Und es werde Licht
Untersuchung zur Lampenintensität
Zu den Standardanwendungen in der Zahnarztpraxis zählt die Lichtpolymerisation von Füllungsmaterialien und anderen zahnmedizinischen Komponenten. Dieser Beitrag beleuchtet den oftmals unterschätzten Stellenwert der Lichtpolymerisation im Praxisalltag.
Eine langlebige und damit erfolgreiche Restauration benötigt nicht nur ein qualitativ hochwertiges Füllungsmaterial, sondern stellt vor allem auch ganz bestimmte Anforderungen an die Polymerisationslampe. Die erfolgreiche Aushärtung trägt zu etwa 50 % zum Erfolg der gesamten Restauration bei [1], weshalb die regelmäßige Überprüfung und Wartung der Lampe grundlegender Bestandteil im Praxisablauf und auch Teil des Qualitätsmanagements sein sollte. Im Rahmen von rund 1.500 Messungen über einen Zeitraum von vier Jahren in Zahnarztpraxen in Deutschland wurden die Zahnärzte auch befragt, welche Fragestellungen sie im Bezug auf die Lichtpolymerisation am meisten beschäftigt. Dabei wiederholten sich die folgenden sechs Fragen am häufigsten:
- Welche Leistung besitzt meine Lampe in der Tiefe der Kavität?
- Wie viele Sekunden muss ich mein Füllungsmaterial mit meiner Lampe aushärten?
- Kann ich die vom Hersteller vorgegebenen Aushärtezeiten mit meiner Lampe verkürzen?
- In welchem Ausmaß nimmt die Leistung meiner Lampe über die Jahre ab?
- Besteht mit meiner Lampe während der Aushärtung die Gefahr einer Überhitzung des umliegenden Gewebes? Wenn ja, ab welchem Zeitpunkt der Aushärtung?
- Besitzt meine Lampe tatsächlich (noch) die Leistung, die der Hersteller angibt?
Gemeinsam mit BlueLight Analytics Inc., einer kanadischen Firma, die auf die Lichthärtung von Dentalmaterialien spezialisiert ist, hat der Medizinproduktehersteller VOCO aus Cuxhaven in Deutschland einen Vor-Ort-Service für Zahnarztpraxen aufgebaut und etabliert, um den Einfluss der Lichtpoly‧merisation auf die Qualität von Behandlungsergebnissen in der Zahnheilkunde evaluieren zu können.
Material und Methode
Die in den vergangenen vier Jahren erhobenen Daten basieren auf Messungen mit dem checkMARC. Beim checkMARC handelt es sich um ein tragbares Spektrometer von der Größe eines Taschenbuchs, das in jeder Praxis zum Einsatz kommen kann und Ergebnisse wie der etablierte Standard der Ulbricht-Kugel liefert [2]. Somit stellt das checkMARC Spektrometer eine deutliche Abgrenzung zu den häufig in den Praxen eingesetzten Handradiometern dar, die die Intensität einer Lampe nur empirisch mit einer relativ hohen Ungenauigkeit bestimmen können.
checkMARC wird durch eine App bedient und berücksichtigt bei den Messungen nicht nur die in der Praxis verwendeten Lampen in deren verschiedenen Intensitätsmodi, sondern auch die verwendeten lichthärtenden Dentalmaterialien. ‧Dazu sind neben allen aktuellen lichthärtenden Verbrauchsmaterialien sämtliche derzeit und in der Vergangenheit erhältlichen Lampenmodelle in der App in einer Datenbank hinterlegt. Der Nutzer kann so auf seine Lampe und seine Materialien zugreifen und dadurch stets sein individuelles Behandlungsszenario nachstellen.
