Kieferknochen schneiden und bohren mit Fräsen, Bohrern, Laser und Piezotomen

In den letzten Jahren wurden chirurgische Geräte zum Schneiden und Bohren von Kieferknochen entwickelt und in die Praxis eingeführt. In Teil 1 (DENTALE IMPLANTOLOGIE März 2018) wurden die Grundlagen und Unterschiede der Technologien zum Knochenschneiden erläutert. In der Mai-Ausgabe (Teil 2) wurde der aktuelle Stand der Technik einer kritischen Überprüfung unterzogen. Im vorliegenden abschließenden Artikel folgt nun die ausführliche Diskussion der Ergebnisse, abgerundet mit praxisrelevanten Empfehlungen für den klinisch tätigen Implantologen.

In allen Bereichen der Chirurgie werden traditionelle althergebrachte Operationsmethoden und Operationsinstrumente zunehmend von modernen minimalinvasiven Verfahren mit neu entwickelten Operationsinstrumenten ersetzt. In der Herz-, Lungen- und Bauchchirurgie können auf diese Weise große klaffende Hautschnitte zur Eröffnung der Körperhöhlen durch minimalinvasive endoskopische Verfahren ersetzt werden, was zu einer dramatischen Verbesserung der Überlebensraten und Operationserfolge geführt hat.

Diskussion

Das medizinisch-ethische Diktat und die ärztegesetzliche Verpflichtung des „nihil nocere“ („Schade niemandem“) gilt auch für den an Kliniken tätigen oder niedergelassenen Zahnarzt, Oral- und Kieferchirurgen. Dabei muss gewährleistet werden, dass neue Technologien auch tatsächlich bewiesene (evidenzbasierte) signifikante und im täglichen Einsatz messbare Verbesserungen für den Patienten bringen, was den Prozentsatz der Operationserfolge und die Reduktion des Leids betrifft.

Vor allem die niedergelassene KollegInnenschaft steht hier im Spannungsfeld zwischen der gesetzlichen Verpflichtung zum Fortschritt („state of the art“, „Goldstandard“), dem Bestreben der Dentalindustrie möglichst viele (und teure) mehr oder minder „fortschrittliche“ Medizinprodukte zu verkaufen und den ökonomischen Aspekten (Kosten versus „return of investment“) der Betriebsführung und Investition in den eigenen „Betrieb“ (Praxis) und die Fortbildung. Der grundlegende Wechsel von althergebrachten und gewohnten rotierenden Instrumenten zu Lasern oder Piezotomen muss daher wohl überlegt werden.

Lasersysteme wurden bereits im vorigen Jahrtausend erfolgreich in fast allen chirurgischen Disziplinen eingeführt und sind in vielen Bereichen der Weichgewebschirurgie dem klassischen Skalpell weitaus überlegen, da sie ein kontaktloses Schneiden oder Abtragen von Weichgewebsschichten mit hoher Präzision ermöglichen und der Laser-Hitzestrahl gleichzeitig eine optimale Blutstillung durch Hitzekoagulation ermöglicht. Die gewebeschneidenden Lasertypen (z. B. Er:YAG, Nd:YAG, CO₂) sind in den allgemeinmedizinischen chirurgischen Fächern hierbei die Gleichen, die auch für die Zahnheilkunde, Oral- und Kieferchirurgie vermarktet und an den Schleimhäuten der Mundhöhle erfolgreich zum Schneiden von Weichgewebe angewendet werden (z. B. Implantatfreilegung, Frenulum-OP, Fibromentfernung, Gingivektomien etc.).

