M.Sc. in Lasers in Dentistry
Master Thesis von Gottfried Gisler an der RWTH Aachen
Gesamte Thesis als PDF (21 MB)
Abstract:
Optimierung von klinischen und Laserparametern bei Klasse V-Füllungen
Im Studiendesign der Masterarbeit waren 3 Testreihen A, B, C à je 24 Proben. Die Proben pro Testreihe waren 24 frisch extrahierte , kariesfreie dritte Molaren mit abgeschlossenem Wurzelwachstum, welche in einer Gussform im Kalteinbettverfahren in Epoxyharz eingebettet wurden. Bei jeder Probe wurden 2 approximale und 2 orofaziale Dentin-testflächen, rechtwinklig zueinander stehend, präpariert.
Die Ausrichtung orofazial oder approximal der Molaren in der Gussform war rein zufällig. Die kurzen Durchmesser der Güsse waren per definitionem als a-c Flächen und die langen Durchmesser als b-d Flächen gekennzeichnet.
Die Fläche a wurde Er:YAG Laser konditioniert ohne konventionelles Dentinadhäsiv. Flächen b und d wurden identisch behandelt, nämlich Laser konditioniert mit Dentinadhäsiv. Fläche c diente als Kontrollfläche zu den Er:YAG konditionierten Flächen a, b, d und wurde nur mit konventionellem Dentinadhäsiv bearbeitet.
Als Dentinadhäsiv wurde generell Syntac von Ivoclar/Vivadent mit Syntac Primer und Syntac Adhésive und als Bond Heliobond eingesetzt. Als Komposit wurde Tetric A3 von derselben Firma verwendet.
Ebenfalls wurde der Output der Energie des Er:YAG Lasergerätes LiteTouch von Syneron verifiziert und festgestellt, dass die Angabe von 50 mJ auf dem Gerätedisplay bei einer Frequenz von 10 Hz einer effektiven Laserenergie von ca 70 mJ und die Angabe von 100 mJ einer effektiv emittierten Laserenergie von rund 140 mJ entsprach.
In Testreihe A wurde mit einer Laserenergie auf dem Gerätedisplay von 100 mJ und einer dünnen Bondschicht, in Testreihe B mit 50 mJ und einer dicken Bondschicht gearbeitet.
In Testreihe C wurden die vermuteten haftvermindernden Faktoren wie zu hohe Laser-energie von 100 mJ in Testreihe A (eff. 140 mJ) und dicke Bondschicht in Testreihe B eliminiert und mit 50 mJ (eff. 70 mJ) und dünner Bondschicht getestet.
Die Pulsdauern beim Er:YAG Lasergerät LiteTouch können manuell nicht eingestellt werden und betrugen für 100mJ und 15 Hz 142 µs (Testreihe A) und für 50 mJ und 15 Hz 180 µs (Testreihen B und C).
Die mit einem Trepanbohrer ausgestanzten Dentintestflächen a, b, c, d waren rund 10 mm2 gross. Die Flächen a, b und d wurden während 8 s und unter Wasserspray von 35 ml/min belast.
Zur Fixation des Kompositstäbchens wurden weisse Gütermann Bügelperlen zu etwa Zweidrittel mit Komposit gefüllt, die zur Dentintestfläche abgewandte Seite während 3 s vorgehärtet, dann in eine Haltevorrichtung eingespannt und die zur Dentintestfläche hingewandte Fläche mit weichem Komposit luftblasenfrei nachgefüllt. Die so mit Tetric vorbereitete Bügelperle wurde mit gleichmässigem leichtem Fingerdruck an die Testfläche angepresst und cirkulär während 3x10s mit der Bluephase Polymerisationslampe abgehärtet. Durchhärtung des Kompositstäbchens während 1 Minute.
Zur Vollendung der Polymerisationsschrumpfung des Komposits wurden die 96 geklebten Flächen der 24 Proben jeder Testreihe während 24 Stunden bei 37° C und nahezu 100% Luftfeuchtigkeit inkubiert. Dann konnten die Gütermann Bügelperlen butterzart vom Kompositstäbchen mit einer Furrerzange entfernt werden.
Die Abscherkräfte wurden auf einer Zwick Universalmaschine gemessen und die Haftkräfte in MPa (N/mm2) ermittelt.
Die Resultate wurden im ANOVA Modell ausgewertet. Signifikanz wurde bei p < 0.05 definiert.Es wurden Signifikanzen zwischen den Testreihen p < 0.0001, zwischen der Verarbeitung p < 0.0366 und zwischen den Flächen p < 0.0003 gefunden.
Folgende 7 Fragen wurden aus klinischem Interesse im Detail statistisch ausgewertet und die Resultate können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden:
| Nr: | Fragestellung | Schätzer | Standardfehler | DF | t Wert | p-Wert |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Fläche b vs d | -0.6058 | 0.8090 | 68 | -0.75 | 0.4565 |
| 2 | Fläche c vs a | 5.0824 | 1.2964 | 68 | 3.92 | 0.0002 |
| 3 | Fläche b,d vs a | 4.0302 | 0.9678 | 68 | 4.16 | <.0001 |
| 4 | Fläche c vs b,d | 1.0523 | 1.0848 | 68 | 0.97 | 0.3355 |
| 5 | 50 mJ vs 100 mJ | 4.7852 | 0.8660 | 68 | 5.53 | <.0001 |
| 6 | 50 mJ: dünn vs dick | 5.8382 | 0.8660 | 68 | 6.74 | <.0001 |
| 7 | zweizeitig vs einzeitig | 1.5076 | 0.7071 | 68 | 2.13 | 0.0366 |
Daraus geht klar hervor, dass eine Laser Energie von 50 mJ vs 100 mJ (Testreihe C vs Testreihe A) sowie eine dünne vs dicke Bondschicht bei 50 mJ (Testreihe C vs Testreihe B) hochsignifikant p < 0.0001 bessere durchschnittliche Haftwerte ergeben.
