1.5. Laserarten

Zwei Kategorien von Lasern werden in der Medizin und Zahnmedizin benutzt: "Softlaser" produzieren einen wenig energiereichen Laserstrahl in einer Wellenlänge, die biostimulierende und analgetische Effekte hervorrufen sollen200,302,308. Experimentell wurden diese Laser eingesetzt, um den Heilungsverlauf zu beschleunigen und Entzündungen, Ödeme und Schmerzen zu reduzieren322.

Kohlendioxidlaser wurden zuerst 1964 von Patel et al. entwickelt234 und erstmals in den frühen 70-iger Jahren in der Medizin eingesetzt134,251,252. Der CO2-Laser hat eine Wellenlänge von 10,6µm und liegt somit tief im infraroten Spektrum, weshalb sein abgestrahltes Laserlicht für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Aus diesem Grund arbeitet der CO2-Laser mit einem Helium-Neon Ziellaser, welcher im eigentlichen Laser coaxial inkorporiert ist, und vor der Aktivierung des CO2-Lasers auf das Zielgewebe gerichtet wird.

Aufgrund seiner Wellenlänge hat der CO2-Laser eine große Affinität zu Wasser, unabhängig davon, welche Farbe das Zielgewebe bzw. -objekt hat. Das bedeutet, daß der CO2-Laser sehr gut von der oralen Mukosa absorbiert wird, da sie zu mehr als 90% aus Wasser besteht. Die Eindringtiefe, also die Tiefe, in der der Laser keine biologische Wirkung mehr hat, beträgt allerdings nur 0.02 bis 0.03 mm251. Der Laserstrahl des CO2-Lasers wird in der Mukosa nicht reflektiert, transmittiert oder gestreut240. Durch die Absorption durch Wasser entsteht schnell Hitze, welche zur Karbonisierung des Gewebes führt. Das "kritische Volumen", also der Teil des Gewebes, welcher mit dem Laser reagiert, hat die Form eines Zylinders mit den Maßen Eindringtiefe mal Laserstrahldurchmesser, da das Laserlicht nicht gestreut wird. Die umliegenden Gewebe werden also nur geringfügig verändert, weshalb der CO2-Laser für feine, skalpellähnliche Schnitte geeignet ist.

Infolge seiner Wellenlänge kann das Licht des CO2-Lasers nicht durch flexible Lichtleiter in die Mundhöhle gebracht werden. Ältere CO2-Laser hatten sperrige Spiegelarme, die Handstücke waren für die Mundhöhle zu unhandlich und der Fokusabstand zu groß240. Durch die Entwicklung der "hollow glass guide technology" war der Zugang des Laser zur Mundhöhle kein Problem mehr. Diese flexiblen Röhren haben einen kleinen Durchmesser, einen kurzen Fokusabstand, und die benutzten kleineren Handstücke machten die Anwendung in der Zahnmedizin möglich14,149.

Unabhängig ihres "Delivery Systems" werden alle CO2-Laser ohne Kontakt mit dem Zielgewebe benutzt. Ist der Laserstrahl fokusiert, kann der Laser als chirurgisches Skalpell eingesetzt werden. In der nicht fokusierten Arbeitsweise trägt er durch Verdampfen oberflächliche Zellschichten ab (Ablation) und kann Blutgefäße, die einen kleineren Durchmesser als der Laserstrahl haben, verschweißen, was zur Stillung von Blutungen führt14,202; Blut wird bis zu einer Tiefe von 200µm koaguliert, wenn es mit einem cw-CO2-Laser mit vier bis sechs Watt bestrahlt wird335. Von allen Lasern für den Einsatz in der Mundhöhle kann der CO2-Laser am schnellsten Gewebe abtragen251. Um 1mm³ hoch-wasserhaltiges Gewebe (Mukosa) zu vaporisieren werden 3,75×10-3 Sek. benötigt.

