Zähne sind weiß und undurchsichtig, zumindest für sichtbares Licht. Deshalb benutzt Daniel Fried von der Dental School der University of California Licht im unsichtbaren infraroten Bereich. Das Ziel des Physikochemikers aus San Francisco ist, Zähne genau zu durchleuchten und damit Karies so früh wie möglich zu erkennen:
Die Industrie entwickelt sich in eine neue, mehr Zahn erhaltende Richtung, bei der Karies frühzeitig gefunden wird. Man kann dann darauf verzichten, zu bohren. Denn wir wissen, dass wir die erkrankte Region zurückbilden können, wenn wir sie mit Fluoriden behandeln. Dann remineralisiert sie und wird sehr resistent.
Heute benutzen die Ärzte Röntgenstrahlung zur Früherkennung. Wo der Zahn Karies hat, demineralisiert er, seine Dichte wird etwas kleiner und lässt etwas mehr Strahlung durch. Doch der Unterschied zu gesundem Gewebe ist gering und damit auch die Empfindlichkeit der Röntgendiagnose. Deshalb sieht der Arzt die Kariesstellen oft erst dann, wenn sie sich vom Zahnschmelz, der den Zahn umgibt, zum inneren Zahnbein hindurch gefressen haben. Das ist mit infrarotem Licht anders, so Fried:
Wir haben mit Infrarotlicht beobachtet, dass sich bei zunehmender Demineralisierung Poren bilden und dass die das Licht sehr stark streuen. Es sieht also so aus, dass wir so einen sehr viel höheren Kontrast zwischen gesundem und krankem Zahnschmelz erreichen als mit Röntgenstrahlen. Das ist sehr vorteilhaft, denn je größer der Kontrast ist, umso höher ist die Empfindlichkeit und man kann Karies in früherem Stadium erkennen, wenn er noch auf den Zahnschmelz begrenzt ist.
Das Gerät befindet sich noch in der Entwicklung. Doch Daniel Fried ist zuversichtlich, dass es in einigen Jahren in die Zahnarztpraxen Einzug halten kann.
Allerdings erfüllen auch die Infrarotbilder nicht alle Wünsche der Ärzte. Denn so gut sie Karies im Zahnschmelz zeigen - im Zahnbein, dem Dentin, funktioniert es nicht. Denn das streut das Infrarotlicht und ist deshalb nicht transparent. Die mögliche Lösung heißt Terahertzstrahlung. Tera steht für Billionen, die Frequenz liegt also im Bereich von einem bis einigen Billionen Hertz. Das ist etwa ein Zehntel der Frequenz des infraroten Lichts und zirka ein Hundertstel der des Sichtbaren, so Daniel Fried:
Sowohl der Zahnschmelz als auch das Zahnbein sind bei Terahertzfrequenzen transparent. Diese Art von Strahlung hat das Potential, durch beide hindurchzuschauen. Die Frage ist, wie stark sich gesundes und erkranktes Gewebeunterscheiden, und ich denke nicht, dass das gut untersucht ist.
Deshalb hat Daniel Fried seine Versuchszähne nach Berlin zum Elekronenspeichering Bessy geschickt. Dort werden Elektronen auf einer Kreisbahn mit etwa 80 Metern Durchmesser entlang gejagt. Dabei erzeugen sie Terahertzstrahlung mit der weltweit besten Qualität. Ulrich Schade benutzt sie für seine Experimente:
Ich ziehe mir mal Handschuhe an. Sie sehen hier ein Zahnprobe, und an dieser Stelle an der Seite ist ein etwa einen Millimeter durchmessendes Loch hineingebohrt und mit Hydroxyapatit gefüllt.
Das Hydroxyapatit simuliert die Karies. Der Physiker bringt den Zahn an seiner so genannten Nahfeldoptik an. Sie quetscht die Terahertzstrahlen durch einen Trichter mit einer sehr kleinen Öffnung. Der größte Teil des Lichts wird dabei reflektiert, doch was durchkommt bildet einen Spot der kleiner ist als ein Zehntel Millimeter. Mit diesem Spot fährt Ulrich Schade den Zahn Punkt für Punkt ab und misst, was an der anderen Seite heraus kommt.
Wir haben jetzt von der Seitenfläche die Zähne bildhaft dargestellt mithilfe der Terahertzstrahlung und können im Terahertzbild bei bestimmten Wellenlängen unterscheiden zwischen dem simulierten Karies und zwischen dem Zahnschmelz, dem Dentin.
Ein guter Anfang. Doch bis in die Zahnarztpraxis ist es für die Terahertzstrahlen noch ein sehr weiter Weg. Als nächstes untersuchen die Forscher den Kontrast genauer, suchen die Frequenz, die am besten geeignet ist. Danach müssen sie kleine und preisgünstige Strahlungsquellen entwickeln. Denn einen Elektronenspeichering kann sich kein Zahnarzt in die Praxis stellen.