Hochsignifikant schwächere Haftwerte p < 0.0001 werden bei Laser konditioniertem Dentin ohne Dentinadhäsiv (Fläche a) vs mit Dentinadhäsiv (Flächen b, d) erzielt. Signifikant schwächer mit p=0.0002 sind die Haftwerte der Fläche a (Laser ohne Dentinadhäsiv) vs Fläche c (konventionell). Keine Signifikanz hingegen konnte zwischen den Flächen b, d (Laser mit Dentinadhäsiv) vs konventionell (Fläche c) mit p=0.3355 und zwischen den Flächen b und d (identisch) mit p=0.4565 gefunden werden.
Leicht signifikante Vorteile mit p=0.0366 ergibt ein zweizeitiges Abhärten von Bond und Komposit gegenüber einzeitigem Abhärten.
In der Diskussion wurden die Haftmechanismen konventioneller Dentinadhäsion mit Laser generierten, mikroretentiven Haftmustern verglichen.
Die konventionelle Dentinadhäsion entsteht im wesentlichen durch Demineralisation intertubulären Dentins, "Spaghetti like" Exposition der Kollagenfasern, die mit hydrophilen, polymerisierbaren Monomeren infiltriert und in situ abgehärtet werden. In meiner These wurden mit der Bildung einer Hybridschicht (Fläche c) sehr hohe Haftwerte bis 42 MPa gemessen. Die grossen Standardabweichungen sogar in vitro signalisieren aber eine hohe Anwender Sensibilität der minimal invasiven konventionellen Dentinadhäsion.
Die Laser generierte Dentinadhäsion hingegen beruht auf der Bildung eines mechanischen mikroretentiven Haftmusters. Diese Technik ist Anwender unsensibel, was sich in den viel kleineren Standardabweichungen widerspiegelt.
Die Fläche a (Laser ohne Dentinadhäsiv) erzielt generell die kleinsten Haftwerte, was von der Literatur durchwegs bestätigt wird. Der Grund liegt wohl im hydrophoben Bond, welches das hydrophile Dentin nur wenig benetzen kann. Sobald die Laser erzeugten mikroretentiven Haftmuster mit einem self etch Adhäsiv hydrophobisiert werden, können viel bessere Haftwerte gemessen werden. Die besten durchschnittlichen Haftwerte mit Laser generierten Haftmustern werden mit kleinen Energiedichten von 5.3 J/cm2, knapp oberhalb der Ablationsschwelle von gesundem Dentin, frisch extrahierter, kariesfreier dritter Molaren, in Kombination mit einer hauchdünnen Bondschicht gemessen. Diese Haftwerte sind durchschnittlich identisch mit den gemessenen Haftwerten konventioneller Dentinadhäsion mit dem grossen Unterschied, dass die Resultatstreuung bei Laser konditionierten Dentinoberflächen mit Dentinadhäsiv viel kleiner sind als bei reiner Dentinadhäsion.
Wenn dabei noch die Tatsache in Betracht gezogen wird, dass zum Zeitpunkt der Anwendung der minimalinvasiven Technik bei Klasse V-Füllungen optimales, kollagenfaserreiches intertubuläres Dentin infolge Alterungsprozessen jeglicher Art wie:
- Kristallitbildungen in den Dentintubuli
- Ersatz intertubulären durch peritubuläres Dentin
- Bildung säureresistenter Zonen hypermineralisierten Dentins
- Denaturierung von Kollagenfasern durch Bohrtraumata, Amalgaminfiltration etc.
wenig oder gar nicht mehr existiert, bedeutet die Laser erzeugte, mikroretentive Haftung von Kompositfüllungen eine enorme Bereicherung der Zahnheilkunde. Und da die besten Haftwerte mit Fluences knapp oberhalb der Ablationsschwelle von Dentin gemessen wurden, bedeutet das gleichzeitig Haftmustererzeugung mit geringstmöglichem Substanzabtrag und dann kann eben auch von minimalinvasiver Zahnheilkunde gesprochen werden.
Da die Ablationsschwelle alterierten Dentins (ca. 5-6 J/cm2) infolge Wasserverlusts höher liegt als beim Dentin der Proben in meiner Studie (ca 4 J/cm2), wird dem Praktiker zur Konditionierung erosiv oder abrasiv abgetragener Zahnhalsdefekte eine Energiedichte von 6 bis max. 10 J/cm2 empfohlen.
Schliesslich wird noch festgehalten, dass die konventionelle Dentinadhäsion und die Laser generierte Mikroretention im Dentin sich klinisch perfekt ergänzen. Die konventionelle Dentinadhäsion kommt immer dort zur Anwendung, wo noch gesundes intertubuläres Dentin zu erwarten ist wie z.B.:
- Inzisalkantenfrakturen Jugendlicher
- Hochsensible Dentinerosionen jeglicher Art
- Präpariertes, jugendliches Dentin
- Adhäsives Zementieren ätzbarer Keramiken etc.
Das Laser-generierte, mikroretentive Haftmuster hingegen gibt eine zuverlässige Anwender wenig sensible Technik in allen anderen Fällen, was in einer allgemein zahnärztlichen Praxis etwa 90% von minimalinvasiver Dentinadhäsion entspricht.