co2 laser inhibition of artificial caries-like

8/7/2019 CO2 Laser Inhibition of Artificial Caries-Like

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DOI: 10.1177/00220345980770060401

1998 77: 1397J DENT RESJ.D.B. Featherstone, N.A. Barrett-Vespone, D. Fried, Z. Kantorowitz and W. Seka

CO2 Laser Inhibition of Artificial Caries-like Lesion Progression in Dental Enamel

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J D e n t R e s 7 7 ( 6 ) : 1 3 9 7 - 1 4 0 3 , J u n e , 1 9 9 8

CO2 L a s e r I n h i b i t i o n o f A r t i f i c i a l C a r i e s - l i k eL e s i o n P r o g r e s s i o n i n D e n t a l E n a m e lJ . D . B . F e a t h e r s t o n e l * , N . A . B a r r e t t - V e s p o n e 2 , D . F r i e d ' , Z . K a n t o r o w i t z 3 , a n d W. S e k a 4' D e p a r t m e n t o f R e s t o r a t i v e D e n t i s t r y , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a a t S a n F r a n c i s c o , B o x 0 7 5 8 , 7 0 7 P a m a s s u s A v e n u e , S a n F r a n c i s c o , C a l i f o r n i a9 4 1 4 3 - 0 7 5 8 ; 2 J o h n s o n a n d J o h n s o n , R o c h e s t e r , New Y o r k ; 3 U n i v e r s i t y o f M a n i t o b a , W i n n i p e g , C a n a d a ; a n d 4 L a b o r a t o r y f o r L a s e r E n e r g e t i c s ,U n i v e r s i t y o f R o c h e s t e r , R o c h e s t e r , New Y o r k ; * t o whom c o r r e s p o n d e n c e s h o u l d b e a d r e s s e d .A b s t r a c t . S e v e r a l s t u d i e s d u r i n g t h e l a s t 3 0 y e a r s h a v ed e m o n s t r a t e d t h e p o t e n t i a l o f l a s e r p r e - t r e a t m e n t o f e n a m e l o rt o o t h r o o t s t o i n h i b i t s u b s e q u e n t a c i d - i n d u c e d d i s s o l u t i o n o ra r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e c h a l l e n g e i n t h e l a b o r a t o r y . T h e o v e r a l lo b j e c t i v e o f o n g o i n g s t u d i e s i n o u r l a b o r a t o r i e s i s t o d e t e r m i n e ,s y s t e m a t i c a l l y , t h e optimum s e t s o f p a r a m e t e r s f o r c a r b o nd i o x i d e l a s e r i r r a d i a t i o n t h a t w i l l p o t e n t i a l l y e f f e c t i v e l y i n h i b i td e n t a l c a r i e s i n e n a m e l a n d t o o t h r o o t s . T h e a i m o f t h e p r e s e n ts t u d y w a s t o e x a m i n e t h e r o l e s o f w a v e l e n g t h a n d f l u e n c e i nt h e p r e v e n t i o n o f c a r i e s p r o g r e s s i o n i n v i t r o i n e n a m e l b ym e a n s o f a p H - c y c l i n g m o d e l . T h e h y p o t h e s i s t o b e t e s t e d w a st h a t t h e h i g h l y a b s o r b e d 9 . 3 - a n d 9 . 6 - p L m w a v e l e n g t h s w o u l db e e f f i c i e n t l y c o n v e r t e d t o h e a t , c r e a t i n g a t e m p e r a t u r es u f f i c i e n t l y h i g h t o r e d u c e t h e a c i d - r e a c t i v i t y o f t h e m i n e r a la n d i n h i b i t c a r i e s - l i k e l e s i o n p r o g r e s s i o n i n d e n t a l e n a m e l . O n eh u n d r e d a n d s i x t y c a r i e s - f r e e t o o t h c r o w n s w e r e c l e a n e d a n dv a r n i s h e d w i t h a c i d - r e s i s t a n t v a r n i s h , l e a v i n g o n e e x p o s e dwindow o f e n a m e l . T w e l v e g r o u p s o f 1 0 e n a m e l s a m p l e s w e r ei r r a d i a t e d i n t h e i r i n d i v i d u a l w i n d o w s b y o n e o f t h e f o u rw a v e l e n g t h s ( 9 . 3 , 9 . 6 , 1 0 . 3 , o r 1 0 . 6 [ L m ) o f a t u n a b l e C O 2 l a s e r .E n e r g y p e r p u l s e w a s 2 5 , 5 0 , 1 0 0 , 2 0 0 , o r 2 5 0 m J ( 2 5 p u l s e s ) .R e p e t i t i o n r a t e w a s 1 0 H z , a n d b e a m d i a m e t e r w a s 1 . 6 mm.F l u e n c e c o n d i t i o n s o f 1 t o 1 2 . 5 J / c m 2 p e r p u l s e w e r e p r o d u c e d .A l l t e e t h , i n c l u d i n g 4 0 n o n - i r r a d i a t e d c o n t r o l s , w e r e s u b j e c t e dt o p H - c y c l i n g t o p r o d u c e a r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e l e s i o n s . R e s u l t sw e r e a s s e s s e d b y c r o s s - s e c t i o n a l m i c r o h a r d n e s s t e s t i n g .I n h i b i t i o n o f c a r i e s p r o g r e s s i o n o f f r o m 40% t o 85% wa sa c h i e v e d o v e r t h e r a n g e o f l a s e r c o n d i t i o n s t e s t e d . A t 9 . 3 a n d9 . 6 p . m , 2 5 p u l s e s a t a b s o r b e d f l u e n c e s o f 1 t o 3 J / c m 2p r o d u c e d i n h i b i t i o n o n t h e o r d e r o f 70% w i t h m i n i m a ls u b s u r f a c e t e m p e r a t u r e e l e v a t i o n ( < 1 C a t 2 mm d e p t h ) ,c o m p a r a b l e w i t h i n h i b i t i o n p r o d u c e d i n t h i s m o d e l w i t h d a i l yf l u o r i d e d e n t i f r i c e t r e a t m e n t s . S a f e t y a n d e f f i c a c y s t u d i e s w i l lb e r e q u i r e d i n a n i m a l s a n d humans b e f o r e t h e s e p r o m i s i n gl a b o r a t o r y r e s u l t s c a n b e a p p l i e d i n c l i n i c a l p r a c t i c e .Key w o r d s : C O 2 l a s e r , a r t i f i c i a l c a r i e s , l a s e r s i n d e n t i s t r y .

R e c e i v e d O c t o b e r 7 , 1 9 9 4 ; L a s t R e v i s i o n S e p t e m b e r 2 4 , 1 9 9 7 ;A c c e p t e d S e p t e m b e r 2 4 , 1 9 9 7