In den letzten Jahren wurde auch der Einsatz von Lasern (Er:YAG, Er,Cr:YSSG) in der Therapie der immer stärker zunehmenden Notwendigkeit einer Behandlung von Periimplantitis diskutiert (Abb. 9), jedoch mangelt es dieser Therapieform an klinischer Evidenz erfolgreicher zu sein als andere vorgeschlagene Therapieformen [143]. Oft bedenkt der Kliniker auch nicht, dass Laser nicht gleich Laser ist und die mittlerweile nur schwer überblickbare Zahl an unterschiedlichen Lasersystemen mit unterschiedlichen Wellenlängen (CO2-, Dioden-, Nd:YAG-, Er:YAG-, Er,Cr:YSGG-, Hol:YAG-, experimentelle Femtosekunden- und Excimer-UV-Laser, Abb. 10A) und Energiedichten völlig unterschiedliche Wirkungsweisen besitzen, noch keine evidenzbasierten klinischen Vorteile vorweisen können und hohe Investitionskosten verursachen (ab 40.000,- Euro aufwärts).

Lasersysteme zum Knochenschneiden basieren zwar auf nur wenigen Laserlicht-Wellenlängen (CO₂, Er:YAG, Er,Cr:YSSG, Hol:YAG, Abb. 10A), jedoch ist die Datenlage bezüglich evidenzbasierter tatsächlicher Vorteile in der klinischen Praxis mehr als zweifelhaft. In allen untersuchten Studien, die seit dem Jahr 2006 publiziert wurden, lassen die Autoren präzise Informationen über die physikalischen Parameter der in den Studien verwendeten Laser bis auf die Wellenlänge gänzlich vermissen (z. B. exakte Brennpunktweite, Einhalten des präzisen Brennpunktabstandes während des Knochenschnitts, Energiedichte im Brennpunkt, Dauer, Frequenz und Amplitudenqualität der Laserpulse, Kühlmittel-Flussrate etc.). Dies legt den Schluss nahe, dass die Autoren möglicherweise die Komplexität der Laserphysik und die Interaktionen des Laserstrahls mit verschiedenen Körpergeweben nicht vollständig durchdrungen haben. Möglicherweise können die von Physikern bereits ermittelten optimalen Laser-Einstellungsparameter (Abb. 10B) für das Schneiden von Knochen (standardisierte Parameter) technisch noch gar nicht in käuflichen Medizingeräten umgesetzt werden.

Ein zweites Problem bei Lasersystemen ist die Übertragung des Laserstrahls (=infraroter Lichtstrahl) vom Entstehungsort zur Knochenoberfläche. Spiegel-, Linsensysteme oder Licht-Hohlwellenleiter müssen hochpräzise justiert sein, um die notwendige Energiedichte auf einem möglichst kleinen Brennpunkt zu konzentrieren, damit die für das kontaktlose Schneiden von Knochen notwendigen Parameter für die Photodisruption und Photoablation des Knochens (Abb. 10B „Desired effects for bone cutting“ grün) einzuhalten sind. Verschmutzte Spiegel- oder Linsensysteme, aber vor allem das Fehlen jeglicher optischer oder mechanischer Vorrichtungen zur Einhaltung des korrekten Arbeitsabstandes des Laserhandstückes zum Knochen in der Hand des Chirurgen, führen zu einer Defokussierung (Streuung) des Laserbrennpunktes am Knochen, damit zu einem Unterschreiten der optimalen Energiedichte für einen schonenden kontaktlosen Knochenschnitt und dem Auftreten der unerwünschten Eigenschaften des Laserstrahls am Knochen (Hitzenekrosen, Karbonisation; Abb. 10B: „undesired effects for bone-cutting“).

Fiberoptische Laserapplikatoren (Quarzfasern) könnten zwar das Problem der Einhaltung des exakten Arbeitsabstandes zur Knochenoberfläche beheben (die Quarzfaser bleibt stets mechanisch in Kontakt zur Knochenoberfläche), jedoch verhindern bei diesem Laser-Kontakt-Schneiden durch die Laserhitze koagulierte Weichgewebsreste (Periost, Bindegewebe) an der Spitze einen präzisen Brennpunkt und führen erneut zu einer Defokussierung (Streuung) des Laserstrahls (Abb. 3) mit einem Energieabfall in den Bereich unerwünschter Lasereffekte (Abb. 10B).

