CN102428506B - 测量在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种实时测量从固化能量源输送给仿真牙齿修复物的固化能量的系统和方法。该系统包括检测器和显示器。检测器在仿真牙齿修复物内的一个位置测量固化能量源所输送的固化能量的量。显示器实时显示所测量的固化能量的量。该系统还包括测量在固化期间口腔组织(牙齿和齿龈)中的温度变化的温度检测器。该系统还包括记录操作者的固化技术的摄像机。

Description

测量在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年4月9日提交的题目为“METHOD ANDSYSTEM FOR MEASUREMENT OF CURING ENERGYDELIVERED DURING SIMULATED DENTAL RESTORATIONS”的美国临时专利申请No.61/168,039的利益，该美国临时专利申请的全部内容被特意通过引用包括在这里。
技术领域
本发明一般涉及定量监视在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量。具体地说，本发明涉及测量在对仿真牙齿修复物进行光固化时所输送的能量。
背景技术
按照世界卫生组织，牙齿腐蚀是世界最普遍的健康问题之一。据估计，美国有90％的人具有至少一个牙洞。孩子和老人是两个高危人群。牙齿树脂修复呈现为值得注意的市场，但是所有的修复牙科中有60％以上用于替换修复物。树脂修复物的放置是敏感的技术，因此必须放置适当，使病人得到最佳护理。树脂修复失败的最常见的原因是由于修复处周围的微小渗漏导致修复物开裂和边缘缺陷而引起的二次龋齿(牙蚀)。这些失败可能是由于树脂修复物没有被适当聚合从而达不到它的预期物理性能。
评价牙科学生、牙科医生和牙科助理的依据是他们在备牙和牙最终修复上的能力。然而，操作者(例如，牙科医生或牙科学生)输送足够的有用固化能量来适当固化修复物的能力是不容易度量的，在视觉上或触觉上检测树脂修复物是否得到适当固化是不可行的。
没有适当得到固化的树脂将导致修复物的物理性能降低、粘结强度降低、修复物边缘处磨损和破裂增大、生物适应性降低和来自沥滤液的DNA损害增大。这些沥滤液可以包括双酚A二缩水甘油醚丙烯酸甲脂(Bis-GMA)、双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯(TEGDMA)、氨基甲酸二甲基丙烯酸酯(UDM)、双酚A聚乙二甲基丙烯酸(bis-EMA)和双酚A，据报告，洗提后的BisGMA和TEGDMA的总单体浓度在8.75至27.97ppm的范围内。体外试验表明，一些树脂成分可以引起对纯净的胸腺体依赖淋巴细胞和脾细胞的分裂素驱动繁殖的免疫抑制或免疫刺激。相反，输送给修复物的固化能量过多可能导致牙和周围口腔组织内不必要和不能接受的温度升高。
发明内容
在固化修复物方面培训和评价牙科医生的当前方法的这些缺点可以通过提供一种测量和计算在固化仿真牙齿修复物期间所输送的固化能量的方法和系统来克服。这种方法和系统可以实时向操作者显示他们是否正在将足够的固化能量输送给修复物。
在有些方面，所提供的是一种实时测量从固化能量源输送给仿真牙齿修复物的固化能量的系统。这种系统包括检测器、处理器、分析数据的软件和显示器。检测器在仿真牙齿修复物内的一个位置测量固化能量源所输送的固化能量。过程和软件分析数据，而显示器实时显示所测量的能量和有用的固化情况。
在有些实施例中，系统还包括具有人造的颊、唇、舌和可变颌口的牙科人体模型，用来接纳至少一个用于仿真牙齿修复物的仿真牙。仿真牙可以用具有与牙齿基本上类似的光学性质的材料制成。
