in der Zahnheilkunde

Einsatz von Lasern

in der Zahnheilkunde

Schmelz Dentin Weichgewebe

Mineral 86 % 45 % 0

Organisches Gewebe

2 % 30 % 15 %

Wasser 12 % 25 % 85 %

Konsequenzen

• Dunkle Verfärbung

• Mikroorganismen finden ökologische Nische

• Dentin wird entmineralisiert

• Pulpa wird infiziert

• Schmerzen treten auf

Die Karies (Zahnfäule) entsteht bei kariogener Ernährung und

unzureichender Mundhygiene. Dabei siedeln sich Mikroorganismen als Zahnplaque auf den Zahnoberflächen an und produzieren

insbesondere Milch- und Essigsäure (pH-Wert sinkt bis auf 3,5).

Die Säuren wandeln Hydroxylapatit in Gips um:

Ca₅[(PO4)₃(OH)] + 4 H⁺ Ù 5 Ca²⁺ + 3 HPO₄^2- + H2O

Innerhalb weniger Tage kann es zu einer deutlichen Demineralisierung („Entkalkung“) des Zahnschmelzes kommen.

Amalgame sind Legierungen von Quecksilber mit anderen

Metallen. Je nach Quecksilbergehalt und Legierungsbestandteilen können sie Zustände zwischen flüssig und fest aufweisen. Die Härte kann durch Variation der Zusammensetzung über einen weiten Bereich eingestellt werden.

Amalgam-Zahnfüllungen wurden bereits im China der Tang-

Dynastie (ab etwa 600 n.Chr.) verwendet. In Europa wird erstmals 1528 von Füllungen aus einer Kupfer-Quecksilber-Legierung

berichtet. Ende des 19. Jahrhunderts setzten sich Silberamalgame als Füllungsmaterial durch.

Für Zahnfüllungen kommen heute in der Regel Silber-Zinn-Kupfer- Amalgame zum Einsatz, die erst direkt vor der Verwendung

angemischt werden. Sie sind zunächst gut verformbar, verfestigen sich aber innerhalb von 10-20 Minuten. Nach etwa einer Stunde ist die Füllung "bißfest".

Tätigkeit des Zahnarztes:

Erkranktes Material wird abgetragen und durch ein Füllmaterial (Amalgam, Gold, Keramik oder ein Kompositmaterial) ersetzt

Paläontologie III: Einführung in die Säugetierpaläontologie -Zähne und Gebiss 10. Doppelstunde 7.7.2008: Spezielle Bezahnung: Mikrostruktur II,

Zahnontogenese, Abkauung und Variation PD. Dr. G. Rößner

Bayerische Staatssammlung für Paläontologie und Geologie

Mikrostruktur des Zahnschmelzes Baueinheiten

Grundbaueinheit: Apatitkristallite (Kristallnadeln) übergeordnete Baueinheiten:

•Schmelzprismen = Kristallitbündel

(3-5 μm Durchmesser; wichtigste Bauelemente des Zahnschmelzes)

•interprismatische Matrix (IPM)

Mikrostruktur des Zahnschmelzes Baueinheiten

Rößner

Muster 2 Muster 1

Muster 3

Rößner

Miniaturisierung der CLSM Technik: rechts Labordemonstrator als experimentelle Vorstufe eines "handhold"

Instruments. Oben mögliches Design des Geräts.

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. et med. dent.

habil. Heinz Duschner Fachbereich Medizin

Angewandte Struktur- und Mikroanalytik Johannes Gutenberg-Universität Mainz Verfügungsgebäude für Forschung und Entwicklung

Obere Zahlbacher Str.

63 55101 Mainz

E-Mail: duschner@mail.uni-mainz.de URL: http://www.uni-

mainz.de/FB/Medizin/ASMA/

Konfokales Bild von Schmelz in

Graustufendarstellung und willkürliche Umwandlung in ein Rot-, Grün-, Blaubild.

(optisch-tomographischer Schnitt parallel zur Schmelzoberfläche in etwa 40 µm Tiefe; Kantenlänge der Einzelbilder 125 µm).

Duschner, Mainz

Abbildung 3 Konfokales Bild von Schmelz in der von uns gewählten Falschfarbendarstellung.

(Kantenlänge des Bildes 125 µm)

Abbildung 4 Vergleich der Schmelzdarstellung durch konfokale Mikroskopie (links) und elektronenmikroskopische Darstellung

Duschner, Mainz

Konfokales Bild von Schmelz (optisch-

tomographischer Schnitt senkrecht zur

Schmelzoberfläche)

Darstellungen erhalten werden können.

Dreidimensionale Darstellung eines Schmelzquaders

Duschner, Mainz

Frühe kariöse Läsion,

optischer Schnitt senkrecht zur Oberfläche

Frühe kariöse Läsion, optischer Schnitt parallel zur Oberfläche

Möglichkeiten der weiteren Informationsgewinnung in der

konfokalen Mikroskopie von Schmelz:

links simultan aufgenommenes Mikroraman-Spektrum

(Mineralphasenanalyse), rechts optisches Spektrum

(Autofluoreszenz-Bestimmung)

Duschner, Mainz

Durch Säuren kann Hydroxylapatit aber angegriffen werden:

Ca₅[OH|(PO₄)₃] + H₃O⁺ 5 Ca²⁺ + 3 PO₄^3– + 2 H₂O

Die Hydroxidionen im Apatit werden durch Säuren neutralisiert, das Kristallgitter zerfällt. Fluorapatit ist dagegen säurestabil, weil die Fluorid- Ionen nicht mit H₃O⁺ reagieren.

