DE2948580A1 - Vorrichtung zur kariesverhuetung durch behandeln mit laserstrahlen - Google Patents

Description

PAF 952

Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho

680 Higashihama, Minami-machi, Fushimi-ku, Kyoto-shi,

Japan

Vorrichtung zur Kariesverhütung durch Behandeln mit

Laserstrahlen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kariesverhütung durch Behandeln mit Laserstrahlen.

Die Verhütung der Zahnfäule stellt einen für die menschliche Gesundheit wichtigen Aspekt dar. Es wurden bereits verschiedene Präventivmaßnahmen für diesen Zweck vorgeschlagen. Ungeachtet dessen ist der Prozentsatz kariöser Zähne überaus hoch. So finden sich schon bei Kindern Karieshäufigkeiten von bis zu 90 %. Diese Tatsache macht deutlich, wie schwierig es ist, mittels der konventionellen Kariespräventivmaßnahmen den Zähnen ausreichende Karieswiderstandsfähigkeit zu verleihen.

Die Karies entwickelt sich wie folgt. Ein über dem Zahnfleisch freiliegender Bereich des Zahns wird als Schmelz bezeichnet.

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Er besteht hauptsächlich aus Kristallen aus Hydroxylapatit. Die Kristalle weisen häufig Gitterstörstellen und Formfehler auf. Obwohl die Oberfläche des Schmelzes für das unbewährte Auge als sehr glatt erscheint, zeigt sich unter einem elektronischen Rastermikroskop, daß die Oberfläche kleine Löcher und tief eingeschnittene wellige Streifen mit Seitenkanten aufweist.

Die Mundhöhle stellt einen Lebensraum für unterschiedliche Arten von Bakterien dar, von denen manche Zucker auflösen und auf der Zahnoberfläche Milchsäure erzeugen. Die Milchsäure greift zunächst an den oben erwähnten kleinen Löchern und tief eingeschnittenen Seitenkanten des Zahnschmelzes an und wirkt auf den in Folge von Gitterfehlern und dergleichen instabilen Hydroxylapatit ein. Der Apatit wird gelöst und entkalkt, wodurch der Schmelz zerstört wird. Zur Kariesverhütung wurde bereits Fluor eingesetzt. Es ist dabei bekannt, eine Fluorverbindung mit dem Zahnschmelz in Kontakt zu bringen, beispielsweise durch unmittelbares Aufbringen der Fluorverbindung auf die Zähne, wodurch Fluorionen (F ) zur Wechselwirkung mit dem Hydroxylapatit gebracht werden. Der Hydroxylapatit wird in Fluorapatit umgewandelt, der säurebeständig ist und dadurch den Abbau des Zahnschmelzes verhindert.

Die konventionellen Kariesverhütungsverfahren sind jedoch nicht frei von Nachteilen. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Verfahren nicht immer ausreichend wirkungsvoll sind. Um

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Hydroxylapatit in säurebeständigen Fluorapatit umzuwandeln, muß eine einwandfreie Reaktion herbeigeführt werden, indem Fluorionen (F ) in ausreichendem Umfang mit dem Kristallgefüge in Kontakt gebracht werden. Ein bloßes Auftragen der Fluorverbindung auf den Schmelz führt nur in geringem Umfang zur Bildung von Fluorapatit auf der Oberflächenschicht des Schmelzes. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß nichtkariesbeständiger Hydroxylapatit verbleibt, ist hoch. Insbesondere dringen nur wenige oder überhaupt keine Fluorionen in den Schmelz ein, so daß dort überhaupt kein Fluorapatit erzeugt wird. Infolgedessen wird das verbleibende Gefüge auf der Zahnoberfläche durch Säuren korrodiert. Das Gefüge wird aufgelöst und bricht ab, wodurch weiteres Hydroxylapatitgefüge in unmittelbare Berührung mit den Säuren kommt. Auf diese Weise setzt sich die Zahnfäule ungeachtet der Verhütungsmaßnahmen fort. Es wurde gefunden, daß die erwähnten kleinen Löcher und die peripheren Seitenkanten, die beim Zahnschmelz anzutreffen sind, eine bevorzugte Kariesansatzfläche darstellen und daß infolgedessen von den konventionellen Kariesverhütungsmaßnahmen, bei denen Fluor benutzt wird, keine befriedigenden Ergebnisse erwartet werden können, solange diese kleinen Löcher und Seitenkanten vorhanden sind. Ein weiterer Nochteil der konventionellen Maßnahmen besteht darin, daß ihre Wirksamkeit zeitlich begrenzt ist, so daß Fluor wiederholt aufgetragen werden muß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß von einer einzigen Fluoranwendung keine ausreichende chemische Reaktion

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zu erwarten ist und daß infolgedessen mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Gefüge verbleibt, das für eine wirkungsvolle Kariesverhütung unzureichend ist.

Andererseits wird von den vorliegenden Erfindern ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Zähne mit Riesenimpulsen eines gütegeschalteten Nd:VAG-Lasers mit Blitzerregung beaufschlagt werden. Dadurch lassen sich die vorstehend geschilderten Nachteile von konventionellen Kariesverhütungsverfahren vermeiden. Es kann innerhalb eines einzigen Arbeitsvorganges für eine wirkungsvolle Kariesbeständigkeit des Zahnschmelzes gesorgt werden. Es zeigte sich, daß bei dem neuen Verfahren durch Bestrahlen der Zähne mit Riesenimpulsen, deren Energiedichte größenordnungsmäßig unter 40 J/cm liegt, nur der dünne Oberflächenschichtteil des Zahnschmelzes aufgeschmolzen wird, wodurch die Löcher und die peripheren, welligen, streifenförmigen Seitenkanten an der Zahnoberfläche ausgefüllt werden. Auf diese Weise wird der dem Kariesbefall am stärksten ausgesetzte Bereich beseitigt. Die Widerstandsfähigkeit der Zähne gegen Zahnfäule wird wesentlich gesteigert. Der Grund für die Anwendung des Nd:YAG-Lasers als Laseroszillator besteht darin, daß die Schwingungswellenlänge dieses Lasers 1,04 m beträgt und daß diese Wellenlänge in selektiver Weise auf den Zahnschmelz einwirkt und andere Bereiche am wenigsten schädigt. Der Einsatz des gütegeschalteten Nd:YAG-Lasers mit Blitzerregung für die Zwecke der

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vorliegenden Erfindung ist jedoch seinerseits mit einem erheblichen Mangel behaftet. Weil nämlich der Laser mit Blitzerregung maximal einige bis hundert Impulse pro Sekunde abgeben kann und weil die mittlere Ausgangsleistung des Lasers trotz der hohen Energie der einzelnen Riesenimpulse klein ist, ist der Effekt der Bestrahlung je Zeiteinheit klein. Die Bearbeitungszeit, die für jeden Zahn aufgewendet werden muß, wird lang. Weil ferner die Impulsspitzenausgangsleistung der Riesenimpulse von Lasern mit Blitzerregung außerordentlich hoch ist und normalerweise mehrere bis mehrere zig MW erreicht, besteht die Gefahr, daß durch die Bestrahlung der Zähne mit den Laserstrahlen die Zahnoberfläche Schaden leidet. Da des weiteren die Verwendung von flexiblen Glasfasern zur Führung der Laserstrahlen von dem Oszillator zu dem zu bearbeitenden Bereich Schäden verursacht, lassen sich solche Fasern nicht einsetzen. Vielmehr müssen Mehrfachgelenkmanipulatoren oder dergleichen benutzt werden, wodurch die Einstellung und das Arbeiten kompliziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kariesverhütung zu schaffen, die nur eine kurze Behandlungsdauer erfordert, die sicher und wirkungsvoll eingesetzt werden kann und die sich auch für eine allgemeine zahnärztliche Praxis eignet.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein gütegeschalteter Nd:YAG-Laseroszillator mit Daueranregung (Dauerstrichanregung) und flexible Glasfasern vorgesehen werden, um die gütegeschalteten Impulse zu dem zu behandelnden Bereich zu leiten, wobei die Spitzenausgangsleistung der Impulse relativ klein (mehrere bis mehrere hundert kW) und die Folgefrequenz relativ groß ist.

Weil vorliegend als Oszillator ein Nd:YAG-Laser mit kontinuierlicher Anregung benutzt wird, ist die Spitzenausgangsleistung der projizierten, gütegeschalteten Impulse um mehr als eine Größenordnung kleiner als im Falle der Riesenimpulse des blitzerregten Lasers, so daß die Gefahr von Schaden an der Zahnoberfläche durch das Bestrahlen der Zähne mit den Nd:YAG-Laserstrahlen geringer ist. Weil vorliegend ferner flexible Glasfasern als Laserstrahlführung benutzt werden können, ist bei der klinischen Anwendung die Handhabung wesentlich vereinfacht; der Wirkungsgrad ist gesteigert. Da ferner die Folgefrequenz der Güteschaltung des Nd:YAG-Lasers mit Daueranregung bis zu mehreren zig kHz betragen kann und die mittlere Ausgangsleistung als Dauerschwingungsausgangsleistung entsprechend erhöht ist (mehrere zig bis 100 W) wird die Bestrahlungsdauer der Zähne mit den Laserstrahlen erheblich verkürzt.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt den Einsatz einer Ausführungsform mit gütegeschaltetem, dauererregtem Nd:YAG-Laser und flexiblen Glasfasern.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden Laserstrahlen 2, die von einem gütegeschalteten Nd:YAG-Laseroszillator 1 mit Dauererregung abgegeben werden, mittels einer Kondensorlinse 3 zum Auffallen auf Quarzglasfasern 4 gebracht, die einen Kerndurchmesser von 300 /um und einen Außendurchmesser von 350 ^m haben und in der Lage sind, Hochleistungsloserstrahlen mit niedrigen Verlusten zu übertragen. Es wurden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um für eine Güteschaltung von dauererregten Nd-YAG-Lasern zu sorgen. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Ultraschallmodulators, weil die Laserstrahlverluste beim Einfügen des Modulators in den Oszillator klein sind und weil sich die Folgefrequenz der Güteschaltung wahlweise ändern läßt. Infolgedessen wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Ultraschallgüteschalter benutzt. Die mit hoher Folgefrequenz anfallenden, mittels der Glasfasern 4 übermittelten, gütegeschalteten Lichtimpulse werden mittels einer Kondensorlinse 5 erneut kondensiert und dann zum Auftreffen auf die Zähne 6 gebracht. Dabei wird der Oberflächenschichtteil des Zahnschmelzes durch die Hochleistungslaserstrahlenergie hoher Energiedichte aufgeschmolzen. Die kleinen Löcher und

