background image

LASERS AND IT’S USES IN DENTISTRY

Technology helps to reduce treatment time and treatment more comfortable.


background image

background image

background image

Fundamentals Of Laser Operation 

Active medium [ Lasing Medium ]

Pumping mechanism

Optical Resonators

Laser Delivery System

Cooling system

Control Panel


background image

background image

Waveform of photon
The waveform characterized by the distance between the crest of two successive wave peaks 
referred to as the 

wavelength 

reported in nanometer (nm) or micrometer (μm). The wave of 

photons, moving at the speed of light, can be defined by three properties

a. The first 

is 

amplitude

which is the total height of the wave oscillation from the top of the peak to 

the zero line on a vertical axis. This is an indication of the amount of intensity in the wave.
b. The second property 

is 

wavelength, 

which is the distance between any two corresponding axis.


background image

The wavelength of this monochromatic light is dependent on 

the medium in the optical 

cavity

. For example, the solid state Erbium:yttrium-aluminum-garnet (Er:YAG)Laser, which is an 

erbium rod doped with yitrium, aluminum, and garnet impurities—produces energy of 2940 nm (sometimes 
noted as 2.94 mm). One of the principal wavelengths of the CO2 laser is 10,600 nm (10.6 mm). 

c. The third is the frequency (v), 

As waves travel, they rotate around the zero axis

; certain number 

of times per second; this is called 

oscillation 

The number of oscillations per unit time is defined as 

frequency. 

The frequency is measured in hertz (Hz); 

1 Hz equals one oscillation per second. It is inversely proportional to wavelength: the shorter the wavelength, 
the higher the frequency, and vice versa expressed in Hertz (Hz) or cycles per second. 

Energy 

is a measure of work and is reported in 

joules 

(J). 

Power 

is a measure of the rate that work is taking 

place, is measured in 

J/s and reported in 

watt

s (W). 


background image

Lasers consist of basic components, which include an active lasing medium, is 
composed of chemical elements molecules, or compounds. Lasers are generically 
named for the material of the active medium, which can be 

Laser production step 
a. Amplification 

a. A container of gas, such as carbon dioxide (CO

2

) gas in a CO

laser; 

b. A solid crystal, such as a crystal of yttrium, aluminum, and garnet (YAG) in an erbium (Er) 
YAG or a neodymium (Nd) YAG laser. 
c. A solid-state semiconductor, such as the semiconductors found in diode lasers. 
d. A liquid,
, this is enclosed within a laser cavity bounded by two parallel reflectors (mirrors). High-
energy radiation is pumped into the active medium by means of a pump source. 

The energy provided by an intense optical or electrical discharge. The energy from the pump 
source is absorbed by the active raised to their upper energy state. The electrons in this 
excited state then spontaneously give off that energy in the form of a photon This is called 

spontaneous emission


background image

b. Stimulated Emission 

The laser‘s energy source, either from an electrical field or from light, produces a photon within 
the optical cavity that is spontaneously emitted.This photon act together s with a molecule of the 
medium, causing an electron to skip to a less steady superior energy level. Because this 
electron position is unstable, it will immediately relapse back to its stable state, releasing 
another photon as it returns to its more steady lower state. 


background image

The 

electromagnetic spectrum 

is the entire collection of wave energy, 

ranging from gamma rays, with wavelengths of 10 to 10

−12 

m, to radio 

waves, with wavelengths of thousands of meters .
The light waves formed by the laser are a specific form of radiation, or 
electromagnetic energy. 

It is important to note that the separating line between the 
ionizing, cellular DNA mutagenic, portion of the spectrum and 
the nonionizing portion is at the 

connection of ultraviolet and 

visible-violet light. 

Thus, either all dental lasers emit a visible-light wavelength or 
an invisible, infrared-light wavelength in the portion of the 
nonionizing spectrum called thermal radiation

C. Radiation 


background image

background image

background image

background image

background image

Laser Operation Modes

Once the laser is produced, its output power may be delivered in the
following modes
a- Continuous wave is that energy that emitted constantly for as long
as the laser is activated. Co2 and diode lasers run in this manner

b- pulsed wave The pulsed lasers can be further divided into gated and
free-running modes .
I. Gated-pulse mode, meaning that there are periodic alternations of the
laser energy, similar to a blinking light.

