DE4030734A1 - Dental treatment by pulsed solid state laser - using fibre-optics tool and hydroxy-apatite or tetra:calcium phosphate filler - Google Patents

Dental treatment by pulsed solid state laser - using fibre-optics tool and hydroxy-apatite or tetra:calcium phosphate filler

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DE4030734A1
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Abstract

A process and appts. are claimed for non-mechanical, non-contact treatment of various teeth, for prodn. of permanent and non-toxic inlays in treated tooth cavities, and for non-mechanical prepn. and filling of root canals using a pulsed laser system, a fibre-optics transmission system, a hand piece with replaceable heads and a hydroxy-apatite or tetracalcium phosphate filler. The novelty is that (i) the laser system is a pulsed solid state laser with a crystal of Cr:Al2BeO4 (alexandrite), doped YAG, doped YSGG or doped YLF and operated at 10mJ-2J pulse energy, 100 nsec - 1msec. pulse duration and 1-50 Hz repetition rate; (ii) the optical transmission system comprises a single glass fibre of 50-800 microns core diameter; (iii) the hand piece and replaceable head unit has a fibre-optics transmission, system, a spherical or gradient lens, a beam deflection element, an optical quartz glass window and a mechanical feed line for an aq. aerosol; (iv) the tooth cavity or root canal filling is a powder, granulate, suspension or paste contg. hydroxyapatite or tetracalcium phosphate of 0.02-10 microns particle size and 1-10% (based on the hydroxyapatite or tetracalcium phosphate) of a tetracycline deriv.; and (v) crystallisation of the tooth cavity or root canal filling is carried out using the laser handpiece. ADVANTAGE - Dental treatments are carried out with a high degree of patient comfort and with absolute and permanent closure of root canal and tooth cavities.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur nichtmechanischen, berührungslosen Behandlung von kariösen Zahndefekten, der Erzeugung von dauerhaften und nichttoxischen Zahneinlagen (Inlays) in diesen so behandelten Zahnkavitäten, sowie der nichtmechanischen Aufbereitung und Füllung von Wur­ zelkanälen mittels gepulster Laserstrahlung.The invention relates to methods and devices for non-mechanical, non-contact treatment of carious Tooth defects, the creation of permanent and non-toxic Inlays in these tooth cavities treated in this way, as well as the non-mechanical preparation and filling of sausage individual channels using pulsed laser radiation.

Die in der restaurativen und präventiven Zahnheilkunde verwen­ deten Methoden und Geräte sind ausschließlich mechanischer Na­ tur, d. h. die kariösen Zahndefekte im Zahnschmelz oder Dentin werden mit Hochgeschwindigkeitsbohrern oder Ultraschallfeilen im Kontaktverfahren entfernt. Je nach Umdrehungszahl der me­ tallischen Bohreinsätze werden jedoch spezielle Zahn- oder Knochenresonanzen angeregt, so daß das Wohlbefinden des Pati­ enten während der Behandlung sehr stark beeinträchtigt wird. Bei der Wurzelkanalbehandlung werden ebenfalls mechanische In­ strumente wie K-Bohrer, K-Feilen, Hedstroem-Feilen oder Ultra­ schall-Feilen verwendet. In Falle der Handaufbereitung der Wurzelkanäle mit mechanischen Feilen überzieht ein sogenannter "Smear Layer′ die Kanalwandoberfläche, die feinen Dentinkanäl­ chen werden mit Dentinschlamm verstopft. Das Ziel, eine inerte hermetisch versiegelnde Substanz anstelle der exstirpierten Pulpa einzubringen, um eine spätere Reinfektion des Kanals auf hämatogenem oder koronalem Wege vorzubeugen, wird nicht er­ reicht.Use in restorative and preventive dentistry The methods and devices used are exclusively mechanical door, d. H. the carious tooth defects in the enamel or dentin with high-speed drills or ultrasonic files removed in the contact procedure. Depending on the number of revolutions of the me metallic drill bits are special tooth or Bone resonances stimulated, so that the well-being of the Pati ducks is very badly affected during treatment. In the root canal treatment mechanical In instruments such as K-drills, K-files, Hedstroem files or Ultra sound files used. In the case of manual preparation of the A so-called root canal is covered with mechanical files "Smear Layer ′ the surface of the canal wall, the fine dentin canals are clogged with dentin mud. The goal of an inert hermetically sealing substance instead of the extirpated Introduce pulp in order to reinfect the canal later prevent hematogenous or coronal pathway, he will not enough.

Das heute am meisten verwendete Wurzelkanal-Füllmaterial ist Guttapercha, ein Fabrikat unterschiedlicher Zusammensetzung.The most used root canal filling material today Gutta-percha, a product of different compositions.

Es enthält durchschnittlich 19-22% Guttapercha als Matrix, 59-75% Zinkoxid als Füller, 1.5-17% Metallsulfide als Röntgenkon­ trastmittel und 1-4% Wachse oder Kunstharze zur Erhöhung der Plastizität. Guttapercha gilt praktisch als inertes Material, jedoch gibt es auch tierexperimentelle Untersuchungen, die es als toxisch ausgewiesen haben. Die Verarbeitung von Guttaper­ cha im Wurzelkanal erfolgt durch Erweichen des Materials dir­ ekt durch Hitze oder indirekt durch mechanische Reibung. Die­ se thermoplastische Wurzelfüllmethode erfordert hohes manuel­ les Geschick, da der Füllungsgrad des plastischen Materials schwer zu kontrollieren ist.It contains an average of 19-22% gutta-percha as a matrix, 59-75% Zinc oxide as filler, 1.5-17% metal sulfide as X-ray con trap agent and 1-4% waxes or synthetic resins to increase the Plasticity. Gutta-percha is practically considered an inert material, however, there are also animal studies that do  have shown to be toxic. Processing guttaper cha in the root canal is done by softening the material dir ect by heat or indirectly by mechanical friction. The This thermoplastic root filling method requires a lot of manual work les skill because of the degree of filling of the plastic material is difficult to control.