Messung in zwei Abschnitten
Die Messung der Intensität einer Lampe erfolgt in zwei Abschnitten. Zunächst wird die Intensität bestimmt, die die Lampe direkt am Lichtaustrittsfenster ausstrahlt. Das entspricht einem Abstand von 0 mm zur Restauration, der Lichtleiter würde also direkt auf der Restauration aufliegen. Die kli‧nische Realität zeigt jedoch, dass die Aushärtung in den seltensten Fällen direkt auf der Füllung erfolgen kann. Die Anatomie des Zahnes oder der Zugang mit der Lampe bzw. dem Lichtleiter zum Zahn oder die Kombination aus beidem stellt nahezu immer eine Herausforderung bei der Aushärtung dar. Hinzu kommt, dass ein Abstand von 0 mm zur Restauration generell nur bei der letzten Schicht Komposit in Frage kommen kann. Durch die Tiefe einer Kavität ergibt sich immer der Umstand, dass das Licht der Lampe im Verlauf der Füllungs‧legung Distanzen überwinden muss, um so das Adhäsiv und die ersten Schichten einer Restauration verlässlich auszuhärten. Die Tiefe der Kavität wird durch die gelegten Inkremente im Verlauf sukzessive verringert, dadurch verkleinert sich natürlich auch die für das Licht zu überbrückender Distanz, die am Ende dann leicht über 0 mm liegen wird (Abb. 1a und b).
checkMARC führt daher eine zweite Messung der Lampe durch, bei der ein klinisch relevanter Abstand zur Restauration durch einen Acryl-Zahn mit einer Klasse-I-Kavität (6 mm breit, 6 mm tief) simuliert wird. Der Acryl-Zahn wird dabei auf den Sensor des checkMARC Spektrometers gelegt, so dass sich für die Messung eine Distanz von 6 mm zwischen Lampe und Restauration ergibt („klinisch relevanter Abstand“). Das Ergebnis dieser zweiten Messung ist dann auch die Referenz für die Darstellung der Aushärtezeiten der verwendeten Füllungsmaterialien in Abhängigkeit der Lampe, nicht etwa die Ergebnisse der Messung bei 0 mm. Die Ergebnisse der Messung bei 0 mm entsprechen vielmehr der Herstellerangabe hinsichtlich der Intensität der entsprechenden Lampe. Für die Einordnung und Klassifizierung einer Lampe sind die Herstellerangaben grundlegend notwendig und natürlich auch sinnvoll. Für die Abschätzung der tatsächlichen Performance einer Lampe bedarf es jedoch zusätzlich der Bestimmung der Intensität bei klinisch relevantem Abstand des Lichtaustrittsfensters von der Restauration.
Für eine Vielzahl von Lampen auf dem Markt hat sich gezeigt, dass sich die Intensitäten bei klinisch relevantem Abstand von 6 mm signifikant von den Herstellerangaben (bei 0 mm) unterscheiden. Der große Unterschied, der bis zu 40 % und teilweise sogar mehr beträgt, ist nicht ungewöhnlich und liegt zum einen in den natürlichen physikalischen Gesetzen begründet: Lichtintensität nimmt über die Distanz exponentiell ab. Aber auch die Qualität der verwendeten LED und die mit der Diode einhergehende Technologie, die in der Lampe verbaut ist, spielen eine maßgebliche Rolle. Im Umkehrschluss bedeutet das für den Anwender, dass eine Lampe, die mit einer Intensität von 1200 mW/cm² erworben wurde, diese Intensität nicht überall und vor allem nicht überall gleichmäßig in einer Restauration ausbringen wird. Erschwerend kommt bei der Betrachtung hinzu, dass das Licht in der klinischen Anwendung noch durch das bereits applizierte Komposit hindurch gelangen muss. Dadurch wird es teilweise absorbiert und verliert so nochmals an Intensität. Diesen Umstand berücksichtigt checkMARC jedoch nicht. Alle Messungen mit einem simulierten Abstand zur Restauration erfolgen ohne Füllungsmaterial zwischen Lampe und Sensor, das heißt die Klasse-I-Kavität wird nicht mit Komposit gefüllt. Letztlich fallen die Intensitäten, die checkMARC bei der Messung mit simulierter Kavität bestimmt, entsprechend leicht höher aus, als sie in der Realität tatsächlich sind. Dennoch sind so vergleichende Untersuchungen problemlos möglich.