Der CO2-Laser wird heute erfolgreich in der Weichteilchirurgie eingesetzt, so bei Gingivektomien, Frenektomien25,116,117,235,241,243,244,245,248,266,272, Entfernung von benignen und malignen Läsionen49,68,95-97,244, Inzisions- und Exzisionsbiopsien202, und in der Dermatologie 19,20. Einige Autoren sehen in der Zukunft auch Anwendungen in der Endodontie203,354-358 und in der Kariestherapie191,192,194.

1.5.2. Nd:YAG-Laser

Geusic et al. entwickelten 1964 den Nd:YAG-Laser104; die Abkürzung steht für Neodymium:Yttrium-Aluminium-Garnet, also ein Yttrium-Aluminium-Garnet-Kristall, der mit Neodymium dotiert ist. Dieser Laser hat eine Wellenlänge von 1064 nm, liegt damit ebenfalls im infraroten Spektralbereich und sein emittiertes Licht ist, wie das des CO2-Lasers, für das menschliche Auge nicht sichtbar. Auch diese Laserart arbeitet mit einem Neon-Helium-Ziellaser. Die ersten Nd:YAG-Laser wurden Mitte der 70-iger Jahre mit hohen Energiedosen betrieben und Hämostase bei gastrointestinalen Blutungen war ihr erstes Indikationsgebiet140,145,252. Ein großer Vorteil der Nd:YAG-Laser ist die Möglichkeit, das Laserlicht über optische Lichtleiter in die Mundhöhle zu bringen. Der Einsatz in der Mundhöhle benötigt also einen geringeren technischen Aufwand des Delivery-Systems201. Auch können Lichtleiter verschiedener Durchmesser problemlos an ein und dasselbe Gerät angeschlossen werden.

Das emittierte Licht des Nd:YAG-Lasers hat eine Affinität zu dunklen und pigmentierten Geweben201,240. Eindringtiefe und Streuung sind daher stark vom Zielgewebe abhängig, Reflexion ist minimal240. Da das Licht des Nd:YAG-Lasers durch Wasser transmittiert wird, ist seine Eindringtiefe größer als die des CO2-Laserlichtes, nach Polanyi et al. und Halldorsen & Langerholc 30 bis 100 mal118,252. Dederich gibt für reines Wasser eine Eindringtiefe von 180 mm an (nach 60 mm sind 90% der Energie an das Wasser abgegeben), im menschlichen Gewebe sei sie zwischen 1 und 3 mm57. Das "kritische Volumen" des Nd:YAG-Lasers ist, bedingt durch seine Wellenlänge, größer, und die Form ist komplexer als beim CO2-Laser. Nach Polanyi ist das "kritische Volumen" eines Nd:YAG-Lasers 300 bis 900 mal größer als bei einem CO2-Laser bei gleichem Laserstrahldurchmesser251. Der Nd:YAG-Laser ist daher geeignet, größere Areale zu bearbeiten.

Da Hämoglobin gut das Laserlicht des Nd:YAG-Lasers absorbiert, kann es auch gut zur Koagulation eingesetzt werden. Nach White et al. kann ein gepulster Nd:YAG-Laser mit 3 bis 5 Watt orales Weichgewebe bis zu einer Tiefe von 150µm koagulieren335. Um die Effektivität des Laser auf Hartgewebe zu erhöhen, verwenden einige Autoren "Enhancer" oder schwarze Tinte, die auf das Zielgewebe aufgebracht werden.

Der Nd:YAG-Laser kann mit und ohne Kontakt zum Zielgewebe benutzt werden. Bei kontaktfreiem Arbeiten und kontinuierlichem Laserlicht tritt ein hoher Anteil Streuung auf und die Eindringtiefe ist groß: je nach Zielgewebe 2 bis 4mm240. Einige Autoren empfehlen daher bei Anwendung auf Weichgeweben, Kontakt mit dem Zielgewebe zu behalten. Durch Verwendung eines gepulsten Laserstrahls, einer Luft/Wasser-Kühlung oder einer saphirüberzogenen Spitze56 kann die Eindringtiefe so reduziert werden, daß ähnliche Werte wie beim CO2-Laser auftreten240. So kann durch die verschiedene Art der Anwendung die Eindringtiefe des Nd:YAG-Lasers von 0,5 bis 4mm variiert werden240.

