実際の」エネルギーをより正確に測定する指標となります。したがって、「照射量」は、最終製品の変換率および材料特性にとって非常に重要であり、現在ではこれを確認するための測定装置があります。プローブを使用して表面硬度を「機械的に」測定しようとすると、誤解を招く結果となり、材料がどの程度深く硬化しているかはわからないままとなります。

ここ数年、1500 mW/cm²以上の放射照度を持つ高性能ランプが市場で広く普及しています。メーカーは、これらのランプは硬化時間を短縮すると主張しています。ただし、いくつかの点に留意する必要があります。光分布が不均一になることが多いので、硬化中は先端を材料表面にできるだけ近づけておくように注意してください。影の影響が不明な場合は、照射時間の延長を検討してください。また、硬化中は、ランプを小さな円を描くように慎重に動かして、表面全体にエネルギーを均等に分散させることをお勧めしますが、これにより、ランプの先端を表面近くに保つことが難しくなる場合があります。これらの強力なランプで達成される硬化度、特に重合が満足のいくものであるかどうかについて疑問が投げかけられています。調査では、推奨硬化時間での変換度が低いことも明らかになっています。これは、複合材料における高分子化学の進歩よりも、ランプの開発の方が進んだことが一因です。その結果、重合中のいわゆるゲル段階が時間の経過とともに短縮され、ポリマー鎖が短くなり、二重結合が減少する可能性があるため、充填物の機械的特性に悪影響を与える可能性があります。

光照射器による硬化のリスク

LEDは「冷たい光」とみなされることが多いですが、実際には熱を発生します。今日のライトはますます高性能化しているため、この発熱のリスクがより強調されています。古いQHTランプでは、調査により約8°Cの温度上昇が確認されています。したがって、歯髄は43°C以上の温度に耐えられないことを留意することが重要です。これは、最大6 °C（37 °Cから）の温度上昇を意味します。LEDライトの発熱についても、数多くの研究で調査されています。最近完了した研究では、さまざまな距離、持続時間、および1400mW/cm²までの強度で、歯髄内の温度と先端のすぐ近くの表面温度の両方を調査しました。照射と発熱には明らかな相関関係があり、照射時間が最も大きな影響を与えていることがわかりました。光ファイバーの先端と歯の表面の距離が4 mmまでの場合、影響はほとんどまたはまったくありませんでした。このような部位の近くで治療を行う場合は、軟組織損傷のリスクを考慮する必要があります。例えば、クラス V 虫歯を修復する場合、一部のランプでは1200mW/cm²以上の強度で55 °C以上の温度が発生することがあります（画像2）。

残存している象牙質壁が薄い場合、発生した熱が歯髄を損傷する恐れがあります。さらに、重合反応は発熱反応であることを忘れてはなりません。この反応が、ライトの先端で発生する熱と相まって、歯髄の閉鎖を引き起こす可能性があるかどうかについても議論されています。液体の複合材は、従来の複合材と比較して、より大きな温度上昇を引き起こすことが知られています。象牙質の断熱性は歯髄への影響のリスクを軽減しますが、象牙質壁が極端に薄い場合、高輝度ランプを長時間使用すると損傷のリスクがあることに歯科医師は留意する必要があります。その他のリスクに関しては、波長域内の強度が高く、眼の損傷を引き起こす可能性があるため、眼の損傷の危険性が主な問題となります（画像3）。

すべての光照射器による硬化のプロセスにおいて、ユーザーは適切な保護メガネとサイドガードで目を保護することが不可欠です（画像4）。多くのライトガイドに装備されている小さな保護装置では不十分です。大型の手持ち式保護プレートは取り扱いの点では優れていますが、散乱放射のリスクを考慮する必要があります。

臨床上の注意

• 硬化用ライトの選択に注意する。
• 放射線被ばくに関するデータは、照射強度のみに関するデータや、エネルギーと相関する光プロファイルに関するデータよりも、より優れた情報を提供する。
• 可能であれば、より均一な光プロファイルを持つ装置を選択する。
• ランプの光度を定期的に確認する。ただし、光束の不均一性によって数値が影響を受ける場合があることに留意する。
• 硬化時には、先端を表面にできるだけ近づけて垂直に保つ。
• 使用するライトに応じて、複合機メーカーが推奨する時間に従う。
• 影による影響に注意し、それを回避する。
• 推奨されている硬化時間を短縮しない。むしろ、先端と表面の距離が大きい場合、暗い/不透明な材料を硬化する場合、または影の影響のリスクがある場合は、硬化時間を延長することが正当化されることがある。
• ライトガイドの先端が清潔であることを確認する。
• 過度に高温または非常に強力なランプは、組織に熱損傷を与える可能性があることに注意する。このリスクは、強制空冷によって軽減することができる。
• 青色光は目に損傷を与える可能性があるため、適切な眼の保護具を使用する。

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