Basierend auf den Ergebnissen bei einem Abstand von 0 mm und 6 mm berechnet checkMARC die Aushärtezeiten für die zuvor ausgewählten Dentalmaterialien anhand der Vorgaben aus der jeweiligen Gebrauchsinformation. Gleichzeitig gibt checkMARC auch eine Empfehlung für das sogenannte „Wärme‧management“. Das bedeutet, dass es in der Regel einen kritischen Zeitpunkt bei der Aushärtung gibt, ab dem die Lampe durch ihre Temperatur das Gewebe potenziell schädigen kann. Dieser Zeitpunkt liegt bei Lampen mit bevorzugter Leistung (1.000–1.500 mW/cm² laut Herstellerangabe, siehe Hinweiskasten und Referenz [2]) zwischen 12 s und 18 s.
Im Anschluss an eine Messung stellt checkMARC alle Daten und Fakten in einem individuellen Ergebnis-Protokoll dar. Neben den Messergebnissen der Lampe in Relation zu den Herstellerangaben werden dem Anwender seine lichthärtenden Materialien in Abhängigkeit der gemessenen Intensitäten und Gebrauchsinformationen übersichtlich zusammengefasst. Außerdem finden sich Hinweise auf mögliche Verschmutzungen oder Defekte an der Lampe, sowie die Aussage, nach wie vielen Sekunden ein „Wärmemanagement“ zu berücksichtigen ist, das heißt, nach wie viel Sekunden die Lampe zu heiß wird. Neben den enthaltenen wertvollen Informationen für die tägliche Arbeit, dient das checkMARC Protokoll gleichzeitig der Dokumentation im Rahmen des Qualitätsmanagements (Abb. 2).
Die Anzahl der bisher im Rahmen des Vor-Ort-Service mit checkMARC durchgeführten Messungen erlaubt nunmehr ‧eine repräsentative Auswertung der Daten und eine daraus resultierende Darstellung wichtiger Fakten über Polymeri‧sationsgeräte an sich, aber auch über die Lichthärtung im Allgemeinen.
Ergebnisse aus 1.500 Messungen
Bisher haben in Deutschland etwa 500 Zahnarztpraxen mit rund 1.500 Lampen den Vor-Ort-Service in Anspruch genommen. Tabelle 1 enthält die Übersicht der Lampenmodelle, die am häufigsten in den Praxen vorhanden waren. Insgesamt wurden 167 unterschiedliche Lampen gemessen. Die 11 unterschiedlichen Modelle in Tabelle 1 spiegeln mit ihrer Gesamtzahl von rund 700 knapp 50 % aller gemessenen Lampen wider.
| Modell | Hersteller | Anzahl |
|---|---|---|
| Bluephase Style | Ivoclar Vivadent | 133 |
| Bluephase G2 | Ivoclar Vivadent | 109 |
| Elipar S10 | 3M ESPE | 84 |
| Celalux 3 | VOCO GmbH | 76 |
| VALO Cordless | Ultradent | 73 |
| Celalux 2 | VOCO GmbH | 71 |
| BA Optima 10 | BA International | 58 |
| radii-cal | SDI | 52 |
| Elipar DeepCure-S | 3M ESPE | 36 |
| Mini LED (Chair Attachment) | Satelec Acteon Inc. | 30 |
| Elipar DeepCure-L | 3M ESPE | 28 |
| radii plus | SDI | 27 |
| Starlight Pro | Mectron S.p.A. | 27 |
| Woodpecker (LED.B) | Guilin Woodpecker | 26 |
| Translux Wave | Kulzer | 26 |
Um die Wichtigkeit der Performance der eigenen Polymerisationslampe nochmals zu unterstreichen, sind im Diagramm 1 die Intensitäten verschiedener Lampen aus Tabelle 1 dargestellt. Dabei wird je Lampe unterschieden nach
a) Intensität laut Herstellerangaben,
b) gemessene Intensität direkt am Lichtaustrittsfenster (0 mm),
c) gemessene Intensität in der Tiefe der Kavität (6 mm).