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die peripheren, welligen, streifenförmigen Seitenkanten, die normalerweise an der Oberfläche des Zahnschmelzes anzutreffen sind und die einem Kariesangriff bevorzugt ausgesetzt sind, werden beseitigt. Die Karieswiderstandsfähigkeit der Zähne wird auf diese Weise verbessert.

Der bei dieser Ausfuhrungsform vorgesehene dauererregte Nd:YAG-Laser hat eine Dauerschwingungsausgangsleistung von 100 W, eine Impulsspitzenausgangsleistung von 100 kW bei einer Güteschaltungsfolgefrequenz von 1 kHz im Güteschaltbetrieb mittels des Ultraschallmodulators, eine Impulsbreite von 100 ns, eine Impulsenergie von 10 mJ und eine mittlere Ausgangsleistung von 10 W. Die mittels dieses Lasers durchgeführten Versuche ergaben, daß eine Bestrahlung der Zähne mit Laserstrahlen für eine Zeitspanne von einigen s oder weniger bei einer Güteschaltungsfolgefrequenz von 1 bis mehreren kHz einen ausgeprägten Effekt auf die Karieswiderstandsfähigkeit der Zähne hat.

Es zeigte sich, daß eine Bestrahlung mit solchen Laserstrahlen unter den oben angegebenen Bedingungen nicht nur Fluorionen (F") durch die Oberflächenschicht des Zohnschmelzes und das Innere des Schmelzes hindurch leicht eindringen läßt, wenn zusätzlich zu der Bestrahlung eine Fluorverbindung aufgetragen wird, sondern daß es auch möglich wird, unter Ausnutzung der Laserenergie im Inneren des Zahnschmel·

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zes für eine sofortige Bildung von Fluorapatit zu sorgen. Auf diese Weise läßt sich eine wirkungsvollere Kariesverhütung verwirklichen. Weil bei der vorliegenden Vorrichtung als Laserstrahlführung flexible Glasfasern vorgesehen sind, ist die Vorrichtung bekannten Geräten auch hinsichtlich ihrer leichten Handhabung überlegen, was beispielsweise die Ausrichtung der Photoachse, die Photoinduktion und dergleichen anbelangt. Gegenüber der Anwendung eines Manipulators ergeben sich damit wesentliche klinische Vorteile. Der Einsatz einer Lichtstrecke mit Kondensorwirkung (als SELFOC bezeichnet) vereinfacht das optische Eingangs- und Ausgangssystem bezüglich der Fasern und bringt auch wesentliche klinische Vorteile im Hinblick auf eine Verminderung von Größe und Gewicht der Vorrichtung mit sich.

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Claims (3)

1. PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

   ELFENSTRASSE 32 · D-8OOO MÜNCHEN 83

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   Ansprüche

   .) Vorrichtung zum Kariesverhütung durch Behandeln mit Laserstrahlen, gekennzeichnet durch einen Nd:YAG-Laseroszillator mit Daueranregung, eine Kondensorlinsenanordnung zum Weiterleiten von durch den Oszillator abgegebenen Güteschaltungsimpulsen, eine aus Glasfasern bestehende Ubermittlungseinrichtung zum Übermitteln der derart kondensierten Hochleistungslaserstrahlen und eine Kondensorlinsenanordnung, mittels deren die übermittelten Laserstrahlen konvergierend auf die Zahnoberfläche richtbor sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Güteschalten des Daueranregungs-Nd:YAG-Lasers ein Ultraschallgüteschalter vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasfasern Quarzglasfasern mit jeweils einem Kerndurchmesser in der Größenordnung von 300 pm und einem Außendurchmesser in der Größenordnung von 350 pm vorgesehen sind.

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   FERNSPRECHER: 0Ϊ9/6012039 TELEX, Sl 2589 dpa d · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

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