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Der CO2-Laser hat in den letzten Jah-ren einen festen Platz in der Zahn-,Mund- und Kieferheilkunde gefunden.Neben der Anwendung zur Exzisionerstreckt sich das Einsatzgebiet insbe-sondere auf den flächigen Gewebeab-trag. Die Ablation einer Leukoplakiestellt inzwischen eine etablierte Indi-kation dar [3].

Zur Homogenisierung des Sub-stanzabtrags und zur Reduktion ther-mischer Belastungen des Umgebungs-gewebes wurden in den letzten Jahrenspezielle Zusatzgeräte entwickelt, sog.Laser-Scanner. Diese führen den La-serstrahl nach einem festgelegten Mu-ster möglichst homogen über die zuentfernende Gewebefläche und redu-zieren so die Bestrahlungszeit über deneinzelnen Gewebepunkten, idealer-weise auf Werte unterhalb der thermi-schen Relaxationszeit des Gewebes.Dadurch werden theoretisch unter gün-stigen Bedingungen eine karbonisati-onsfreie Ablation und definierte Vapo-risation erzielt.

Die Ablenksysteme werden auf denGelenkarm des Lasers aufgeschraubt,die Ablenkung des Laserstrahls erfolgtin einigen Geräten durch die Anord-nung rotierender Spiegelsysteme.

Im Swiftlase®-Scanner führt einmechanisch gesteuertes Spiegelsystemden Laserstrahl in sog. Lissajou Figu-ren über das Bestrahlungsfeld. EineFortentwicklung dieser Technik wie

der Silktouch®-Scanner kann durchMikroprozessor kontrollierte, elektro-nische Ansteuerung des Spiegelsy-stems ein spiralförmiges Bestrahlungs-schema ohne Kreuzungspunkte mitkonstanter Scangeschwindigkeit errei-chen.

Die vorliegende tierexperimentell-morphologische und histologische Un-tersuchung sollte klären, ob das technisch aufwendigere elektronischeScannersystem die Gewebeablation imVergleich zum defokussierten Modusund im Vergleich zu dem einfacherenmechanischen Scanning-System ver-bessern kann.

Material und Methode

In dieser Studie wurde ein Sharplan®-CO2-LaserTyp 20 C (Sharplan® Lasers GmbH, Freising-Lerchenfeld) als Energiequelle verwendet. Ver-glichen wurden der mechanisch angesteuerteLaserscanner Swiftlase® (Sharplan® LasersGmbH) und der elektronisch angesteuerte La-serscanner Silktouch® (Sharplan® LasersGmbH). Als Referenzmethode wurde zusätzlichdie „klassische“ flächige Ablation mit dem de-fokussierten Laser ohne Scannersysteme durch-geführt.

Als Versuchstiere dienten 79 männliche Os-born Mendel-Ratten im Alter von 7–9 Monaten.Die Tiere wurden mit Atropin (0,2 mg/kg KG)sediert und anschließend mit Ketamin (100 mg/kg KG – Ketavet® 100 mg/ml, Parke DavisGmbH, Freiburg) und Xylazin (15 mg/kg KG –Rompun® 2%, Bayer AG, Leverkusen) anästhe-siert; als „Single-shot-Prophylaxe“ wurde mit0,3 ml Tardomycel® pro injectionem Comp. III(Penizillin-Streptomycin Kombinationspräparatmit Depotwirkung, Fa. Bayer) intraoperativ an-tibiotisch abgeschirmt. Nach Rasur der Tierewurden auf der Rückenhaut Defekte der Kutis

Mund Kiefer GesichtsChir (1999) 3 :200–204 © Springer-Verlag 1999

Gewebeschädigung und -regeneration nach Laseranwendung unter Verwendung unterschiedlicherScanning-Systeme

G. Weibrich, U. Wahlmann, M. Kunkel, T. Reichert, W. WagnerKlinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Prof. Dr. Dr. W. Wagner),Mainz

Dr. Dr. Gernot Weibrich, Klinik für Mund-, Kie-fer- und Gesichtschirurgie (Prof. Dr. Dr. W.Wagner), Augustusplatz 2, D-55131 Mainz

