铒激光照射牙釉质作用深度的数值模拟

作者：姜荟荟; 黄瑞哲^*

来源：山西医科大学学报, 2020, 51(10): 1100-1106.

DOI：10.13753/j.issn.1007-6611.2020.10.015

• 铒激光
• 牙釉质
• 数学模型
• 抗酸性

目的用温度梯度场数学模型对铒激光照射后牙釉质内部的温度-深度梯度分布进行数值模拟,研究激光照射后对釉质的修饰深度,为提高釉质的抗酸性提供理论依据。方法根据激光照射对釉质的光热作用和牙齿内部傅立叶热传导两个物理过程建立牙釉质温度梯度场数值仿真模型,并使用二阶精度有限差分法数值求解傅立叶热传导方程。将铒激光参数设置成能量密度为2.5,5,10,15,20 J/cm2,频率为1 Hz和3 Hz,对不同激光参数照射下牙齿内部的温度-深度梯度分布进行数值模拟,观察不同能量密度激光照射下,在有效温度范围内釉质的有效作用深度。结果根据牙釉质温度梯度场模型可仿真得到二阶精度数值解,能够得到激光照射下牙釉质中准确的温度梯度分布。当激光能量密度为2.5 J/cm2和5 J/cm2,频率为1 Hz时激光对釉质表面产生的温度低于650℃;而能量密度为10 J/cm2,频率为1 Hz的激光对釉质表面产生的温度在650-1 100℃之间;能量密度为15 J/cm2和20 J/cm2,频率为1 Hz的激光对釉质表面产生的温度大于1 100℃。当频率增加为3 Hz时,釉质表面温度进一步升高。以温度范围在650-1 100℃为基准,10 J/cm2,1 Hz和10 J/cm2,3 Hz的激光对釉质的作用深度分别是18μm和20μm。结论牙釉质温度梯度场模型仿真结果表明,铒激光辐照时,牙釉质表面的温度随着激光照射时间快速升高。激光能量密度越大,牙釉质的表面温度越高。随着激光照射频率的增加,对釉质的作用深度也逐渐增强。采用合适能量和频率的铒激光辐照牙釉质能够将激光能量转移到牙釉质,使得一定深度内牙釉质的温度升高,改变牙釉质的化学成分和形态结构,可以增强牙釉质抗酸性。

• 出版日期2020
• 单位西安交通大学口腔医院