I n t r o d u c t i o nS e v e r a l s t u d i e s d u r i n g t h e l a s t 3 0 y e a r s h a v e d e m o ns t r a t e dt h e p o t e n t i a l o f l a s e r p r e - t r e a t m e n t o f e n a m e l o r t o o t h r o o t st o i n h i b i t s u b s e q u e n t a c i d - i n d u c e d d i s s o l u t i o n o r a r t i f i c i a lc a r i e s - l i k e c h a l l e n g e i n t h e l a b o r a t o r y ( S t e r n e t a l . , 1 9 6 6 ,1 9 7 2 ; Yamamoto a n d O o y a , 1 9 7 4 ; Yamamoto a n d S a t o , 1 9 8 0 ;L e n z e t a l . , 1 9 8 2 ; N e l s o n e t a l . , 1 9 8 6 , 1 9 8 7 ; Nammour e t a l . ,1 9 9 2 ; H i c k s e t a l . , 1 9 9 3 a , b ; W e s t e r m a n e t a l . , 1 9 9 4 ) . S t u d i e sb y F o x a n d c o - w o r k e r s ( W o n g e t a l . , 1 9 9 0 ; F o x e t a l . , 1 9 9 2 ) ,u s i n g a c o n t i n u o u s - w a v e c a r b o n d i o x i d e l a s e r ( 1 0 . 6 p L m )a l s o s h o w e d d r a m a t i c r e d u c t i o n s i n a c i d r e a c t i v i t y i n t o o t hm i n e r a l a s a r e s u l t o f l a s e r i r r a d i a t i o n . A l m o s t a l l o f t h e s es t u d i e s u t i l i z e d o n l y o n e w a v e l e n g t h a n d a v e r y l i m i t e d s e to f l a s e r i r r a d i a t i o n c o n d i t i o n s . F u r t h e r , m o s t o f t h e s t u d i e su s e d c o n t i n u o u s - w a v e ( c w ) l a s e r s w i t h n o c o n s i d e r a t i o n f o rt h e b e n e f i t s p o s s i b l e f r o m t h e u s e o f p u l s e d l a s e r s . N e l s o na n d c o - w o r k e r s ( N e l s o n e t a l . , 1 9 8 6 , 1 9 8 7 ; F e a t h e r s t o n e a n dN e l s o n , 1 9 8 7 ) d e m o n s t r a t e d t h e p o t e n t i a l c a r i e s - i n h i b i t o r ye f f e c t s o f p u l s e d c a r b o n d i o x i d e l a s e r i r r a d i a t i o n o f e n a m e la t l o w f l u e n c e s . T h e y a c h i e v e d i n h i b i t i o n o f s u b s e q u e n td e m i n e r a l i z a t i o n o f e n a m e l o f u p t o 50% w i t h t h e l a s e rc o n d i t i o n s t h e y u s e d , a n d r e p o r t e d t h a t t h e s e e f f e c t s w e r ew a v e l e n g t h - d e p e n d e n t . T h e s e w o r k e r s h y p o t h e s i z e d t h a tt h e c a r b o n d i o x i d e l a s e r w a v e l e n g t h s ( 9 . 3 , 9 . 6 , 1 0 . 3 , a n d 1 0 . 6p . m ) w e r e e f f i c i e n t l y a b s o r b e d b y t h e c a r b o n a t e d a p a t i t em i n e r a l o f t h e t o o t h a n d t h a t t h e a b s o r b e d l i g h t was r a p i d l yt r a n s f o r m e d t o h e a t n e a r t h e s u r f a c e , c a u s i n g l o s s o fc a r b o n a t e f r o m t h e m i n e r a l w i t h a s u b s e q u e n t m a r k e dd e c r e a s e i n a c i d r e a c t i v i t y . H o w e v e r , no s y s t e m a t i ce x a m i n a t i o n o f t h e n u m e r o u s p a r a m e t e r s i n v o l v e d h a s b e e nc o n d u c t e d t o d a t e t o d e t e r m i n e t h e p o t e n t i a l o p t i m u m l a s e ri r r a d i a t i o n c o n d i t i o n s t h a t w o u l d b e l i k e l y t o i n h i b i t c a r i e sc l i n i c a l l y . T h e v a r i a b l e s i n v o l v e d a r e w a v e l e n g t h , p u l s ew i d t h , i n c i d e n t a n d a b s o r b e d p u l s e e n e r g y , beam d i a m e t e r ,n u m b e r o f p u l s e s , r e p e t i t i o n r a t e , a n d i r r a d i a t i o n i n t e n s i t y .F u r t h e r , u n t i l r e c e n t l y ( F r i e d e t a l . , 1 9 9 6 ) , t r a n s i e n tt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s ( w i t h 1 - p s t i m e r e s o l u t i o n ) a tt h e s u r f a c e o f t o o t h e n a m e l d u r i n g i r r a d i a t i o n b y t h e f o u rp r i n c i p a l w a v e l e n g t h s o f t h e c a r b o n d i o x i d e l a s e r were n o ta v a i l a b l e . Y u e t a l . ( 1 9 9 2 ) i n d i c a t e d t e m p e r a t u r e s o f 3 0 0 C o rmore w i t h cw 1 0 . 6 - p . m i r r a d i a t i o n b y c a l c u l a t i o n b u t w e r en o t a b l e t o make e x p e r i m e n t a l measurements. The

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1 3 9 8 F e a t h e r s t o n e e t a l .t e m p e r a t u r e a t which c a r b o n a t e i s d r i v e n from t h ec a r b o n a t e d a p a t i t e i s i n t h e r a n g e o f 4 0 0 t o 6 0 0 C ( H o l c o m ba n d Y o u n g , 1 9 8 0 ) , a n d t h e m e l t i n g p o i n t o f t h e c a r b o n a t e da p a t i t e r a n g e s f r o m a p p r o x i m a t e l y 9 5 0 t o 1 2 0 0 0 C ( E l l i e s e ta l . , 1 9 8 8 ) . The r e s u l t a n t e f f e c t s o f s u c h l a s e r - i n d u c e dt e m p e r a t u r e c h a n g e s o n c a r i e s i n h i b i t i o n r e m a i n t o b ee l u c i d a t e d .

The o v e r a l l o b j e c t i v e o f o n g o i n g s t u d i e s i n o u rl a b o r a t o r i e s i s t o d e t e r m i n e , s y s t e m a t i c a l l y , t h e optimums e t s o f p a r a m e t e r s f o r c a r b o n d i o x i d e l a s e r i r r a d i a t i o n t h a tw i l l p o t e n t i a l l y e f f e c t i v e l y i n h i b i t d e n t a l c a r i e s i n e n a m e land t o o t h r o o t s . T h e aim o f t h e p r e s e n t s t u d y wa s t oexamine t h e r o l e s o f w a v e l e n g t h and f l u e n c e i n t h ep r e v e n t i o n o f c a r i e s p r o g r e s s i o n i n v i t r o i n e n a m e l b y m e a n so f a p H - c y c l i n g m o d e l . T h e h y p o t h e s i s t o b e t e s t e d was t h a tt h e h i g h l y a b s o r b e d 9 . 3 - a n d 9 . 6 - p u m w a v e l e n g t h s w o u l d b ee f f i c i e n t l y c o n v e r t e d t o h e a t , c r e a t i n g a t e m p e r a t u r es u f f i c i e n t l y h i g h t o r e d u c e t h e a c i d - r e a c t i v i t y o f t h e m i n e r a la n d i n h i b i t c a r i e s - l i k e l e s i o n p r o g r e s s i o n i n d e n t a l e n a m e l .

M a t e r i a l s a n d m e t h o d sT o o t h p r e p a r a t i o nT h e c r o w n s o f m o l a r s o r p r e m o l a r s c o l l e c t e d f r o m o r a l s u r g e o n si n t h e R o c h e s t e r , N Y , a r e a ( 1 p p m F i n t h e w a t e r s up p l y ) w e r eu t i l i z e d i n t h e p r e s e n t s t u d y . T h e t e e t h t h e r e f o r e f a l l i n t oN a t i o n a l I n s t i t u t e s o f H e a l t h e x e m p t c a t e g o r y 4 a n d t h e r e f o r ed o n o t r e q u i r e a n i n s t i t u t i o n a l human s u b j e c t s r e v i e w a p p r o v a l .W e h a v e n o k n o w l e d g e o f t h e s u b j e c t s f r o m whom t h e t e e t hwere d e r i v e d , a n d t h e t ee th w e r e n o t i d e n t i f i e d b y s u b j e c ts o u r c e i n a n y w a y . T o o t h c r o w n s w h i c h w e r e c a r i e s - f r e e b yv i s u a l i n s p e c t i o n w e r e c l e a n e d w i t h d e t e r g e n t a n d d e - i o n i z e dw a t e r a s d e s c r i b e d p r e v i o u s l y ( F e a t h e r st o ne e t a l . , 1 9 8 3 ) ,r e m o v e d f r o m t h e r o o t s , a n d c o a t e d w i t h a c i d - r e s i s t a n t v a r n i s h ,w i t h o n e window a p p r o x i m a t e l y 2 mm s q u a r e o f e x p o s e de n a m e l l e f t on a b u c c a l o r l i n g u a l s u r f a c e . S i x t e e n g r o u p s o f t e nt e e t h e a c h w e r e u t i l i z e d i n t h e e x p e r i m e n t s .L a s e r c o n d i t i o n sS i n c e t h e a i m o f t h e p r e s e n t s t u d y wa s t o i n v e s t i g a t e f u r t h e r t h ew a v e l e n g t h d e p e n d e n c y we p r e v i o u s l y r e p o r t e d ( F e a t h e r s t o n ea n d N e l s o n , 1 9 8 7 ) , we c h o s e t h e f o u r p r i n c i p a l w a v e l e n g t h sa v a i l a b l e f r o m a t u n e d C O 2 l a s e r , n a m e l y , 9 . 3 , 9 . 6 , 1 0 . 3 , a n d 1 0 . 6, u m . Our p r e v i o u s s t u d i e s ( N e l s o n e t a l . , 1 9 8 6 ) h a d i n d i c a t e dt h a t , w i t h t h e l a s e r a v a i l a b l e t o u s a t t h a t t i m e , f r o m 2 0 0 t o 4 0 0p u l s e s o v e r a p e r i o d o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 mi n ( 2 0 m J / p u l s e ;p u l s e d u r a t i o n , 1 0 0 t o 2 0 0 n s ; i r r a d i a t i o n i n t e n s i t y , - 1 M W / c m 2 )were n e e d e d t o p r o d u c e a m a x i m u m o f 5 0% i n h i b i t i o n o fs u b s e q u e n t s u b s u r f a c e d e m i n e r a l i z a t i o n o f e n a m e l .

