zm-online
01.01.04 / 00:15
Heft 01/2004 Zahnmedizin
Vorgestellt

Intraorale Piezo-Chirurgie

Der Piezoelektrische Effekt ist eine Art Wechselwirkung von verschiedenen elektrischen Spannungen, die in der Medizin in unterschiedlichen Bereichen genutzt wird. In der Piezochirurgie wird eine chirurgische Schneideleistung mit Ultraschalltechnologie bewirkt, welche Hart- und Weichgewebe in unterschiedlicher Weise „bearbeiten“ und dabei unterscheiden kann. In der vorliegenden Arbeit wird diese Methode an mehreren Fallbeispielen beschrieben.




Unter dem „Piezo-Effekt“ versteht man die physikalischen Wechselwirkungen und Phänomene der grundlegenden elektrischen und mechanischen Größen wie elektrische Feldstärke, Polarisation sowie Spannung und Dehnung in kristallinen Festkörpern [Cady 1964]. Bereits um 1880 entdeckten die französischen Physiker Jacques und Pierre Curie in Zusammenarbeit mit Gabriel Lippmann, dass man mittels mechanischen Druckes und Kräfteapplikation an der Oberfläche von bestimmten Festkörpern (wie Quarz, Turmalin, Seignettensalz und Bariumtitanat) eine messbare elektrische Ladung induzieren kann [Ballato 1995, 1996]. In der Folgezeit konnte der Umkehrschluss verifiziert werden: Im elektrischen Feld ist die gezielte Verformung von piezoelektrischen Materialien möglich. Damit war der Grundstein für die folgende rasante Entwicklung von zahlreichen Anwendungsund Gebrauchsgegenständen im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie gelegt.

Ursprünglich stammt der Begriff „piezo“ aus dem Griechischen und bedeutet „drücken“. Er wird heute sowohl für die Beschreibung des direkten, als auch des inversen beziehungsweise reziproken Piezo-Effektes verwendet. Bei ersterem, dem direkten Piezo-Effekt, kommt es unter äußerlicher Anwendung von mechanischem Druck in einem kristallinen, anisotropen Material (Dielektrikum) entweder orthogonal oder kollinear zur internen polaren Achse des Kristalls zu einer Verschiebung der Ladungszentren und damit zu einer oberflächlichen Potentialdifferenz [Ellis et al. 1993].

Während bei einem Piezo-Material die äußere Krafteinwirkung eine Verschiebung der jeweiligen internen Ladungszentren ä+ und ä– hervorruft und sich auf der primär neutralen Oberfläche ein Dipolmoment p ausmachen lässt, ist dies bei einem in sich symmetrischen und homogenen Ionenkristall (wie NaCI) nicht der Fall.

Entscheidend für den piezoelektrischen Effekt sind daher die kristalline Struktur des Werkstoffes sowie die Verschiebbarkeit der positiven und negativen Ladungen einer Elementarzelle gegeneinander (Anisotropie) [Service 1997]. Der reziproke Piezo-Effekt ist chemisch-physikalisch gesehen genau die Umkehr des direkten Piezo-Effektes. Er beschreibt die im Nanometerbereich liegende Deformation eines entsprechenden Kristalls beim Anlegen eines elektrischen Feldes.

Auch hier spielt die permanente Polarisation der Moleküle die entscheidende Rolle. Man macht sich diesen dynamischen Effekt zu Nutze um die longitudinale beziehungsweise transversale Ferroe-elektrika beispielsweise in eine chirurgische Schneideleistung zu transferieren.

Material und Methode

Das hierfür notwendige Instrumentarium wurde von der Firma Mectron Medical Technology unter dem Namen Piezosurgery ® auf den Markt gebracht. Es besteht aus einem Handstück (Abb. 1), welches über ein Kabel mit der zentralen elektronischen Quelle (Schaltbox) verbunden ist. Die sterile Kühlflüssigkeit wird, wie bei anderen ultraschallgetriebenen Maschinen auch, über einen Silikonschlauch, der komplett sterilisiert werden kann, an das System angeschlossen.

Die teilweise diamantierten Ansätze (Abb. 2) erlauben unterschiedliche Vorgehensweisen im Bereich der traditionellen intraoralen Chirurgie und der präimplantologischen Chirurgie, hier vor allen Dingen im Bereich der Zahnentfernung am geplanten Implantationsort, bei der Gewinnung von autologem Knochen zur periimplantären Augmentation und beim Sinuslift.

