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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Matenalbearbeltung unter besonderer Berücksichtigung der Bearbeitung von Zähnen mit einem Im Handstück um 180. umgelenkten und im Bereich der Bearbeitungszone tangential zu dieser gerichtetem Wasserstrahl sowie mit einem Laserstrahl. Als Laser wird dabei vorzugsweise ein Nd : YAG Laser verwendet. Die durch die gegenständliche Erfindung gelöste Aufgabe liegt in der vorteilhaften Bearbeitung von Zähnen und Zahnfüllungen, insbesondere von Füllungen aus Amalgam.
Dies sind Tätigkeiten, die in der Praxis eines Zahnarztes häufig anzutreffen sind.
Der mit diesem Verfahren erfolgende Bearbeitungsprozess wird dabei üblicherweise durch Bohrer bewerkstelligt, die mit Hilfe von Turbinen auf sehr hohe Drehzahlen gebracht werden, wobei jedoch als Folge der mit dem Abtragungsprozess verbundenen Vibrationen beträchtliche Schmerzen beim Patienten auftreten können, weshalb schon seit langer Zelt intensiv nach Alternativen zu dieser Bearbeitungstechnik gesucht wird.
Eine in der Medizin bereits vielfach angewandte Technik zur Abtragung von Gewebe erfolgt durch die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit dem Gewebe. Der dabei genutzte Mechanismus besteht dabei meist In der Erwärmung und darauffolgenden Zersetzung bzw. Verdampfung. Der Laserstrahl wird dabei entweder durch Gelenkarme (EP 346 712 A) oder durch flexible Lichtleitfasern (DE 42 40 182 Al) der Bearbeitungsstelle zugeführt. Bei der Anwendung derartiger Verfahren in der Zahnbehandlung wird zusätzlich zum Laserstrahl ein Wasser- Luft- Gemisch der Bearbeitungsstelle zugeführt (EP 392 951 A), wodurch in der bekannten Weise die Bearbeitungsstelle gekühlt wird. Neben der thermischen Wirkung des Laser- strahis lassen sich aber auch nicht-thermische Effekte zur Abtragung nutzen.
So besteht etwa durch die Verwendung von im UV-Bereich emittierenden Lasern die Möglichkeit, chemischen Bindungen durch die hochenergetischen Lichtquanten der Laserstrahlung direkt aufzutrennen, sodass es zu keiner Erwärmung des Gewebes kommt (DE 38 00 555 C2). Besonders günstige Ergebnisse lassen sich nach DE 195 01 279 A dann erzielen, wenn die Bearbeitung unter Wasser erfolgt.
Bei den auf Erwärmung basierenden Abtragverfahren tritt im Bereich der Zahnbehandlung neben thermischen und mechanischen Schädigungen des Hartgewebes vor allem bei Amalgamfüllung die Bildung von giftigem Quecksilberdampf auf weshalb diese Methode insbesondere für den letzteren Fall völlig verworfen werden muss. UV- Strahlung hingegen kann bereits bei geringen Bestrahlungsstärken das umliegende Gewebe schädigen, was im Auftreten eines Erythems, im schlimmsten Fall sogar im Auftreten von Krebs resultieren kann.
Eine weitere bekannte Methode zur Zahnbehandlung stellt das in AT 403 761 B beschriebene Verfahren dar, bei dem mit einem durch eine Düse erzeugten und mit einer Rolle um insgesamt 180. umgelenkten Wasserstrahl nach dem bekannten Abtragungsprinzip der Hochdruck-Wasserstrahltechnik eine abrasive Wirkung an der Behandlungsstelle erzielt wird. Der hochenergetische Wasserstrahl wirkt dabei näherungsweise tangential zur Behandlungsstelle.
Zur Erhöhung der Abtragungsteistung wird oft der Zusatz abrasiver Mittel, wie etwa Aluminiumoxyd. zum Wasser erforderlich, wodurch einerseits die Lebensdauer der den Wasserstrahl bündelnden Düse stark verringert und die Bearbeitungskosten wesentlich erhöht werden, andererseits auch die Abtragtiefe an der Behandlungsstelle nicht genau kontrollierbar ist und dadurch Gefahren für den Patienten entstehen.
Schliesslich sind auch noch Verfahren anzuführen, bei denen ein Wasserstrahl und ein Laserstrahl kombiniert verwendet werden. Zunächst ist hier das bereits erwähnte Verfahren (EP 392 951 A) zur Laserzahnbehandlung anzuführen, bei dem eine Kühlung mit einem Wasser- Luft- Gemisch erfolgt. Neben der Kühlung kann der Wasserstrahl aber auch zur Reinigung der Bearbeitungsoptik verwendet werden (WO 96130 157 A), wobei im letzteren Fall der Strahl periodisch zwischen Bearbeitungsopttk und Bearbeitungsstelle hin- und herpendelt. Beim Trennen von aus Fasern bestehenden Geweben (z. B. Papier) ist weiters bekannt, dass nach dem eigentlichen Trennvorgang mit dem Hochdruck-Wasserstrahl ein Laserstrahl zum Trimmen der verbleibenden Schneidkanten vorteilhaft eingesetzt werden kann (WO 92/059 31 A).