S u b s e q u e n t l y , t h e a x i a l t h e r m a l r e l a x a t i o n t i m e ( T r ) o fe n a m e l wa s c a l c u l a t e d t o b e a p p r o x i m a t e l y 6 0 p , s f o r a 1 0 - p . mt h e r m a l g r a d i e n t l e n g t h a n d a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t o f 1 0 0 0 c m -T h e e n e r g y d e p o s i t e d a t p u l s e d u r a t i o n s l e s s t h a n T r i s" t h e r m a l l y c o n f i n e d " t o a t h i n l a y e r a t t h e e n a m e l s u r f a c e . P u l s ed u r a t i o n s


4/8

L a s e r I n h i b i t i o n o f C a r i e s P r o g r e s s i o nT a b l e . I n h i b i t i o n o f m i n e r a l l o s s f o l l o w i n g l a s e r p r e - t r e a t m e n t o f e n a m e lW a v e l e n g t h b I n c i d e n t E n e r g y I n c i d e n t F l u e n c e A Z ( S D ) a P e r c e n t S t a t i s t i c a l( p . m ) ( m J / p u l s e ) J / c m 2 / p u l s e ) ( p . m x v o l % ) I n h i b i t i o n S i g n i f i c a n c e c

9 . 3 5 0 2 . 5 5 8 2 ( 4 3 7 ) 6 4 a b c c9 . 3 1 0 0 5 5 2 1 ( 2 8 9 ) 6 8 b c9 . 3 2 0 0 1 0 6 0 0 ( 3 2 9 ) 6 3 b c9 . 6 2 5 1 . 2 5 6 4 7 ( 4 1 6 ) 6 0 b c9 . 6 5 0 2 . 5 4 7 6 ( 2 8 8 ) 7 0 a b9 . 6 1 0 0 5 4 7 0 ( 3 7 0 ) 7 1 a b9 . 6 2 0 0 1 0 8 4 2 ( 4 0 1 ) 4 8 c d

1 0 . 3 2 0 0 1 0 4 3 4 ( 2 4 8 ) 7 3 a b1 0 . 6 5 0 2 . 5 8 9 4 ( 2 6 2 ) 4 5 d1 0 . 6 1 0 0 5 9 3 6 ( 2 7 1 ) 4 2 d1 0 . 6 2 0 0 1 0 6 9 0 ( 2 9 9 ) 5 7 c d1 0 . 6 2 5 0 1 2 . 5 2 3 7 ( 1 7 2 ) 8 5 a

a Mean ( S D = s t a n d a r d d e v i a t i o n ) r e l a t i v e m i n e r a l l o s s , A Z ( p . m x v o l % m i n e r a l ) , f o r human e n a m e l p r e - t r e a t e d b y C O 2 l a s e r ,f o l l o w e d b y 9 d a y s ' p H c y c l i n g ( n = 1 0 f o r t r e a t m e n t g r o u p s , n = 4 0 f o r n o n - i r r a d i a t e d c o n t r o l s ) . A Z ( S D ) f o r t h e n o n -i r r a d i a t e d c o n t r o l s ( n = 4 0 ) w a s 1 6 1 3 ( 5 7 6 ) . P e r c e n t i n h i b i t i o n w a s c a l c u l a t e d r e l a t i v e t o t h e c o n t r o l g r o u p .b B e a m d i a m e t e r w a s 1 . 6 mm, p u l s e w i d t h 1 0 0 p s , r e p e t i t i o n r a t e 1 0 H z , a n d n u m b e r o f p u l s e s 2 5 i n e a c h t r e a t m e n t g r o u p .c V a l u e s w i t h t h e s a m e a d j a c e n t l e t t e r ( a , b , c , e t c . ) w e r e n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t ( p < 0 . 0 5 ) b y t h e LSD t e s t . A l l l a s e r -i r r a d i a t e d g r o u p s w e r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e c o n t r o l g r o u p .

a l t e r n a t i n g d e m i n e r a l i z a t i o n a n d r e m i n e r a l i z a t i o n t r e a t m e n t s ,a s d e s c r i b e d a b o v e , w i t h o n e i n t e r v e n i n g weekend i n t h em i n e r a l i z i n g s o l u t i o n .A s s e s s m e n t o f d e m i n e r a l i z a t i o n / r e m i n e r a l i z a t i o nA t t h e c o n c l u s i o n o f t h e p H - c y c l i n g , t h e t e e t h w e r e r i n s e d i nd o u b l e - d e i o n i z e d w a t e r , s e c t i o n e d l o n g i t u d i n a l l y t h r o u g h t h ec e n t e r o f t h e l e s i o n s , a n d e m b e d d e d i n e p o x y r e s i n w i t h t h e c u tf a c e e x p o s e d a s p r e v i o u s l y d e s c r i b e d ( F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 8 3 ,1 9 8 6 ; W h i t e a n d F e a t h e r s t o n e , 1 9 8 7 ) . A f t e r s e r i a l p o l i s h i n g , e a c hl e s i o n wa s a s s e s s e d b y c r o s s - s e c t i o n a l m i c r o h a r d n e s s t e s t i n g b ymeans o f t e c h n i q u e s r o u t i n e l y u s e d i n o u r l a b o r a t o r y( F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 8 3 , 1 9 8 6 , 1 9 9 0 ) , e x c e p t t h a t a d e t a i l e d" X s c a t t e r p a t t e r n " wa s u s e d s t a r t i n g a t 1 5 p . m f r o m t h ea n a t o m i c a l s u r f a c e w i t h i n d e n t s a t 5 - p m i n t e r v a l s b e t w e e n 1 5a n d 5 0 p . m f r o m t h e s u r f a c e , a n d t h e n a t 2 5 - p m i n t e r v a l s f r o m5 0 t o 3 0 0 p . m a c r o s s t h e l e s i o n a n d i n t o t h e u n d e r l y i n g e n a m e l( M e y e r o w i t z e t a l . , 1 9 9 1 ) . T h e s e t o f d a t a r e p r e s e n t i n g e a c ha r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e l e s i o n was c u r v e - f i t t e d b y means o f aS i m p s o n a p p r o x i m a t i o n ( W h i t e a n d F e a t h e r s t o n e , 1 9 8 7 ) , a n d t h ea r e a u n d e r t h e l e s i o n t r a c i n g wa s c a l c u l a t e d ( i n u n i t s o f v o l %m i n e r a l x p m ) a n d s u b t r a c t e d f r o m t h e n o r m a l e n a m e l v a l u e t og i v e t h e p a r a m e t e r A Z , b e i n g t h e r e l a t i v e m i n e r a l l o s s f o r e a c hl e s i o n . T h e s e c r o s s - s e c t i o n a l m i c r o h a r d n e s s p r o f i l e s a r ec o m p a r a b l e w i t h d a t a f r o m q u a n t i t a t i v e m i c r o r a d i o g r a p h y( F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 8 3 ; W h i t e a n d F e a t h e r s t o n e , 1 9 8 7 ) . T h ei n d i v i d u a l AZ v a l u e s f o r e a c h l e s i o n i n e a c h g r o u p werec o m b i n e d t o g i v e a mean AZ a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n f o r e a c h o ft h e l a s e r - t r e a t e d a n d n o n - i r r a d i a t e d c o n t r o l g r o u p s .