Zusammenfassung

Fragestellung: Lasersysteme finden inder Zahn-, Mund- und Kieferheilkundezunehmend Anwendung. Laser-Scannerversprechen von ihrem methodischenAnsatz eine gleichmäßige Ablation vonHaut- oder Schleimhautveränderungen,die theoretischen Vorteile derartiger Sy-steme sind aber bislang nicht ausrei-chend histologisch verifiziert. Daherwurden in dieser Studie 2 CO2-Laser-Scanner (Silktouch®, Swiftlase®) unter-schiedlicher Scanmuster diesbezüglichverglichen. Material und Methoden: Ineinem Tiermodell (79 Osborn-Mendel-Ratten) wurden je 3 mm große kutaneDefekte durch CO2-Laser-Anwendungauf der Rückenhaut gesetzt. Die histolo-gische Aufarbeitung erfolgte zu ver-schiedenen Zeitpunkten der Wundhei-lung. Klinische Zielparameter warenAblationsrate, Homogenität und Mor-phologie der Wundoberfläche sowie dasAusmaß der Karbonisation. Die histo-logische Auswertung betrachtete dasAusmaß der Schädigung des Umge-bungsgewebes sowie die Reepithelisie-rungsgeschwindigkeit der Oberfläche.Ergebnisse: Der Silktouch®-Scannerzeigte klinisch eine gleichmäßigere Ab-lationsrate bei größerer Homogenitätund verminderter Karbonisation als derSwiftlase®-Scanner. Als histologischesKorrelat dieser klinischen Eigenschaf-ten zeigte sich eine Steigerung des in-tendierten Gewebeabtrags bei gleich-zeitig verminderter thermischer Schädi-gung des Umgebungsgewebes und exaktdefinierter lateraler Begrenzung derthermischen Schädigungszone. Insbe-sondere in der frühen Phase der Wund-heilung zeigte sich eine beschleunigteReepithelisierung nach Anwendung desSilktouch®-Scanners. Diese Unterschie-de waren in der Spätphase der Wund-heilung kaum mehr nachweisbar. ImVergleich zur defokussierten Gewebe-ablation zeigten beide Scanner deutlicheVorteile bezüglich der genannten Para-meter. Schlußfolgerungen: Diese expe-rimentellen Ergebnisse können als Hin-weis auf eine Verminderung der perifo-kalen Schädigung mit reduzierter klini-scher perioperativer Morbidität durchden Einsatz von Laserscannern gewer-tet werden. Im direkten Vergleich derbeiden Scanner scheint der Silktouch®

günstigere Ergebnisse zu erzielen.

Schlüsselwörter

CO2-Laser · Scanner · Ablation · Rat-ten · Histologie

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und Subkutis von 3 mm Durchmesser bis auf dieTiefe der oberflächlichen Muskelfaszie in Rom-pun®-Ketanest®-Narkose gesetzt; - je einmal de-fokussiert sowie mit dem Swiftlase® und unterEinsatz des Silktouch® -Scanners. Die räumli-che Anordnung der Läsionen wurde variiert denBestrahlungsarten zugeordnet. 2 Tiere wurdenunmittelbar nach Anlage der Läsionen (T0) un-tersucht, die weiteren Tiere wurden in Gruppenzu jeweils 7 Tieren den Untersuchungszeit-punkten von 9 h (T1) bis 13 Tagen (T11) zugeteilt(Tabelle 1).

Nach letaler CO2-Narkose wurde dieRückenhaut als Präparat entnommen und – inOCT®-Einfriermedium (Tissue-Tek® O.C.T.Compound, Art. Nr. 45839, Fa. Vogel, Gießen)eingebettet – in flüssigem Stickstoff eingefro-

ren. Die Lagerung erfolgte bei –80°C. Angefer-tigt wurden die Gefrierschnitte mit einemKryostaten (Typ CM1900, Kat. Nr. 0708-3-7-102,Leica Instruments GmbH, Nussoch) mit einerDicke von 6 µm. Nach Anfärbung mit Hämato-xilin-Eosin erfolgte die durchlichtmikroskopi-sche Untersuchung mit dem Leitz-DM-RBE –Mikroskop (Leica Vertriebs-GmbH, Bensheim).

Als klinische Zielparameter wurden dieKarbonisation des Umgebungsgewebes, der Ge-webeabtrag im Bestrahlungsfeld und die Ho-mogenität der Wundoberfläche semiquantitativauf einer Ordinalskala von 0–3 beurteilt. Mit „0“wurde hierbei die stärkste Karbonisation, dergeringste Gewebeabtrag und die inhomogeneWundoberfläche gewertet, dem Wert „3“ wur-den die geringste Karbonisation, der größte Ge-

webeabtrag und die am ehesten homogene Wund-oberfläche zugeordnet.

Histomorphologische Parameter waren diethermische Schädigung des Randgewebes, dasAusmaß und der zeitliche Verlauf der leukozy-tären Infiltration und die Reepithelisierung derWunde. Die thermische Randschädigung wurdein der frühen postoperativen Phase insbesonde-re in lateraler Richtung auf einer Ordinalskalavon 0–3 beurteilt. Das Ausmaß der leukozytärenInfiltration wurde ebenfalls auf einer Skala von„0“ (flächendeckendes Infiltrat) bis „3“ (keineInfiltration) bewertet und zusätzlich der Tag dermaximalen Infiltration bestimmt. Der zeitlicheAblauf der Geweberegeneration wurde anhandder Restdefekttiefe (in 4 Stufen – bis 25%, bis50%, bis 75%, bis 100% des Ausgangsdefekts)am 6. postoperativen Tag und durch das Ausmaßder Reepithelisierung nach 1 Woche beschrie-ben. Die anteilige Reepithelisierung wurde alsProzentsatz des Gesamtdefektdurchmessers imSchnittpräparat ausgedrückt (in 4 Stufen: bis25%, bis 50%, bis 75%, bis 100%).

Ergebnisse

In der tierexperimentellen Anwendungzeigten sich für die verschiedenen Ab-lationstechniken deutliche Unterschie-de in Ausmaß und Charakteristik desGewebeabtrags. Die unmittelbare Si-tuation nach defokussierter Laseran-wendung ist in Abb. 1 zu sehen. DerGewebeabtrag erscheint inhomogenund deutlich zentral betont. Demge-genüber zeigt sich im Bestrahlungsfelddes Swiftlase®-Scanners nur eine zen-

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Mund Kiefer GesichtsChir (1999) 3 :200–204 © Springer-Verlag 1999

Laser induced tissue damage and regeneration after the use of different scanning systems

G. Weibrich, U. Wahlmann, M. Kunkel, T. Reichert, W. Wagner

Summary

Introduction: Laser systems are fre-quently used in dentistry. New laserscanner technologies are promisingmore homogeneous ablation ofpathological ablations of the skin andmucosa. The theoretical advantagesof these systems have not yet beensufficiently evaluated by histologicalfindings. For this reason, we com-pared two laser scanners with differ-ent scanning patterns in this study(Silktouch® and Swiftlase®, by Shar-plan®, Germany). Materials andMethods: In this animal study (79 male Osborn-Mendel rats), skindefects of 3-mm diameter werelasered on to the backs of the ani-mals, one for each method men-tioned above (defocused laser, Swift-lase®, and Silktouch®). The histolog-ical investigations were conducted,depending on the time after surgery (9 h, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, or 13days). On the clinical site, we evalu-ated the visible ablation rate, homo-geneity and morphology of thewound surface and the degree of carbonization. In the histomorpho-logical investigations, we deter-mined the degree of thermal damage

as well as the morphology of thenecrotic area and reepithelizationpattern of the surface. Results: TheSilktouch® scanner clinically showeda homogeneous ablation rate withless carbonization than the Swiftlase®

scanner. In the histological speci-men, this correlated with an increasein the tissue ablation rate and de-creasing thermal damage to the sur-rounding tissue. Especially in theearly wound-healing period, therewas a more rapid reepithelization af-ter the use of the Silktouch scanner.These differences could not be eval-uated in the later wound-healing pe-riod. Compared to the defocusedlaser ablation, both scanning systemsseem to have benefits within theseparameters. Conclusions: The resultsof this study seem to show a dimin-ished perifocal damage and reducedclinical postoperative morbidityachieved by using laser scanningsystems. Compared to the Swiftlase®

laser, the Silktouch® seems to deliverbetter results.

Key words

CO2 laser · Scanner · Ablation · Rats ·Histology

Tabelle 1Untersuchungszeitpunkte T0 bisT11, Aufteilung der Tiere auf Untersuchungsgruppen und Errechnung der Anzahl der Versuchsläsionen

Untersuchungs- Anzahl Anzahlzeitpunkt der der (postoperativ) Tiere Läsionen

T0 0 h 2 6T1 9 h 7 21T2 1 Tag 7 21T3 2 Tage 7 21T4 3 Tage 7 21T5 4 Tage 7 21T6 5 Tage 7 21T7 6 Tage 7 21T8 7 Tage 7 21T9 9 Tage 7 21T10 11 Tage 7 21T11 13 Tage 7 21

tral-kreuzförmige Zone mäßig ver-mehrten Gewebeabtrags (Abb.2). NachAnwendung des Silktouch®-Scannerserscheint die Wundfläche makrosko-pisch nahezu homogen (Abb.3).

Als Ausdruck der unterschiedlichenRandschädigung zeigten die gesetztenLäsionen charakteristische Prägnanzty-pen. Während die defokussierte An-wendung am ehesten muldenförmigeLäsionen erzeugte, erschienen die De-fekte bei Verwendung des Swiftlase®-Scanners trichterförmig und bei An-wendung des Silktouch®-Scannersweitgehend zylinderähnlich ausge-stanzt. Die Anwendung des defokus-sierten Laserstrahls erzeugte klinischmehr Karbonisation als bei Verwen-dung eines Scanners. Um bis zur ge-wünschten Eindringtiefe zu gelangen,mußte die Karbonisationsschicht imvorliegenden Versuch in der Regel 2malmechanisch mit H2O2-getränkten Tup-fern entfernt werden. Beim Einsatz desSwiftlase® erfolgte meist nur eine Rei-nigung der Wunde, bei Verwendung desSilktouch® war keine Säuberung nötig.

Histologisch zeigte sich bereits inden unmittelbar postoperativ gewon-nenen Präparaten eine ausgeprägtethermische Randschädigung durch dendefokussierten Laser. Der Übergangvon breiter geschädigter Randzonezum gesunden Gewebe erschien hiermeist fließend und nur schwer ab-grenzbar entsprechend einer ausge-prägten perifokalen Energieeinstrah-lung ohne definierte Feldgrenze. BeimEinsatz des mechanischen Swiftlase®-Scanners ist die thermische Randschä-digung insgesamt geringer, die perifo-kale Übergangszone erscheint schmä-ler und die Randkoagulation daherzum nicht geschädigten Gewebe deut-licher abgegrenzt. Der Silktouch®-Scanner zeigte die geringste thermi-sche Randschädigung und eine nahezuscharfe Abgrenzung der Läsion zumnicht geschädigten Gewebe, entspre-

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Abb.1. Makroaufnahme einer Laserläsion un-mittelbar nach Setzen der Verletzung mit demdefokussierten Laser

Abb.2. Makroaufnahme einer Laserläsion un-mittelbar nach Setzen der Verletzung mit demSwiftlase®-Scanner

Abb.3. Makroaufnahme einer Laserläsion un-mittelbar nach Setzen der Verletzung mit demSilktouch®-Scanner

1

2

3

chend einer exakt definierten Grenzeder thermischen Einwirkung.

Das Maximum der leukozytären In-filtration war bei Einsatz der Scanneram 3. postoperativen Tag erreicht, beidefokussierter Laseranwendung erst am4. Tag, gleichzeitig erschien die Leuko-zyteninfiltration beim Scannereinsatzweniger ausgeprägt. Weitere Unter-schiede im Wundheilungsverlauf fin-den sich bei der Reepithelisierung. DerBeginn der epithelialen Einsprossungvom Rand des Defekts lag nach defo-kussierter Laseranwendung am 5. Tag,zu diesem Zeitpunkt waren die Läsio-nen des Swiftlase® bereits teilweise, diedes Silktouch®-Scanners bereits weit-gehend reepithelisiert (Tabelle 2c).

Am 9. Tag waren die Läsionen na-hezu vollständig mit Epithel bedecktund die Niveauunterschiede beinahevollständig ausgeglichen (Abb. 4, 5),anschließend (bis zum 13. Tag) erga-ben sich keine weiteren erkennbarenUnterschiede der Wundheilung.

Eine zusammenfassende Darstel-lung der klinischen und histologischenErgebnisse findet sich in Tabelle 2.

Diskussion

Die Anwendung des Scannerprinzipsverbessert die grundsätzliche Eignungvon Lasern zur flächigen Gewebeabla-tion erheblich [2, 4–6, 8, 10]. In klini-schen Anwendungsbeobachtungen wirdsowohl über eine enorale Anwendungbei Leukoplakien [3, 7] als auch überdermatologische Indikationen zum La-ser-Skin-Resurfacing [1, 9] berichtet,wobei insbesondere die Vorteile eineshomogenen Gewebeabtrags im Be-strahlungsfeld und geringerer thermi-scher Gewebeschädigungen hervorge-hoben werden. Zwischenzeitlich wer-den Scannersysteme unterschiedlicherAnsteuerungsmethoden mit verschie-denen Scanmustern angeboten. Dievorliegende Studie vergleicht daher dieAuswirkungen derartiger Scanmusterauf die Wundheilung in einem standar-disierten tierexperimentellen Ansatz.

Sowohl anhand der klinisch-makro-skopischen als auch der histologischenParameter ergaben sich deutliche Hin-weise auf eine Verminderung des ther-mischen Traumas der Laseranwen-

dung durch den Einsatz von Scanner-systemen und auch auf einen Einflußdes jeweiligen Scanmusters.

Bedeutsam erscheint zum einen dieinnerhalb der Läsion erkennbare, deut-lich homogenere Energieeinstrahlungder Scannersysteme gegenüber einerdefokussierten Laseranwendung, diein dem gleichmäßigeren zylindrischenAblationsreliefs und einer geringerenKarbonisation zum Ausdruck kommt.Die Verminderung von Kreuzungs-punkten durch den Silktouch®-Scannerund damit von thermischen Lastspit-zen im Zentrum der Läsionen konntedie noch mittenbetonte Energieeinwir-kung des Swiftlase® nahezu vollstän-dig vermeiden.

Als weiterer Faktor des thermischenTraumas war die perifokale Randschä-digung bei Scanneranwendung deutlichreduziert. Auch hier führte das Scanmu-ster in Kombination mit der homogenenScangeschwindigkeit des Silktouch® of-fensichtlich zu einem steileren Abfallder Energieeinstrahlung an der Feld-grenze als das des Swiftlase®. Auch dieGeschwindigkeit der Reepithelisierung

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Tabelle 2Zusammenfassung der klinischen und histomorphologischen Ergebnisse (Erläuterungen s. Text)

Ergebnisse Defokussiert Swiftlase® Silktouch®

A. Klinisch

Gewebeabtrag + ++ +++Homogenität 0 + ++Morphologie Krater Trichter ZylinderKarbonisation 0 + ++

B. 1. bis 2. Tag postoperativ – histomorphologisch

Periphere Schädigung + ++ +++Axiale Schädigung + +(+) ++Morphologie der Randnekrose Oberflächenbetont Gering oberflächenbetont HomogenAbgrenzung Nekrose/ Umgebung Fließend Möglich Deutlich

C. 3. bis 7. Tag postoperativ – histomorphologisch

Leukozyteninfiltration +(+) ++ ++– Maximum 4. Tag 3. Tag 3. TagDefekttiefe (6. Tag) 50% 50% 50%Reepithelisierung + +(+) ++(7. Tag) 10% 30% 40%

D. 9. bis 13. Tag postoperativ – histomorphologisch

Reepithelisierung +++ +++ +++Niveauunterschied +++ +++ +++

scheint Unterschiede der Wundheilungfür verschiedene Scanmuster, am ehe-sten als Folge der perifokalen thermi-schen Schädigung, aufzuzeigen.

Insgesamt betrafen sämtliche kli-nisch-makroskopischen und histologi-schen Unterschiede lediglich die frühePhase der Wundheilung, bis zum 9.postoperativen Tag glichen sich dieRegenerationsprozesse der verschiede-nen Läsionstypen weitgehend an.

Die hier gewonnenen tierexperi-mentellen Erkenntnisse tragen zumVerständnis einiger klinischer Beob-

achtungen der Laserscanneranwen-dung bei. Als Ausdruck des klinischhomogenen und gut definierten Gewe-beabtrags eines Scanners ergab sichdas histologische Bild einer scharf be-grenzten, zylindrisch ausgestanztenLäsion mit nur geringer perifokalerNekrosezone. Die insgesamt geringereund auch kurzlebigere leukozytäre In-filtration korreliert gut mit der klini-schen Beobachtung einer geringen pe-rioperativen Morbidität bei schonen-dem flächigem Gewebeabtrag unterdem Einsatz eines Scanners [3, 8].

Offen bleibt bisher, ob der Einsatzvon Laserscannern bei größeren Abla-tionsdefekten auch Auswirkungen aufdie späte Phase der Wundheilung er-warten läßt. Die methodischen Gren-zen des gewählten Tiermodells mit be-schränkter Defektgröße lassen hier ei-ne abschließende Bewertung nochnicht zu.

Literatur

1. Gardner ES, Reinisch L, Stricklin GP, EllisDL (1996) In vitro changes in non-facial hu-man skin following CO2 laser resurfacing: a comparison study. Lasers Surg Med 19 :379–387

2. Ho C, Nguyen Q, Lowe NJ, Griffin ME,Lask G (1995) Laser resurfacing in pig-mented skin. Dermatol Surg 21 :1035–1037

3. Horch H (1993) Laseranwendungen in derMund-Kiefer-Gesichtschirurgie. In: BerlienH, Müller G (Hrsg) Angewandte Laser-medizin. Ecomed, Berlin, S 1–4

4. Krespi YP, Ling EH (1994) Laser-assistedserial tonsillectomy. J Otolaryngol 23 :325–327

5. Lask G, Keller G, Lowe N, Gormley D(1995) Laser skin resurfacing with the Silk-Touch flashscanner for facial rhytides. Der-matol Surg 21 :1021–1024

6. Rohde E, Laeschke K (1997) Laser SkinResurfacing. In: Rudolph H (Hrsg) Plasti-sche und Wiederherstellungschirurgie. 34.Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft fürPlastische und Wiederherstellungschirurgie.Einhorn, Reinbek, S 272–276

7. Sedlmaier B, Fuhrer A, Jovanovic S, Scherer H (1997) Der Silk-Touch-Scannerin der CO2-Laser Behandlung von Haut- undSchleimhautveränderungen. In: Rudolph H(Hrsg) Plastische und Wiederherstel-lungschirurgie. 34. Jahrestagung der Deut-schen Gesellschaft für Plastische und Wie-derherstellungschirurgie. Einhorn, Reinbek,S 277–278

8. Sporri S, Frenz M, Altermatt HJ, HanniganEV, Dreher E (1996) Treatment of humanpapillomavirus-associated vulvar diseasewith the CO2-laser. Physical and histologicalaspects with use of a new scanning device,the SwiftLase. Arch Gynecol Obstet 259 :25–35

9. Studtmann V, Rudolph H (1997) OperativesVorgehen und intraoperative Komplikatio-nen beim „Skin-Resurfacing“. In: RudolphH (Hrsg) Plastische und Wiederherstel-lungschirurgie. 34. Jahrestagung der Deut-schen Gesellschaft für Plastische und Wie-derherstellungschirurgie. Einhorn, Reinbek,S 601–605

10. Waldorf H, Kauvar A, Geronemus R (1995)Skin resurfacing of fine to deep rhytides us-ing a char-free carbon dioxide laser in 47 patients. Dermatol Surg 21 :940–946

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Abb.4. Die Epithelschicht ist am 9. postoperativen Tag nach defokussierter Laseranwendung bisauf einen kleinen Bereich in der Mitte des Präparats vollständig mit Epithel bedeckt, Vergr. 25 :1

Abb.5. Die Epithelschicht ist am 9. postoperativen Tag nach Silktouch®-Anwendung vollständigmit Epithel bedeckt, Verg. 25 :1

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