Vor jeder Operation sollte die Quarzfaser auch mit speziellen Instrumenten unter dem Mikroskop exakt eben beschnitten werden, um einen optimalen Fokus zu erzielen. Durch den photoakustischen Effekt (120 dB Schalldruck) und die sich explosionsartig ausbreitenden Kavitationsblasen supererhitzten Wassers kommt es jedoch bereits während des Knochenschnitts zu Splitterungen der Quarzfaser und somit zu einer unvermeidbaren Defokussierung des Laserstrahls. Diese bisher für den praktischen klinischen Einsatz ungelösten technischen Probleme sind möglicherweise dafür verantwortlich, dass die Ergebnisse der untersuchten experimentellen und klinischen Studien selbst für einen einzigen Lasertyp (Er:YAG) höchst widersprüchlich sind und die meisten Studien im Vergleich zu rotierenden Instrumenten von substantiellen hitzeinduzierten Knochennekrosen berichten. Neben diesen in Zukunft möglicherweise lösbaren technischen Problemen von Lasern steht für den praktisch tätigen Kliniker jedoch ein noch wichtigerer Aspekt im Vordergrund, der Laser zum Knochenschneiden als denkbar ungeeignet erscheinen lassen: der Weichgewebs-Schutz. Bereits das unbeabsichtigte Betätigen des Fußschalters, wenn das Laserhandstück noch nicht exakt auf das Operationsgebiet ausgerichtet ist, kann zu schweren Verletzungen von Mundschleimhäuten führen. Es gilt zu bedenken, dass der schneidwirksame Laserstrahl unsichtbar ist und sich geradlinig in Luft unbeschränkt ausbreitet.

Da schneidende Laserstrahlen Weichgewebe schneller durchtrennen als Knochen, ist die Anwendung von „Knochen-Lasern“ (mit einer höheren Energiedichte als reine Weichgewebslaser) in der Nähe kritischer Weichgewebsstrukturen (N.mandibularis, N.mentalis, N.infraorbitalis, N.lingualis, Schneider‘sche Membran, A. facialis, A.palatina, A.lingualis ) vor allem für Novizen absolut kontraindiziert zumal Laser (=Hitzelichtstrahl) – wie hier bereits mehrfach angeführt – nicht die geringste Kontrolle der Osteotomietiefe zulassen.

Der für den klinischen Routineeinsatz noch nicht vollständig ausgereiften komplexen Lasertechnologie steht die Technologie der ultraschallchirurgischen Instrumente gegenüber, die bereits von der grundlegenden Konstruktionsweise einem präzise bekannten, erforschten und konstruktionstechnisch umsetzbaren physikalischen „Korsett“ unterliegen:

Die Frequenz der zwingend linearen (rein geradlinigen) Oszillationen (präzisen zweidimensionalen Schwingungen) muss zwischen 26.000 und 36.000 Schwingungen pro Sekunde (!) liegen (26-36 kHz) und die modulierte Schwingungsweite („Knochen-Feedback-Amplitude“) zwischen 60 und 200 ?m (0,06 – 0,2 mm) je nach Knochenqualität im Osteotomiegebiet. Nur in dieser Oszillationsbandbreite können die Arbeitsspitzen von Piezotomen für das Schneiden und Bohren von Knochen, Weichgewebe nicht verletzen (nicht schneiden) und den optimalen Kavitationseffekt zum präzisen Aufbrechen der Hydroxylapatit- Kristalle des Knochens bereitstellen. Der Kavitationseffekt basiert bei Piezotomen im Gegensatz zu Lasern nicht auf supererhitzten mikroskopischen Wasserdampfblasen, sondern Unterdruck- Gasblasenbildung bei Körpertemperatur (Abb. 6).

