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Forschung aktuell • Aus Naturwissenschaft und Technik
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25.8.2004
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Mehr Durchblick, weniger Bohren
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Physiker entwickeln Methoden zur früheren Diagnose von Karies
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Von Michael Fuhs
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Patientin beim Zahnarzt (Foto: AP)
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Karius und Baktus soll es in Zukunft früher an den Kragen gehen. Dazu
basteln in San Francisco und in Berlin Forscher an neuen Hilfsmitteln
für die Zahnärzte. Infrarotlicht soll helfen, Karies an den
Kontaktstellen zwischen den Zähnen aufzuspüren, bevor sie sich nach
Innen hinein gefressen hat. Doch die Entwicklungen gehen noch weiter.
Schon benutzen die Forscher Terahertzstrahlen vom Berliner
Elektronenspeichering Bessy.
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.
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