Verschiedene Frequenzeinstellungen der Ultraschallvibrationen erlauben variables Vorgehen bei unterschiedlichen Knochenstärken, auch die Peristaltik der Kühlflüssigkeit kann variiert werden. Die Ultraschallvibration des Instrumentenansatzes lässt sich auf Mikrobewegungen zwischen Längen von 20 und 200μm einstellen. Die Frequenz beträgt 20 000 Hz, das heißt, 20 000 Mikrobewegungen pro Sekunde.

Kasuistik 1

Knochenschonende Zahnentfernung bei später geplanter Implantation mit dem entsprechenden Ansatz (es liegen zwei unterschiedlich angewinkelte Ansätze vor, die vom bekannten Deppler Hebel (Bein`scher Hebel) in ihrer Form abgeleitet sind). Es lässt sich vorsichtig im Parodontalspalt zwischen Zahn und Knochen mit tupfenden Bewegungen in die Tiefe gehen (Abb. 3). Es kommt zur Opferung von lediglich etwa einem bis 1,5 Millimeter starken Alveolarfortsatzknochen, ohne dass vestibuläre Lamellen herausgebrochen werden. Ein Vorgehen im konventionellen Sinne (hebeln) ist nicht vorgesehen, sondern lediglich die Schwächung der knöchernen Alveolenwand, um den Zahn schließlich aus seinem Bett heben zu können.

Vor allem bei wurzelbehandelten Zähnen ist dieses Vorgehen nützlich, da, abhängig von der Wurzellänge, in manchen Fällen bis zur Wurzelspitze mit dem piezoelektrischen Instrument vorgegangen werden kann. Es ist ratsam nicht punktuell, sondern eher flächig vorzugehen, um genügend Kühlflüssigkeit an die Ansatzspitze dringen zu lassen (Abb. 4).

Kasuistik 2

Knochengewinnung zur Transplantation bei Weisheitszahnentfernung. Der schon bei der einfachen Zahnentfernung festzustellende Effekt, dass durch die Ultraschallbewegungen lediglich die knöcherne Alveolarwand resiziert wird, nicht jedoch die Zahnhartsubstanz, lässt bei der Knochengewinnung im Rahmen von Weisheitszähnen mit einem anderen Ansatz, dem „Knochenschaber“, ein Vorgehen zu, welches in unmittelbarer Nähe des Weisheitszahnes die Knochenspanentfernung vorsieht (Abb. 5), ohne dass, wie es beim traditionellen Vorgehen mit dem Rosenbohrer oder der Lindemannfräse geschieht, Zahnanteile mit aufgenommen werden. Sowohl eine Knochenentfernung en bloc ist möglich als auch eine Knochenentfernung in Form von Knochenspänen, die sich bei der Sammlung

Kasuistik 3

In der implantologischen Chirurgie bietet sich bei der Kieferhöhlenbodenosteoplastik (Sinuslift) die piezoelektrische Methode als Alternative zur traditionellen Methode an, da, im Gegensatz zur konventionellen Ostektomie mit Rosenbohrern und Diamantkugelköpfen, das Risiko der Perforation der Schneider`schen Membran erheblich vermindert wird. Es lassen sich für den Ungeübten an der Eierschale erste Erfahrungen sammeln (Abb. 6), für den Geübten ergibt sich, aufgrund des verminderten Perforationsrisikos, eine wesentlich entspanntere Operationsatmosphäre bei übersichtlichem Operationsfeld (Abb. 7).

Sobald die Präparation des Knochenfensters vollendet ist, lassen sich die Ansätze wechseln und mit kleinen, tellerartigen Präparationsansätzen die ersten Schritte zur Ablösung der Schleimhaut von den Knochenrändern, eine der heikelsten Phasen beim Sinuslift, problemlos durchführen (Abb. 8). Die weitere Präparation geschieht konventionell.

Kasuistik 4

Beim Freilegen des Nervus alveolaris inferior mit konventionellen Bohrinstrumenten besteht auch nach ordentlicher Präparation des Nerven immer die Gefahr des Verkanten des Bohrers und des dann folgenden Zurückschlagens, eventuell in das Nervgewebe hinein. Hier bieten sich im Rahmen der Piezochirurgie enorme Vorteile, da bei der Osteotomie des Foramen mentale nicht mehr gebohrt, sondern per Ultraschall geschnitten wird (Abb. 9).

Der in der Tiefe liegende Nervus alveolaris inferior beziehungsweise Nervus incisivus wird aber nicht verletzt, wenn man das Sägeblatt ab 0,5 Zentimeter mit dem diamantierten Messer austauscht. Nach Lösung des knöchernen Foramens lässt sich dieses piezo-chirurgisch öffnen, um den Nerv freizugeben (Abb. 10). Auf ein Abtrennen des Nervus incisivus kann verzichtet werden, da ein übersichtliches Operationsgebiet besteht, welches nach dorsal piezo-chirurgisch erweitert werden kann, um dem Nerv aufliegendes, überstopftes Wurzelfüllmaterial komplett zu entfernen (Abb. 11) und den betroffenen Zahn mit einer Wurzelspitzenresektion mit retrograden Füllungen in allen drei Kanälen zu versorgen (Abb. 12 und 13).

Diskussion

Schon vor über zwei Jahrzehnten wurde in unserem Fachgebiet erstmals die Anwendung ultraschallgetriebener Instrumente zum Zweck der Knochenentfernung beschrieben [Horton et al. 1981]. Erst mit den Arbeiten von Torrella et al. [1998] und Vercelotti et al. [2001] wurde diese Technik wieder aufgegriffen. Sowohl in der präimplantologischen Chirurgie als auch in der traditionellen intraoralen Chirurgie lassen sich die Vorteile der Piezochirurgie einbringen. Der größte Vorteil liegt in dem Phänomen begründet, dass ausschließlich Knochen bearbeitet wird, benachbarte oder umgebende Weichgewebe (Nervus alveolaris inferior, Kieferhöhlenschleimhaut) und Hartgewebe/Substanzen (Zähne, Implantate) jedoch nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Die Eingriffe dauern anfänglich länger, die Operationszeit lässt sich aber mit steigender Lernkurve und Auswahl der richtigen Ansätze verkürzen. Vercelotti et al. [2001] berichteten von einer Operationszeit von acht Minuten für die Präparation des Knochenfensters und das Anheben der Kieferhöhlenschleimhaut beim Sinuslift. Dies entspricht – nicht in allen Fällen, vor allen Dingen solchen mit stärkerer knöchernen Wand – unseren Erfahrungen beim konventionellen Vorgehen [Lambrecht und Schiel 1999].

Histologische und rasterelektronenmikroskopische Grundlagenuntersuchungen am Kaninchenknochen ergaben rauere Oberflächen nach Ultraschallpräparation als nach Bearbeitung mit der oszillierenden Säge. Microfrakturen wurden in beiden Fällen nicht festgestellt, der frühe Regenerationsprozess war nach Ultraschall verlangsamt, insgesamt histologisch aber gleichverlaufend wie bei oszillierender Präparation [Aro et al. 1981]. Zusammenfassend bietet die Piezochirurgie eine bemerkenswerte Erweiterung des intraoralen Operationsspektrums.

Zusammenfassung

Der Piezo-Effekt beschreibt eine physikalische Wechselwirkung, welche in der Medizin in unterschiedlichen Bereichen genutzt wird. In der Piezochirurgie wird eine chirurgische Schneideleistung mit Ultraschalltechnologie bewirkt, welche Hart- von Weichgeweben unterscheidet. Mit dem vorliegenden Instrumentarium kann Knochen piezochirurgisch bearbeitet werden, ohne dass die benachbarten Weichgewebsstrukturen bei Berührung in Mitleidenschaft gezogen werden.

Vier Beispiele:

• Präimplantologische Zahnentfernung unter maximaler Knochenschonung

• Knochengewinnung zur periimplantären Transplantation

• Sinuslift Präparation

• und Freilegung des Nervus alveolaris inferior demonstrieren den Wert der Piezochirurgie im intraoralen Bereich.

Diese Methode bietet eine bemerkenswerte Ergänzung des intraoralen Operationsspektrums.

Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Dr. med. J. Thomas Lambrecht
Klinik für zahnärztliche Chirurgie, -Radiologie,
Mund- und Kieferheilkunde, Zentrum für
Zahnmedizin der Universität Basel
Hebelstraße 3,
CH-4056 Basel

E-Mail: J-Thomas.Lambrecht@unibas.ch



Mehr zum Thema


Anzeige