Die Industrie entwickelt sich in eine neue, mehr Zahn erhaltende Richtung, bei der Karies frühzeitig gefunden wird. Man kann dann darauf verzichten, zu bohren. Denn wir wissen, dass wir die erkrankte Region zurückbilden können, wenn wir sie mit Fluoriden behandeln. Dann remineralisiert sie und wird sehr resistent.
Heute benutzen die Ärzte Röntgenstrahlung zur Früherkennung. Wo der Zahn Karies hat, demineralisiert er, seine Dichte wird etwas kleiner und lässt etwas mehr Strahlung durch. Doch der Unterschied zu gesundem Gewebe ist gering und damit auch die Empfindlichkeit der Röntgendiagnose. Deshalb sieht der Arzt die Kariesstellen oft erst dann, wenn sie sich vom Zahnschmelz, der den Zahn umgibt, zum inneren Zahnbein hindurch gefressen haben. Das ist mit infrarotem Licht anders, so Fried:
Wir haben mit Infrarotlicht beobachtet, dass sich bei zunehmender Demineralisierung Poren bilden und dass die das Licht sehr stark streuen. Es sieht also so aus, dass wir so einen sehr viel höheren Kontrast zwischen gesundem und krankem Zahnschmelz erreichen als mit Röntgenstrahlen. Das ist sehr vorteilhaft, denn je größer der Kontrast ist, umso höher ist die Empfindlichkeit und man kann Karies in früherem Stadium erkennen, wenn er noch auf den Zahnschmelz begrenzt ist.
Das Gerät befindet sich noch in der Entwicklung. Doch Daniel Fried ist zuversichtlich, dass es in einigen Jahren in die Zahnarztpraxen Einzug halten kann.
Allerdings erfüllen auch die Infrarotbilder nicht alle Wünsche der Ärzte. Denn so gut sie Karies im Zahnschmelz zeigen - im Zahnbein, dem Dentin, funktioniert es nicht. Denn das streut das Infrarotlicht und ist deshalb nicht transparent. Die mögliche Lösung heißt Terahertzstrahlung. Tera steht für Billionen, die Frequenz liegt also im Bereich von einem bis einigen Billionen Hertz. Das ist etwa ein Zehntel der Frequenz des infraroten Lichts und zirka ein Hundertstel der des Sichtbaren, so Daniel Fried:
Sowohl der Zahnschmelz als auch das Zahnbein sind bei Terahertzfrequenzen transparent. Diese Art von Strahlung hat das Potential, durch beide hindurchzuschauen. Die Frage ist, wie stark sich gesundes und erkranktes Gewebeunterscheiden, und ich denke nicht, dass das gut untersucht ist.
Deshalb hat Daniel Fried seine Versuchszähne nach Berlin zum Elekronenspeichering Bessy geschickt. Dort werden Elektronen auf einer Kreisbahn mit etwa 80 Metern Durchmesser entlang gejagt. Dabei erzeugen sie Terahertzstrahlung mit der weltweit besten Qualität. Ulrich Schade benutzt sie für seine Experimente:
Ich ziehe mir mal Handschuhe an. Sie sehen hier ein Zahnprobe, und an dieser Stelle an der Seite ist ein etwa einen Millimeter durchmessendes Loch hineingebohrt und mit Hydroxyapatit gefüllt.
Das Hydroxyapatit simuliert die Karies. Der Physiker bringt den Zahn an seiner so genannten Nahfeldoptik an. Sie quetscht die Terahertzstrahlen durch einen Trichter mit einer sehr kleinen Öffnung. Der größte Teil des Lichts wird dabei reflektiert, doch was durchkommt bildet einen Spot der kleiner ist als ein Zehntel Millimeter. Mit diesem Spot fährt Ulrich Schade den Zahn Punkt für Punkt ab und misst, was an der anderen Seite heraus kommt.
Wir haben jetzt von der Seitenfläche die Zähne bildhaft dargestellt mithilfe der Terahertzstrahlung und können im Terahertzbild bei bestimmten Wellenlängen unterscheiden zwischen dem simulierten Karies und zwischen dem Zahnschmelz, dem Dentin.
Ein guter Anfang. Doch bis in die Zahnarztpraxis ist es für die Terahertzstrahlen noch ein sehr weiter Weg. Als nächstes untersuchen die Forscher den Kontrast genauer, suchen die Frequenz, die am besten geeignet ist. Danach müssen sie kleine und preisgünstige Strahlungsquellen entwickeln. Denn einen Elektronenspeichering kann sich kein Zahnarzt in die Praxis stellen.