Zum Füllen von bearbeiteten Zahnkavitäten werden neben Amal­ gam - eine Legierung aus Quecksilber und anderen Metallen, die nachweislich Toxizität aufweist - Pasten mit keramischen Füll­ anteilen und Komposit-Inlays verwendet, die über UV-Licht aus­ gehärtet werden. Diese Materialien neigen durch ihr Schrumpf­ verhalten beim Aushärten zu Spaltbildungen, so daß eine bak­ terielle Reinfektion des Zahnschmelzes oder des Dentins er­ leichtert wird. Eine langzeitmäßige, hermetische Versiegelung der Zahnkavität wird nicht erreicht.In addition to Amal gam - an alloy of mercury and other metals that demonstrably shows toxicity - pastes with ceramic filling Shares and composite inlays that are made using UV light be hardened. These materials tend to shrink due to their shrinkage behave during the formation of gaps, so that a bak re-infection of the enamel or dentin is lightened. A long-term, hermetic seal the tooth cavity is not reached.

Aus der Patentschrift US-48 18 230 ist eine Methode zur Besei­ tigung von Zahnbefall und zur Entfernung von krankem Weichge­ webe mit einem YAG-Laser bekannt.From the patent US-48 18 230 is a method for Besei tooth decay and to remove diseased soft tissue known with a YAG laser.

Ferner ist aus der Patentschrift US-47 84 135 eine Methode und eine Vorrichtung zum Entfernen von organisch-biologischem Ma­ terial ohne Wärmeentwicklung an benachbarten Arealen mit ein­ er ultravioletten Wellenlänge kleiner als 200 nm bekannt. Des weiteren ist aus der OS-DE 38 16 237 ein Feinfüllverfahren und ein Füllmaterial für zahnmedizinische Zwecke, bestehend aus einem Pulver, einem Granulat, einer Suspension oder einer Paste, die Hydroxylapatit enthält, bekannt geworden.Furthermore, from the patent US-47 84 135 is a method and a device for removing organic biological Ma material without heat development in neighboring areas he known ultraviolet wavelength smaller than 200 nm. Furthermore, a fine filling process is known from OS-DE 38 16 237 and a filler for dental purposes from a powder, a granulate, a suspension or one Paste containing hydroxyapatite has become known.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, neue Verfah­ ren und verbesserte Vorrichtungen zur nichtmechanischen Be­ handlung von Zahndefekten, sowie dem nichtmechanischen Aufbe­ reiten und Füllen von Wurzelkanälen und Zahnkavitäten mittels gepulster Laserstrahlung bereitzustellen, die sowohl einen er­ heblichen Komfort für den Patienten darstellen, als auch einen absoluten und dauerhaften Verschluß von Wurzelkanal- und Zahn­ kavitäten ermöglichen.The invention is therefore based on the object, new procedure Ren and improved devices for non-mechanical loading treatment of tooth defects, as well as the non-mechanical repair ride and fill root canals and tooth cavities using to provide pulsed laser radiation, both a he represent considerable comfort for the patient, as well as one absolute and permanent closure of root canal and tooth enable cavities.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß werden neuartige Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen, um mit einem gepulsten Lasersystem, einem faser­ optischen Übertragungssystem, einem dentalen faseroptischen Laserhandstück mit austauschbaren Therapiekopfstücken und ein­ em speziellen Füllmaterial auf der Basis von Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat sowohl nichtmechanische Behandlungen von kariösen Zahndefekten als auch deren Füllung, sowie eine Wurzelkanalaufbereitung und dessen Füllung durchführen zu kön­ nen.Novel devices and methods are in accordance with the invention proposed to use a pulsed laser system, a fiber  optical transmission system, a dental fiber optic Laser handpiece with interchangeable therapy headpieces and a a special filling material based on hydroxyapatite or tetracalcium phosphate both non-mechanical treatments of carious tooth defects as well as their filling, as well as a Root canal preparation and filling nen.

Als Strahlungsquelle für alle dentalen Verfahren wird erfin­ dungsgemäß vorteilhaft ein gepulster, kompakt aufgebauter Cr: Al2BeO4 (Alexandrit)-Festkörperlaser verwendet, der im Grund­ betrieb abstimmbare Wellenlängen im Bereich von 720-860 nm be­ reitstellen kann. Durch Zusatz eines geeigneten optischen Mo­ duls sind im sogenannten freuqenzverdoppelten Bereich Wellen­ längen von 360-430 nm erreichbar. Dieser Wellenlängenbereich ist erfindungsgemäß in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Zum ersten sind in diesem Bereich die Schwellenergiedichten zur Ablation (Photodisruption und Photodekompensation) wesentlich geringer als im sichtbaren Wellenlängenbereich, d. h. die ge­ samte Strahlendosis für den Patienten, die zu einer Laserbe­ handlung nötig ist, wird durch die Verwendung dieser Wellen­ längen minimiert. Des weiteren tritt im Wellenlängenbereich von 360-430 nm keine Schädigung des DNA auf, da die Proteine und das DNA ihre Absorptionsmaxima im Bereich von 200 nm haben. Dies kann im Falle des Excimer-Lasers bei einer Wellenlänge von 193 nm bei zu hoher Strahlendosis zu karzinogenen Reaktionen des gesunden Hart- oder Weichgewebes führen. Schließlich liegt der Wellenlängenbereich von 360-430 nm im Hauptabsorptionsbe­ reich von Tetracyclin - einem Antibiotikum - das erfindungsge­ mäß Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat in geeigneter Konzentration beigemischt ist.According to the invention, a pulsed, compact Cr: Al 2 BeO 4 (alexandrite) solid-state laser is advantageously used as the radiation source for all dental processes, and can be used to provide tunable wavelengths in the range of 720-860 nm. By adding a suitable optical module, wavelengths of 360-430 nm can be achieved in the so-called frequency-doubled range. According to the invention, this wavelength range is advantageous in several respects. Firstly, the threshold energy densities for ablation (photodisruption and photodecompensation) in this area are significantly lower than in the visible wavelength range, ie the total radiation dose for the patient that is necessary for laser treatment is minimized by using these wavelengths. Furthermore, there is no damage to the DNA in the wavelength range from 360-430 nm, since the proteins and the DNA have their absorption maxima in the range of 200 nm. In the case of the excimer laser at a wavelength of 193 nm and with too high a radiation dose, this can lead to carcinogenic reactions in healthy hard or soft tissue. Finally, the wavelength range of 360-430 nm is in the main absorption range of tetracycline - an antibiotic - which is admixed according to the invention in a suitable concentration with hydroxyapatite or tetracalcium phosphate.

Auch ein gepulster, repetitiv gütegeschalteter Tm : YSGG (Thuli­ um-dotierter Yttrium Scandium Gallium Granat)-Festkörperlaser mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 1.85-2.16 µm kann für dieses Verfahren vorteilhaft Verwendung finden. Fre­ quenzverdoppelt liefert dieses Lasersystem mit einem optischen Zusatzmodul abstimmbare Wellenlängen im Bereich von 0.925-1.08 µm.A pulsed, repetitively Q-switched Tm: YSGG (Thuli um-doped yttrium scandium gallium) solid-state laser with a tunable wavelength range of 1.85-2.16 µm can be used advantageously for this process. Fre This laser system delivers double the number with an optical one Additional module tunable wavelengths in the range of 0.925-1.08 µm.

Hydroxylapatit ist sowohl Bestandteil der Mineralsubstanz des Knochens als auch der Zahnhart(Schmelz)-bzw. Zahnweich(Dentin) -Substanz. Der Zahnschmelz besteht zu 96% aus anorganischen Kal­ ziumsalzen in einer Matrixstruktur (Hydroxylapatit). Das Zahn­ dentin ist auch aus einer Hydroxylapatit-Struktur aufgebaut, enthält aber etwa 35% organisches Material, ist also ein le­ bendes Gewebe. Eine entsprechende Temperaturerhöhung von 10-15°C bezüglich der Normaltemperatur von 37°C kann bereits zur Nekrosebildung oder zum Gewebetod führen, wie dies beispiels­ weise durch die Anwendung eines Nd : YAG (Neodym-dotierter Yttri­ um Aluminium Granat)-Dauerstrichlasers der Fall ist. Wird hingegen die Pulslänge der Laserstrahlung - wie im Falle des gepulsten Alexandrit-Lasers - in der Größenordnung der thermischen Relaxationszeit des Gewebematerials gewählt, ist es möglich, die Temperaturerhöhung des Gewebes lokal so zu dosie­ ren, daß bestimmte chemische und physikalische Veränderungen initiiert werden, während das umliegende Gewebeareal unter­ halb des Schwellwertes einer irreversiblen Veränderung bleibt. Ähnliches gilt auch für die Wahl der Wellenlänge des Lasers. Tetracyclin besitzt eine Reihe von Derivaten (Chlortetracyclin, Demelocyclin, Oxytetracyclin, Rolitetracyclin), die bevorzugt an Kalkverbindungen binden. So besitzt beispielsweise handels­ übliches Doxycyclin ein Absorptionsmaximum für Laserstrahlung bei 372 nm, die anderen Tetracycline liegen nahe bei diesem Ma­ ximum. Außerdem blockieren die Tetracycline die Proteinsynthese von Mikroorganismen und sind dadurch peroral bakteriostatisch wirksam gegen Erreger.Hydroxyapatite is both part of the mineral substance of Bone as well as the tooth hard (enamel) or Tooth-soft (dentine)  -Substance. The enamel consists of 96% inorganic Kal calcium salts in a matrix structure (hydroxyapatite). The tooth dentin is also made up of a hydroxyapatite structure, but contains about 35% organic material, so it is le tissue. A corresponding temperature increase of 10-15 ° C with respect to the normal temperature of 37 ° C can already Necrosis or tissue death, such as this by using an Nd: YAG (Neodymium-doped Yttri to aluminum garnet) permanent laser. In contrast, the pulse length of the laser radiation - as in the case of the pulsed alexandrite laser - in the order of magnitude thermal relaxation time of the tissue material chosen, it is possible to dose the temperature increase of the tissue locally ren that certain chemical and physical changes be initiated while taking in the surrounding tissue area remains below the threshold of an irreversible change. The same applies to the choice of the wavelength of the laser. Tetracycline has a number of derivatives (chlorotetracycline, Demelocycline, oxytetracycline, rolitetracycline), which are preferred bind to lime compounds. For example, trade Usual doxycycline an absorption maximum for laser radiation at 372 nm, the other tetracyclines are close to this measure ximum. The tetracyclines also block protein synthesis of microorganisms and are therefore orally bacteriostatic effective against pathogens.

Einem Pulver, einem Granulat, einer Suspension oder einer Pa­ ste, die Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat in einer Korngröße von etwa 0.02-10 µm enthält, wird entsprechend der eingestellten Wellenlänge des Lasers ein Tetracyclinderivat in einer Konzentration von etwa 1-10% bezogen auf Hxdroxylapatit oder Tetracalciumphosphat beigemengt. Außerdem kann zusätzlich ein weiterer Hilfsstoff, z. B. ein die Kalzifikation förderndes Protein, beigefügt sein. Diese Mischung wird als Füllmaterial für die Zahnkavität und die Zahnwurzeln verwendet und mit Las­ erstrahlung auskristallisiert.A powder, a granulate, a suspension or a Pa ste, the hydroxylapatite or tetracalcium phosphate in one Contains grain size of about 0.02-10 µm, is according to the set wavelength of the laser a tetracycline derivative in a concentration of about 1-10% based on Hxdroxylapatit or tetracalcium phosphate added. In addition, can another excipient, e.g. B. a promoting the calcification Protein, to be added. This mixture is used as a filler used for the tooth cavity and the tooth roots and with Las radiation crystallized.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Fig. 1 Dentales Laserhandstück zur Behandlung von kariösen Zahndefekten. Fig. 1 Dental laser handpiece for the treatment of carious tooth defects.

Fig. 2 Dentales Laserhandstück zur Aufbereitung von Wurzelka­ nälen. Fig. 2 Dental laser handpiece for the preparation of Wurzelka channels.

Fig. 3 Modifizierte Ausführungsform eines dentalen Laserhand­ stückes zur Aufbereitung von Wurzelkanälen. Fig. 3 modified embodiment of a dental laser handpiece for the preparation of root canals.

Fig. 4-6 Verfahrensstufen zur Laserbehandlung von kariösen Zahndefekten und Erzeugung von Zahnkavitätsfüllungen mittels eines dentalen Laserhandstücks. Fig. 4-6 process steps for laser treatment of carious tooth defects and generation of tooth cavity fillings by means of a dental laser handpiece.

Fig. 7-10 Verfahrensstufen zur Wurzelkanalaufbereitung und Wurzelkanalfüllung mittels eines dentalen Laserhand­ stücks. Fig. 7-10 process steps for root canal preparation and root canal filling using a dental laser handpiece.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die heute verfügbaren dentalen Lasersysteme sind ausschließ­ lich Monotherapiegeräte, d. h. sie können lediglich eine genau definierte Wellenlänge im Ultravioletten (Excimer-Laser), im Sichtbaren (Frequenzverdoppelter Nd : YAG-Laser) oder im Infra­ roten (Nd : YAG-Laser) zur Verfügung stellen. Diese Systeme kön­ nen entweder nur ablatieren (UV-Bereich) oder nur koagulieren (Sichtbarer und IR-Bereich), so daß mit einem Lasersystem ent­ weder nur chirurgische oder nur reparative Zahnheilverfahren durchgeführt werden können.The dental laser systems available today are exclusive Lich monotherapy devices, d. H. you can only do one exactly defined wavelength in the ultraviolet (excimer laser), in Visible (frequency doubled Nd: YAG laser) or in the infra red (Nd: YAG laser). These systems can either only ablate (UV range) or only coagulate (Visible and IR range), so that ent with a laser system neither only surgical nor only reparative dentistry can be carried out.

Die erfindungsgemäßen Multitherapieverfahren werden nachfol­ gend detailiert beschrieben.The multi-therapy methods according to the invention are as follows described in detail.

Ein dentales Laserhandstück zur Behandlung von kariösen Zahn­ defekten ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das Laserhand­ stück 1 verfügt an seinem Vorderteil über ein einfach auszu­ tauschendes Therapiekopfstück 1a, so daß ein einziges Grund­ handstück für mehrere dentale Verfahren wie der Zahnkavitäter­ zeugung und der Wurzelkanalaufbereitung ausreichend ist. Die gepulste Laserstrahlung wird über einen faseroptischen Lichts­ wellenleiter 2 von der Laserquelle zum Handstück 1 herange­ geführt. Der Laser ist ortsfest als Decken- oder Tischgerät aufgebaut, das faseroptische System 2 ist flexibel und gestat­ tet dem Operateur mit dem Handstück 1 vollkommene Bewegungs­ freiheit innerhalb der Mundhöhle des Patienten. Der faseropti­ sche Lichtwellenleiter 2 ist vorzugsweise eine Lichtleitfaser mit Quarzkern und dotiertem Quarzmantel mit einem Kerndurch­ messer von 200-600 µm. Bei Verwendung eines IR-Festkörperlasers als Strahlungsquelle besteht der Lichtleiterkern vorzugsweise aus wasserfreiem Quarzglasmaterial, um eine Leistungsdämpfung der Laserstrahlung von der Quelle bis zum Behandlungsort zu mi­ nimieren. Der aus der Lichtleitfaser 2 divergent austretende Laserstrahl 3 wird durch ein optisches Element 4, vorzugsweise eine Kugellinse aus Quarzglas, Saphir oder wasserfreiem Quarz­ glas, parallelisiert. Die Lichtleitfaser 2 befindet sich dabei im rückseitigen Brennpunkt des optischen Elements 4. Der par­ allele Laserstrahl 3, der frei im Handstück verläuft, wird durch ein weiteres optisches Element 5, vorzugsweise eine lang­ brennweitige Linse, fokussiert, nachdem er durch einen Spiegel 6 in seiner Strahlrichtung so umgelenkt wurde, daß der fokus­ sierte Strahl 10 in optimaler Weise auf den kariösen Zahndefekt gerichtet werden kann. Das Vorderteil 1a ist mit dem Haupthand­ stück 1 trennbar verbunden. Zwei optische Elemente 7 und 7a, vorzugsweise entspiegelte Quarzglasfenster, verhindern das Ein­ dringen von Staub und Schmutz in die getrennten Einzelteile. Diese optischen Fenster sind, falls erforderlich, leicht zu reinigen. Zusätzlich wird durch das Handstück 1 über Standard­ zuleitungen 8 und 8a von dentalen Zusatzgeräten ein Luft/Was­ ser-Gemisch ("Spray") herangeführt, das über Öffnungen 9 und 9a auf den Zahndefekt zum Zwecke der Kühlung gerichtet ist.A dental laser handpiece for the treatment of carious tooth defects is shown schematically in FIG. 1. The laser hand piece 1 has on its front part an easily exchangeable therapy head piece 1 a, so that a single basic hand piece is sufficient for several dental procedures such as tooth cavitation and root canal preparation. The pulsed laser radiation is guided over a fiber optic light waveguide 2 from the laser source to the handpiece 1 . The laser is fixed as a ceiling or table device, the fiber optic system 2 is flexible and allows the surgeon with the handpiece 1 complete freedom of movement within the patient's oral cavity. The fiber optic cal waveguide 2 is preferably an optical fiber with a quartz core and doped quartz jacket with a core diameter of 200-600 microns. When using an IR solid-state laser as the radiation source, the light guide core is preferably made of anhydrous quartz glass material in order to minimize power loss of the laser radiation from the source to the treatment site. The emerging from the optical fiber 2 divergent laser beam 3 is parallelized by an optical element 4 , preferably a spherical lens made of quartz glass, sapphire or anhydrous quartz glass. The optical fiber 2 is located at the rear focal point of the optical element 4 . The par allele laser beam 3 , which runs freely in the handpiece, is focused by a further optical element 5 , preferably a long focal length lens, after it has been deflected by a mirror 6 in its beam direction so that the focused beam 10 in an optimal manner can be directed to the carious tooth defect. The front part 1 a is connected to the main hand piece 1 separably. Two optical elements 7 and 7 a, preferably anti-reflective quartz glass windows, prevent the ingress of dust and dirt into the separate items. These optical windows are easy to clean if necessary. In addition, an air / water mixture ("spray") is brought up by the handpiece 1 via standard feed lines 8 and 8 a of dental accessories, which is directed through openings 9 and 9 a to the tooth defect for the purpose of cooling.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes dentales Laser­ handstück zur Aufbereitung von Wurzelkanälen. Das Handstück 11 besitzt wie das Handstück 1 aus Fig. 1 ein einfach austausch­ bares Therapiekopfstück 11a, einen faseroptischen Lichtwellen­ leiter 12, Kugellinsen 14 und 14a, einen Umlenkspiegel 15 und entspiegelte Quarzglasfenster 16 und 16a. Der parallele Laser­ strahl 13 wird in diesem Fall über eine weitere Kugellinse 14a auf ein faseroptisches Lichtwellenleiterstück 17, vorzugsweise eine Lichtleitfaser mit Quarzglaskern und dotiertem Quarzglas­ mantel mit einem Kerndurchmesser von 200-600 µm, fokussiert. Das proximale Lichtleitfaserende befindet sich dabei im vorder­ seitigen Brennpunkt der Kugellinse 14a. Das optische Faserstück 17 ist über das trennbare Handstückvorderteil 11a leicht wie herkömmliche dentale Metallbohrereinsätze austauschbar. Das La­ serhandstück 11 besitzt ebenfalls Standardzuleitungen 19 und 19a, die über die Öffnungen 20 und 20a dem Zahnwurzelkanal zur Kühlung ein Luft/Wasser-Gemisch zuführen. Am distalen Ende des optischen Faserstücks 17 tritt der Laserstrahl 18 divergent aus. Fig. 2 shows schematically an inventive dental laser handpiece for the preparation of root canals. 1, the handpiece 11 has as the handpiece 1 of FIG. An easy exchange bares therapy head piece 11 a, a fiber-optic lightwave conductor 12, spherical lenses 14 and 14 a, a deflecting mirror 15 and antireflection quartz glass window 16 and 16 a. The parallel laser beam 13 is in this case via a further ball lens 14 a on a fiber optic optical waveguide piece 17 , preferably an optical fiber with quartz glass core and doped quartz glass cladding with a core diameter of 200-600 microns, focused. The proximal optical fiber end is located in the front focal point of the ball lens 14 a. The optical fiber piece 17 is easily replaceable via the separable handpiece front part 11 a like conventional dental metal drill bits. The La serhandstück 11 also has standard leads 19 and 19 a, which supply the tooth root canal for cooling an air / water mixture through the openings 20 and 20 a. The laser beam 18 emerges divergently at the distal end of the optical fiber piece 17 .

Fig. 3 zeigt schematisch eine modifizierte Ausführungsform ein­ es erfindungsgemäßen dentalen Laserhandstücks zur Aufbereitung von Wurzelkanälen. Das Handstück 21 besitzt wie das Handstück 11 aus Fig. 2 ein einfach austauschbares Therapiekopfstück 21a, einen faseroptischen Lichtwellenleiter 22, Kugellinsen 24 und 24a und entspiegelte Quarzglasfenster 26 und 26a. Der paral­ lele Laserstrahl 23 wird wie in Fig. 2 über eine Kugellinse 24a auf ein faseroptisches Lichtwellenleiterstück 27 fokus­ siert. Das proximale Lichtleiterende befindet sich dabei im vorderseitigen Brennpunkt der Kugellinse 24a. Die optische Fa­ ser 27 ist über das trennbare Handstückvorderteil 21a leicht austauschbar. Das Vorderteil 21a ist entsprechend der Anatomie des Zahnwurzelkanals leicht abgewinkelt, so daß der Operateur unter guter Sicht das Lichtleiterstück 27 in den Wurzelkanal des Patienten einschieben kann. Das Laserhandstück 21 besitzt ebenfalls Standardzuleitungen 29 und 29a, die über die Öffnung­ en 30 und 30a dem Zahnwurzelkanal zur Kühlung ein Luft/Wasser- Gemisch zuführen. Am distalen Ende des optischen Faserstücks 27 tritt der Laserstrahl 28 divergent aus. Fig. 3 shows schematically a modified embodiment of a dental laser of the present invention there handpiece for the treatment of root canals. The handpiece 21 has as the handpiece 11 of Fig. 2, a simple replaceable therapy head piece 21 a, a fiber-optic optical waveguide 22, spherical lenses 24 and 24 and antireflection a quartz glass window 26 and 26 a. The parallel laser beam 23 is focused as in FIG. 2 via a spherical lens 24 a on a fiber optic optical waveguide piece 27 . The proximal end of the light guide is located at the front focal point of the spherical lens 24 a. The optical Fa water 27 is easily replaceable via the separable handpiece front part 21 a. The front part 21 a is slightly angled according to the anatomy of the tooth root canal, so that the surgeon can insert the light guide piece 27 into the root canal of the patient with good visibility. The laser handpiece 21 also has standard feed lines 29 and 29 a, which supply an air / water mixture to the tooth root canal for cooling via the openings 30 and 30 a. The laser beam 28 emerges divergently at the distal end of the optical fiber piece 27 .

Die Fig. 4-6 zeigen schematisch die einzelnen Verfahrensschrit­ te zur Laserbehandlung von kariösen Zahndefekten und zur Er­ zeugung von Zahnkavitätsfüllungen mittels des dentalen Laser­ handstücks 1. Figs. 4-6 show schematically the individual Verfahrensschrit te for laser treatment of carious tooth defects, and for the generation of He Zahnkavitätsfüllungen means of the dental handpiece 1 laser.

Ein kariöser Zahndefekt 31, der entweder nur im Zahnschmelz 32 lokalisiert ist oder auch bis in das Zahndentin 33 reichen kann, wird durch die gepulste Laserstrahlung 10 einer Alexan­ drit-Laserquelle, einer Tm : YAG (Thulium-dotierter Yttrium Alu­ minium Granat)-, einer Tm : YSGG (Thulium-dotierter Yttrium Scan­ dium Gallium Granat)-, einer Tm : Ho : YAG (Thulium, Holmium-dotier­ ter Yttrium Aluminium Granat)-, einer Tm : Ho : Cr : YAG (Thulium, Holmium, Chrom-dotierter Yttrium Aluminium Granat)-, einer Tm : Cr : YAG (Thulium, Chrom-dotierter Yttrium Aluminium Granat)-, einer Tm : Er : YAG (Thulium, Erbium-dotierter Yttrium Aluminium Granat)-, einer Tm : Er : Cr : YAG (Thulium, Erbium,Chrom-dotierter Yttrium Aluminium Granat)- oder einer Nd : Er : Cr : YAG (Neodym, Er­ bium, Chrom-dotierter Gadolinium Scandium Gallium Granat)- Las­ erquelle geeigneter Wellenlänge und Pulsdauer mit dem Handstück 1 und dem Therapiekopfstück 1a ablatiert (Fig. 4). Die Wellen­ länge, vor allem aber die Pulsdauer des Lasersystems, wird so gewählt, daß das lebende Gewebe des Wurzelkanals 34 durch axi­ ale Wärmeleitung nicht irreversibel geschädigt wird und ab­ stirbt. Dies wird auch durch das Luft/Wasser-Gemisch, das koaxi­ al zum fokussierten Laserstrahl 10 aus dem Laserhandstück 1 austritt, verhindert.A carious tooth defect 31 , which is either only located in the tooth enamel 32 or can also reach into the tooth dentin 33 , is caused by the pulsed laser radiation 10 from an Alexan third laser source, a Tm: YAG (thulium-doped yttrium aluminum garnet) -, a Tm: YSGG (thulium-doped yttrium scan dium gallium garnet) -, a Tm: Ho: YAG (thulium, holmium-doped yttrium aluminum garnet) -, a Tm: Ho: Cr: YAG (thulium, holmium, chromium- doped yttrium aluminum garnet) -, a Tm: Cr: YAG (thulium, chromium-doped yttrium aluminum garnet) -, a Tm: Er: YAG (thulium, erbium-doped yttrium aluminum garnet) -, a Tm: Er: Cr: YAG (thulium, erbium, chromium-doped yttrium aluminum garnet) - or an Nd: Er: Cr: YAG (neodymium, erbium, chromium-doped gadolinium scandium gallium garnet) - laser source of suitable wavelength and pulse duration with handpiece 1 and the Therapy head piece 1 a ablated ( Fig. 4). The wavelength, but especially the pulse duration of the laser system, is chosen so that the living tissue of the root canal 34 is not irreversibly damaged by axial heat conduction and dies. This is also prevented by the air / water mixture which coaxially emerges from the laser handpiece 1 to the focused laser beam 10 .

Fig. 5 zeigt schematisch das Ergebnis der Kariesablation nach der Laserbehandlung mit einer resultierenden Zahnkavität 35 im Zahnschmelz 32 oder im Zahndentin 33. Diese Zahnkavität wird mit einem Pulver, einem Granulat, einer Suspension oder einer Paste 36, die Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat in einer Korngröße von etwa 0.02-10 µm enthält und der ein Tetracyclin­ derivat in einer Konzentration von 1-10% bezogen auf Hydroxyl­ apatit oder Tetracalciumphosphat beigemengt worden ist, stufen­ weise aufgefüllt und mit gepulster Laserstrahlung 10 über das Laserhandstück 1 bestrahlt, bis es auskristallisiert (Fig. 6). Das Laserhandstück 1 wird vom Operateur so plaziert, daß sein Brennpunkt oberhalb der Zahnoberfläche liegt, so daß die Las­ erstrahlung 10 divergent, d. h. mit geringerer Pulsenergiedich­ te, auf die Füllung 36 auftrifft. Fig. 5 shows diagrammatically the result of the Kariesablation after laser treatment with a resulting tooth cavity 35 in tooth enamel or dentin 32 33rd This tooth cavity is made with a powder, a granulate, a suspension or a paste 36 , which contains hydroxyapatite or tetracalcium phosphate in a grain size of about 0.02-10 µm and which contains a tetracycline derivative in a concentration of 1-10% based on hydroxyl apatite or tetracalcium phosphate has been added, gradually filled up and irradiated with pulsed laser radiation 10 via the laser handpiece 1 until it crystallizes ( FIG. 6). The laser handpiece 1 is placed by the surgeon so that its focal point is above the tooth surface, so that the laser radiation 10 divergent, ie te with a lower pulse energy density, hits the filling 36 .

Die Fig. 7-10 zeigen schematisch die einzelnen Verfahrensschrit­ te zur Wurzelkanalaufbereitung und Wurzelkanalfüllung mittels des dentalen Laserhandstücks 11. Mit dem Therapiekopfstück 1a wird gemäß Fig. 4 eine Zahnkavität 35 durch den Zahnschmelz 32 und das Zahndentin 33 bis zu den Eingängen der Zahnwurzeln 34 freigelegt. Nach dem einfachen Austausch des Therapiekopfstücks 1a gegen das Therapiekopfstück 11a wird das optische Lichtleit­ faserstück 17 in einen Wurzelkanal antegrad unter Laseremission vorgeschoben und die Pulpa durch Ablation exstirpiert (Fig. 7). Durch die Laserablation mit dem Therapiekopfstück 11a wird das nekrotische Gewebe aus dem endodontischen Hohlraum vollständig entfernt. Eine zusätzliche Spülung des Endodontiekanals mit einem Luft/Wasser-Spray aus dem Laserhandstück 11 während der Wurzelkanalaufbereitung entfernt möglichen Dentinschlamm opti­ mal, da bei geeigneter Wahl der Laserpulslänge zusätzlich in der Spülflüssigkeit laserinduzierte Stoßwellen erzeugt werden, die eine vollständige Desinfektion des Wurzelkanals durch Ka­ vitationseffekte bewirken. Die feinen Dentinkanälchen im Zahn­ dentin 33 sind dadurch sauber und offen, und können anschlie­ ßend hermetisch versiegelt werden. Zur apikalen Begrenzung der Wurzelkanalfüllung am physiologischen Foramen, d. h. an der Den­ tin/Zement-Grenze (Fig. 8), wird ein geeigneter Guttapercha­ stift 37 oder ein Stift, der Hydroxylapatit oder Tetracalcium­ phosphat gemischt mit einem Tetracyclinderivat geeigneter Kon­ zentration enthält, in den Wurzelkanal eingeführt und mit dem Therapiekopfstück 11a über die Lichtleitfaser 17 aufgeschmol­ zen, so daß eine spaltfreie Abdichtung des Kanals und der Den­ tinkanälchen am physiologischen Foramen erfolgt. Der Rest der Wurzelkanalkavität 34 wird dann sukzessive mit einem Pulver, einem Granulat, einer Suspension oder einer Paste 36, die Hy­ droxylapatit oder Tetracalciumphosphat in einer Korngröße von etwa 0.02-10 µm enthält und der ein Tetracyclinderivat in ein­ er Konzentration von 1-10% bezogen auf Hydroxylapatit oder Te­ tracalciumphosphat beigemengt worden ist, aufgefüllt und mit gepulster Laserstrahlung aus der optischen Faser 17 über das Laserhandstück 11 bestrahlt, bis es auskristallisiert und den Wurzelkanal hermetisch versiegelt (Fig. 9). Die restliche Zahn­ kavität 35 wird dann gemäß dem Verfahren aus Fig. 6 mit der Fül­ lung 36 aufgefüllt und mit dem Laserhandstück 11 und dem Thera­ piekopfstück 1a auskristallisiert, bis die Zahnoberfläche her­ metisch versiegelt ist (Fig. 10). FIGS. 7-10 schematically show the individual Verfahrensschrit te for root canal preparation and obturation means of the dental laser hand piece 11. With the treatment head 1 a shows a tooth cavity is in accordance. 4 35 through the enamel and the dentin 32 is exposed 33 to the inputs of the tooth roots 34th After the simple exchange of the therapy head 1 a against the therapy head 11 a, the optical fiber guide 17 is advanced antegrade into a root canal with laser emission and the pulp extirpated by ablation ( FIG. 7). The laser ablation with the therapy head 11 a completely removes the necrotic tissue from the endodontic cavity. Additional rinsing of the endodontic canal with an air / water spray from the laser handpiece 11 during the root canal preparation optimally removes possible dentin mud, since with a suitable choice of the laser pulse length, laser-induced shock waves are also generated in the rinsing liquid, which cause a complete disinfection of the root canal due to cavitation effects . The fine dentin tubules in tooth dentin 33 are thus clean and open, and can then be hermetically sealed. For apical limitation of the root canal filling at the physiological foramen, ie at the tin / cement boundary ( Fig. 8), a suitable gutta-percha pin 37 or a pin containing hydroxylapatite or tetracalcium phosphate mixed with a suitable concentration of tetracycline is placed in the Root canal inserted and melted with the therapy head piece 11 a over the optical fiber 17 , so that a gap-free sealing of the canal and the tinker tubules takes place on the physiological foramen. The rest of the root canal cavity 34 is then successively treated with a powder, a granulate, a suspension or a paste 36 which contains hydroxylapatite or tetracalcium phosphate in a grain size of about 0.02-10 µm and which contains a tetracycline derivative in a concentration of 1-10%. based on hydroxylapatite or tetracalcium phosphate has been added, filled up and irradiated with pulsed laser radiation from the optical fiber 17 via the laser handpiece 11 until it crystallizes out and the root canal is hermetically sealed ( FIG. 9). The remaining tooth cavity 35 is then filled according to the method of FIG. 6 with the filling 36 and crystallized with the laser handpiece 11 and the Thera piekopfstück 1 a until the tooth surface is metically sealed ( Fig. 10).

Claims (1)

Verfahren und Vorrichtungen zur nichtmechanischen, berührungs­ losen Behandlung von kariösen Zahndefekten, zur Erzeugung von dauerhaften und nichttoxischen Zahneinlagen (Inlays) in diesen so behandelten Zahnkavitäten, sowie zur nichtmechanischen Auf­ bereitung und Füllung von Wurzelkanälen mittels eines gepulsten Lasersystems, eines faseroptischen Übertragungssystems, eines dentalen Laserhandstücks mit austauschbaren Therapieköpfen und eines speziellen Füllmaterials auf der Basis von Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat, gekennzeichnet durch folgende Merk­ male:
  • 1) das Lasersystem ist ein gepulster Festkörper-Laser mit ei­ nem Laserkristall aus Cr : Al2BeO4 (Alexandrit) mit einem fun­ damentalen Wellenlängenbereich im sichtbaren Spektralbe­ reich von 720-860 nm und einem frequenzverdoppelten Wellen­ längenbereich im ultravioletten Spektralbereich von 360-430 nm,
  • 2) das Lasersystem ist ein gepulster Festkörper-Laser mit ei­ nem Laserkristall aus Tm : YAG, Ho : YAG, Tm : YSGG, Ho : YSGG, Tm : Ho : YAG, Tm : Ho : Cr : YAG, Tm : Er : Cr : YAG, Tm : Cr : YAG, Tm : Er : YAG, Tm : Ho : Er : YLF oder Nd : Er : Cr : YAG mit unterschiedlicher Do­ tierung der laseraktiven Atome des Laserkristalls und ein­ em fundamentalen Wellenlängenbereich von 1.85-2.16 µm,
  • 3) die Pulsenergien der Festkörper-Lasersysteme betragen 10 mJ bis 2 J, die Pulsdauern 100 nsec bis 1 msec,
  • 4) die Repetitionsraten der Festkörper-Lasersysteme betragen 1 bis 50 Hz,
  • 5) das optische Übertragungssystem von der Laserquelle zum La­ serhandstück besteht aus einer optischen Einzelglasfaser mit einem Kerndurchmesser von 50 bis 800 µm,
  • 6) die Einzelglasfaser ist aus optischem Quarzglas-Material mit unterschiedlichen OH⁻-Anteilen,
  • 7) das dentale Laserhandstück besteht aus einem Grundhandstück und austauschbaren Therapiekopfstücken, die trennbar mit­ einander verbunden sind,
  • 8) die Therapiekopfstücke sind vom Grundhandstück optisch durch entspiegelte Quarzglasfenster getrennt,
  • 9) das Grundhandstück beinhaltet das faseroptische Übertra­ gungssystem, eine Kugel- oder Gradientenlinse, ein Strahl­ umlenkelement, ein optisches Quarzglasfenster und mechan­ ische Zuleitungen für ein wasserhaltiges Aerosol,
  • 10) die Therapiekopfstücke beinhalten ein optisches Quarzglas­ fenster, eine Kugel-, Gradienten- oder sphärische Linse, mechanische Zuleitungen für ein wasserhaltiges Aerosol und ein faseroptisches Lichtwellenleiterstück aus optischem Quarzglas-Material mit unterschiedlichen OH⁻-Anteilen,
  • 11) zur Füllung der Zahnkavitäten wird ein Pulver, ein Granu­ lat, eine Suspension oder eine Paste, die Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat in einer Korngröße von 0.02 bis 10 µm enthält, verwendet,
  • 12) dem Hydroxylapatit oder dem Tetracalciumphosphat ist in einer Konzentration von 1 bis 10% bezogen auf Hydroxylapa­ tit oder Tetracalciumphosphat ein Tetracyclin beigemengt,
  • 13) das Tetracyclinderivat ist Doxycyclin, Chlortetracyclin, Demeloxycyclin, Oxytetracyclin oder Rolitetracyclin,
  • 14) die Wurzelkanalaufbereitung erfolgt im Kontaktverfahren mit einer Einzelglasfaser aus optischem Quarzglas-Material un­ terschiedlicher OH⁻-Anteile und einem Kerndurchmesser von 50 bis 400 µm,
  • 15) die Spülung des Endodontiekanals während der Laserbehand­ lung erfolgt mit wasserhaltigen Aerosolen,
  • 16) die Wurzelkanalaufbereitung wird durch laserinduzierte Stoßwellen unterstützt,
  • 17) die apikale Begrenzung der Wurzelkanalfüllung am physiolo­ gischen Foramen erfolgt durch einen Stift aus Guttapercha oder einem Stift, der Hydroxylapatit oder Tetracalciumphos­ phat enthält,
  • 18) dem Stift aus Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat ist in einer Konzentration von 1 bis 10% bezogen auf Hydroxyl­ apatit oder Tetracalciumphosphat ein Tetracyclin beige­ mengt,
  • 19) zur Füllung der Wurzelkanalkavität wird ein Pulver, ein Granulat, eine Suspension oder eine Paste, die Hydroxylapa­ tit oder Tetracalciumphosphat in einer Korngröße von 0.02 bis 10 µm enthält, und der ein Tetracyclinderivat in einer Konzentration von 1 bis 10% bezogen auf Hydroxylapatit oder Tetracalciumphosphat beigemengt ist, verwendet,
  • 20) die Auskristallisation der Füllung der Zahnkavität und der Füllung des Wurzelkanals erfolgt berührungslos über das dentale Laserhandstück.
Methods and devices for the non-mechanical, non-contact treatment of carious tooth defects, for the production of permanent and non-toxic tooth deposits (inlays) in these tooth cavities treated in this way, as well as for the non-mechanical preparation and filling of root canals by means of a pulsed laser system, a fiber optic transmission system, and a dental laser handpiece with exchangeable therapy heads and a special filling material based on hydroxyapatite or tetracalcium phosphate, characterized by the following features:
  • 1) The laser system is a pulsed solid-state laser with a laser crystal made of Cr: Al 2 BeO 4 (alexandrite) with a fundamental wavelength range in the visible spectral range from 720-860 nm and a frequency-doubled wavelength range in the ultraviolet spectral range from 360-430 nm,
  • 2) the laser system is a pulsed solid-state laser with a laser crystal made of Tm: YAG, Ho: YAG, Tm: YSGG, Ho: YSGG, Tm: Ho: YAG, Tm: Ho: Cr: YAG, Tm: Er: Cr : YAG, Tm: Cr: YAG, Tm: Er: YAG, Tm: Ho: Er: YLF or Nd: Er: Cr: YAG with different doping of the laser-active atoms of the laser crystal and a fundamental wavelength range from 1.85-2.16 µm,
  • 3) the pulse energies of the solid-state laser systems are 10 mJ to 2 J, the pulse durations 100 nsec to 1 msec,
  • 4) the repetition rates of the solid-state laser systems are 1 to 50 Hz,
  • 5) the optical transmission system from the laser source to the laser handpiece consists of an optical single glass fiber with a core diameter of 50 to 800 µm,
  • 6) the single glass fiber is made of optical quartz glass material with different OH⁻ components,
  • 7) the dental laser handpiece consists of a basic handpiece and interchangeable therapy headpieces, which are separably connected to one another,
  • 8) the therapy head pieces are optically separated from the basic hand piece by anti-reflective quartz glass windows,
  • 9) the basic handpiece contains the fiber optic transmission system, a spherical or gradient lens, a beam deflection element, an optical quartz glass window and mechanical supply lines for a water-containing aerosol,
  • 10) the therapy head pieces include an optical quartz glass window, a spherical, gradient or spherical lens, mechanical feed lines for a water-containing aerosol and a fiber optic optical waveguide piece made of optical quartz glass material with different OH unterschiedlichen components,
  • 11) a powder, a granulate, a suspension or a paste which contains hydroxyapatite or tetracalcium phosphate in a particle size of 0.02 to 10 μm is used to fill the tooth cavities,
  • 12) the hydroxylapatite or the tetracalcium phosphate is admixed with a tetracycline in a concentration of 1 to 10% based on hydroxylapatite or tetracalcium phosphate,
  • 13) the tetracycline derivative is doxycycline, chlorotetracycline, demeloxycycline, oxytetracycline or rolitetracycline,
  • 14) the root canal preparation is carried out in a contact process with a single glass fiber made of optical quartz glass material with different OH proportions and a core diameter of 50 to 400 µm,
  • 15) the endodontic canal is rinsed during the laser treatment with water-containing aerosols,
  • 16) root canal preparation is supported by laser-induced shock waves,
  • 17) the apical limitation of the root canal filling on the physiological foramen is made using a gutta-percha stick or a stick containing hydroxylapatite or tetracalcium phosphate,
  • 18) the stick made of hydroxylapatite or tetracalcium phosphate is mixed with a tetracycline in a concentration of 1 to 10% based on hydroxylapatite or tetracalcium phosphate,
  • 19) for filling the root canal cavity, a powder, a granulate, a suspension or a paste which contains hydroxylapatite or tetracalcium phosphate in a grain size of 0.02 to 10 µm and which contains a tetracycline derivative in a concentration of 1 to 10% based on hydroxylapatite or Tetracalcium phosphate is used, used
  • 20) The crystallization of the filling of the tooth cavity and the filling of the root canal takes place without contact via the dental laser handpiece.
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