Berichte & Studien

Instrumente im Überblick

Rotierende Instrumente in der Restauration und Prothetik. Welche Trends Neuentwicklungen gibt es? Worauf kommt es an - bei Antrieb, Spannsystem, Beleuchtung, Kühlung oder Wartung.
Finden Sie hier einen Ratgeber, der Ihnen die Auswahl aus dem großen Starterfeld erleichtert.

Zum Antrieb der Bohrer finden zwei Systeme Verwendung, ein Luftsystem und ein Elektrosystem:

Beim Luftsystem unterscheidet man Turbine und Luftmotor. Bei Turbinen erfolgt der Antrieb des Bohrers direkt über einen Rotor. Dieser Rotor verfügt über einen Impeller, der mit Druckluft beaufschlagt wird. Turbinen erreichen eine Leerlaufdrehzahl von bis zu 330.000 bis 400.000 min-1.

Die Arbeitsdrehzahl liegt bei ca. der Hälfte der Leerlaufdrehzahl, also 150.000 bis 250.000 min-1 je nach Anpressdruck. In diesem Drehzahlbereich wird auch die maximale Leistung von 10 bis 22 Watt erreicht. Der Luftmotor treibt den Bohrer indirekt über ein Übertragungsinstrument das „Winkel- bzw. Handstück“ an.
Der Luftmotor erreicht eine Drehzahl von ca. 25.000 min-1.

Winkelstücke werden in unterschiedlichen Über- und Untersetzungsverhältnissen angeboten. Ein Luftmotor mit 2:1 Untersetzer-Winkelstück erreicht dann eine Bohrerdrehzahl von ca. 12.500 min-1. Elektromotoren erreichen eine Leerlaufdrehzahl von bis zu 40.000 min-1, dies entspricht einer Bohrerdrehzahl von 200.000 min-1 bei 1:5 Winkelstücken.
Die Maximale Leistung liegt bei über 60 Watt und es wird ein Drehmoment von ca. 3 Ncm erreicht.

Instrumente im Überblick

Daher werden elektrisch betriebene Winkelstücke während der Zahnpräparation nicht abgebremst oder gestoppt wenn der Bohrer gegen unterschiedliche Zahnstruktur oder Prothetikmaterialien gedrückt wird. Sie schneiden mit annähernd konstanter Drehzahl unabhängig von der Last.

Der Bohrer wird von Winkelstücken wesentlich besser zentriert als von Turbinen. Das Flattern des Bohrers in einem Winkelstück ist entscheidend geringer als bei Turbinen.

Bessere Zentrierung bedeutet mehr Präzision, weniger Zeitaufwand und geringere Erhitzung der Zahnsubstanz bei der Kavitätenpräparation.
Der Trend zu Elektromotoren begann in Europa. Ein Hauptgrund waren die Schwierigkeiten und Kosten die, die nachträgliche Verlegung von Luftleitungen in bestehenden Gebäuden mit sich brachten.

Es stellte sich heraus, dass Elektroantriebe nicht nur komfortabler zu installieren, sondern auch effizienter in der Handhabung sind.

Einige Jahrzehnte später, nehmen Elektromotoren den höchsten Stellenwert in Europa und Asien ein, auch in Nordamerika werden sie immer populärer. Die Vielzahl von Hand- und Winkelstücken erfüllen sowohl allgemeine als auch klinische Bedürfnisse.
Die meisten Hersteller bieten ein Auswahl von beiden, einige Instrumente wurden entworfen um die meisten Anwendungen in der dentalen Praxis abzudecken, andere wurden auf spezielle klinische Anwendungen abgestimmt.

Die Belastung des Gehörs durch die hochfrequente Geräuschemission der Turbinen wurde über die Jahre zu einem signifikanten Problem. Elektromotoren sind allgemein leiser und angenehmer für das Gehör als Turbinen.

Betrachtet man die Menge der abgetragenen Zahnsubstanz pro Zeiteinheit so ist beim Schleifen mit Wasserkühlung der Elektromotor der Turbine jedoch überlegen. Die Vorteile der Turbine liegen in ihrem einfachen und robusten Aufbau, den geringeren Anschaffungskosten und dem wesentlich geringerem Gewicht.

