Title: Ultra-short pulse laser ablation of biological hard tissue and dental restorative materials
Language: English
Authors: Wieger, Verena 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Ultra-Kurz Puls Laser; Erbium Laser; Ablation; Zahnsubstanzen; Komposite; Knochen
ultra-short pulse laser; Erbium laser; ablation; tooth; composites; bone
Advisor: Wintner, Ernst
Issue Date: 2007
Number of Pages: 136
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
In der Medizin werden zur Bearbeitung von biologischem Hartmaterial hauptsächlich mechanische Instrumente wie Bohrer oder Sägen eingesetzt. Allerdings zieht ihre Verwendung verschiedene Nachteile mit sich wie z.B. die Schädigung des angrenzenden Gewebes durch zu hohe Temperatureinwirkung aufgrund von Reibung, das Auftreten einer Schmierschicht sowie zerklüftete und raue Gewebsoberflächen. Darüber hinaus sind ihre Größe und Form oft hinderlich für flexible und geometrisch komplizierte Schnitte.
In den vergangenen Jahrzehnten wurden verschiedene Lasersystem im µs- und sub-µs Pulsbereich, darunter Erbium-Laser, getestet in der Hoffnung die genannten Nebeneffekte zu eliminieren. Mittlerweile haben sich Erbium-Laser in der Zahnmedizin etabliert. Durch ihre Anwendung können die unerwünschten Nebeneffekte reduziert werden. Für die Bearbeitung von Knochen konnten Erbium Systeme noch nicht überzeugen. Einige Autoren sehen Erbium-Laser als hilfreiche chirurgische Instrumente an, andere sind der gegenteiligen Meinung. Unvorteilhafte morphologische Erscheinungen, die u.a. der relativ langen Pulsdauer zuzuschreiben sind, tragen zu dieser Auffassung bei.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von gescannten ultra-kurz Puls Lasern (UKPL) für den Abtrag von biologischem Hartmaterial und Zahnrestaurationsmaterialien. Neben der Bestimmung von relevanten Ablationsparametern wie z.B. Abtrageraten oder Ablationsschwellen wurde die Selektivität des Laserabtrags untersucht und die Morphologie der verbleibenden Gewebsstruktur analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zu herkömmlichen Methoden und zu Erbium-Lasern durch das Zusammenspiel von geeigneten Scan-Algorithmen und optimalen Laserparametern Kavitäten mit wesentlich besserer Qualität erzeugt werden können. Präzise Kavitätengeometrie mit glatten und wohl definierten Rändern, keine Mikrorisse, Verschmelzungen oder Verkohlungen zählen zu den Vorteilen von UKPL. UKPL Ablation birgt das Potential für schmerzfreie Zahnbehandlungen und gute Retention der Kompositfüllung in der generierten Kavität. Knochenpräparationen mit UKPL versprechen bessere Heilungskonditionen, da die native Knochenstruktur durch den Laserabtrag unangetastet bleibt.

Mechanical tools are commonly used for biological hard tissue treatment in medicine. In the past decades many efforts were made to find substitutes for them among laser systems. The reasons therefore are manifold: Friction causes high temperatures that damage the adjacent tissue. A smear layer and very rough surfaces are produced. The size and shape of traditional tools are often unsuitable for geometrically complicated incisions and for minimal invasive treatment. Different laser systems in the µs- and sub-µs-pulse regime, among them Erbium lasers, have already been tested in the hope to overcome the mentioned drawbacks. After some years of research Erbium lasers are nowadays established in dentistry reducing some of the unwanted side effects. For bone surgery some dissensions are still obvious. Although some authors consider Erbium lasers as useful tools in surgery, the results are often not very satisfying or even controversial. The drawbacks considered are e.g. melting, carbonisation and unfavourable cavity shapes. They are mainly due to the long pulse durations of these laser systems. In the present work the applicability of scanned ultra-short pulse lasers (USPL) for biological hard tissue and dental composite removal was tested. Besides the determination of relevant ablation parameters like e.g. ablation rates or ablation thresholds also selectivity of laser treatment was investigated and the morphology remaining after the preparation was analysed. It was shown that cavities with features superior to mechanically treated or Erbium laser ablated cavities can be generated with this innovative method if appropriate scan algorithms and optimal laser parameters are matched. Smooth cavity rims, no micro-cracks, melting or carbonisation and precise geometry are the advantages of scanned USLP ablation. Despite potential painless tooth treatment, good retention of the composite restoration may be achieved.
For bone treatment better healing conditions are expected as the native structure remains unaffected by the preparation procedure.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-19028
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12447
Library ID: AC05033848
Organisation: E387 - Institut für Photonik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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