蔡國鑫
汕頭市龍湖人民醫(yī)院口腔科,廣東汕頭 515041
從患者和醫(yī)生的角度分析,縮短正畸治療時間的要求越來越高。研究加速正畸牙齒移動(orthodontic tooth movement OTM)的方法[1],不僅滿足患者和醫(yī)生的需求,且降低牙根吸收、疼痛、不適、齲齒等醫(yī)源性不良反應的風險,并提高患者依從性。與外科手術或口服藥物相比,侵入性較小的技術更容易被接受。加速正畸牙齒移動的程序可能涉及生物、機械和外科干預,旨在增進這些生物進程。光生物調節(jié)治療(photobiomodulation therapy, PBMT)舊稱低水平激光治療(low-level laser therapy, LLLT)是一種非侵入性技術[2],涉及將細胞或組織暴露在低水平的紅外線激光(600~1 000 nm)下,以改變細胞功能和代謝以此加速正畸牙齒移動[3]。該研究選擇2017 年1月—2018 年2 月在口腔科就診的42 例拔牙矯治的青少年患者,通過臨床干預觀測其牙齒移動速度的改變,并以此為背景展開研究。
1.1.1具體目標或假設該研究的主要目的如下:研究在12周內對上頜尖牙施加150 g遠中移動力的同時每4 周應用1 次PBMT,分析其對牙齒移動率的影響。次要目的是:確定每4 周應用1 次PBMT 是否有任何不同的支抗喪失或尖牙旋轉。
1.1.2 研究設計和實施后的變化這是一項三盲隨機對照臨床研究。臨床醫(yī)師、參與者和統(tǒng)計分析人員對分組的分配情況均不知曉。采用雙臂左右半口(2-arm split-mouth)臨床研究設計,每個患者的右側被隨機分為PBMT組或對照組。采用左右半口對照設計控制任何患者相關潛在混雜因素,例如:咀嚼偏好或個別牙齒移動潛力,因為低水平激光不會在口腔兩側造成污染。研究開始后沒有任何改變。
1.1.3 基本資料參與者由2017 年1 月—2018 年2 月至汕頭市龍湖人民醫(yī)院口腔科就診的正畸患者中招募。研究開始于2017年12月—2021年4月結束,共42 例參與者,女37 例,男5 例;年齡12~31 歲,平均(20.05±5.10)歲。所選擇患者需要拔除上頜雙側第一前磨牙,處于間隙關閉階段,并使用中等支抗作為他們正畸治療的一部分。
納入標準:健康,沒有牙形態(tài)和結構異常,沒有影響牙槽骨生長或牙齒移動速度的系統(tǒng)性疾病;恒牙列,沒有顱頜面異常或牙齒缺失;沒有牙外傷、夜磨牙、顳下頜關節(jié)功能紊亂。
排除標準:患者有正畸治療史;患者口腔衛(wèi)生差,經牙周臨床檢查發(fā)現(xiàn)有牙齦炎、牙周炎;患者金屬過敏;患者不合作;患者顱頜面畸形;患者骨代謝異常和鈣代謝性疾病或服用相關藥物(如雙膦酸鹽,bisphosphonates, BPs);患者經X 線診斷為尖牙根尖發(fā)育不全。
研究得到醫(yī)院倫理委員會批準后執(zhí)行。在開始研究前獲得所有參與者或其父母、監(jiān)護人的書面和口頭詳細知情同意,并獲得以前的治療記錄。
所有患者均拔除上頜雙側第一前磨牙;使用MBT 直絲弓矯治器(3M Unitek Gemini MBT,美國);使用標準弓絲順序:0.014 in 或0.016 in 銅鎳鈦絲8周(GRIMED Medical Orthodontic Copper NiTi Wire,中國),0.016 in×0.016 in 銅鎳鈦絲8 周,0.017 in×0.025 in 銅鎳鈦絲8 周完成排齊整平。支抗由第一磨牙間的橫腭桿(transpalatal arch TPA)建立,并將雙側第二前磨牙、第一磨牙和第二磨牙使用0.2 mm不銹鋼絲(stainless steel SS, Tiantian Dental,中國)結扎加強支抗。在0.019 in×0.025 in不銹鋼絲(IMD?Orthoshape?,中國)上進行尖牙遠移,從尖牙到第一磨牙間使用中等強度關閉式超彈性鎳鈦螺旋彈簧(medium superelastic NiTi closed coil springs, Shinye ORTHODONTIC,中國)提供150 g 的力,每次復診都要使用測力計(Tiantian Dental,中國)確定。在第一磨牙上放置咬合墊(GC Fuji IX GP,日本),以防止在內收過程中出現(xiàn)任何咬合干擾。