This ―gating‖ helps to minimize

some of the unwanted remaining thermal damage generally associated
with continuous wave laser.

Some instruments can produce pulses as

short as microseconds (μsec) or milliseconds (msec).
II. Free running pulsed mode is produced by a flash lamp, where true
pulses originate from the instrument. Nd:YAG, Nd:YAP, Er:YAG, and
Er,Cr:YSGG devices work as free running pulsed lasers


background image

Laser – Tissue Interactions 

According to the 

optical properties of the tissue

, the light energy from a laser may have four 

different interactions with the target tissue .

Reflection:

Reflected light bounces off the tissue surface and is directed outward. Energy 

dissipates after reflection.

Transmission:

Light can also travel beyond a given tissue boundary. Transmission irradiates the 

surrounding tissue, which must be quantified. Its effects should be considered before laser 
treatment can be justified.

Scattering:

occurs when the light energy bounces from molecule to molecule within the tissue. 

It distributes the energy over a larger volume of tissue, dissipating the thermal effects. 

Absorption: 

occurs after a characteristic amount of scattering and is responsible for the 

thermal effects within the tissue. It converts light energy to heat energy. The absorption 
properties of tissue and cells depend on the type and amount of absorbing pigments or 
chromophores. E.g. Hemoglobin, water, Melanin, Cytochromes etc. 


background image

background image

1. Photoablative reactions 
Occur when molecular bonds are divided. The ruby laser, for example, can split the molecular 
bonds of tattoo ink with minimal local thermal damage. 

Macrophages remove the tattoo ink after

the molecular bonds are broken. 

2. Photochemical reactions 
Occur when infrared, visible or ultraviolet laser light interacts with 

photosensitizers to produce 

chemical and physical reactions. 

This forms the basis for photodynamic therapy. 

3. Photomechanical effect 
Occurs when the laser energy is pulsed to disrupt tissue or stones by the mechanism of shock waves. 
An example of this mechanism would be the use of the Holmium YAG laser to shatter ureteric and 
renal calculi. 

Reaction of Laser with Living Tissue 

The reaction of laser energy with living tissue can be photoablative, photochemical, 
photomechanical or photothermal. Most lasers react with a combination of all these 
mechanisms although for a specific wavelength and delivery system one form of 
tissue reaction may predominate. 


background image

The conversion of absorbed laser light into heat is a photothermal reaction. The tissue effect can be
cutting, coagulation or vaporization depending on the laser wavelength and the laser delivery
device. The heat in the tissue produces a series of changes in the tissue as the temperature rises. The
changes are denaturation, coagulation, vaporization, carbonization .

4-photothermal reaction

When laser light strikes tissue, it scatters until all the laser energy is either
absorbed or reflected. The absorption of laser energy heats tissue. The
volume of tissue affected is larger than the area shown by the laser spot
size. The depth of penetration by a given wavelength of laser light is
determined by the absorption and scattering of the type of tissue and the
wavelength of the laser.


background image

background image

Potential advantages of laser 

1. No-touch techniques that ensures sterile surgical site. 
2. Reduced blood loss. • 

3. Limited fibrosis and stenosis. •
4. Fiber optic delivery. • 

5. Potential reduction in spread of metastasis by sealing lymphatic 

vessel and killing of malignant cells

6. Fewer instruments in the field.
7. Reduce post-operative pain.

8. Sterilization of the impact site.
9. Dry surgical field. 

10. Reduced edema


background image

Potential Hazard of Laser Machine

1. Hazard to eye: corneal or retinal burns (or both). Chronic exposure to excessive levels 

may cause corneal or retinal injury 

2. Hazard to skin: Sever burns & scarring. 
3. Electrical hazard: High voltage – life threatening. 4. Fire : 
4. The solvents used in dye lasers are flammable. High voltage pulse or flash lamps may 

cause ignition. 

Possible Complications of Laser Therapy 
1. persistent erythema(2-3 months). 
2. oedema1. persistent erythema(2-3 months).
3. 2. Pigmentary changes: hyper / hypopigmentation. 
4. Textural change, atrophy.
5. Scarring, keloid.


background image

Laser Light Delivery

Articulated arms-CO2 laser

Fiber optic delivery system 


background image

Erbium lasers 

The erbium group of dental lasers consists of two wavelengths with similar but not identical 
properties. 