Während der letzten zwei Jahrzehnte etablierten sich Instrumente mit Licht. Dieses Licht wird meist von Halogenlampen erzeugt, und über Glasstäbe zur Behandlungsstelle geleitet. Die bessere Ausleuchtung der Behandlungsstelle durch Lichtinstrumente ist in allen Bereichen wünschenswert, ja sogar notwendig.

Instrumente mit Licht geben mittlerweile den Standard in der modernen Praxis vor. Eine Neuentwicklung auf dem Gebiet der Lichtinstrumente stellt die Verwendung von LEDs (Light Emitting Diode) dar.

Seit dem Jahr 2007 sind Turbinen mit LED Beleuchtung erhältlich. Durch den Einsatz dieser robusten und schock-resistenten LED-Chips wird eine höhere Lebensdauer und eine bessere Ausleuchtung des Behandlungsfeldes als bei vergleichbaren Halogenlampen erreicht.

Elektrische Antriebe gewinnen nun auch in Nordamerika zunehmend an Bedeutung da die innovativen Entwicklungen in Design, Material, Ergonomie, Drehmoment, Licht die zahnärztliche Praxis besser, schneller und einfacher machen.

Auswahl-Kriterien: Kopftechnologie

Je kleiner der Kopf, desto besser ist der Zugang zur Behandlungsstelle, sowie die Sicht auf diese. Zur Kaufentscheidung sollte nicht nur der Durchmesser und die Höhe des Kopfes berücksichtigt werden, sondern vielmehr die Arbeitshöhe (Kopf + Bohrer).

Die kleinsten Turbinen erreichen eine Arbeitshöhe von etwa 21 mm (bei 19 mm Bohrerlänge). Die Kopfdimensionen dieser Miniaturturbinen liegen bei einem Durchmesser von ca. 10 mm und einer Höhe von ca. 12 mm. Trotz dieser minimalen Abmessungen werden dennoch hohe Leistungen erreicht.

Hygienekopf

Um derartige Anforderungen zu erreichen, werden von manchen Herstellern sogar zwei Impeller in der Turbine verbaut. Der Rotor der Turbine hat die Eigenschaft beim Auslaufen Luft aus der unmittelbaren Umgebung anzusaugen. Es besteht die Gefahr, dass konterminierte Luft angesaugt wird.

Moderne Turbinen verfügen über einen sogenannten Hygienekopf. Beim Hygienekopfsystem wird zum Beispiel über Bypass Kanäle das Ansaugen von Außenluft verhindert.

Drehzahlbereich

Generell ist die Lehrlaufdrehzahl (ca. 400.000 min-1) von Turbinen ein Indikator für die Schnittleistung. Der Vorteil von Elektromotoren liegt ganz klar in der sehr guten Regelbarkeit von Drehzahl und Drehmoment. Bürstenlose Elektromotoren bieten die Möglichkeit die Drehzahl im Bereich von ca. 300 bis 40.000 min-1 zu regeln.

Diese Motoren liefern über den gesamten Drehzahlbereich ein stabiles Drehmoment. Immer mehr Ärzte tendieren in Richtung Elektromotor. Betrachtet man Lebensdauer, Hygiene, Verschleiß und Sterilisierbarkeit, so sind bürstenlose Elektromotoren den Bürstenmotoren vorzuziehen.

FG (friction grip) Spannsystem 1.6 mm

1,6 mm FG-Spannsysteme hochtouriger Instrumente

Aktueller Standard sind Druckknopfspannsysteme. Bei diesem System wird kein Werkzeug zum Bohrerwechsel benötigt. Der Bohrer sollte mit möglichst geringer Betätigungskraft gewechselt werden können.

Die Betätigungskraft darf jedoch auch nicht zu niedrig sein, um ein unabsichtliches Betätigen, durch zum Beispiel Berühren der Wange des Patienten, auszuschließen. Die Haltekraft muss ausreichend sein um den Bohrer auf jeden Fall fest zu spannen.