采用平均波長:(808±5)nm、功率:0.20 W、連續(xù)波模式、輻照度:1.97 W/cm2的砷化鎵鋁(GaAlAs)二極管激光器(Thorlaser Photomedicine,英國)(圖1A)。在每顆尖牙上應用激光探針對8 個點(頰側4 個,腭側4個,圖2)進行激光照射,這些點分別是近中和遠中牙頸部牙齦區(qū)域、牙根中1/3、根尖區(qū)。連續(xù)模式下的激光輸出設定為10 s/點,每點提供1.72 J 能量,或每次復診共提供13.87 J能量。在第0(T0)、28(T1)和56 (T2)天激活彈簧開始尖牙后移時進行激光照射。佩戴護目鏡(圖1B),按照激光使用安全規(guī)范在封閉的房間內進行照射。對照組激光器不輸出任何能量,其將執(zhí)行相同的測試功能,波長設定在不可分辨光譜。激光應用的4個點應用于頰側和腭側。這些點分別是牙根的近中頰側牙齦區(qū)、遠中頰側牙齦區(qū),根中1/3和根尖1/3。見圖2。
圖1 A.研究中所使用的激光器THOR laser;B 研究過程Figure 1 A.The THOR laser used in the experiment;B.The experimental procedure
圖2 激光應用點在尖牙的頰側(A)和腭側(B)Figure 2 Laser application points on the buccal(A)and palatal(B)sides of the canines
分別于第T0(0 d)、T1、T2和T3(84 d)使用藻酸鹽和超硬石膏制作研究模型,使用數(shù)顯卡尺(Mitutoyo,日本)進行測量,由1名操作人員進行分析。
通過測量尖牙遠中接觸點到第二前磨牙近中接觸點之間距離,將這些距離與以下時間點進行比較,確定牙齒的移動:T0~T1,T0~T2和T0~T3,見圖3A。
圖3 .A.通過測量尖牙遠中接觸點到第二前磨牙近中接觸點的距離來確定牙齒移動量;B.通過測量尖牙近中、遠中接觸點連線到MSP的角度來確定尖牙旋轉量Figure 3 A.Tooth movement was determined by measuring the distance from the distal contact point of the canine to the mesial contact point of the second premolar;B.The amount of canine rotation was determined by measuring the angle between the mesial and distal contact points of the canine to the MSP
通過測量尖牙近中、遠中接觸點連線與正中矢狀面(midsagittal plane MSP)之間角度記錄尖牙旋轉。通過測量上頜第二前磨牙遠中接觸點與雙側第三腭皺(3rdpalatine rugae)最內側點連線在MSP 上的投影距離來記錄支抗喪失。兩個次要結果均參照咬合平面(Occlusal plane OP,通過上下第一恒磨牙咬合中點與上中切牙切緣點的連線構成),通過模型上測量上頜第二前磨牙遠中接觸點到第三腭皺近中連線在MSP上的投影距離測量支抗喪失。見圖3B。
1.4.1 樣本大小的計算樣本量根據(jù)之前發(fā)表的關于類似研究課題的左右半口對照研究,并計算出需要20例患者樣本才能獲得PBMT和對照組之間有意義的差異[4]。
1.4.2 隨機化(隨機數(shù)生成、分配隱藏、實施)分配隱藏是通過一個隱藏的內部激光開關進行,其中激光開關和假開關由一名不知道分組情況的操作人員進行操作。開關外殼是封閉的,開關設置對操作人員是隱藏。激光側和對照側的內部開關設置被分配到一個字母(A 或B),分組細節(jié)放在順序編號的不透明密封信封中,數(shù)據(jù)分析后才揭曉。在尖牙后移開始的時候,將每個患者的上頜右側尖牙隨機分配給字母A或B,左側尖牙接受交替設置。
1.4.3 盲法激光輸出波長(810 nm)肉眼不可分辨,不產生熱量;患者和操作者在整個研究中對分組情況都不知曉。激光操作者也進行模型測量,并且不知道A 和B 是否對應于激光側或對照側。由對A 或B側是對應激光側或對照側不知情的評估者進行統(tǒng)計分析,并在提供分析結果后披露細節(jié)。
1.4.4 統(tǒng)計方法統(tǒng)計描述性數(shù)據(jù),計量資料符合正態(tài)分布,以(±s)表示。因為患者口腔的左右側相互關系,使用配對樣本t檢驗(Matched samples t-test)和多元混合線性回歸模型(Multilevel mixed-effects linear regression model)進行統(tǒng)計分析,其結果用非標準化回歸系數(shù)和95%置信區(qū)間(confidence intervals,CI)表示。使用IBM SPSS 23.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析,調查人員公開提供數(shù)據(jù)集。