在有些实施例中，检测器放置在这至少一个仿真牙内预定深度，以仿真牙洞环境。可固化材料可以放置在这至少一个仿真牙内，使可固化材料受到固化能量的作用，以仿真牙齿修复物。检测器可以设置在可固化材料外，用来测量输送给可固化材料的固化能量。检测器可以是热电检测器、光电二极管、电荷耦合器件光检测器(CCD光检测器)或光谱辐射仪，或者是任何类型的能检测200至700nm范围内的光子的能量检测器。
在有些实施例中，提供了温度传感器。温度传感器可以设置在牙上或接近仿真牙洞环境的牙的齿龈内。在用不适当的技术固化修复物时，固化能量可能导致不能接受的牙髓或齿龈温度升高，使牙髓或齿龈受到损伤和发炎。因此，温度传感器可以报告在仿真树脂修复期间温度的改变，可以用这数据来评价操作者和/或固化能量源在固化修复物而不损伤邻近区域(诸如，正在固化其中的树脂的牙的牙髓和及其周围的口腔组织和齿龈)中的能力。
在有些实施例中，在牙科人体模型内提供了口内摄像机。口内摄像机可以用来获取光固化技术的静止图像或实时视频。摄像机图像或视频还可以用将图像或视频与实时固化能量数据相关联的时间标记予以增强。
在有些实施例中，系统还包括可以根据适当固化仿真牙齿修复物的预定量的能量优化所输送的固化能量的处理器。
系统还可以包括存储各个用户的用户简档的数据库。用户简档可以包括用户用不同的光能源将预定量的能量输送给仿真牙齿修复物的能力。用户简档还可以包括用户将预定量的能量输送到仿真牙齿修复中至少两个位置的能力。用户简档内的数据可以用来将一个用户相对其他用户进行排列。
数据库可以还存储每个固化能量源的固化能量源简档。固化能量源简档可以包括每个固化能量源将预定量的能量输送给仿真牙齿修复物的能力。可以根据固化能量源简档将一个固化能量源相对数据库内其他固化能量源进行排列。
在有些方面，所提供的是实时报告输送给仿真牙齿修复物的固化能量的方法，这种方法包括：将固化能量提供给仿真牙齿修复物；在被设置在仿真牙齿修复物内的检测器处测量固化能量；用实时视频记录输送能量的过程；用设置在牙齿和齿龈内的检测器测量温度随着能量输送改变的情况；以及，实时显示所测量的所输送的能量。
在有些实施例中，这种方法还包括：将可固化材料设置在至少一个仿真牙内；以及使可固化材料接收固化能量，以仿真牙齿修复物。然后，可以从仿真牙中取下这个可固化材料，接受物理和化学测试。这种方法包括根据这些测试的结果优化输送需向仿真修复物输送的固化能量所需的时间。
在又一个实施例中，这种方法还包括根据测量适当固化放置在具有与临床上相应的反射背景表面的牙内的可固化材料所需的能量确定将所需能量输送给仿真牙齿修复物所需的时间。
本领域内的普通技术人员从以下结合附图对本发明的具体实施例所作的说明中可以清楚地看到本发明的其他方面和特征。
附图说明
下面将参照附图对本发明的实施例进行例示性的说明，在这些附图中：
图1A为按照一个实施例实时测量所输送的用来固化仿真牙齿修复物的能量的系统的示意图；
图1B为在这里所说明的系统的示意框图；
图2为按照一个实施例实时测量在仿真牙齿修复中所输送的固化能量的系统的照片；
图3A为按照另一个实施例用于仿真牙齿修复的牙科人体模型的照片；
图3B为按照图3A的实施例用于仿真牙齿修复的仿真牙和传感器的照片；
图4A为按照图3A的实施例用于仿真牙齿修复的仿真牙的剖面的示意图；
图4B为按照又一个实施例带有用于仿真牙齿修复的可固化材料的仿真牙的剖面的示意图；
图5A为按照又一个实施例带有用于仿真牙齿修复的可固化材料的仿真牙的剖视图；
图5B为按照图5A的实施例带有用于仿真牙齿修复的可固化材料的仿真牙的顶视图；
图5C例示了从在可移动料盘内固化的树脂样本得出的数据；
图6A和6B示出了按照一个实施例例示用户标识、仿真牙的位置(图6A)和标识固化能量源(图6B)的用户界面；
图7A和7B示出了例示对照参考值比较几个固化能量源随时间所输送的固化光辐照度的用户界面(图7A)和比较几个固化能量源所输送的固化能量的用户界面(图7B)；
图8A和8B示出了例示比较在位置1(图8A)和在位置2(图8B)不同的用户用几个固化能量源输送的固化能量的用户界面；
图9A和9B示出了在仿真牙的不同位置(图9A)和由不同用户(图9B)输送的固化能量的统计分析；
图10A和10B示出了例示几个固化能量源在仿真牙的不同位置(图10A)和固化能量源离放置在仿真牙内的检测器不同距离(图10B)的总性能排列的用户界面；
图11示出了对几个固化能量源所输送的固化能量的统计分析；
图12例示了在仿真树脂修复期间为操作者提供反馈的示范性方法实施例；
图13为所接收的固化能量对2mm厚的Filtek Supreme A2B样品的顶面和底面的努普硬度的影响的例示图；
图14A为参与者在接受光固化指导前在用Optilux 401灯(石英钨卤素灯)进行20秒光固化期间所输送的辐照度和能量的例示图；
图14B为参与者在接受光固化指导后在用Optilux 401灯进行20秒光固化期间所输送的辐照度和能量的例示图；
图15A为参与者在接受光固化指导前所输送的能量的例示图；
图15B为参与者在接受光固化指导后所输送的能量的例示图；
图16A为参与者在接受光固化指导前在进行40秒光固化期间所输送的能量的例示图；
图16B为参与者在接受光固化指导后在进行40秒光固化期间所输送的能量的例示图；
图17A为口内摄像机所记录的固化灯紧靠仿真空洞环境的牙的图像；
图17B为口内摄像机所记录的固化灯将固化能量输送给仿真空洞的牙的图像；
图18为随时间检测到的能量(辐照度)曲线图；
图19A为示出辐照度对时间的曲线图的用户界面；
图19B为示出辐照度对波长的曲线图的用户界面；以及
图19C为示出在用户所进行的几次试运行中的所有数据的用户界面。
具体实施方式
牙科医生用来修复牙齿的光可固化树脂(白色填料)需要足够的固化能量，例如光能，来适当地聚合在牙齿内的树脂填料。在Dalhousie大学的牙科研究所的最近研究中，50％的学员输送给树脂修复物的达不到适当光量。虽然树脂生产商为他们的光固化材料提供了大致的固化时间，但操作者还是不容易知道他们是否实际上输送了足以有效地固化在嘴内的修复物使这些修复物安全和耐用的光能。这部分是因为牙科医生可得到的一些光固化设备输出差异很大的光强度、光谱，而且具有不同的形状和结构。此外，光源与树脂的角度和距离也影响树脂实际接收到的有用光量。
通常，用牙科固化灯作为固化基于树脂的修复物的能量源。固化灯的例子包括各种形状和尺寸的激光、LED、或等离子弧光源。牙科医生可以用各种光计量器来测试他们的固化灯的输出，但是这些计量器只测试灯在工作台面环境中的输出而不能测试或测量在口腔内修复物接收到的光量。
目前，牙科医生可以使用主要在口腔外的外部传感器测量他们的固化灯的输出，以检验固化灯在理想情况下是否正确起作用。实际上，这种测量并不提供对固化灯输送到口腔内进行修复的固化能量的指示。此外，操作者不能实时监视和优化他们正在输送到口腔内进行修复的能量。
在Dalhousie大学的探索性研究中，使用市售的光谱辐射仪收集了处在牙科人体模型头内一个位置的臼齿的一级修复物所接收的辐照度。而后，对这数据进行了分析，得到输送给仿真修复物的实际能量的测量结果。为了仿真临床现实性，将一个人体模型头固定到牙科诊所内的牙科椅上。在研究中使用了三种不同的固化灯，记录了在整个光固化过程中修复物所接收的辐照度(mW/cm2)，以计算每个志愿者输送给仿真修复物的能量(J/cm2)。生产商和研究人员推荐输送大约10至20J/cm2的能量给修复物，但是志愿者所输送的光能量为从2J/cm2(不足)到12J/cm2(勉强合适)。在这三种灯所输送的能量中还有显著差异(p＜0.01)。所得出的结论是，许多牙齿修复物在典型的牙科环境中可能接收到比以前所认为的少得多的能量。
如早些所讨论的，不足的固化能量可能导致修复物的物理性能降低、粘结强度降低、边缘磨损和开裂增大以及生物适应性降低和来自沥滤液的DNA损害增大。这些沥滤液可以包括双酚A二缩水甘油醚丙烯酸甲脂(Bis-GMA)、双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯(TEGDMA)、氨基甲酸二甲基丙烯酸酯(UDMA)、双酚A聚乙二甲基丙烯酸(bis-EMA)和双酚A，据报告，洗提后的BisGMA和TEGDMA的总单体浓度在8.75至27.97ppm的范围内。体外研究表明，树脂组分可以引起对纯净的胸腺体依赖淋巴细胞和脾细胞的分裂素驱动繁殖的免疫抑制或免疫刺激。相反，传送给修复物的能量过多可能导致牙内不必要和不能接受的温度升高。
初步测试表明，几乎所有的牙科专业人员(牙科医生、牙科卫生学家、实习生和助理)可以得益于怎样最佳地将固化能量输送给修复物的指导，例如正确定位固化灯，以将适当的光量传送给树脂。
当前可得到的传感器系统并不为用户提供有关输送给修复物的能量的实时信息，使用昂贵的检测方法来确定什么时侯树脂得到固化，或者依赖外部检测器来估计固化树脂所需的时间。因此，需要有一种设备可以测量口腔内牙齿修复物所接收的实际固化灯的能量和将这信息迅速地反馈给用户。
概括地说，在这里所揭示的系统的一些方面中，提供了一种实时测量在仿真牙齿修复中所输送的固化能量的系统。固化源将固化能量提供给仿真牙齿修复物。所传送的固化能量在仿真牙齿修复物内的一个位置由检测器测量，用显示器实时显示。如在这里所使用的，所谓″实时″、″基本上实时″、″即时″、″立即″之类是指通常用户难以觉察的相对时间段或者一个需处理和显示的步骤所用的时间。
牙齿修复可以用可接纳至少一个用于修复的仿真牙的具有人造颊、唇、舌和颌的牙科人体模型来仿真。人体模型的结构可以精密仿真一个需要牙齿修复的患者。也就是说，颌可以是可动的，以模仿患者的颌的运动；颊、唇和舌可以建立牙科医生在对患者进行修复治疗时可能遇到的典型环境。此外，仿真牙可以用诸如牙齿树脂复合物之类的材料制成，以便尽可能密切符合真牙或者基本上具有与真牙类似的光学特性。
在一些实施例中，用一个或多个设置在人体模型的口腔内的光检测器来测量用户输送给仿真牙齿修复物的固化光能量。可以在可固化材料内不同深度处进行测量，以便对不同类型的空洞进行仿真。操作者或用户可以实时看到他们是否正在输送足以适当聚合树脂填料的能量，他们可以将他们的结果与其他用户的相比较。如在这里所使用的，所谓固化光能量、固化能量、固化修复物所用的能量等是指任何类型的从任何能量源输送的用于固化牙齿修复物的能量。因此，在这里涉及测量或检测固化光能量、固化能量、固化修复物所用的能量等所使用的是指任何适当的检测或测量这样的能量的检测器。在本技术的一些实施例中，能量源可以输送电磁辐射例如光，以固化在修复中所使用的或者在修复中所仿真的材料，而用适合检测和/或测量电磁辐射例如光的检测器来检测电磁辐射。例如，测量固化能量可以指通过测量辐照度、功率、谱辐射通量来测量电磁辐射。
系统可以记录操作者实际输送给口腔内仿真树脂修复物的能量。这信息可以实时予以记录和显示，可以用来根据需输送给仿真牙齿修复物的预定量的能量优化照射时间。
在一些实施例中，用来测量输送给仿真牙齿修复物的固化能量的检测器是与光谱辐射仪连接的传感器。或者，也可以为此使用任何适当的光或功率检波器，诸如热电检测器、光电二极管或CCD光检测器。处理器将检测器所记录的功率值变换成实时能量输出，并且计算将预定量的能量输送给仿真牙齿修复物所需的时间。
系统还可以包括将来自检测器的模拟信号变换成数字信号供处理器和定制功率计进一步处理的模拟/数字变换器。处理器的输出可以通过蓝牙、USB端口、系统总线或直接连接提供给计算机或PDA，或者任何其他适当的显示器(听觉的、视觉的或机械的)。可以将仿真牙齿修复物接收到的能量实时和通过口腔内作业视频向操作者显示。