Für b) und c) ist im Diagramm der Mittelwert der gemessenen Werte dargestellt. Die zugehörigen Werte inklusive Standardabweichung finden sich in Tabelle 2. Bei Lampen mit der Möglichkeit der Auswahl eines Modus‘ wurde für die Darstellung im Diagramm der jeweilige „Standard-Modus“ gewählt, sodass alle Soll-Intensitäten (Diagramm 1, graue Balken) zwischen 900 und 1500 mW/cm² liegen.
| Modell | Herstellerangabe | 0 mm | 6 mm | ΔI % | n |
|---|---|---|---|---|---|
| VALO Cordless | 900 | 939 (89) | 712 (89) | 24 | 52 |
| Woodpecker (LED.B) | 1100 | 1043 (324) | 617 (214) | 41 | 26 |
| Bluephase Style | 1100 | 1150 (184) | 785 (124) | 32 | 133 |
| Translux Wave | 1200 | 1153 (165) | 683 (140) | 41 | 16 |
| radii-cal | 1200 | 874 (150) | 282 (56) | 68 | 52 |
| BA Optima 10 | 1200 | 1109 (407) | 642 (179) | 42 | 52 |
| Celalux 3 | 1200 | 1112 (88) | 932 (116) | 16 | 76 |
| Elipar S10 | 1200 | 1084 (105) | 882 (125) | 19 | 84 |
| Bluephase G2 | 1200 | 1244 (88) | 976 (92) | 22 | 90 |
| Mini LED (Chair Attachment) | 1250 | 1289 (151) | 495 (118) | 62 | 30 |
| Elipar DeepCure-S | 1470 | 1360 (72) | 1161 (96) | 15 | 36 |
Die Messungen bei einem Abstand von 0 mm (Diagramm 1, blaue Balken) sollten theoretisch die Soll-Intensität laut Hersteller wiedergeben. Das Diagramm zeigt jedoch, dass bei allen untersuchten Lampen Abweichungen auftreten. Diese Abweichungen erfolgen überwiegend in negativer Richtung, was bedeutet, dass die Lampen weniger leisten, als der jeweilige Hersteller vorgibt. Vier der in Diagramm 1 gezeigten Lampen weichen nach oben ab und strahlen daher mit einer höheren Intensität als vom Hersteller angegeben. Der Großteil der Abweichungen beträgt etwa ± 50–100 mW/cm², was nicht signifikant ist. In einem Fall (n=52 Messungen) liegt die Intensität bei 0 mm jedoch mehr als 300 ± 150 mW/cm² unter dem vom Hersteller angegeben Wert.
Weitaus wichtiger ist jedoch die Betrachtung der „klinisch relevanten“ Intensitäten (Diagramm 1, rote Balken). Wie vorab erläutert, muss die Strahlung automatisch über die Distanz abnehmen. Daher spielt die Qualität der verbauten LED bei der letztlich resultierenden klinisch relevanten Intensität umso mehr eine tragende Rolle. Vorausgesetzt das erforderliche Minimum von 500 mW/cm² wird nicht unterschritten, ist ein Abfall der Intensität zwischen 0 mm und 6 mm von bis zu 40 % vertretbar.
Bei genauerer Betrachtung der roten Balken in Diagramm 1 und den zugehörigen Werten aus Tabelle 2 fällt auf, dass das recht harmonische Bild, welches bei den Intensitäten mit 0 mm Abstand noch vorlag, nun zunehmend mehr verzerrt wird und sich signifikante Unterschiede offenbaren. Während der Abfall der Intensität bei fünf der Lampen sehr gute 15–25 % beträgt, weisen weitere vier Lampen einen Abfall auf, der zum Teil mehr als 40 % beträgt. Zwei Lampen weisen sogar einen Abfall von 60–70 % auf. So ist es nicht verwunderlich, dass diese beiden Lampen gleichzeitig die geringste „klinisch relevante“ Intensität leisten. Zusätzlich liegen diese beiden Lampenmodelle auch unter dem Wert der geforderten Mindestintensität von 500 mW/cm² und sollten daher nicht für den klinischen Einsatz verwendet werden.
Schlussfolgerung
Circa 500 Zahnarztpraxen haben mit rund 1500 Lampen innerhalb von vier Jahren an den Messungen teilgenommen. Vorschnell und pauschal werden häufig Misserfolge in der Füllungstherapie auf die Qualität der Dentalmaterialien zurückgeführt. Nicht selten jedoch ist die mangelhafte Aushärtung des Materials die Ursache. Jedoch können dentale Materialien ihre Eigenschaften nicht voll entfalten, wenn sie nicht gewissenhaft angewendet und ausreichend polymerisiert wurden.