Zusammenfassend lässt sich nun feststellen, dass ein dringender Bedarf nach einem schonenden Verfahren zur abtragenden Bearbeitung von Zähnen und Zahnfüllungen besteht, welches keine mechanischen Vibrationen auf die Behandlungsstelle überträgt, ohne weiträumige Erwärmung des Materials auskommt, um beispielsweise auch Amalgam gefahrenfrei bearbeiten zu können, mechanische sowie thermische Schädigungen des Gewebes vermeidet und auch ohne den Einsatz abrasiver Mittel auskommt. Weiters müssen die präzise Bearbeitung der Behandlungsstelle sowie kontinuierliche Materialabtragung in Form mikroskopischer Partikel und die gleichzeitige verlässliche Abfuhr oder Entfernung der letzteren gewährleistet sein.
Zur Erfüllung dieser Forderungen bietet sich der gemeinsame Einsatz zweier bekannter Techniken an, nämlich die Kombination eines Laserstrahls, der bereits in vielen Bereichen der Materialbearbeitung und - abtragung eingesetzt wird, mit einem hochenergetischen, am Handstück anliegenden Wasserstrahl nach bereits bekannter, oben erwähnter Ausführung.
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Beim kombinierten Einsatz beider Techniken erfolgt die Materialabtragung sowohl durch den Strahl des Lasers wie auch durch die kombinierte Wirkung von Wasser- und Laserstrahl, da auch der Hochdruckwasserstrahl wie oben erwähnt abtragende Wirkung zeigt.
Dieses erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, auf jeglichen Einsatz von Abrasivmitteln gänzlich zu verzichten und dennoch die Materialabtragungsrate im Vergleich zur Materialabtragungsmethode nur mit dem Wasserstrahi beträchtlich zu erhöhen, ohne für den Patienten gefährlich oder schädlich zu sein. Darüber hinaus können keine gefährlichen Dämpfe, wie etwa Quecksilberdampf, freigesetzt werden, da derartige Emissionen durch die kühlende Wirkung des Wasserstrahles augenblicklich auskondensieren bzw abgeführt werden.
Im Vergleich zu der herkömmlichen Behandlungsmethode mit Bohrern ist diese Methode auch weniger schmerzhaft, da aufgrund geringerer mechanischer Krafteinwirkung weniger Vibrationen zu einer Reizung des Nervensystems führen können.
Gemäss der gegenständlichen Erfindung wird ein Hochdruckwasserstrahl durch ein mehrstufiges Pumpensystem bekannter Bauart erzeugt und einem Bearbeitungskopf, der beispielsweise als Handstück ausgebildet ist, zugeführt. Dieser erfindungsgemässe Bearbeitungskopf besteht in an sich bekannter Welse aus einem Zuführungskanal, welcher das Wasser der Behandlungsstelle zuführt, einem weiteren Kanal, der dieses Wasser gemeinsam mit den mikroskopischen Abtragungspartikein wieder aufnimmt und wegführt, sowie zwei symmetrisch angeordneten rotierenden Rollenzylindern, welche dazu dienen, den Wasserstrahl zunächst aufgrund der Haftung zwischen Rollenoberfläche und Strömung so umzulenken,
dass er tangential auf die Zahn-Oberfläche treffen und dort seine abrasive Wirkung entfalten kann und danach von dieser wieder wegzulenken und gemeinsam mit den Abtragungspartikeln In den abführenden Kanal zu führen.
Somit wird der Wasserstrahl durch die beiden am Handstück befestigten Rollen insgesamt um 180' umgelenkt. In dem frei bleibenden Bereich zwischen den beiden Rollen befindet sich nun erfindungsgemäss eine Lichtleitfaser, welche den Laserstrahl, vorzugsweise durch einen Nd : YAG Laser erzeugt, der Behandlungsstelle zuführt, wobei der Strahl vor dem Auftreffen auf die Zahnoberfläche noch durch eine hinter der Lichtleitfaser angeordnete Fokussieroptik auf die Bearbeitungsstelle fokussiert wird. Der fokussierte Laserstrahl trifft nun auf den Wasserfilm auf der Oberfläche des Zahnes, durchdringt diesen Wasserfilm ungeschwächt und erreicht die Oberfläche des Zahnes, wo er entweder Zahnmaterial abträgt, wenn er auf eine gesunde Stelle des Zahnes trifft, oder Plombenmaterial oder andere Füllungen schmilzt und abträgt.
Wenn letzteres der Fall ist, wird das geschmolzene Material in Tröpfchenform durch den Wasserstrahl abgeführt, wodurch jeglicher Schaden für den Patienten vermieden wird. Zusätzlich kühlt der rasche Durchfluss des Wassers die Zahnoberfläche ab, wodurch einerseits jegliche Überhitzung, welche die Zahnwurzel schädigen könnte, verhindert wird, andererseits auch die gefahrenfreie Bearbeitung von Amalgamfüllungen ermöglicht wird, da die kühlende Wirkung des Wassers die Frelsetzung von giftigem Quecksilberdampf verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Wasserstrahl nur durch eine einzige Rolle wieder aufgrund der Haftung zwischen Rolle und Strömung um 1800 umgelenkt, wobei die Umlenkrolle in diesem Fall aus einem für die Wellenlänge des Lasers transparenten Material gefertigt ist und der Laserstrahl durch die optische Wirkung der Rolle fokussiert wird. Über der Rolle befindet sich nun wieder eine Lichtleitfaser, die den Laserstrahl dem Handstück zuführt, durch welches der Strahl auf die Bearbeitungsstelle fokussiert wird.
Auch in dieser Ausführungsform trifft der Laserstrahl zunächst auf den Wasserfilm und erreicht danach die Oberfläche des Zahnes.
In einer modifizierten Form der gegenständlichen Vorrichtung ist zwischen Rolle und Lichtleitfaser eine zusätzliche Optik angeordnet, welche den Astigmatismus der als Zylinderlinse wirkenden Rolle kompensiert und somit die Präzision der Bearbeitung nochmals erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zusätzliche Lichtleitfasern mit der Bearbei- tungs-Vorrichtung verbunden und dienen zur Beobachtung der Bearbeitungsstelle und Beleuchtung derselben, wodurch die Präzision der Bearbeitung noch wesentlich gesteigert wird.
In Figur 1 und 2 sind zwei beispielhafte Realisierungen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung ist in Figur 1 angegeben. Das von einer Hochdruckpumpe bekannter Bauart kommende Wasser (1) wird zunächst durch den in das Gehäuse (2) des Bearbeitungskopfes eingearbeiteten Kanal näherungsweise senkrecht der Werkstückoberfläche zugeführt, und durch die erste vom Wasserstrahl angeströmte Rolle (3) derart umgelenkt, dass der Wasserstrahl nun sowohl die Werkstückoberfläche wie auch die beiden Rollen (3) tangential berührt und diese aufgrund von Reibung in Rotation versetzt.
Der von der zwischen den beiden zylindrischen Rollen befindlichen Lichtleitfaser (4) zugeführte und durch die Fokussieroptik (5) fokussierte Laserstrahl (6) durchtritt den Wasserfilm und trifft nun auf die Abtragzone (7), wo durch die Laserstrahlung einerseits und durch die abrasive Wirkung des Hochdruckwasserstrahles andererseits eine Bearbeitung und Abtragung des
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Matenals stattfindet. Als Folge der anhaltenden Wechselwirkung zwischen den beiden Rollen und dem Wasserstrahl wird der Strahl nun von der Bearbeitungsstelte weggelenkt und schliesslich zusammen mit den Abtragungsprodukten (8) durch einen ebenfalls in das Gehäuse (2) der Vorrichtung eingearbeiteten Kanal abgeführt.
Das eingesammelt Wasser verlässt schliesslich zusammen mit den Produkten des Matenalab- trags (8) den Bearbeitungskopf.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt Figur 2. Das von einer Hochdruckpumpe bekannter Bauart kommende Wasser (1) wird zunächst durch den in das Gehäuse (2) des Bearbeitungskopfes eingearbeiteten Kanal näherungsweise senkrecht der Werkstückoberfläche zugeführt, und durch die vom Wasserstrahl angeströmte und aufgrund von Reibungskräften in Rotation versetzte Rolle (9) derart umgelenkt, dass der Wasserstrahl nun die Werkstückoberfläche tangential berührt.
Der von der in das Gehäuse (2) eingebetteten Lichtleitfaser (4) zugeführte Laserstrahl (6) wird durch die aus für die Wellenlän- ge des Lasers transparentem Material gefertigte Rolle (9) fokussiert, durchtritt den Wasserfilm und trifft nun auf die Abtragzone (7), wo durch die Laserstrahlung einerseits und durch die abrasive Wirkung des Hochdruckwasserstrahles andererseits eine Bearbeitung und Abtragung des Materials stattfindet. Als Folge der anhaltenden Wechselwirkung zwischen der Rolle (9) und dem Wasserstrahl wird der Strahl nun von der Bearbeitungsstelle weggelekt und schliesslich zusammen mit den Abtragungsprodukten (8) durch einen ebenfalls in das Gehäuse (2) der Vorrichtung eingearbeiteten Kanal abgeführt.
Das eingesammelt Wasser verlässt schliesslich zusammen mit den Produkten des Materialabtrags (8) den Bearbeitungskopf.