Ein Verschlucken oder Einatmen eines Bohrers ist für den Patienten lebensbedrohlich. Diese Aufgabe stellt hohe Anforderungen an die Hersteller, da sich bei diesen Geschwindigkeiten enorme Fliehkräfte ergeben. Von Vorteil ist ein einfach und schnell zu bedienendes Spannsystem, welches jedoch ausreichend Haltekraft aufweist, um den Bohrer sicher zu spannen.

Nachrüstbarkeit Elektromotor

Weltweit sind viele Dentaleinheiten nur mit Druckluft und Luftinstrumenten ausgestattet. Eine Stromversorgung und Steuerung für einen Elektromotor ist oft in der Einheit nicht vorhanden. Diese Einheiten können einfach mit einer Table Top Steuerung aufgerüstet werden.

Diese Steuerungen werden an den bestehenden Versorgungsschlauch des Luftinstrumentes angeschlossen. Die Drehzahl kann auch mit den vorhandenen Fußanlasser gesteuert, oder über die Table Top Steuerungen eingestellt werden.

FG (friction grip) Spannsystem 1.6 mm

Spraysystem, Kühlung

Es gibt zwei wesentliche Gründe das Behandlungsgebiet mit Luft und Wasser zu besprühen. Zum einen wird der Zahn gekühlt um eine Überhitzung der Pulpa zu vermeiden, und zum anderen wird das abgetragene Material entfernt um eine einwandfreie Sicht zu gewährleisten.

Studien von Sharon C. Siegel, M.S., D.D.S. und J. Anthony von Fraunhofer, M.S.C., Ph.D., F.A.D.M., F.R.S.C. belegen auch einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Spraykanäle und der Schnittleistung.

Instrumente mit mehreren Spraykanälen zeigen eine deutlich höhere Schnittleistung als Instrumente mit nur einem Spraykanal. Über den Zusammenhang zwischen Spraywassermenge, Düsenanzahl und Temperaturerhöhung der Zahnsubstanz während der Präparation geben Studien von H. H. Martin und H. A. Gleinser, Freiburg Auskunft.

Untersucht wurden Turbinen und Schnelllaufwinkelstücke mit ein-, zwei- und dreifach Spraysystem. Zusammenfassend gelangen diese Studien zu dem Ergebnis: Ein 3-Düsenspraysystem mit 50 ml Spraywasser pro Minute ergibt die geringsten Temperaturerhöhungen. Bei geringerem Wasseranteil, zB 15 ml/min, steigt die Temperatur, auch bei Mehrdüsensystemen, stark an.

Eine Innovation des Jahres 2007 auf diesem Gebiet stellen Instrumente mit 5 Spraykanälen dar. Instrumente mit mehreren Spraykanälen bieten höhere Effizienz, besserer Sicht, weniger Chance eines Versagens bei Verstopfung eines Kanals und mehr Sicherheit für den Patienten. Mehrere Kanäle stellen sicher, dass auch wenn der Nachbarzahn im Weg ist, noch eine ausreichende Kühlung über die verbleibenden Kanäle erfolgt.

Erste Turbine mit LED-Licht

Beleuchtung

Bessere Sicht auf die Behandlungsstelle ist immer erwünscht. In den beengten Platzverhältnissen im Mund, gestört durch eine Vielzahl an dentalen Instrumenten und Händen, sorgt eine Überkopf-Dentalleuchte nur für unzureichende Ausleuchtung. Instrumente mit integrierter Lichtquelle, welche direkt die Behandlungsstelle ausleuchten werden benötigt.

Instrumente mit Halogen-Licht welches über Glasstäbe direkt am Kopf nur wenige Millimeter neben dem Bohrer austritt, haben sich in den letzten Jahrzehnten zum Standard etabliert. Die Ausleuchtung beschränkt sich auf den Nahbereich des Bohrers. Im Jahr 2007 wurden erstmals Instrumente mit LED (Light Emitting Diode) Licht hergestellt. Mit einer Farbtemperatur von 5.000 K und einer Lichtintensität von 25.000 Lux liefern LEDs Licht mit Tageslichtqualität direkt an der Behandlungsstelle.

