Fortbildung „Aktuelle Perspektiven der restaurativen Zahnerhaltung“

Lichtpolymerisation heute

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Lichtstreuung

Ein weiteres Problem bei der Lichthärtung ist die Lichtstreuung am Lichtaustrittsfenster, weil die Bestrahlungsstärke exponentiell mit der Entfernung abnimmt. Untersuchungen von Richard Price haben zeigen können, dass die Bestrahlungsstärke – in Abhängigkeit vom jeweiligen Lichtgerät – bei einer Entfernung von 6 mm um circa 50 Prozent, bei einer Entfernung von 10 mm um circa 80 Prozent abnehmen kann [Price et al., 2000]. Bei tiefen Kavitäten oder bei schwer zugänglichen Approximalflächen ist ein größerer Abstand zum applizierten Kompositmaterial oft nicht zu vermeiden. In solchen Fällen müssen die Belichtungszeiten entsprechend verlängert werden.

Um die Streueffekte zu minimieren, sind bei Lichtgeräten, deren LEDs direkt vorn am Lichtaustrittsfenster liegen, Linsen angebracht oder das Licht wird durch Faserstäbe geleitet. Dabei sind parallel-wandige sinnvoller als sich zum Lichtaustrittsfenster verjüngende Lichtleiter. Letztere, die sogenannten Turbolichtleiter, streuen besonders stark und zeichnen sich bei zunehmendem Abstand zum Lichtaustrittsfenster durch einen höheren Abfall der Bestrahlungsstärke aus [Price et al., 2000].

Deutlich wird das in Abbildung 3. Hier wird die Bestrahlungsstärke verschiedener Lichtgeräte – gemessen in unterschiedlichem Abstand vom Lichtaustrittsfenster, von 0 mm (direkt am Lichtleiter) bis hin zu 10 mm Abstand – dargestellt. Dabei waren die LED-Lampe „Bluephase“ und die Halogenlampe „Astralis 10“ mit einem lichtkonzentrierenden (Turbo-)Lichtleiter ausgestattet, während die LED-Lampe „MiniLED“ mit einem Standard-Lichtleiter gemessen wurde. Der Lichtleitertyp wirkt sich deutlich auf die Änderungen der Bestrahlungsstärke mit dem Abstand aus. Bei Turbo-Lichtleitern, die sich zum Lichtaustrittsfenster hin verjüngen (Abbildung 4) nimmt die Bestrahlungsstärke mit steigendem Abstand deutlich schneller ab als bei Standard-Lichtleitern.

In der Kinderbehandlung und bei Patienten mit geringer Mundöffnung sowie beim Einsatz im posterioren Zahnreihenbereich empfehlen sich an der Spitze verkürzte Lichtleiter oder die Geräte mit LEDs direkt am Lichtaustrittsfenster [Price et al., 2000; Price et al., 2010; Corciolani et al., 2008; Price und Felix, 2009] (Abbildung 5).

Außerdem sind große Durchmesser des Lichtleiters (circa 10 mm) vorteilhaft, damit auch großflächige Kavitäten, zum Beispiel MOD-Füllungen, komplett ausgeleuchtet werden können und Mehrfachbelichtungen überflüssig oder reduziert werden. Das ist gerade beim Einsatz von Bulk-Fill-Kompositen sinnvoll.

Um die Hygienestandards einzuhalten, sollte der Lichtleiter idealerweise aus dem Handstück entfern- und autoklavierbar sein [Certosimo et al., 2003]. Ansonsten sind Einmal-Schutzfolien einzusetzen, wobei darauf zu achten ist, dass die Schutzfolie straff über das Lichtaustrittsfenster gespannt wird. Sonst kann auch dies bereits zu einer Verminderung der Bestrahlungsstärke führen (Abbildung 6).

Belichtungsdosis

Um eine ausreichende Vernetzung der Monomer-Matrix in den Kompositen sicherzustellen, ist eine bestimmte Energiemenge, die Belichtungsdosis, nötig zur Aktivierung der Radikale in ausreichendem Maß, was als Total Energy Concept beschrieben wird. Die Belichtungsdosis ist das Produkt aus Bestrahlungsstärke mal Belichtungszeit [Koran und Kurschner, 1998]. Dabei gilt diese lineare Beziehung annäherungsweise jeweils nur im Bereich von Bestrahlungsstärken zwischen 500 und 1.500 mW/cm2. Es gibt in der Literatur keinen Konsens über eine ausreichende Belichtungsdosis für eine zuverlässige Polymerisation. Dies ist begründet in der Vielzahl an Kompositmaterialien, die alle unterschiedliche Zusammensetzungen und somit ein unterschiedliches Polymerisationsverhalten aufweisen. Infolge der Komplexität der Polymerisationskinetik kann eine sehr hohe Intensität eine sehr geringe Belichtungszeit nicht ausgleichen [Musanje und Darvell, 2003]. Je nach Typ, Farbe und Transparenz ist diese für das jeweilige Komposit erforderliche Dosis unterschiedlich hoch [Shortall, 2005].

Generell ist für eine adäquate Polymerisation eine erforderliche Belichtungsdosis von 12.000–16.000 mWs/cm² = 12–16 J/cm² berechnet worden [Koran und Kurschner, 1998]. Weitere ausführliche Untersuchungen zeigen, dass moderne Komposite eine Belichtungsdosis von 21–24 J/cm2 für die adäquate Polymerisation eines 2 mm dicken Inkrements benötigen [Erickson et al., 2014; Rueggeberg et al., 1994; Sobrinho et al., 2000]. Dadurch ergeben sich in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke des verwendeten Polymerisationsgeräts unterschiedlich lange Belichtungszeiten. Daher ist es sinnvoll, in den Beipackzetteln der Kompositprodukte die entsprechenden Informationen zur Belichtungsdosis abzurufen.

Schichttechnik

Die Schichttechnik berücksichtigt, dass die Bestrahlungsstärke auch mit der Eindringtiefe ins applizierte Komposit exponentiell abnimmt und es dadurch mit fortschreitender Tiefe zu einer geringeren Bildung von Initiatorradikalen kommt [Emami und Soderholm, 2003]. Für konventionelle Komposite werden daher Schichtstärken von maximal 2 mm empfohlen, wobei die erzielbare Durchhärtungstiefe umso geringer ausfällt, je opaker und dunkler das verwendete Komposit ist [Rueggeberg et al., 2009; Price und Felix, 2009]. Bei den sogenannten Bulk-Fill-Kompositen können in einem Schritt Schichtdicken bis zu 4 mm ausgehärtet werden, bei wenigen Produkten sind sogar bis 5 mm zur Aushärtung freigegeben worden [Lima et al., 2018]. Dabei sind allerdings die Herstellerangaben für die Belichtungszeiten unbedingt zu beachten, die bei einer Bestrahlungsstärke von circa 1.000 mW/cm² je nach Komposit und dessen Farbe zwischen 10 bis 40 s liegen können. Bei einer unvollständigen Durchhärtung liegt sonst ein Teil des Kompositmaterials unvernetzt in der Restauration vor. Von außen ist dies nicht feststellbar, da die Füllung an der Oberseite der Kavität einen ausgehärteten Eindruck macht. Die Belichtungszeit muss daher bei den Bulk-Fill-Kompositen an die Schichtdicke angepasst werden [Leprince et al., 2010].

Die erhöhte Schichtdicke in Bulk-Fill-Kompositen wird im Vergleich zu konventionellen Kompositen überwiegend durch eine höhere Transluzenz (Lichtdurchlässigkeit) der Materialien hervorgerufen. Die Transluzenz eines Komposits wird durch die Anpassung der Brechungsindizes von Füllkörpern und organischer Matrix eingestellt [Shortall et al., 2008]. Je größer dieser Unterschied ist, desto mehr Licht wird an der Grenzschicht zwischen Füllkörper und Matrix gestreut und kann somit tiefere Schichten nicht mehr erreichen. Die Transluzenz eines Komposits kann auch durch die Minimierung der Grenzfläche zwischen Füllkörper und Matrix erhöht werden, nämlich durch die Reduktion des Füllkörperanteils und/oder eine Vergrößerung der Füllkörper. Enthalten allerdings Komposite Füllkörper mit einer Partikelgröße unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts (380–780 nm), wird das Licht durch die kleinen Partikel weder gestreut noch absorbiert, was ebenfalls die Transluzenz des Materials erhöht.

Konventionelle und Bulk-Fill-Komposite bestehen aus nahezu identischen Zusammensetzungen, was zu der Annahme führt, dass – zumindest in den ersten Generationen der Bulk-Fill-Komposite – die erhöhten Schichtdicken im Wesentlichen durch die Verkleinerung der Grenzfläche zwischen Matrix und Füllkörper erreicht wurden [Ilie et al., 2013]. In niedrigviskösen Bulk-Fill-Kompositen wird dies zusätzlich durch einen niedrigen Füllkörpergehalt unterstützt. Darüber hinaus scheint in vielen Bulk-Fill-Kompositen auch eine Reduktion der Farbpigmente stattgefunden zu haben. Dies erhöht die Transluzenz, verschlechtert jedoch gleichzeitig die Ästhetik. Viele Bulk-Fill-Komposite werden lediglich in der Farbe „Universal“ angeboten. Modernere Bulk-Fill-Komposite beinhalten neue Initiatorsysteme wie das Ivocerin (BTMGe und DBDEGe) [Moszner et al., 2008] oder setzen gar auf effizientere Polymerisationsmechanismen wie die RAFT-Polymerisation (Reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation). Letzteres erlaubt, opakere und somit ästhetischere Bulk-Fill-Komposite effizient zu polymerisieren (implementiert zuerst in Filtek One, 3M) sowie eine Kürzung der Belichtungszeit auf 3 s bei hoher Bestrahlungsstärke von 3.000 mW/cm² (implementiert 2019 in Tetric PowerFill).

Temperaturentwicklung während der Lichthärtung

Die heute angebotenen hohen Bestrahlungsstärken moderner Hochleistungs-LEDs bedeuten eine entsprechend hohe Energieabgabe, die während der Polymerisation auf das Kompositmaterial, auf die Zahnhartsubstanz, unter Umständen auch auf die Zahnpulpa und auf das benachbarte Weichgewebe einwirken kann. Nach vorherrschender Meinung sollte die Temperatur der Pulpa nicht um mehr als 5,5 °C ansteigen [Baroudi et al., 2009], dieser Wert wird allerdings kontrovers diskutiert [Leprince et al., 2010]. Somit besteht die Möglichkeit, dass Polymerisationslichtgeräte durchaus hohe Temperaturanstiege erzeugen, die vor allem in tiefen Kavitäten eine Reizung der Pulpa hervorrufen können [Leprince et al., 2010]. Empfohlen wird, in solchen Situationen auf einen „Low-Power-Modus“ umzuschalten oder bewusst einen größeren Abstand des Lichtaustrittsfensters zu wählen, wobei bei beiden Maßnahmen die Belichtungszeit verlängert werden muss, um auf die benötigte Belichtungsdosis zu kommen. Der Hitzeentwicklung kann auch mithilfe eines Luftstroms durch die Mehrfunktionsspritze oder den Suktor zur Kühlung entgegengewirkt werden [Price, 2014].

Bei der Lichthärtung in Gingivanähe ist zu bedenken, dass das rote Gewebe die Wellenlängen des blauen Lichts besonders gut absorbiert und es daher dort zu stärkerer Hitzeentwicklung kommen und sogar zu Verbrennungen der Gingiva führen kann.

Energiestrahlprofil

Ebenso wichtig wie das Emissionsspektrum ist allerdings auch das sogenannte Energiestrahlprofil (englisch: Beam Profile), die Verteilung der Bestrahlungsstärke und – bei Geräten mit unterschiedlichen LEDs – der Wellenlängen auf der Fläche des Lichtaustrittsfensters. Es kann mithilfe von Spezialgeräten erfasst und dreidimensional dargestellt werden [Price et al., 2015; Shimokawa et al., 2017; Rocha et al., 2017]. In den Abbildungen 7 und 8 sind verschiedene Beam Profiles dargestellt, woraus ersichtlich wird, wie sehr der Durchmesser des Lichtaustrittsfensters und die gleichmäßige Verteilung der Bestrahlungsstärke Einfluss nehmen können auf die Lichthärtung in Standard-Kavitäten. Je nach Positionierung des Lichtaustrittsfensters werden die verschiedenen Bereiche der Kavität mit unterschiedlichen Belichtungsdosen bedacht [Price et al., 2014]. Dabei ist zu beachten, dass die inhomogene Lichtverteilung durch eine ausreichend verlängerte Belichtungszeit ausgeglichen werden kann.

Ein ungleichmäßig verteiltes Energiestrahlprofil kann bei der Messung der Lichtintensität akzeptable Werte vortäuschen, da die Sensoren der Lichtmessgeräte (siehe unten) integral messen und einzelne Peaks extrem hoher Intensität und Bereiche geringer Intensität nicht unterscheiden können. Das ist vor allem bei den preiswerten China-Import-Lichtgeräten der Fall.

Eine kürzlich durchgeführte Studie [Shimokawa et al., 2019] untersuchte den Einfluss verschiedener Lichtgeräte und die Belichtungszeit auf die Mikrohärte als Grad der Aushärtung in Bulk-Fill-Kompositen in standardisierten MOD-Kavitäten mit 4,5 mm tiefen approximalen Kästen an Molaren (Abbildung 9). Gemessen wurden die Durchmesser des Lichtaustrittsfensters, die Intensitäten, die Bestrahlungsstärke, die Emissionsspektren und das Beam Profile von Single-Peak- und Multi-Peak-Lichtgeräten. Die Resultate zeigen, dass selbst für Lichtgeräte mit großen Durchmessern der Lichtaustrittsfenster und homogener Verteilung der Lichtintensität signifikante Unterschiede in der Aushärtung zwischen den okklusalen und den approximalen Anteilen der Bulk-Fill-Füllung bestehen.

Lichtgeräte mit großen Durchmessern des Lichtaustrittsfensters zeigen bei einer Belichtungszeit von 20 s die höchsten Härtewerte. Es kommt aber nur wenig Bestrahlungsstärke an den Böden der approximalen Kästen an, so dass die Autoren längere Belichtungszeiten empfehlen und die Anwendung jeweils für jeden Approximalbereich.

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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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