Da die OH^–-Ionen im Hydroxylapatit gegen Fluorid ausgetauscht werden können:

Ca₅[OH|(PO₄)₃] + F^– Ca₅[F|(PO₄)₃] + OH^–

ist es möglich, durch fluoridhaltige Zahncreme, Mundwasser sowie durch Zusatz von Fluoriden zu Speisesalz und Trinkwasser die Hydroxylapatit- Kristalle an der Oberfläche des Zahnschmelzes in Fluorapatit zu überführen und damit vor einem Säureangriff zu schützen.

Diese Fluorierung ist ein wesentlicher Bestandteil der Karies-Prophylaxe.

Einige Beispiele für den Einssatz von Lasern im Dentalbereich:

• Kariesverhinderung (Prophylaktische Konditionierung von Zahnschmelz)

• Karieserkennung

• Kariesentfernung

• Dentinkonditionierung

• Füllungsanpassung

• Regeneration von Dentin

• Entfernung von Plaque und Zahnstein

• Laserbearbeitung von Dentalkeramik und Dentallegierungen

Konditionierung des Zahnschmelzes

Vier Möglichkeiten:

• Direkte Versiegelung der Zahnoberfläche durch laserinduziertes Verschmelzen (~ 110°C) und daraus resultierender Veränderung der Oberflächenmorphologie

• laserinduziertes Verschmelzen (~1200°C) + Fluoridlösung oder ähnliches

• Hyperthermie (400 – 500 °C)

• Aufschmelzen von Fremdmaterialien

Mit dem Innovationswettbewerb zur Förderung der Medizintechnik hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) am 25. November 2004 elf zukunftsweisende Forschungsprojekte ausgezeichnet. Preisgelder in Höhe von insgesamt 2,2 Mio. Euro erhalten die Teams für die Umsetzung ihrer Forschungsideen in marktfähige Produkte. Seit 1999 unterstützt das BMBF mit dem Innovationswettbewerb originelle Forschungs- und Entwicklungsansätze in der Medizintechnik. Zu den Preisträgern 2004 gehört Prof. Dr. Raimund Hibst, Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm (ILM).

Seit beinahe 40 Jahren arbeiten Physiker und Mediziner an der Frage, ob es möglich ist, Zähne dauerhaft durch Laserlicht gegen Karies zu schützen. Bisherige Ansätze scheiterten an der zu starken Erhitzung, die der Laser am Zahn auslöst und die den Zahnschmelz beschädigt. Das Thema beschäftigt auch Prof. Dr.

Raimund Hibst und Mitarbeiter am Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm. Hibst, der an der Universität Ulm eine Stiftungsprofessur für Laser- und Dentaltechnologie bekleidet, will experimentell klären, ob sich der Schutz mittels Laserbestrahlung bewirken läßt. Gefördert wird sein Projekt jetzt mit rund 200.000 Euro durch das BMBF.

Mit Laserlicht die Kariesanfälligkeit herabsetzen

Innovationswettbewerb zur Förderung der Medizintechnik

"Die Laserpulse", so Hibst, "befreien die Kristalle des Zahnschmelzes von Karbonaten. Dadurch wird die Kristallstruktur deutlich verbessert und die Säureempfindlichkeit - und infolgedessen die Kariesanfälligkeit - des Schmelzes erheblich herabgesetzt. In Kombination mit Fluor sollten die Zähne auf diese Weise dauerhaft gegen Karies geschützt werden können. Nun gilt es allerdings den richtigen Laser und dessen optimale Einstellung in Hinsicht auf die Wellen- und Pulslänge zu finden." Die Ulmer Wissenschaftler setzen bei ihren Untersuchungen auf einen Ultrakurzpuls-Laser, wie ihn die zahnmedizinische Forschung auch als Bohrer respektive zum Abtragen von Zahnsubstanz testet.

Wenn die Kariesprävention damit gelänge, ohne dass der Zahnschmelz Schaden nimmt, bedeutete dies einen Durchbruch in der Zahnheilkunde.

Prof. Dr. Raimund Hibst

Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik Helmholtzstr. 12

89081 Ulm

E-Mail: raimund.hibst@ilm.uni-ulm.de

Lichtverteilung im Zahn. Licht aus dem roten und nahen infraroten Spektralbereich dringt besonders tief in den Zahn ein und kann die Pulpa erreichen. Es ist daher für die Diagnostik verdeckten

Gewebes gut geeignet. Für die Präparation ist hingegen eine starke Absorption notwendig.

Hibst

Laser in der Karieserkennung

Kariesdetektion mit Hilfe rotangeregter Fluoreszenz a) halbierter Zahn mit Fissurenkaries

b) Ausschnitt als Fluoreszenzbild in Falschfarben.

Das Anregungslicht (655 nm) ist ausgefiltert, die infrarote Fluoreszenzstrahlung rot dargestellt. Im grünen Kanal ist das

normale Auflichtbild unterlegt. Karies ist durch die Fluoreszenz gut erkennbar. Der demineralisierte Bereich der Fissur zeigt keine erhöhte Fluoreszenz.

Hibst

Kariesentfernung durch Laserstrahlung

Kariesentfernung

Illustration zur minimal invasiven Behandlung unterminierender Karies durch einen Er:YAG-Laser mit Fluoreszenz-Feed-back- System. Über die Fasern werden gleichzeitig das

Anregungslicht, die detektierte Fluoreszenzstrahlung und die Er:YAG-Laserpulse übertragen.

links: rückgesteuertes Vorarbeiten in die Tiefe

Mitte: Erweiterung durch seitlich abstrahlende Faser, ebenfalls unter Feed-back-Kontrolle

rechts: selektive Kariesentfernung bei minimalem Substanzverlust

Hibst

Dentinkonditionierung

Dentinkanälchen

Füllungsanpassung Regeneration von Dentin

Konkrementabtrag mit dem Er:YAG-

Laser mit Feed-back (KEY-Laser, KaVo) a) Ausgangssituation b) unter Feed-back vollständig und selektiv entfernter

mittlerer Teil der Ablagerung (Hibst) Entfernung von Plaque und Zahnstein

Weichgewebe-Behandlung

Weichgewebsschnitt mit dem Er:YAG-Laser. Mit der

Spezialspitze sind jetzt auch hämostatische Schnitte möglich

Histologien von Schleimhaut-

Schnitten mit dem Er:YAG-Laser (3 W, 25 Hz) (Der Balken entspricht 500 µm) a) geringe thermische Schädigung mit normaler Plan-

Faser b) Koagulationsbreiten bis zu 250 µm für die Spezialfaser

Hibst, Ulm

Klinisches Vorgehen bei Parodontitis

Pathogene Bakterien sind auch nach der Reinigung noch

vorhanden!

Applikation des HELBO^® Blue*- Wichtig: vom Taschenfundus aus nach coronal applizieren!

*Toluidinblau„0“

Anfärben der Mikroorganisme n, Einwirkzeit 1-3 min.

Vor Belichtung mit dem

HELBO®

Therapielaser spülen (H₂ 0).

Zirkuläre Belichtung mit dem HELBO®

Therapielas er mind. 1 min pro Zahn/cm².

Angriff durch gebildete Singulett- Sauerstoffe führt zum Zerplatzen der Bakterien- membran!

Hier: Helbo-System

Anwendung von PDT im Dentalbereich

Aktuell: Einsatz von Chlorin e6 im Zahnbereich

Implantologie

Ein Zahnimplantat aus Titan.

1. Zahnfleisch;

2. Knochengewebe;

3. Schraubenförmiges Implantat aus Titan

Schraubenimplantat, noch ohne Kronenversorgung

Das Implantat ist der künstliche Ersatz der natürlichen Zahnwurzel

Auf dieses Implantat wird ein so genannter Aufbau aufgeschraubt. Dieser bekommt seinen Halt über eine spezielle

Innenverbindung, oder in seltenen Fällen über eine Außenverbindung. Diese

Verbindung bietet den Rotationsschutz des Aufbaus und der Krone.

Die Suprakonstruktion (Krone) ist letztlich das einzige, was später noch im Mund zu sehen ist. Sie wird auf den Aufbau festzementiertoder aber mit dem Aufbau verschraubt.

Operationsgebiet während einer Implantation an der Stelle des Zahnes 32. Das Implantat wurde bereits eingesetzt.

Anschließend wird die Wunde vernäht.

Genähte Wunde nach Einsetzen eines

Schraubenimplantats an der Stelle des Zahnes 35

Schraubenimplantat mit Einheilpfosten

Dasselbe

Schraubenimplantat mit fertiger Krone (Mitte)

Öffnen des Zahnfleisches oft unter Lasereinsatz

Periimplantitistherapie mit dem Er:YAG-Laser: Lichtabstrahlung der Spezialspitze und Situation am Implantat

Lasereinsatz in der Implantologie

Besondere Anforderungen für die Laseranwendung stellt die Periimplantitistherapiedar. Hier sollte neben der Entfernung infizierten periimplantären Gewebes auch das Implantat sterilisiert werden, ohne es zu schädigen. Diese Möglichkeit ist für den CO₂-Laser demonstriert worden.

Für den Er:YAG-Laser haben wir eine Faser entwickelt, mit der durch gleichzeitig axiale und radiale Abstrahlung beide Arbeitsschritte erledigt werden können (Abbildung rechts). Zunächst wird das Implantat durch spiralförmiges Vorarbeiten unter Wasserspülung von infiziertem Gewebe befreit und gereinigt. Anschließend kann es mit derselben Faser bis in die Gewindegänge hinein bestrahlt und dadurch sterilisiert werden. Die Implantatoberfläche bleibt dabei unbeschädigt.

Hibst