Durch die Positionierung der LED direkt am Instrumentenkopf wird eine großflächige, diffuse Ausleuchtung des gesamten Behandlungsareals erreicht. Eine Neuheit des Jahres 2009 stellen Winkelstücke mit LED-Licht da, welche ohne Stromversorgung von der Dentaleinheit auskommen. Der Strom für die LED wird mit einem im Instrument integrierten Generator erzeugt, der von der Treibluft gespeist wird.

Diese Generator Technologie wird bei Instrumenten für die Oral Chirurgie bereits seit 2007 erfolgreich eingesetzt. Damit Lichtinstrumente in den Praxisalltag und Hygieneprozess voll integrierbar sind, sollten diese sterilisierbar und thermodesinfizierbar sein. Durch die bessere Sicht wird ein exakteres Arbeiten in der Restauration und Prothetik ermöglicht. Dies bedeutet weniger Stress und mehr Qualität für Patient und Zahnarzt.

Kupplung

Um den Hygieneanforderungen gerecht zu werden, müssen Turbinen, Winkelstücke und Motoren nach jedem Patienten sterilisiert werden. Die Instrumente müssen einfach und schnell vom Schlauch zu trennen und zu montieren sein. Schließlich sollten Behandlungsstühle und MitarbeiterInnen nicht durch umständliche und zeitraubende Bestückungstätigkeiten blockiert sein. Auch bei Kupplungen sollte auf die Sterilisierbarkeit geachtet werden.

Pflege

Maßgebend für einen funktionierenden Wartungsprozess ist ein effektives Pflegesystem. Die unterschiedliche Konstruktion der Instrumente verschiedener Hersteller erfordern spezifische Pflegeprozeduren. Es ist wichtig, Instrumente zu wählen, deren Pflege unkompliziert und einfach im Praxisalltag durchzuführen ist.

Seitens der Hersteller werden Pflegegeräte angeboten, die auf den Pflegebedarf der jeweiligen Instrumente abgestimmt sind. Diese Geräte sind allemal eine Empfehlung wert, da sich eine regelmäßige Pflege immens auf die Lebensdauer der Instrumente auswirkt.

Durch die Zeitersparnis, die Zykluszeit liegt bei ca. einer halben Minute, und die geringen Zykluskosten pro Instrument von
ca. 0,009 Euro spielen sich die Anschaffungskosten rasch wieder ein.

Sterilisation

Jedes Instrument wird mehrmals täglich sterilisiert. Nur qualitativ hochwertige Instrumente verkraften diese Menge an Zyklen ohne Funktionalität oder Leistung einzubüßen. Die angewendeten Sterilisationsverfahren müssen den Vorgaben der Hersteller entsprechen, um die Lebenszeit der Instrumente nicht unnötig zu verkürzen. Der Sterilisationsprozess darf die maximal zulässigen Temperaturen nicht übersteigen. Generell gelten Vakuum-Dampf-Sterilisatoren als materialschonend und zuverlässig.

Wichtig ist, dass die Auswahl an Hand- und Winkelstücken, Turbinen und Motoren auf die Arbeitsweise und Anwendungen des Zahnarztes genau abgestimmt sind. Die Instrumente sollen so ausgewählt werden, dass sie den Bedarf genau abdecken, einfach und komfortabel zu benutzen sind, und sich problemlos in den Hygiene- und Pflegeprozess integrieren lassen. Das Augenmerk ist hier sicherlich auf Thermodesinfizierbarkeit und Sterilisierbarkeit von Instrumenten und Antrieben zu legen.



Der Data-Matrixcode erleichtert die Identifikation der Instrumente zur Dokumentation des Hygieneprozesses. Die Antriebe sollen ausreichend Drehmoment und einen breiten Drehzahlbereich aufweisen, um die erforderlichen Schnittgeschwindigkeiten für das ganze Spektrum an Anwendungen (Kavitäten- und Kronenpräparation, Finieren, Polieren, Exkavieren, Wurzelkanalaufbereitung,…) zu ermöglichen.

(links) Thermodesinfizierbar  -   (mitte) Sterilisierbar 135°   -  (rechts) Data-Matrixcode

* veröffentlicht in APDN Juni 2009 von Ing. Michael Pointner, Ing. Norbert Thuminger

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