Die meisten in der Zahnmedizin eingesetzten Nd:YAG-Laser sind gepulst. Bei sehr hohen Energieflußdichten und extrem kurzen Pulsen kann sich auf der Oberfläche der Zielgewebe ein Plasma bilden (siehe Seite 12ff). Einige Nd:YAG-Laser versuchen durch eine Luft/Wasser-Kühlung das Plasma abzukühlen und die unerwünschten thermischen Nebeneffekte, die durch das Plasma an den umliegenden Geweben eintreten können, zu kontrollieren57,155,240.

Der Nd:YAG-Laser wird heute routinemäßig in der Weichteilchirurgie eingesetzt217,335. Andere Studien befaßten sich mit der Anwendung dieser Laserart zur Modifikation der Zahnhartgewebe, in der Kariesprävention und -therapie, sowie in der Endodontie (siehe oben). In der Dermatologie wird er u.a. zur Therapie von Basalzellkarzinomen, malignen Melanomen, aktinischen Keratosen und zur Entfernung von Tätowierungen herangezogen19,146,147,167.

1.5.3. Argon-Laser

Argonlaser haben Wellenlängen im blau-grünen, sichtbaren Spektrum von 488 nm oder 510 nm. Wie CO2-Laser ist ihr aktives Medium gasförmig und wie bei Nd:YAG-Laser läßt sich ihr Licht durch flexible Lichtleiter in die Mundhöhle bringen.

Argonlaser haben eine Affinität für dunkelgefärbte Gewebe und Hämoglobin, besonders für Melanin, weshalb sie sich besonders zur Koagulation eignen. Auch Hämangiome, Kaposi-Sarkom, Naevus vinosus und andere Nävi werden mit Argonlaser behandelt19. Wasser absorbiert kaum das Licht des Argonlasers: nach Polanyi durchdringt der Argon-Laserstrahl mehrere Meter reinen Wassers251. An oralem Gewebe wird es nicht reflektiert, Absorption, Transmission und Streuung ist gering. Argonlaser können mit oder ohne Kontakt zum Zielgewebe benutzt werden. Wie Nd:YAG-Laser neigen sie zur Akkumulation von Gewebe an der Lichtleiterspitze und wischende Bewegungen werden zur Anwendung empfohlen240. "Enhancer" werden für Argonlaser nicht benötigt.

Anders als die oben besprochenen Laserarten kann der Argonlaser auch Composit-Kunststoffe aushärten37,38,254. Die Polymerisationsschrumpfung soll dabei reduziert werden und größere Schichtdicken des Kunststoffes, bis zu 3 cm, bei der Aushärtung sind möglich202,307. Hierfür wird meistens ein Laser der Wellenlänge 488 nm (blau) benutzt, während für Weichgewebeanwendungen und Hämostase das grüne Licht der Wellenlänge 510 nm zum Einsatz kommt.

Zahnärztliche Studien fokussierten sich auf die Anwendung des Argonlasers zur Photopolymerisation von Kunststoffen, zur Sterilisation von zahnärztlichen Instrumenten und zur approximalen Kariesdiagnostik11,35. In anderen Gebieten der Medizin hat dieser Laser seinen Schwerpunkt in der Augenheilkunde, Dermatologie und Gefäßchirurgie19,55,153,229,340.