The erbium:yttrium-aluminum-garnet (Er:YAG) laser produces a wavelength of 2940 nm 
and the

erbium, chromium:yttrium-scandium-gallium-garnet (Er,Cr:YSGG) laser produces a 

wavelength of 2780 nm


background image

Many advantages has been proposed in using the laser over the traditional method of bone 
cutting like 
no vibration and mechanical defects,

no bone powder, 

easy control , more precise and comfortable
, and clear visual field. 

The ideal laser for bone cutting would be capable of high ablation rate with high pulse 
repetition rate to remove large tissue volumes in a short time, and at the same time would be 
capable of minimizing peripheral thermal injury around the cuts to prevent delayed wound 
healing. 

advantages


background image

Mode of laser Using 
A. Focusing 
Lasers can be used either in a focused mode or in a defocused 
mode. A 

focused mode 

is when the laser beam hits the tissue at 

its focal points or smallest diameter. 

B. Defocused mode. 
By defocusing the laser beam or moving the focal spot away 
from the tissue plane, this beam size that hits the tissue has a 
greater diameter, thus causing a wider area of tissue to be 
vaporized. However, laser intensity / power density is reduced 

C. Contact mode 
The fiber tip is placed in contact with the tissue. The charred 
tissue formed on the fiber tip or on the tissue outline increases 
the absorption of laser energy and resultant tissue effects 


background image

In considering, the biologic effects of laser light on, hard tissue there are 
many factors to consider. These factors include 

1-the specific wavelength of the laser, 
2-the energy density, 
3- pulse duration of the laser radiation,

and the properties of the tissue interacting with the light. 

These properties include absorption, transmission, scattering, and reflection 
of the laser energy. All erbium lasers share a common characteristic of an 
affinity for the wave lengths to be highly absorbed by water, hydroxyapatite, 
and collagen

The optical penetration depth of the erbium lasers (Er:YAG and 

Er,Cr:YSGG) are only a few micrometers. 


background image

Nowadays, different laser wavelengths are available, but only the mid-infrared (MIR), 
erbium, chromium:YSGG 2,780 nm and the erbium:YAG 2,940 nm lasers are useful for 
treating hard dental tissues, due to their selective absorption by water and hydroxyapatite 

Mechanism of Action of Erbium Laser 

Erbium lasers are unique in that they are the only lasers that can cut both hard and soft 
tissues. The erbium lasers‘ ability to remove composite restorations is due to their 
photonic absorption in the water that exists within all composite restorations. 

Hard 

tissue ablation results from micro-evaporative expansive events that occur 
within the target due to an extremely rapid buildup of heat and spontaneous 
evaporation of the available water content. 

This process also is referred to as a 

thermomechanical effect 

due to the pressure 

buildup involved. This type of laser/tissue interaction results in a characteristic popping sound. 


background image

background image

Carbon dioxide (CO

2

) lasers

continue to be a major instrument for soft tissue surgery for excellent affinity to
water-based tissues. The wavelength of 10,600nm is readily absorbed by water thus,
it will not penetrate far into tissues (0.1-0.23mm) without repeated or prolonged use
making it ideal for superficial lesions and resurfacing of the skin. It is also used for
removal of the sialoliths.

Nd:YAG lasers 

(1064nm) are used for hair removal, in addition for removal of 

tattoos and pigmented lesions . Nd:YAG and Ho:YAG (2.12μm) are frequently used 
in bone and cartilage ablation.


background image

Photons are produced by electric current with wavelengths of 810, 940 and 980nm.

The application of diode laser in soft

1-facial pigmentation
2- vascular lesions and in oral surgery excision; for example frenectomy, epulis fissuratum and
fibroma.

The advantages of laser application are that it provides relatively bloodless surgical and post
surgical courses with minimal swelling and scarring. We used diode laser for excisional biopsy of
pyogenic granuloma and gingival pigmentation.

Diode laser 


background image

background image



رفعت المحاضرة من قبل: صهيب عاصف الحيالي
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 384 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل