Fortbildung „Aktuelle Perspektiven der restaurativen Zahnerhaltung“

Lichtpolymerisation heute

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Polymerisationslichtgeräte

Halogengeräte erzeugen das Licht durch einen auf etwa 3.000 °C aufgeheizten Wolfram-Faden, der allerdings nur circa acht Prozent der Energie in Form von sichtbarem Licht abgibt. Sie besitzen breitbandige Emissionsspektren (Abbildung 1) und können daher alle in der Zahnmedizin verwendeten lichthärtenden Materialien polymerisieren beziehungsweise aushärten. Das breite Lichtspektrum weist allerdings auch einen großen Teil an Hitzestrahlung (> 550 nm) auf. Deshalb sind optische Filter notwendig, um das sichtbare Licht auf 400–500 nm einzugrenzen [Rueggeberg, 2011]. Gleiches gilt für die Plasma-Lampen (PAC = Plasma Arc Curing), die Mitte der 1960er-Jahre in Deutschland entwickelt wurden und erst 1998 in den USA die Marktreife erhalten haben [Rueggeberg, 2011].

Seit circa zehn Jahren sind die LEDs, lichtemittierende Dioden, der Standard in der Lichtpolymerisation geworden [Rueggeberg, 2011]. LEDs bestehen aus zwei Halbleitern, die durch Anlegen einer Spannung Licht in einem relativ schmalen Wellenlängenbereich entstehen lassen. Bei einer Lichtausbeute von etwa 30 Prozent und ohne Erzeugung so hoher Temperaturen wie bei den Halogenlichtgeräten, können sie ohne Kühlung auskommen und werden daher auch als Akku-Geräte angeboten [Jandt und Mills, 2013]. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass mit steigender Intensität auch die Hitzeentwicklung auf der bestrahlten Fläche ansteigt und somit die LED-Lichtgeräte keine „kalten“ Polymerisationsgeräte sind.

Ein Problem bei den LED-Lichtgeräten liegt in der meist geringen Größe der LEDs selbst und in der häufig nicht gleichförmigen Verteilung der Lichtenergie über die Fläche des Lichtaustrittfensters, dem sogenannten Energiestrahlprofil (englisch: Beam Profile).

Für eine optimale Aushärtung von Kompositmaterialien müssen die Polymerisationsgeräte auf die im Material enthaltenden Initiatoren angepasst werden. Anders ausgedrückt, das Emissionsspektrum der Lampe muss mit dem Absorptionsspektrum der Initiatoren übereinstimmen.

Die meisten LED-Polymerisationsgeräte weisen das typische enge Emissionsspektrum im blauen Wellenlängenbereich von 430 bis 490 nm auf, daher ist ihr universeller Einsatz nicht automatisch gegeben. Oft werden diese Lichtgeräte fälschlicherweise auch als Monowave-LED bezeichnet. Da eine LED-Lampe ein Emissionsspektrum und nicht eine einzelne Wellenlänge, wie zum Beispiel ein Laser, aufweist, wird empfohlen, diesen Begriff zu vermeiden. So wird der Photoinitiator Lucirin TPO, der in einigen Produkten enthalten ist, von den blauen LEDs nicht aktiviert [Price et al., 2015]. Dies ist allerdings nur für sehr wenige Produkte ein Problem, denen ausschließlich alternative Photoinitiatoren beigefügt sind. Dies könnte bei sehr hellen Kompositen der Fall sein (sogenannten Bleach-Farben). Die entsprechenden Hinweise finden sich dann in den Arbeitsanweisungen der Kompositmaterialien.

Einige Hersteller (zum Beispiel Ultradent, Vivadent, GC) bieten sogenannte Multi-Peak-LED-Lichtgeräte (oft unpräzise auch als Poly-Wave-Lichtgeräte bezeichnet) an, die verschiedene LEDs für blaues und violettes Licht im Bereich von 385 bis 515 nm einsetzen und somit für alle lichthärtenden Materialien verwendet werden können [Price und Felix, 2009; Leprince et al., 2010].

Wichtig bleibt festzuhalten: Ein Anwender muss in jedem Fall wissen, welche Wellenlängen zur Aushärtung des eingesetzten Kompositmaterials benötigt werden und welches Emissionsspektrum das eingesetzte Lichtgerät aufweist [Leprince et al., 2010]. Nur so kann sichergestellt werden, dass die emittierte Wellenlänge der Polymerisationslampe auch tatsächlich den Photoinitiator aktiviert und der Aushärtungsvorgang korrekt funktioniert.