1.5.4. Holmium:YAG-Laser

Als Modifikation des Nd:YAG-Lasers hat der Ho:YAG-Laser Anfang 1993 die Zulassung der FDA für die orale Weichteilchirurgie erhalten. Der Yttrium-Aluminium-Garnet-Kristall ist hier mit Holmium, einem Element aus der Gruppe der Seltenen Erden dotiert. Ähnlichkeiten zum Nd:YAG-Laser bestehen im Anwendungsmodus, die Wellenlänge beträgt allerdings 2100 nm. Bei einigen chirurgischen Eingriffen soll er die Effektivität von CO2-Lasern erreichen. Die Eindringtiefe des Ho:YAG-Laser beträgt ca. 400µm33. Im amerikanischen Schrifttum wird besonders über Einsätze bei chirurgischen Eingriffen im Kiefergelenk und in der Gynäkologie berichtet33,240.

1.5.5. Erbium:YAG-Laser

Der Er:YAG-Laser hat eine Wellenlänge von 2,94 µm, sein Spektrum liegt also im infraroten Bereich, was seinen Einsatz zur Anwendung an dentalen Hartgeweben möglich erscheinen läßt84. Dentin und Schmelz haben ein Absorptionsmaximum bei 2,9 µm bzw. 9,6 µm. Keller und Hibst berichten von kontrolliertem Abtrag von Hartsubstanzen durch thermomechanische Bearbeitung, aufgrund der verschiedenen Absorptionsmaxima im Dentin besser als im Schmelz. Thermische Schäden der Nachbargewebe sollen sich auf ein Minimum beschränken. Die Arbeitseffektivität in verschiedenen Zahnhartgeweben liegt zwischen 200 µm und 2000 µm je 10 Laserpulse bei 50J/cm² pro Puls141,142. Erbium ist wie Holmium ein Element der Seltenen Erden.

1.5.6. Excimer-Laser

Das aktive Medium bei Excimer-Lasern ist eine Kombination eines Edelgases mit einem Halogengas, z.B. Argon-Fluorid, Krypton-Fluorid oder Xenon-Fluorid. Die Wellenlänge der Excimer-Laser wird durch die Gaskombination bestimmt; so hat der XeF-Excimer-Laser eine Wellenlänge von 308 nm, der ArF-Excimer-Laser eine von 192 nm. In jedem Fall ist die Wellenlänge im ultravioletten Bereich angesiedelt. Das Gewebe wird mit diesen kurzgepulsten Lasern schichtweise abgetragen89,90, in einer Größenordnung von ungefähr 1µm pro Puls. Frentzen & Koort geben an, daß nur der ArF-Excimer-Laser Zahnhartgewebe photoablativ abtragen kann87. Bei größeren Wellenlängen (z.B. Xenon-Chlorid-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 308 nm) werden die Effekte der photoablativen Dekomposition von thermischen Erscheinungen begleitet85. Die Abtragungsrate ist vom Mineralgehalt und von morphologischen Strukturelementen der Zahnhartgewebe abhängig. Kariös verändertes Gewebe wird bedeutend schneller abgetragen als intakter Schmelz oder Dentin89,168. Bestrahlter Zahnschmelz ist nach Abtragung der Oberfläche aufgerauht; dadurch kann auch die Verbundfestigkeit zu Compositfüllungen erhöht werden90.

Praktisch zeigt der Excimer-Laser Nachteile dadurch, daß sein Licht nicht mit flexiblen Lichtleitern weitergeleitet werden kann. Auch ist der technische Aufwand als hoch zu bezeichnen. Die Energiedichte am Zielobjekt kann nur über den Abstand Fokus/Objekt reguliert werden und die Strahlenrandbereiche müssen mit Lochblenden ausgeblendet werden168. Auch ist eine mögliche Kanzerogenität der Strahlung noch nicht ausgeschlossen 33,85. Außer in der Zahnheilkunde wird der Excimer-Laser in der Augenheilkunde, Kardiologie und Dermatologie angewendet33.

Zurück zum Index                      Zum Seitenanfang