R e s u l t sT h e r e s u l t s o f t h e l a s e r - t r e a t e d s a m p l e s a n d n o n - i r r a d i a t e dc o n t r o l g r o u p s a r e g i v e n i n t h e T a b l e . The d a t a a r ep r e s e n t e d a s m e a n s ( s t a n d a r d d e v i a t i o n = S D ) o f e a c h g r o u pf o r t h e r e l a t i v e m i n e r a l l o s s ( A Z ) v a l u e s . P e r c e n t i n h i b i t i o n i sc a l c u l a t e d a s f o l l o w s :

p e r c e n t i n h i b i t i o n = { A Z ( c o n t r o l ) - A Z ( t r e a t m e n t ) } x 1 0 0A Z ( c o n t r o l )T h e mean v o l % m i n e r a l v a l u e a t e a c h d e p t h f o r e a c h g r o u pwa s c a l c u l a t e d a n d p l o t t e d t o g i v e g r o u p p r o f i l e s , a si l l u s t r a t e d i n F i g s . 1 a n d 2 . T h e p r o f i l e i l l u s t r a t e d i n F i g . 1s h o w s o n e o f t h e 9 . 6 - , u m i r r a d i a t e d g r o u p s a n d t h e n o n -i r r a d i a t e d c o n t r o l s . T h e m a j o r i n h i b i t i o n t h r o u g h o u t t h el e s i o n i s o b v i o u s . F i g . 2 s h o w s t h e mean p r o f i l e f o r o n e o ft h e g r o u p s i r r a d i a t e d a t 1 0 . 6 p . m . I n h i b i t i o n t h r o u g h o u t t h el e s i o n i s a g a i n o b v i o u s , b u t w i t h l e s s i n h i b i t i o n t h a n i n t h e9 . 6 - p . m i r r a d i a t e d g r o u p .D i s c u s s i o nA l l o f t h e l a s e r i r r a d i a t i o n c o n d i t i o n s t e s t e d i n t h i s s t u d yp r o d u c e d s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t i n h i b i t i o n o f s u b s e q u e n tc a r i e s - l i k e l e s i o n f o r m a t i o n w i t h a t o t a l i r r a d i a t i o n t i m e o fo n l y 2 . 5 s ( 2 . 5 ms o f a c t u a l l a s e r i r r a d i a t i o n ) . I n h i b i t i o n o fc a r i e s p r o g r e s s i o n o f f r o m 40% t o 85% wa s a c h i e v e d ,w h e r e a s i n o u r p r e v i o u s s t u d i e s ( N e l s o n e t a l . , 1 9 8 6 , 1 9 8 7 ) ,we were a b l e t o a c h i e v e a maximum o f o n l y 50% i n h i b i t i o n ,

j D e n t R e s 7 7 ( 6 ) 1 9 9 8 1 3 9 9



5/8

F e a t h e r s t o n e e t a l . I D e t n t R e s 7 7 ( 6 ) 1 9 91 0 09 08 07 06 05 04 03 0 F2 0 [1 O F

00 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0

D e p t h , j A m1 . M i n e r a l p r o f i l e s p l o t t e d a s m e a n v o l ' , m i n e r a l z v s . d e p t h f r o m t h e s u r f a c e f o r t h ec o n t r o l t e e t h a n d f o r t h e g r o u p i r r a d i a t e d a t 9 . 6 j i m , 5 0 m J / p u l s e , i n c i d e n t2 . 5 J / c m 2 / p u l s e , r e p e t i t i o n r a t e 1 1 ) H z , p u l s e w i d t h 1 0 0 g s , 2 5 p u l s e s .

m o s t c o n d i t i o n s g i v i n g o n l y 1 0 t o 4 0 ' % . I n t h a t s t u d y ,e p u l s e d u r a t i o n wa s - 1 0 0 n s . T h e t h e r m a l e n e r g y d u r i n ge l a s e r p u l s e wa s e s s e n t i a l l y c o n f i n e d t o t h e a b s o r p t i o nf o r t h a t l a s e r , w h i c h we c a l c u l a t e wa s l e s s t h a n 2 p . m .t h e r m a l d i f f u s i o n l e n g t h o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 p . m

t h e l o n g e r 1 0 0 - p L s p u l s e s i s m a r k e d l y l a r g e r , a n dt h e t h e r m a l e n e r g y i s n o t c o n f i n e d f o r t h e 9 . 3 - a n d

l a s e r p u l s e s , an d a d e e p e r enamel l a y e r o f a p -1 0 p L m w i l l b e h e a t e d s u f f i c i e n t l y t o m o d i f y t h eo f t h e m i n e r a l . I n t h e p r e s e n t s t u d y , numerous s e t s

c o n d i t i o n s w e r e a b l e t o p r o d u c e i n h i b i t i o n i n e x c e s s o fT h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c a l c u l a t e d r a n g e s o ft h a t we p r e d i c t e d would p r o d u c e p r o t e c t i o n o f

a g a i n s t subsequent a c i d c h a l l e n g e were w e l l -I n p r e v i o u s p H - c y c l i n g s t u d i e s u s i n g f l u o r i d e - c o n t a i n i n gwe have r e p o r t e d i n h i b i t i o n o f c a r i e sb y f l u o r i d e - c o n t a i n i n g d e n t i f r i c e s o f f r o m 7 0 t o

( W h i t e a n d F e a t h e r s t o n e , 1 9 8 7 ; F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 8 8 ,F e a t h e r s t o n e and Z e r o , 1 9 9 2 ) . I n t h e p r e s e n ts e v e r a l l a s e r t r e a t m e n t s p r o d u c e d i n h i b i t i o n i n

e r a n g e o f from 7 0 t o 8 5 0 o ( T a b l e ) , which were n o td i f f e r e n t from e a c h o t h e r and t h e r e f o r ei n h i b i t i o n c o m p a r a b l e w i t h t h a t g i v e n b y a o n c e - a -y sodium f l u o r i d e d e n t i f r i c e s l u r r y t r e a t m e n t . F o r t h eo f t h e p o p u l a t i o n who s t i l l g e t c a r i e s , many o f t h eo c c u r i n t h e p i t s and f i s s u r e s , where f l u o r i d e i s

n o t a s e f f e c t i v e a s i t i s on smooth s u r f a c e s .s t u d i e s i n o u r l a b o r a t o r y p r o d u c e d i n h i b i t i o n by2 l a s e r t r e a t m e n t i n o c c l u s a l s u r f a c e s s i m i l a r t o t h a tf o r smooth s u r f a c e s ( Z h a n g e t a l . , 1 9 9 3 ) . F u r t h e r ,l a s e r a n d f l u o r i d e e f f e c t s i n o c c l u s a l s u r f a c e s w e r e( Z h a n g e t a l . , 1 9 9 3 ) . I t i s p o s s i b l e , t h e r e f o r e , t h a t

t r e a t m e n t o f o c c l u s a l s u r f a c e s ma y b e a n e f f e c t i v e