所有的干預措施和測量由一個操作人員完成的。重復測量研究模型,以確定測量的總體標準誤差和變異系數(shù)。為檢驗測量結果的可靠性和一致性,隨機選取不同時間點的研究模型,并在4 周后重新測量。
42 例患者完成研究,其中男性5 例(12%),女性37 例(88%),年齡12~31 歲,平均(20.05±5.10)歲。PBMT 組與對照組在T0 時段:拔牙間隙依次為(6.55±0.81)mm 和(6.10±0.54)mm,尖牙旋轉依次為(39.07±4.95)°和(35.50±4.25)°,支抗位置依次為(6.50±2.11)mm 和(6.49±2.08)mm,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。計算表明,T0~T3牙齒移動的相關性為0.271,尖牙旋轉的相關性為0.112,支抗喪失的相關性為0.164。
每個時間點的平均牙齒移動量見表1,尖牙旋轉和支抗喪失量見表2、表3。多元混合線性回歸分析表明,T0之后的變化中,牙齒移動、尖牙旋轉或支抗喪失對治療效果,為非相關性因素(P>0.05),見表4。與第0天相比,第28、56和第84天的牙齒移動量(見圖4 A)和尖牙旋轉量(第28、84 天)顯著增加(見圖4 B)。與第0 天相比,第84 天的支抗喪失量為0.7 mm,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),<1 mm的支抗喪失量在整個治療過程中顯得無關緊要。
表1 PBMT組和對照組的牙齒移動量比較[(±s),mm]Table 1 Comparison of tooth movement between PBMT group and control group [(±s),mm]
表1 PBMT組和對照組的牙齒移動量比較[(±s),mm]Table 1 Comparison of tooth movement between PBMT group and control group [(±s),mm]
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表2 PBMT組和對照組的尖牙旋轉量比較[(±s),°]Table 2 Comparison of canine rotation in BMT group and control group [(±s),°]
表2 PBMT組和對照組的尖牙旋轉量比較[(±s),°]Table 2 Comparison of canine rotation in BMT group and control group [(±s),°]
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表3 PBMT組和對照組的支抗喪失量比較[(±s),mm]Table 3 Comparison of anchorage loss between PBMT group and control group [(±s),mm]
表3 PBMT組和對照組的支抗喪失量比較[(±s),mm]Table 3 Comparison of anchorage loss between PBMT group and control group [(±s),mm]
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表4 多元線性回歸模型分析T0開始后每個結果的變化(±s)Table 4 Multiple linear regression model to analyze the change of each outcome after the start of T0(±s)
表4 多元線性回歸模型分析T0開始后每個結果的變化(±s)Table 4 Multiple linear regression model to analyze the change of each outcome after the start of T0(±s)
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圖4 柱形圖顯示第0周(T0),4周(T1),8周(T2)和第12周(T3)的接觸點測量(間隙關閉量)(A)與尖牙旋轉量(B)。Figure 4 Bar graphs showing contact point measurements(gap closure)(A)and canine rotation(B)at weeks 0(T0),4(T1),8(T2),and 12(T3).