Die rund 700 hier vorgestellten Lampen-Messungen erlauben nicht nur einen sehr guten Einblick in die Verteilung verschiedener Modelle in den Praxen in Deutschland, sondern zeigen dabei auch gleichzeitig ganz deutlich, dass
a) die klinisch relevante Intensität aller Lampen signifikant unter der Intensität liegt, mit der eine Lampe im Handel deklariert ist. Dies liegt in den physikalischen Gesetzen aber vor allem in der Qualität der verbauten LED begründet. Anwender dürfen also die Intensität des Herstellers keinesfalls als zu jedem Zeitpunkt der Härtung und an jeder Stelle im Füllungsmaterial bzw. der Kavität als gegeben ansehen.
b) bereits bei der Intensität, die vom Hersteller angegeben wird, geringe bis signifikante Abweichungen auftreten. Hersteller, deren lichthärtende Materialien einen großen Marktanteil besitzen, haben nach Tabelle 2 offensichtlich auch große Expertise auf dem Bereich der Polymerisationslampen und können entsprechend zuverlässige Geräte anbieten.
Um in besonders kurzer Zeit ein schnelles Aushärten von Kompositen zu ermöglichen, werden zunehmend Polymerisationslampen mit einer sehr hohen Intensität entwickelt. Dem entgegen steht jedoch die limitierte Polymerisations-Kinetik der Photoinitiatoren in den Kompositen. Photoinitiatoren können innerhalb einer bestimmten Zeit nur eine begrenzte Energiemenge aufnehmen. Folglich ist ab einer bestimmten Lampen-Intensität die maximale Geschwindigkeit (= minimaler Zeitbedarf) für die initiale Bildung von Radikalen erreicht und somit keine weitere Radikalbildung im Rahmen der Polymerisation mehr möglich [3, 4]. Das bedeutet, dass die bei kurzen Belichtungszeiten auftretenden Effekte nicht mehr durch eine entsprechende Erhöhung der Intensität kompensiert werden können. Zudem geht eine hohe Lichtintensität mit einer hohen Wärmeentwicklung einher, was potenziell zur Schädigung des Pulpa- oder umliegenden Weichgewebes führen kann.
checkMARC in Verbindung mit dem Vor-Ort-Service der VOCO GmbH erlaubt dem Nutzer den aktuell schnellsten und vor allem zuverlässigsten Einblick in die Performance seiner Polymerisationsgeräte. Dadurch trägt checkMARC nicht nur zur Optimierung des eigenen Workflows, sondern auch maßgeblich zur erforderlichen und gesetzlich vorgeschriebenen Qualitätssicherung in der Praxis bei.
Fazit
Das Thema „Lampe und Lichthärtung“ nimmt in der Zahnmedizin einen hohen Stellenwert ein, wird aber in der zahnärztlichen Aus- und Weiterbildung eher vernachlässigt. Daher sind die hier gewonnenen Erkenntnisse über die starken und unerwarteten Varianzen der Intensitäten nicht nur innerhalb einer einzelnen Lampe, sondern auch zwischen den unterschiedlichen Lampenmodellen hervorzuheben und sicher für den Anwender und die Praxis von Bedeutung. Zudem gab es noch nie eine für Polymerisationslampen verpflichtende Überprüfung, vergleichbar mit einer regelmäßigen Hauptuntersuchung für Kraftfahrzeuge durch den TÜV, weshalb die hier gewonnenen Erkenntnisse ein gewisses Maß an Interesse wecken sollen. Auch im Sinne des eigenen Qualitätsmanagements sollte der Zahnarzt genaueste Kenntnis der von ihm verwendeten Polymerisationslampen und deren Eigenschaften besitzen.
Als Unterstützung für den Zahnarzt bietet BlueLight Analytics Inc. in Zusammenarbeit mit VOCO, Cuxhaven in Deutschland seit mehr als vier Jahren einen kostenlosen Vor-Ort Service in der Praxis an, mit dem für den Zahnarzt ‧alle möglichen auftretenden Ungewissheiten bezüglich der Polymerisationslampe ausgeräumt werden können. Interessierte Zahnarztpraxen können sich kostenlos telefonisch an den Kundenservice unter 00800 44 444 555 wenden.