Abbildung 4: Vergleich der Lichtstreuung von Turbo-Lichtleitern und parallel-wandigen Lichtleitern | Blunck

Abbildung 5: Beispiele unterschiedlicher Winkelungen gängiger Lichtgeräte | Blunck

Abbildung 6: Beispiele falsch angebrachter Schutzfolien auf Lichtleitern | Blunck

Lichtleistung und Lichtintensität

Im Zusammenhang mit der Lichthärtung werden die beiden Begriffe Lichtleistung und Lichtintensität genannt, wobei der letzte Begriff häufig für zwei unterschiedliche Effekte benutzt wird und daher korrekterweise differenziert werden muss (Abbildung 2).

Als Lichtleistung einer Lichtquelle wird die Strahlungsleistung (auch der Strahlungsfluss) bezeichnet. Sie ist die Energiemenge, die pro Zeitspanne von elektromagnetischen Wellen transportiert wird. Ihre Einheit ist Watt (W).
Als Intensität eines Lichtgeräts wird die spezifische Ausstrahlung, Ausstrahlungsstromdichte, Abstrahlungsstärke (englisch: radiant exitance beziehungsweise radiant emittance) bezeichnet, die pro Zeiteinheit von einem Flächenelement ausgestrahlt wird. In unserem Fall ist es die Fläche des Lichtaustrittsfensters und wird in mW/cm² angegeben.

Entscheidend für die Lichtpolymerisation ist aber, wie viel von der spezifischen Ausstrahlung (Intensität) – gemessen am Lichtaustrittsfenster – auf der bestrahlten Oberfläche ankommt. Dies wiederum wird mit den Begriffen Bestrahlungsstärke oder Strahlungsstromdichte (englisch: irradiance, radiant flux density) beschrieben.

Die Bestrahlungsstärke bezeichnet also die gesamte Leistung der eingehenden elektromagnetischen Energie, die auf eine Oberfläche trifft, bezogen auf die Größe der Fläche und wird daher ebenfalls in mW/cm² angegeben. Dies ist für die Lichthärtung von Kompositmaterialien die bedeutende Größe, weil durch diesen Wert abgeschätzt werden kann, wie viel Licht tatsächlich an der Oberfläche der Restauration ankommt. Diese ist abhängig vom Abstand zwischen Lichtquelle und Oberfläche, sowie von der Größe der bestrahlten Oberfläche. Nur wenn der Abstand zwischen Lichtaustrittsfenster und bestrahlter Oberfläche gleich null ist, dann sind auch spezifische Ausstrahlung (Intensität) und Bestrahlungsstärke identisch.

Die empfohlene spezifische Ausstrahlung (Intensität) am Lichtaustrittsfenster eines Lichtgeräts sollte zwischen 800 und 1.500 mW/cm2 liegen [Price, 2014]. Dieser Wert allein sagt aber noch nichts aus, denn er berechnet sich aus der Lichtleistung der Lichtquelle bezogen auf die Fläche des Lichtaustrittsfensters: In Tabelle 1 wird dargestellt, wie es bei gleicher Lichtleistung einer LED zu unterschiedlichen Berechnungen der spezifischen Ausstrahlung (Intensität) am Lichtaustrittsfenster bei verschiedenen Durchmessern kommt.

Daher sind beim Kauf eines Lichtpolymerisationsgeräts sowohl die Lichtleistung als auch der Durchmesser des Lichtaustrittsfensters zu beachten [Price, 2018]! Kleinere Durchmesser haben somit bei gleicher Lichtleistung der Lichtquelle eine höhere spezifische Ausstrahlung (Intensität), allerdings auch nur eine eingeschränkte Beleuchtungsfläche.

Abbildung 7: Beispiele für verschiedene Energiestrahlprofile (Beam Profiles): Je mehr unterschiedliche Farben dargestellt werden, desto weniger gleichmäßig ist die Verteilung der Intensität. Links: Smartlite Pro, rechts: LED (mit freundlicher Genehmigung von Prof. R. B. Price, Dalhousie University; Halifax, Canada). | Price

Abbildung 8: Auswirkungen von zwei Energiestrahlprofilen (Beam Profiles) auf die Lichthärtung in einer Standardkavität (mit freundlicher Genehmigung von Prof. R. B. Price, Dalhousie University; Halifax, Canada). | Price

Abbildung 9: Ausleuchtung einer Standard-Molarenkavität bei zentraler Positionierung eines Lichtleiters mit 9 mm Durchmesser (mit freundlicher Genehmigung von Prof. R. B. Price, Dalhousie University; Halifax, Canada). | Price

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Andreas Born
Völlig überzogene Darstellung und für mich als Praktiker kein Gewinn für den Alltag!

Vor 10 Monaten 5 Tagen
1575834040
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