患者在激光應用期間或每次復診之間未發(fā)現(xiàn)傷害或不良反應。
牙齒在受到正畸力作用后的移動速度在很大程度上受到牙槽骨和牙周韌帶(periodontal ligament,PDL)重塑等相關生物進程的限制。外部施加的正畸力通過在牙周韌帶內產生的壓力和張力區(qū)域,刺激牙周組織發(fā)生病理(輕微可逆損傷)和生理反應。這種作用改變牙周韌帶的血流,刺激關鍵分子的合成和釋放,這些分子補充和激活破骨細胞和成骨細胞,重塑牙周韌帶,引起牙齒移動。牙周組織對牙齒移動的反應隨生物力學信號及宿主因素如咬合、代謝、年齡和牙槽骨的形態(tài)和密度的變化而變化。一組信號分子是:核因子-κβ 配體受體激活因子(receptor activator of nuclear factor-kappaβ ligand,RANKL),一種發(fā)現(xiàn)于成骨細胞細胞膜上的蛋白質,其受體激活劑(receptor activator):核因子-κβ(nuclear factor-kappaβ, RANK),位于破骨細胞前體細胞上。RANKL 和RANK 之間的通訊導致破骨細胞的形成和激活。護骨素(osteoprotegerin,OPG)也由牙周韌帶內的成骨細胞和成纖維細胞釋放,并通過抑制RANK/RANKL 結合來抑制破骨細胞形成(Osteoclastogenesis)[5]。線粒體中的細胞色素團(Cytochromophores)吸收激光能量形成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),ATP通過轉錄和蛋白質合成增加靶細胞的數(shù)量和細胞活性。在牙齒移動過程中,激光通過刺激破骨細胞和成骨細胞增殖,增強血管化和膠原纖維的組織,從而增加牙周韌帶轉化。PBMT增加核因子-κβ/核因子-κβ 配體(RANK/RANKL)結合和OPG通路使破骨細胞和成骨細胞增殖增加。Hasibe Baser Keklikci等[10]在大鼠模型上使用激光探針(808 nm,100 mW),觀察到受壓側的破骨細胞形成和RANKL 表達增加,并通過張力側OPG 表達增加而增加骨形成。
第一個研究PBMT對正畸牙齒移動影響的人類研究是由學者使用砷化鎵鋁(aluminum gallium arsenide, GaAlAs)二極管激光器(780 nm,20 mW)每月應用4次(第0、3、7、14、21天),持續(xù)2個月完成的[6]。作者觀察到激光組的牙齒移動速率顯著增加了34%。自這項研究以來,一些研究發(fā)現(xiàn)牙齒移動時使用720~810 nm的激光,拔牙間隙關閉率增加[7-8]。一項研究發(fā)現(xiàn),PBMT 對尖牙移動沒有影響,盡管他們的治療方案和參數(shù)不同,每次治療的放射劑量更高(18.4 J)[9]。目前,有低到中等的證據(jù)表明,PBMT 可以增加正畸牙齒移動率高達30%[6,9]。盡管這些研究中,最佳波長、劑量或功率仍未確定。有研究表明使用波長為810 nm 的激光可以增加正畸牙齒移動的潛力[7];然而激光應用方案(例如1個月多天,每周的前3 d 或每2 天應用1 次)在臨床上顯然是不可行的[10]。