Die Gefahr von Hitzenekrosen des Knochens besteht (wie bei Fräsen und Bohrern) nur, wenn der Chirurg die vorgeschriebenen Kühlmittel- Flußraten unterschreitet (Bedienungsfehler), die Arbeitsspitzen (wie bei Fräsen und Bohrern) mit zu hohem Druck auf den Knochen aufgesetzt werden oder falsch konstruierte ultraschallchirurgische Geräte unbekannter Hersteller ohne Expertise in der Ultraschalltechnologie verwendet werden. Ansonsten berichten nahezu alle experimentellen und klinischen Studien von signifikant geringeren thermischen Nebenwirkungen im Vergleich zu rotierenden Instrumenten. Die Umstellung von hohen Handkräften zum Aufsetzen und präzisem Halten von Handstücken für rotierende Instrumente auf die Handhabung von Piezotomen mit nur geringem Druck kann allerdings sehr schnell und ohne großen zeitlichen Aufwand erlernt werden, wie diesbezügliche Studien berichten. Auch betragen die Investitionskosten für Piezotome (Anschaffung und Einschulung) nur einen Bruchteil der Kosten für Lasersysteme (ab 8.000 Euro).

Ultrastrukturell-morphologisch erzielen Piezotome wie Laser vergleichbar präzise und saubere Knochenschnitte ohne Mikrofragmentierung, wie sie rotierende Instrumente verursachen. Jedoch bieten nur Piezotome beim Knochenschneiden den geringstmöglichen Knochenverlust (Abb. 1) und eine wissenschaftlich zweifelsfrei abgesicherte bessere Knochenheilung.

Wie Laser geben auch Piezotome dem Oral- und Kieferchirurgen erstmals die Möglichkeit in die Hand, präzise und dreidimensional gekrümmte Osteotomien durchzuführen. Allerdings sind für Laser die wissenschaftlich abgesicherten Indikationen noch sehr beschränkt während Piezotome vielerorts bereits alle rotierenden Instrumente ersetzt haben. Der nahezu verlustfreie präzise und krümmbare Knochenschnitt mit Piezotomen ermöglichte auch die Entwicklung völlig neuer minimalinvasiver Operationstechniken in der Implantologie, Oral- und Kieferchirurgie (Abb. 11-13). Die Technik wird auch zunehmend in der HNO-, kosmetischen und Neurochirurgie eingesetzt, da auch in diesen Fächern Piezotome der Forderung von Klinikern nach höchstmöglicher Weichgewebsschonung und geringstmöglicher intra-und postoperativer Patientenmorbidität gerecht werden.

Fazit

Die Lasertechnologie benötigt noch große Anstrengungen in der technischen Entwicklung, der Präzisierung von technischen und Anwendungsparametern und klinischer Studien, um für sich mögliche Vorteile gegenüber klassischen rotierenden Instrumenten geltend machen zu können. Ob der völlig fehlende Weichgewebsschutz und die fehlende Tiefenkontrolle von Osteotomien bei Knochenschnitten mit Lasern technisch gelöst werden können ist zurzeit nicht absehbar.

Piezotome dagegen haben sowohl in experimentellen als auch umfassenden klinischen Studien, nicht nur in der Oral- und Kieferchirurgie sondern auch in anderen chirurgischen Fächern der Allgemeinmedizin, mit signifikanter Evidenz bewiesen, dass im Vergleich zu rotierenden Instrumenten präzisere und knochenverlustfreie (und auch gekrümmte) Knochenschnitte möglich sind. Die Knochenheilung wird signifikant verbessert und die Patientenmorbidität signifikant reduziert. Erst der Einsatz von Piezotomen hat die Entwicklung von neuen und minimalinvasiven Operationstechniken ermöglicht. Nach dem heutigen Wissensstand und auf Basis dieser aktuellen kritischen Überprüfung des Standes der Technik scheinen sich Piezotome als neuer Goldstandard für alle Osteotomieformen in der Oral- und Kieferchirurgie etabliert zu haben.

Weiterführende Links