+ 4

- sI| | | | | 1 1 1 6 d 1 3 - - .|:7

- A Z 0- i r r a d i a t e d i r r d i t e-I46It

we r e c e n t l y c o n f i r m e d u s i n g human e n a m e l ( F r i e d e t a l . ,1 9 9 7 ) , i n d i c a t e t h a t a t 9 . 6 p . m ( a l t h o u g h t h e a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t i s v e r y h i g h ) , a p p r o x i m a t e l y 5 0 0 0 o f t h e e n e r g y i sr e f l e c t e d , w h e r e a s a t 1 0 . 6 . L m , o n l y a b o u t lOo i s r e f l e c t e d .The c o m p a r a b l e c a r i e s - i n h i b i t o r y e f f e c t o f 2 5 m J / p u l s e o fi n c i d e n t e n e r g y a t 9 . 6 p . m w i t h 2 0 0 m J / p u l s e a t 1 0 . 6 p . mi n d i c a t e s a p p r o x i m a t e l y a 1 4 - f o l d d i f f e r e n c e i n a b s o r b e de n e r g y f o r t h e two w a v e l e n g t h s t o p r o d u c e s i m i l a r e f f e c t s .S u r p r i s i n g l y , a t t h e h i g h e r i n c i d e n t e n e r g y l e v e l o f 2 0 0m J / p u l s e w i t h 9 . 6 . L m , s i g n i f i c a n t l y l e s s i n h i b i t i o n o f c a r i e sp r o g r e s s i o n wa s f o u n d . I n a s e p a r a t e s t u d y , c o n s i d e r a b l es u r f a c e damage wa s o b s e r v e d b y S EM (McCormack e t a l . ,1 9 9 5 ) f o l l o w i n g i r r a d i a t i o n a t t h i s e n e r g y l e v e l b y t h e h i g h l ye f f i c i e n t l y a b s o r b e d 9 . 6 - p . m w a v e l e n g t h . The damageds u r f a c e s a p p a r e n t l y were d e t r i m e n t a l and p r o v i d e d l e s sr e s i s t a n c e t o t h e a c i d c h a l l e n g e .Our p r e v i o u s s t u d i e s a n d c o n c l u s i o ns ( F e a t h er s to n e a n dN e l s o n , 1 9 8 7 ) i n di c a te d t h a t 9 . 3 - and 9 . 6 - p . m l i g h t wa s muchmore e f f i c i e n t l y absorbed t h a n t h e 1 0 . 3 - an d 1 0 . 6 - . L mw a v e l e n g t h s . T h i s c o n c l u s i o n i s c o n f i r m e d by t h e a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t s c a l c u l a t e d by D u p l a i n e t a l . ( 1 9 8 7 ) , n a m e l y ,1 8 , 5 0 0 , 3 0 , 0 0 0 , 6 5 0 0 , a n d 5 0 0 0 c m - 1 f o r 9 . 3 , 9 . 6 , 1 0 . 3 , a n d 1 0 . 6p . m , r e s p e c t i v e l y . The d i f f e r e n t a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t sprovide a n e x p l a n a t i o n a s t o why i t i s p o s s i b l e f o ra p p r o x i m a t e l y o n e - f i f t h ( o r l e s s ) o f t h e e n e r g y a t 9 . 6 p . m t op r o d u c e i n h i b i t i o n c o m p a r a b l e w i t h t h a t a t 1 0 . 6 p . m . T h et r a n s f o r m a t i o n o f l i g h t t o h e a t when i t i s a b s o r b e d i n t oe n a m e l m i n e r a l i s more e f f e c t i v e a t 9 . 3 a n d 9 . 6 p m t h a n i t i sa t 1 0 . 6 pm ( F e a t h e r s t o n e and N e l s o n , 1 9 8 7 ) . We haver e p o r t e d e l s e w h e r e t h a t i f s u f f i c i e n t l y h i g h t e m p e r a t u r e sw e r e a c h i e v e d i n t h e e n a m e l m i n e r a l , c a r b o n a t e wa s l o s tf r o m t h e l a s e r - t r e a t e d m i n e r a l , t h u s r e d u c i n g i t s r e a c t i v i t y( F e a t h e r s t o n e a n d N e l s o n , 1 9 8 7 ; F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 9 7 ) .

The h i g h e s t f l u en c e p e r p u l s e ( 1 2 . 5 J / c m 2 ) t h a t we u s e d a t

c a r i e s - p r e v e n t i v e m e a s u r e .I n t h e p r e s e n t s t u d y , we c o m p a r e dwide r a n g e o f i n c i d e n t e n e r g y c o n d i

t i o n s f o r e a c h o f t h e 9 . 6 - and 1 0 . 6 -pmw a v e l e n g t h s . W i t h t h e e x c e p t i o n o f t hg r o u p i r r a d i a t e d a t 2 5 0 m J / p u l s e , a l l ot h e l o w e r e n e r g y c o n d i t i o n s ( f r o m 5 0 t2 0 0 m J / p u l s e ) f o r 1 0 . 6 p L m p r o d u c e di n h i b i t i o n o f l e s s t h a n 5 8 % M i n c o n t r a s t ti n h i b i t i o n o n t h e o r d e r o f 70% a c h i e v e dby 5 0 t o 1 0 0 m J / p u l s e w i t h 9 . 6 pm.L i g h t ma y b e r e f l e c t e d , a b s o r b e d , s c a tt e r e d , o r t r a n s m i t t e d b y t i s s u e . F o r t h ew a v e l e n g t h s s t u d i e d h e r e , a b s o r p t i o no c c u r s i n t h e o u t e r f e w p . m , and t h e r e -f o r e s c a t t e r i n g and t r a n s m i s s i o n a r ee s s e n t i a l l y z e r o . The h i g h a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t s f o r a l l f o u r C O 2 wave-l e n g t h s ( s e e below) i n d i c a t e a v e r ye f f i c i e n t t r a n s f o r m a t i o n o f l i g h t t o h e a ta t t h e s e w a v e l e n g t h s ( D u p l a i n e t a l .1 9 8 7 ; F e a t h e r s t o n e and N e l s o n , 1 9 8 7 ;F r i e d e t a l . , 1 9 9 6 ) . R e f l e c t a n c e a t t h es u r f a c e , h o w e v e r , must a l s o b e c o n -s i d e r e d . R e f l e c t a n c e s t u d i e s by D u p l a i ne t a l . ( 1 9 8 7 ) , u s i n g b o v i n e e n a m e l , w h i c h



6/8

L a s e r I n h i b i t i o n o f C a r i e s P r o g r e s s i o n 4p . m p r o d u c e d a n i n h i b i t i o n o fb u t t h i s wa s n o t s t a t i s t i c a l l yd i f f e r e n t f r o m t h a t o f% p r o d u c e d a t 9 . 6 p L m w i t h 2 . 5

T e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t so u r l a b o r a t o r y ( F r i e d e t a l . , 1 9 9 6 )t h a t t e m p e r a t u r e s a t t h ef o r a s i n g l e p u l s e a t 9 . 6 p . md a f l u e n c e o f 5 J / c m 2 e x c e e d e d

w h e r e a s t h o s e f o r 1 0 . 6 p . mo n t h e o r d e r o f 5 0 0 " C . R e c e n t( F r i e d e t a l . , 1 9 9 6 )b y t h e r m o c o u p l e a t a d e p t h

2 mm f r o m t h e s u r f a c e o f e n a m e la t e m p e r a t u r e r i s e f o l -2 5 p u l s e s a t 1 0 J / c m 2 , 1 0 . 6m o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 " C a t t h a ti n d i c a t i n g t h e l i k e l i h o o d o fd a m a g e . T h e c o r r e s p o n d i n gf o r 9 . 6 p . m , 2 5 p u l s e s , and au e n c e o f 2 . 5 J / c m 2 ( 5 0 m J / p u l s e =m J / p u l s e a b s o r b e d e n e r g y ) wasV C . The r a t i o o f

i n t e r n a l t e m p e r a t u r e r i s e st o t h e r a t i o o f t h et o t a l e n e r g i e s , w h e r e a s

e s u r f a c e t e m p e r a t u r e e f f e c t i s

1 0 0 -9 0 -8 0 -

* E 70a ). r 60005 0-a )E 4 0 -

0 30 -2 0 -1 00 O0 20 40 6 0 80 1 0 0D e p t h , j t m

c o n t r o l i r r a d i a t e d -I I -120 1 4 0

F i g u r e 2 . M i n e r a l p r o f i l e s p l o t t e d a s m e a n v o ] O / m i n e r a l v s . d e p t h f r o m t h e s u r f a c e f o r t h e n o n -i r r a d i a t e d c o n t r o l t e e t h a n d f o r t h e g r o u p i r r a d i a t e d a t 1 0 . 6 r m , 2 0 ) 0 m J / p u l s e , i n c i d e n t f I l i a n c e 1 0J / c m 2 / p u l s e , r e p e t i t i o n r a t e 1 0 H z , p u l s e w i d t h 1 0 0 1 L s , 2 5 p u l s e s .t o t h e a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t s ( F r i e d e t a l . , 1 9 9 6 ) .

E x t e n s i v e s t u d i e s ( r e p o r t e d e l s e w h e r e ) w h e r e s c a n n i n gm i c r o s c o p y wa s u s e d f o r o b s e r v a t i o n o f t h e e f f e c t s

e n a m e l s u r f a c e s u t i l i z i n g t h e same r a n g e o f i r r a d i a t i o na s t h o s e o f t h e p r e s e n t s t u d y s h o w e d t h a t , w i t h3 a n d 9 . 6 p . m , a n d w i t h t h e f l u e n c e s a s u s e d i n t h e p r e s e n ts u r f a c e m e l t i n g and r e c r y s t a l l i z a t i o n a s

m a s s e s o c c u r r e d (McCormack e t a l . , 1 9 9 5 ) .a t 1 0 . 3 a n d 1 0 . 6 p m , t h e o r i g i n a l c r y s t a l s i z es s t i l l o b s e r v a b l e , w i t h no f u s i o n o r r e c r y s t a l l i z a t i o nT h e AZ v a l u e s r e p o r t ed h e r e , h o w e v e r , show t h a ti n h i b i t i o n o f d i s s o l u t i o n o c c u r r e d i n a l l c a s e s . T h i st h a t t h e t e m p e r a t u r e s a c h i e v e d b y 1 0 . 3 a n d 1 0 . 6m were n o t s u f f i c i e n t t o m e l t t h e s u r f a c e b u t weret o h a v e a n e f f e c t o n t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o fe i n d i v i d u a l c r y s t a l s , making t h e m l e s s s u s c e p t i b l e t o a c i dAs s t a t e d a b o v e , t h e a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t s a t

p L m a n d 1 0 . 6 p . m a r e c o m p a r a b l e ( D u p l a i n e t a l . , 1 9 8 7 ) .i n t h i s s t u d y , we examined o n l y o n e e n e r g y

2 0 0 m J / p u l s e a t 1 0 . 3 p . m - a n d i n h i b i t i o n o f% wa s a c h i e v e d . I n o u r p r e v i o u s s t u d i e s ( F e a t h e r s t o n ed N e l s o n , 1 9 8 7 ) , 1 0 . 3 p . m wa s l e s s e f f e c t i v e t h a n t h e o t h e r

w a v e l e n g t h s . F u r t h e r s t u d i e s w i l l b e n e c e s s a r y t ot h e l o w e r t h r e s h o l d f o r 1 0 . 3 p L m w h e r e i t c e a s e sb e a s e f f e c t i v e .As a f i r s t a t t e m p t a t t h e d i r e c t c o m p a r i s o n o f w a v e l e n g t h

t h e r e s u l t s f o r 2 0 0 m J / p u l s e ( f l u e n c e 1 0 J / c m 2 ) f o ro f t h e f o u r w a v e l e n g t h s c a n b e c o m p a r e d f r o m t h eI t c a n b e s e e n t h a t a t t h e s e e n e r g y l e v e l s , 1 0 . 3 p . m i st h e m o s t e f f e c t i v e . However, a s s ta t e d a b o v e ,9 . 6 p . m a t t h i s r e l a t i v e l y h i g h f l u e n c e ( 1 0 J / c m 2 ) , s u r f a c e

o c c u r r e d. T h e r e f o r e, a d i r e c t c o m p a r i s o n o f e f f i c a c yt h i s wa y i s n o t a p p r o p r i a t e . R a t h e r , t h e c o m p a r i s o n o f

p e r c e n t i n h i b i t i o n a s t h e e n d r e s u l t i s more s u i t a b l e , w i t h a na t t e m p t t h e n a t d e t e r m i n i n g t h e e n e r g y c o n d i t i o n s a t e a c hw a v e l e n g t h w h i c h a r e m o s t l i k e l y t o b e e f f e c t i v e . From t h eT a b l e , i t c a n b e s e e n t h a t r e l a t i v e l y l o w f l u e n c e s / p u l s e i n t h eo r d e r o f 2 . 5 t o 5 J / c m 2 w e r e e f f e c t i v e a t w a v e l e n g t l h s o f 9 . 3a n d 9 . 6 p m . T h e s e v a l u e s , when r e f l e c t a n c e i s t a k e n i n t oc o n s i d e r a t i o n , i n d i c a t e t h a t a b s o r b e d f l u e n c e s b e t w e e n 1 a n d3 J / c m 2 / p u l s e were e f f e c t i v e a t i n h i b i t i n g c a r i e s - l i k ep r o g r e s s i o n a t t h e s e w a v e l e n g t h s . T h e s e f l u e n c e s a t 1 0 Hza n d 2 5 p u l s e s p r o d u c e d t e m p e r a t u r e r i s e s a t a d e p t h o f 2mm i n t h e e n a m e l o f o n l y a p p r o x i m a t e l y 1 " C o r l e s s , a sd es c r i b e d a b o v e . T h e optimum c o n d i t i o n s f o r c l i n i c a l u s ew i l l b e t h o s e w h i c h a c h i e v e t h e h i g h e s t c a r i e s i n h i b i t i o nwith t h e l o w e s t d e t r i m e n t a l energy d e p o s i t i o n i n t h eu n d e r l y i n g t i s s u e s .

I n c o n c l u s i o n , i t h a s b e e n shown t h a t i t i s p o s s i b l e t ou t i l i z e c a r b o n d i o x i d e l a s e r i r r a d i a t i o n a t w a v e l e n g t h s o f9 . 3 a n d 9 . 6 pm t o a l t e r d e n t a l e n a m e l t o make i t m a r k e d l ymore r e s i s t a n t t o subsequent a c i d a t t a c k w i t h o u tp r o d u c i n g e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s i n t h e u n l d e r l y i n g t i s s u et h a t c o u l d l e a d t o p u l p a l d a m a g e . I n a s e p a r a t e s t u d y , wehave examined t h e e f f e c t o f number o f p u l s e s andc o n f i r m e d t h a t 2 5 i s optimum, w i t h no measurablea d v a n t a g e b e i n g g a i n e d w i t h a n i n c r e a s e d number o fp u l s e s ( K a n t o r o w i t z e t a l . , 1 9 9 8 ) . I n a f u r t h e r s t u d y , wee x a m i n e d t h e h y p o t h e s i s t h a t i n c r e a s e d p u l s e d u r a t i o n ima y p e r m i t l o w e r s u r f a c e p e a k t e m p e r a t u r e s b u t h i g h e rt e m p e r a t u r e s a t d e p t h s f u r t h e r i n t o t h e e a r l y l e s i o n r e g i o n ,w h i c h c o u l d b e e v e n more e f f e c t i v e f o r c a r i e s i n h a i b i t i o n( F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 9 6 ) . P u l s e d u r a t i o n i s i n t h e r a n g e o f1 0 0 t o 3 0 0 p . s wer e f ou nd t o b e o pt im um a t t h e s ew a v e l e n g t h s ( F e a t h e r s t o n e e t a l . , 1 9 9 6 ) .

I n summary, i r r a d i a t i o n o f d e n t a l e n a m e l w i t h l a s e r

e n t R e s 7 7 ( 6 ) 1 9 9 8 1 4 ( ) 1



7/8

1 4 0 2 F e a t h e r s t o n e e t a l .l i g h t a t 9 . 3 a n d 9 . 6 p 1 m , 1 0 0 - L s p u l s e d u r a t i o n , 2 5 p u l s e s ,w i t h a b s o r b e d f l u e n c e s o f 1 t o 3 J / c m 2 p r o d u c e d i n h i b i t i o no f s u b s u r f a c e c a r i e s - l i k e p r o g r e s s i o n c o m p a r a b l e w i t h t h a tp r o d u c e d i n t h i s l a b o r a t o r y m o d e l w i t h d a i l y f l u o r i d ed e n t i f r i c e t r e a t m e n t s , and y e t p r o d u c e d s u b s u r f a c et e m p e r a t u r e r i s e s o f o nl y 1 C o r l e s s , w h i c h i n d i c a t e s t h a tp u l p s a f e t y s h o u l d n o t b e a p r o b l e m f o r t h e s e i r r a d i a t i o nc o n d i t i o n s . S i m i l a r i n h i b i t i o n a t 1 0 . 6 o r 1 0 . 3 , u m r e q u i r e d i ne x c e s s o f 1 0 J / c m 2 a b s o r b e d f l u e n c e , a n d a t t h i s e n e r g yo u t p u t , t e m p e r a t u r e r i s e s i n t h e p u l p c h a m b e r w o u l d b ee x p e c t e d t o b e o n t h e o r d e r o f 1 0 0 C , w h i c h ma y i n d i c a t et h a t s u c h t r e a t m e n t c o u l d b e d e t r i m e n t a l t o t h e p u l p .S a f e t y a n d e f f i c a c y s t u d i e s w i l l b e r e q u i r e d i n a n i m a l s a n dh u m a n s b e f o r e t h e s e p r o m i s i n g l a b o r a t o r y r e s u l t s c a n b ea p p l i e d i n c l i n i c a l p r a c t i c e .A c k n o w l e d g m e n t sT h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y NIH/NIDR G r a n t D E 0 9 9 5 8 .T h e m a j o r t e c h n i c a l c o n t r i b u t i o n s o f J o a n n e L o f t h o u s e a n dR i c h a r d G l e n a a r e a c k n o w l e d g e d w i t h t h a n k s .

R e f e r e n c e sD u p l a i n G , B o u l a y R , B e l a n g e r PA ( 1 9 8 7 ) . C o m p l e x i n d e x o fr e f r a c t i o n o f d e n t a l e n a m e l a t CO2 w a v e l e n g t h s . A p p lO p t i c s 2 6 : 4 4 4 7 - 4 4 5 1 .E l l i e s L G , N e l s o n D G , F e a t h e r s t o n e J D ( 1 9 8 8 ) . C r y s t a l l o g r a p h i c

s t r u c t u r e a n d s u r f a c e m o r p h o l o g y o f s i n t e r e d c a r b o n a t e da p a t i t e s . J B i o m ed M a t e r R e s 2 2 : 5 4 1 - 5 5 3 .F e a t h e r s t o n e J D , N e l s o n D G ( 1 9 8 7 ) . L a s e r e f f e c t s o n d e n t a l h a r dt i s s u e s . A d v D e n t R e s 1 : 2 1 - 2 6 .F e a t h e r s t o n e J D , Z e r o D T ( 1 9 9 2 ) . L a b o r a t o r y a n d human s t u d i e st o e l u c i d a t e t h e m e c h a n i s m o f a c t i o n o f f l u o r i d e - c o n t a i n i n gd e n t i f r i c e s . I n : C l i n i c a l a n d b i o l o g i c a l a s p e c t s o f d e n t i f r i c e s .E m b e r y G , R 0 l l a G , e d i t o r s . O x f o r d : O x f o r d U n i v e r s i t yP r e s s , p p . 4 1 - 5 0 .F e a t h e r s t o n e J D , t e n C a t e J M , S h a r i a t i M, A r e n d s J ( 1 9 8 3 ) .

C o m p a r i s o n o f a r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e l e s i o n s b y q u a n t i t a t i v em i c r o r a d i o g r a p h y a n d m i c r o h a r d n e s s p r o f i l e s . C a r i e s R e s1 7 : 3 8 5 - 3 9 1 .

F e a t h e r s t o n e J D , O ' R e i l l y MM, S h a r i a t i M, B r u g l e r S ( 1 9 8 6 ) .E n h a n c e m e n t o f r e m i n e r a l i z a t i o n i n v i t r o a n d i n v i v o . I n :F a c t o r s r e l a t i n g t o d e m i n e r a l i s a t i o n a n d r e m i n e r a l i s a t i o n o ft h e t e e t h . L e a c h S A , e d i t o r . O x f o r d , U K : I R L P r e s s , p p . 2 3 -3 4 .

F e a t h e r s t o n e J D , S h a r i a t i M, B r u g l e r S , F u J , W h i t e D J ( 1 9 8 8 ) .E f f e c t o f a n a n t i c a l c u l u s d e n t i f r i c e o n l e s i o n p r o g r e s s i o nu n d e r p H c y c l i n g c o n d i t i o n s i n v i t r o . C a r i e s R e s 2 2 : 3 3 7 - 3 4 1 .F e a t h e r s t o n e J D , W h i t e D J , Bowman W D , S h a r i a t i M, S t o o k e yG K , L o R e M , e t a l . ( 1 9 8 9 ) . E f f e c t o f a n t i c a l c u l u s d e n t i f r i c e son t h e c a r i e s p r o c e s s e s : i n v i t r o a n d i n v i v o s t u d i e s . I n :R e c e n t a d v a n c e s i n t h e s t u d y o f d e n t a l c a l c u l u s . t e n C a t eJ M , e d i t o r . O x f o r d , U K : I R L P r e s s , p p . 1 9 7 - 2 0 7 .

F e a t h e r s t o n e J D , G l e n a R , S h a r i a t i M, S h i e l d s CP ( 1 9 9 0 ) .D e p e n d e n c e o f i n v i t r o d e m i n e r a l i z a t i o n o f a p a t i t e a n dr e m i n e r a l i z a t i o n o f d e n t a l enamel on f l u o r i d ec o n c e n t r a t i o n . J D e n t R e s 6 9 : 6 2 0 - 6 2 5 .F e a t h e r s t o n e J D , F r i e d D , McCormack S M , S e k a W ( 1 9 9 6 ) . E f f e c t

o f p u l s e d u r a t i o n and r e p e t i t i o n r a t e on CO2 l a s e ri n h i b i t i o n o f c a r i e s p r o g r e s s i o n . I n : L a s e r s i n d e n t i s t r y I I .B e l l i n g h a m , WA: S P I E , V o l . 2 6 7 2 , p p . 7 9 - 8 7 .

F e a t h e r s t o n e J D , F r i e d D , B i t t e n ER ( 1 9 9 7 ) . M e c h a n i s m o f l a s e r -i n d u c e d s o l u b i l i t y r e d u c t i o n o f d e n t a l e n a m e l . I n : L a s e r s i nd e n t i s t r y I I I . B e l l i n g h a m , WA: S P I E , V o l . 2 9 7 3 , p p . 1 1 2 - 1 1 6 .

F o x J L , Y u D , O t s u k a M , H i g u c h i W I , Wong J , P o w e l l GL ( 1 9 9 2 ) .I n i t i a l d i s s o l u t i o n r a t e s t u d i e s o n d e n t a l e n a m e l a f t e r C O 2l a s e r i r r a d i a t i o n . J D e n t R e s 7 1 : 1 3 8 9 - 1 3 9 8 .

F r i e d D , S e k a W, G l e n a R E , F e a t h e r s t o n e J D B ( 1 9 9 6 ) . T h e r m a lr e s p o n s e o f h a r d d e n t a l t i s s u e s t o 9 - 1 1 p u m CO2 l a s e ri r r a d i a t i o n . O p t E n g 3 5 : 1 9 7 6 - 1 9 8 4 .F r i e d D , G l e n a R E , F e a t h e r s t o n e J D , S e k a W ( 1 9 9 7 ) . P e r m a n e n ta n d t r a n s i e n t c h a n g e s i n t h e r e f l e c t a n ce o f CO2 l a s e ri r r a d i a t e d d e n t a l h a r d t i s s u e s o f l a m b d a = 9 . 3 , 9 . 6 ,1 0 . 3 a n d1 0 . 6 m i c r o n s a n d a t f l u e n c e s o f 1 - 2 0 J / c m 2 ) . L a s e r s S u r g M e d2 0 : 2 2 - 3 1 .