這項隨機對照研究適用于臨床每4 周1 次的PBMT 對尖牙后移過程中正畸牙齒移動量的影響。在使用砷化鎵鋁(GaAlAs)激光(808 nm,250 mW),每次13 J 的劑量,在增加牙齒移動速度方面,PBMT 組和對照組之間沒有臨床上或統(tǒng)計學上的顯著差異。以前使用類似波長的研究發(fā)現(xiàn)牙齒移動率增加30%~50%[7,10];然而,他們的激光應用非常頻繁,這包括在每個月的第1周多天使用激光照射,這在臨床上顯然是不可行的。
牙齒移動研究顯示個體間的巨大差異,因此,該次研究使用三盲法半口兩側對照設計,左右半口對照設計限制個體間差異的影響且提高統(tǒng)計檢力(statistical power)。通過使用激光器的內部開關,使該研究的患者和操作者均不知曉分組情況,以減少操作者偏倚。780~940 nm 的波長不在可見光譜中也不產熱,可做到患者不知曉。在此之前大多數(shù)正畸牙齒移動和PBMT的研究中,操作者并沒有使用盲法,因為對照組或者沒有打開激光[7-10],或者沒有使用激光探針[10-11]。在兩項雙盲研究中,只有一項差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)[13]。
該研究中使用的能量、劑量和減少的應用頻率可能導致非統(tǒng)計學意義的發(fā)現(xiàn)。每次治療劑量在2~8 J 已被證明可以加速牙齒移動[9-10],然而每次治療劑量在18.4 J則相近。眾所周知,PBMT遵循雙相劑量反應曲線(biphasic dose response curve),太少的能量無法引起反應,相反,太多的能量將抑制生物刺激[12]。Huang Ying-Ying等[12]建議在譜線密度和時間之間有一個平衡,使PBMT 產生最佳結果;然而這些參數(shù)至今仍未清楚。該研究中使用的劑量為13 J/次,這是之前報道劑量的中間值。這一發(fā)現(xiàn)可能意味著13 J 的劑量過高或每4 周應用1 次PBMT 不足以引起生物刺激效應。
在體外使用砷化鎵鋁(GaAlAs)二極管激光器(809 nm,10 mW,2、4、8 J/cm2)照射72 h 后,發(fā)現(xiàn)人類牙周韌帶成纖維細胞數(shù)量增加,48 h 后數(shù)量下降。在一項研究大鼠上頜快速擴弓骨形成率的動物研究中,發(fā)現(xiàn)每日和早期照射能使新形成的骨增加35%,而使用相同的總能量劑量一次性照射,則沒有效果[13]。最近的一項研究顯示,使用劑量為7.5 J/cm2的940 nm、100 mW砷化鎵鋁(GaAlAs)激光,每3周使用1 次激光照射,牙齒的移動量大約增加了2 倍[14]。結果的差異可能是由于不同的激光治療劑量或應用激光之間的時間間隔。然而,在這項研究中,操作者并沒有使用盲法,調查時間較短(2個月),拔牙是在尖牙后移前1 個月內完成的,這可能導致區(qū)域加速現(xiàn)象效應和不準確的結果[14]。上述第二個雙盲研究在每個月的前3 d應用PBMT,發(fā)現(xiàn)不同的結果,這可能是因為波長和劑量的不同[15]。
PBMT 刺激正畸牙齒移動的理想波長尚不清楚,可能與激光照射功率沒有直接關系。在一個動物實驗中,研究兩種不同的砷化鎵鋁(GaAlAs)激光:630 nm,27J、850 nm,8 J;對正畸牙齒移動的影響,觀察到與對照組相比,兩個激光組的牙齒移動速度有所減少[16]。相反,在人類研究中,有低到中等程度的證據(jù)表明,780 nm和940 nm之間的波長已被證明可以加速正畸牙齒移動,一項使用860 nm波長的研究顯示沒有差異[16]。激光照射的穿透深度取決于波長以及目標組織的吸收和散射特性[18]。波長830 nm,與該研究中使用的波長相似,具有30~40 mm的穿透能力[17],每毫米牙槽骨損失6.81%的激光能量,對牙齦的影響最小。這可能導致傳遞到尖牙牙周韌帶的能量減少,隨后無法刺激正畸牙齒的移動,特別是在腭側,因為腭骨更厚。
由于PBMT 的研究結果不同,在臨床實施PBMT以加速正畸牙齒移動應謹慎。如前所述,最佳波長和劑量尚未確定。在該研究中,應用激光時要求患者和醫(yī)師佩戴防護眼鏡(圖1 B),并處于密閉的房間里。盡管與侵入性技術相比,患者接受度可能更高,但是在正畸臨床中仍應考慮PBMT的實用性。且,在排除患者合作性的同時,還需要考慮設備成本、增加椅旁時間、需要一個獨立房間和激光治療培訓,以及權衡潛在的治療時間減少。在未來,如果激光設備變得更便宜、更便攜,它們可能是一個替代方案。
PBMT 組的尖牙旋轉量略高(P<0.05),但這毫無意義,因為兩組的旋轉量都很大,且過大的旋轉對于治療不利。該研究中使用的托槽及支抗結構有助于使兩側治療效果標準化。
輕微的支抗喪失應該被注意到,PBMT 組為0.70 mm,對照組為0.72 mm。雖然種植支抗可以作為最強支抗,但這一決定是為盡量減少研究的失敗和降低復發(fā)率,且與試驗的微創(chuàng)本質相矛盾,故沒有使用。之前的一些研究沒有考慮支抗喪失,這也是決定PBMT 是否會影響周圍牙齒(如第二前磨牙)的重要因素。
激光穿透深度取決于患者的組織解剖特征,如骨和牙齦厚度[15];然而,這只會影響被激光照射牙齒周圍的特定區(qū)域而不會導致其他組織的污染。對尖牙施加150 g 的遠中移動力同時在每個時間點進行計測;但是,彈簧與牙齦之間的碰撞有時會導致力值下降(<20 g),這時應該重新調整彈簧以保持150 g的力。這種力大小的變化可能改變正畸牙齒的移動量;然而,這在日常臨床工作中是可能發(fā)生的。另外,隨著尖牙與第二前磨牙間的距離變化,需要測量間隙關閉的量。目前,對PBMT增加牙齒移動率的最佳劑量或頻率還沒有明確的臨床指南,需要進一步的研究來確定最佳的方案,或者不同的激光參數(shù)和PBMT 的有效性之間是否存在關系[16-17]。近期研究中不同程度的偏倚削弱了證據(jù)的水平,從而無法就PBMT 對正畸牙齒移動的影響做出明確的結論[17]。能量劑量和應用頻率可能比波長更重要,這需要更進一步研究。
PBMT 是安全、無創(chuàng)、非依從性的治療方式;使用特定的激光參數(shù)和每月在青少年和年輕成年人應用,沒有引起任何顯著牙齒移動差異。每4 周應用1 次砷化鎵鋁(GaAlAs)激光(808 nm,250 mW,輻照度:1.97 W/cm2)照射,每次應用劑量13 J,不能刺激牙齒移動速度的增加。有許多變量決定PBMT的劑量和通過組織的能量傳遞。該研究強調進一步研究PBMT 劑量和應用方案的重要性,以得出臨床建議。
每4周應用1次砷化鎵鋁激光(808 nm,250 mW,13 J)照射正畸牙齒移動率對比單純復診加力無顯著差異。盡管在之前一些研究中,低水平激光已經證明可以提高牙齒移動的速度和距離,然而在這些研究中激光的應用更加頻繁。在該研究中使用的低水平激光在關閉上頜拔牙間隙的過程中并沒有引起任何牙齒移動速度的增加。
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