Tipps für die richtige Lampenauswahl
Grundlegend sollten bei der Wahl der Lampe und Durchführung der Lichtpolymerisation gemäß S1-Handlungsempfehlung aus dem Jahr 2016 zunächst drei zentrale Punkte berücksichtigt werden:
- Die vom Hersteller angegebene Lichtleistung soll zwischen 1000 und 1500 mW/cm² liegen,
- Die Aushärtezeit soll 10 s nicht unterschreiten,
- Der Durchmesser des Lichtaustrittsfensters soll nicht geringer als 8 mm sein
Befolgt der Anwender diese drei Kriterien, besteht bereits eine erste solide Basis für eine erfolgversprechende Aushärtung ‧aller derzeit auf dem Markt erhältlichen Dentalmaterialien. Dennoch gibt es weitere Kriterien zu beachten, die für eine zuverlässige Aushärtung ebenfalls berücksichtigen werden sollten.
- Versuchen Sie nicht beim Kauf einer Lampe zu sparen. Auch wenn es in Onlineshops oder auf Messen zahlreiche äußerst verlockende Angebote aus aller Welt gibt, handelt es sich dabei häufig um qualitativ eingeschränkte oder sogar unzureichende Ware. Diese geringere Qualität zeigt sich vor allem in der Verarbeitung, aber auch in einzelnen Bausteinen wie etwa der LED, die natürlich essenziell für den Erfolg der Lampe im Rahmen der Aushärtung ist. Leider sind gerade diese Qualitäts‧unterschiede in der LED nicht direkt auszumachen, denn das Einzige, was für den Anwender zunächst sichtbar ist, ist allein das blaue Licht.
- Kaufen und benutzen Sie nur Lampen mit CE-Zertifizierung, für die der Hersteller eine valide und ausreichende Dokumentation vorhält. Eine verständliche Gebrauchsinformation muss vorhanden sein, ebenso eine ausführliche Übersicht der technischen Spezifikationen der Lampe.
- Stellen Sie sicher, dass Sie das Strahlungsprofil Ihrer Lampe kennen. Namhafte Hersteller stellen Ihnen das Strahlungsprofil ihres Produktes zur Verfügung.
- Stellen Sie sicher, dass Sie nur Lampen verwenden, die ein homogenes Strahlungsprofil aufweisen. Das bedeutet, dass die Intensität der Lampe über die gesamte Fläche des Lichtaustrittsfensters verteilt sein soll. So ist sichergestellt, dass Sie auch wirklich das gesamte Potenzial der Lampe ausnutzen. Andernfalls würden Sie zum Beispiel eine Lampe verwenden, die zwar einen Lichtleiter mit 12 mm Durchmesser besitzt, der aber von der LED gar nicht voll ausgenutzt wird und so letztlich effektiv nur ein 8 mm Durchmesser erreicht werden kann. Das bedeutet, dass Ihnen wichtige Bereiche bei der Aushärtung einer Restauration fehlen werden, weil sie durch den effektiv nur 8 mm großen Durchmesser möglicherweise nicht abgedeckt sind.
- Verkürzen Sie Ihre Aushärtezeiten nur dann, wenn sie zu 100 % sicher sind, welche Intensität Ihre Lampe an jeder Stelle der Restauration leistet, vor allem in der Tiefe! Bindend sind nach wie vor die Zeiten, die der Hersteller basierend auf einer (Hersteller)Intensität vorgibt: zum Beispiel „10 s bei ≥ 1000 mW/cm²„. Abweichungen davon erfolgen immer auf eigenes ‧Risiko. Bedenken Sie, dass die Restauration an ihrer Oberfläche immer hart sein wird. In der Tiefe unter der Oberfläche haben Sie jedoch keine Chance visuell oder mechanisch zu überprüfen, inwieweit die Lichthärtung dort erfolgreich war.
- Im Zweifel gilt: Härten Sie immer doppelt so lange wie vorgegeben, wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Intensität Ihre Lampe tatsächlich zur Verfügung stellt. Bauen Sie bei längerem Aushärten nach 10–15 s eine Pause von 1–2 s ein. So gewährleisten Sie, dass der Zahn und das umliegende Gewebe nicht überhitzen und irreversibel geschädigt werden.
