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Ultrakurzgepulste Laser stehen für eine präzise, minimale Abtragung biologischer Gewebe. Damit bieten sie potenziell alle Optionen für eine substanzschonende, nebenwirkungsfreie und schmerzarme zahnmedizinische Laserbehandlung, da thermisch bedingte Schäden am bearbeiteten Material nahezu ausgeschlossen sind. Im vorliegenden Artikel gibt Autor Anton Kasenbacher einen kurzen Überblick über die wissenschaftlichen Prinzipien hinter der Ultrakurzpulslasertechnologie sowie Anwendungsbeispiele.

Alle bis dato auf dem Markt erhältlichen Dentallaser gehören dem Bereich der linearen Optik (LO) an mit stets geringen Lichtintensitäten unter 1 MW/ cm². Die optischen Eigenschaften eines Materials hängen dabei nicht von der Bestrahlungsstärke ab. Refl exion, Brechung, Absorption und Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts sind Konstanten, die nur von dem betreffenden Medium und der Frequenz des Lichts abhängen. Die Lichtwellen beeinfl ussen sich nicht gegenseitig und bei der Wechselwirkung von Licht mit Materie entstehen keine neuen Frequenzen.¹

Bei Intensitäten größer 1 MW/cm², wie sie nur mit intensiven Laserstrahlen, insbesondere von fokussierten Ultrakurzpulslasern erzielt werden, verlieren diese linearen optischen Gesetze ihre Gültigkeit mit der Folge, dass die optischen Eigenschaften eines Materials nun von der Intensität des Lichtes abhängig werden. Damit befi ndet man sich in der nichtlinearen Optik (NLO) sowie Zwei- bzw. Multiphotonen-Absorption. Mit steigender Intensität gelangt man vom noninvasiven Diagnosein den minimalinvasiven Ablationsbereich bei Werten um einige 100 GW/ cm². Im Folgenden werden nun je ein Beispiel aus den Fachgebieten Diagnose und Therapie vorgestellt.

^{Abb. li.: Zahndiagnose per Ultrakurzpulslaser. – Abb. re.: Zahnablation per Ultrakurzpulslaser. (© Autor)}

Zahndiagnose

Wird ein Zahn wie hier an einem gesunden, mittig gespaltenen Molaren, dargestellt mit einem Ultrakurzpulslaser (Wellenlänge = 1.064 nm, Pulsdauer = 10 ps, Pulsfolgefrequenz = 500 kHz, Intensität = 10 MW/cm²) abgescannt, so entsteht unter der Voraussetzung des Vorhandenseins nichtzentrosymmetrischer Molekülstrukturen wie z.B. kollagener Fasern im Dentin aus der unsichtbaren infraroten Strahlung eines Nd:YVO₄-Lasers mit der Wellenlänge 1.064 nm frequenzverdoppeltes grünes Licht der Wellenlänge 532 nm, weshalb dieser Prozess als Second Harmonic Generation = SHG bezeichnet wird. Zudem bildet sich das 2-Photonen- Fluoreszenz-Signal (2 Photon Excited Fluorescence = 2 PEF), das die Eigenfluoreszenz, auch intrinsische Fluoreszenz genannt, von nichtkollagenen Proteinen in der organischen Dentinmatrix darstellt. Das Verhältnis zwischen SHG und 2 PEF liefert exakte Informationen über den jeweiligen Kariesprozess, besonders über den Abbau der organischen Dentinmatrix, dies ohne geringste Röntgenstrahlung und/oder Ionisation von Molekülen.

Zahnablation

Steigert man die Intensität in den Bereich um 127 GW/cm², so wird die minimalinvasive Kavitätenpräparation ohne Wasserkühlung ermöglicht, mit dem Ergebnis, dass weder Wärme- noch Sckockeinflusszonen detektierbar sind, bei Verwendung folgender Parameter: Wellenlänge = 1.064 nm, Pulsdauer = 10 ps, Pulsfolgefrequenz = 500 kHz, mittlere Leistung = 8 W, Fokusdurchmesser = 40 μm, Pulsenergie = 16 μJ, Energiedichte = 1,27 J/cm², Intensität = 127 GW/cm², Scangeschwindigkeit = 2 m/s, Pulsüberlappung = 50 %.

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