H i c k s M J , F l a i t z CM, W e s t e r m a n G H , B l a n k e n a u R J , P o w e l l G L ,B e r g JH ( 1 9 9 3 a ) . C a r i e s - l i k e l e s i o n i n i t i a t i o n a n d p r o g r e s s i o na r o u n d l a s e r - c u r e d s e a l a n t s . Am J D e n t 6 : 1 7 6 - 1 8 0 .

H i c k s M J , F l a i t z CM, W e s t e r m a n G H , B e r g J H , B l a n k e n a u R ,P o w e l l GL ( 1 9 9 3 b ) . C a r i e s - l i k e l e s i o n i n i t i a t i o n a n dp r o g r e s s i o n i n sound e n a m e l f o l l o w i n g a r g o n l a s e ri r r a d i a t i o n : a n i n v i t r o s t u d y . J D e n t C h i l d 6 0 : 2 0 1 - 2 0 6 .H o l c o m b D W , Y o u n g R A ( 1 9 8 0 ) . T h e r m a l d e c o m p o s i t i o n o fhuman t o o t h e n a m e l . C a l c i f T i s s u e I n t 3 1 : 1 8 9 - 2 0 1 .

K a n t o r o w i t z Z , F e a t h e r s t o n e J D B , F r i e d D ( 1 9 9 8 ) . C a r i e sp r e v e n t i o n b y C O 2 l a s e r t r e a t m e n t : D e p e n d e n c y o n t h en u m b e r o f p u l s e s u s e d . I Am D e n t A s s o c ( s u b m i t t e d ) .

L e n z P , G l i d e H , W a l z R ( 1 9 8 2 ) . E n a m e l s e a l i n g s t u d i e s w i t h t h eC O 2 l a s e r . D t s c h Z a h n d r z t l Z 3 7 : 4 6 9 - 4 7 8 .McCormack S M , F r i e d D , F e a t h e r s t o n e J D , G l e n a R E , S e k a W( 1 9 9 5 ) . S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e o b s e r v a t i o n s o f C O 2l a s e r e f f e c t s o n d e n t a l e n a m e l . J D e n t R e s 7 4 : 1 7 0 2 - 1 7 0 8 .M e y e r o w i t z C , F e a t h e r s t o n e J D , B i l l i n g s R J , E i s e n b e r g A D , F u J ,

S h a r i a t i M, e t a l . ( 1 9 9 1 ) . U s e o f a n i n t r a - o r a l m o d e l t oe v a l u a t e 0 . 0 5 % s o d i u m f l u o r i d e m o u t h r i n s e i n r a d i a t i o n -i n d u c e d h y p o s a l i v a t i o n . I D e n t R e s 7 0 : 8 9 4 - 8 9 8 .Nammour S , R e n n e b o o g - S q u i l b i n C , N y s s e n - B e h e t s C ( 1 9 9 2 ) .I n c r e a s e d r e s i s t a n c e t o a r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e l e s i o n s i n d e n t i nt r e a t e d w i t h C O 2 l a s e r . C a r i e s R e s 2 6 : 1 7 0 - 1 7 5 .

N e l s o n D G , S h a r i a t i M , G l e n a R , S h i e l d s C P , F e a t h e r s t o n e J D( 1 9 8 6 ) . E f f e c t o f p u l s e d l o w e n e r g y i n f r a r e d l a s e ri r r a d i a t i o n o n a r t i f i c i a l c a r i e s - l i k e l e s i o n f o r m a t i o n . C a r i e sR e s 2 0 : 2 8 9 - 2 9 9 .

N e l s o n D G , W e f e l J S , J o n g e b l o e d WL, F e a t h e r s t o n e J D ( 1 9 8 7 ) .M o r p h o l o g y , h i s t o l o g y a n d c r y s t a l l o g r a p h y o f humand e n t a l e n a m e l t r e a t e d w i t h p u l s e d l o w e n e r g y i n f r a r e dl a s e r r a d i a t i o n . C a r i e s R e s 2 1 : 4 1 1 - 4 2 6 .

S t e r n R H , S o g n n a e s R F , Goodman F ( 1 9 6 6 ) . L a s e r e f f e c t o n i nv i t r o e n a m e l p e r m e a b i l i t y a n d s o l u b i l i t y . J Am D e n t A s s o c7 8 : 8 3 8 - 8 4 3 .S t e r n RH, V a h l J , S o g n n a e s RF ( 1 9 7 2 ) . L a s e r e n a m e l :U l t r a s t r u c t u r a l o b s e r v a t i o n s o f p u l s e d c a r b o n d i o x i d e l a s e re f f e c t s . J D e n t R e s 5 1 : 4 5 5 - 4 6 0 .t e n C a t e J M , D u i j s t e r s PP ( 1 9 8 2 ) . A l t e r n a t i n g d e m i n e r a l i z a t i o na n d r e m i n e r a l i z a t i o n o f a r t i f i c i a l e n a m e l l e s i o n s . C a r i e s R e s1 6 : 2 0 1 - 2 1 0 .W e s t e r m a n GH, H i c k s M J , F l a i t z CM, B l a n k e n a u R J , P o w e l l G L ,B e r g JH ( 1 9 9 4 ) . Argon l a s e r i r r a d i a t i o n i n r o o t s u r f a c e

J D e n t R e s 7 7 ( 6 ) 1 9 9 8



8/8

L a s e r I n h i b i t i o n o f Cc a r i e s : i n v i t r o s t u d y e x a m i n e s l a s e r ' s e f f e c t s . i Am D e n tA s s o c 1 2 5 : 4 0 1 - 4 0 7 .

W h i t e D J , F e a t h e r s t o n e J D ( 1 9 8 7 ) . A l o n g i t u d i n a l m i c r o h a r d n e s sa n a l y s i s o f f l u o r i d e d e n t i f r i c e e f f e c t s o n l e s i o n p r o g r e s s i o ni n v i t r o . C a r i e s R e s 2 1 : 5 0 2 - 5 1 2 .Wong J , O t s u k a M , H i g u c h i W I , P o w e l l G L , F o x J L ( 1 9 9 0 ) . E f f e c to f l a s e r i r r a d i a t i o n o n t h e d i s s o l u t i o n k i n e t i c s o fh y d r o x y a p a t i t e p r e p a r a t i o n s . J P h a r m S c i 7 9 : 5 1 0 - 5 1 5 .Yamamoto H , O o y a K ( 1 9 7 4 ) . P o t e n t i a l o f y t t r i u m - a l u m i n i u m -g a m e t l a s e r i n c a r i e s p r e v e n t i o n . J O r a l P a t h o l 3 8 : 7 - 1 5 .

J D e n t R e s 7 7 ( 6 ) 1 9 9 8 ' a r i e s P r o g r e s s i o n 1 4 0 3Yamamoto H , S a t o K ( 1 9 8 0 ) . P r e v e n t i o n o f d e n t a l c a r i e s b yNd:YAG l a s e r i r r a d i a t i o n . i D e n t R e s 5 9 : 2 1 7 1 - 2 1 7 7 .Y u D , F o x J L , Hs u J , P o w e l l G L , H i g u c h i WI ( 1 9 9 2 ) . C o m p u t e rs i m u l a t i o n o f s u r f a c e t e m p e r a t u r e p r o f i l e s d u r i n g C O 2 l a s e ri r r a d i a t i o n o f human e n a m e l . O p t E n g 3 2 : 2 9 8 - 3 0 5 .Z h a n g S , F e a t h e r s t o n e J D B , S h a r i a t i M , M c C o r m a c k S M ( 1 9 9 3 ) .T r e a t m e n t o f t o o t h e n a m e l f i s s u r e s b y c o m b i n e d C O 2

l a s e r / f l u o r i d e . I n : P r o c e e d i n g s o f t h e T h i r d I n t e m a t i o n a lC o n g r e s s o n L a s e r s i n D e n t i s t r y . S a l t L a k e C i t y , U T : I S L D ,p p . 4 1 - 4 2 .


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