与检测器连接的处理器可以被配置成实时测量操作者实际输送给仿真树脂修复物的固化光能量。处理器可以进一步被配置成根据固化仿真牙齿修复物所需的预定量的能量确定输送固化能量的最佳持续时间。处理器可以被配置成向操作者提供他们将足够的光输送给仿真牙的能力的即时反馈。此外，处理器可以被配置成提供操作者相对以前一些用户的排列结果。处理器还可以被配置成对操作者在仿真口腔内用不同品牌的灯在多个位置输送足够的光的能力进行排列。类似，处理器可以记录固化能量源的简档，而不同的固化能量源也可以通过比较予以排列。
在有些方面中，提供了一种实时测量输送给仿真牙齿修复物的固化能量的方法，这种方法包括：将固化能量提供给仿真牙齿修复物；在位于仿真牙齿修复物内的检测器处测量固化能量；以及，实时显示所测得的固化能量。
在有些实施例中，这种方法还包括将可固化材料加到至少一个仿真牙内；以及使可固化材料接受固化能量，以仿真牙齿修复物。此外，这种方法包括根据需输送给仿真修复物的总能量优化所输送的固化能量。
在有些实施例中，这种方法还包括根据测量适当固化放置在带有与临床上相应的反射背景表面的仿真牙内的可固化材料所需的能量确定输送等于预定的输送给仿真牙齿修复物的能量所需的时间量。
在有些方面中，这种系统可以用作在继续教育课程、贸易展览和推销会议上演示固化灯的演示平台。此外，这种系统可以用来开发输送适当能量给口腔内的修复物的固化灯。在这种系统上可以测试新开发的固化灯，可以确定对于这些固化灯的口腔内固化时间。此外，这种系统可以有助于可更容易将足够的光输送给牙齿修复物的固化灯的人机工程设计和开发。使用在这里所揭示的系统，就临床环境下有效输送光来说，可以使现用的许多不同类型的固化光源的人机工程设计达到最佳。
图1A示出了按照一些实施例实时测量输送给仿真牙齿修复物的固化能量的系统100的示意图。这种系统包括具有至少一个供对牙齿修复进行仿真的仿真牙的人体模型头102。人体模型头例如使用杆108或皮带固定到牙科椅上。
图1B为在这里所揭示的系统的示意框图。固化灯104(图1A)将固化能量提供给具有测量固化灯输送给仿真牙齿修复物的固化能量的检测器106的牙。检测器106与处理器120例如模数变换器或微处理器等连接，处理器120对检测器所接收的数据进行处理，以供系统的其他组件使用。例如，处理器可以将从检测器接收到的电子信号变换到可识别的能量值，在显示器122上向操作者显示。从处理器接收到的电子信号在存储在例如非易失性存储器126内和装入RAM 124的软件指令的指导下处理。
处理器还可以将应用模块或者从检测器106、温度传感器或口内摄像机128接收到的数据暂时存储在RAM 124内。口内摄像机128可以用来记录操作者执行仿真修复的视频或静止图像，而处理器可以处理视频或静止图像，加上时间标记后输出给显示器122。处理器还可以被配置成根据软件所提供的指令向显示器122输出如在这里所详细说明的各种其他图形、测量结果、计算结果和值。
应该理解，可以撤除或替换这些系统组件中的一个或多个组件，这取决于采用本技术的具体实施例。
在一些实施例中，如图2中所示，系统200可以包括集成头202，诸如塑料头或面具，供实时测量输送给仿真牙齿修复物的固化能量用。在这个实施例中，固化能量源204将固化能量输送给设置在头202的仿真牙内的检测器206。检测器206的输出耦合给数字显示装置222实时显示提供给仿真牙齿修复物的固化能量。数字显示装置222还可以向操作者提供瞬时反馈，用例如指示固化灯输送给检测器的固化能量和照射时间的彩色显示灯显示操作者是否已将适当的固化能量输送给牙齿修复物。由于这种简单的集成结构，这些实施例理论上适合作为用于推销的在贸易展览上演示固化灯的演示平台。
图3A中示出了实时测量在仿真牙齿修复中所输送的固化能量的更为完善的实施例。在系统300中，示出了具有容纳至少一个仿真牙的人造颊和颌的牙科人体模型。人体模型的结构可以精密模仿一个需要牙齿修复的患者。也就是说，颌可以是可动的，以模仿患者的颌的运动；颊、唇和舌(未示出)建立牙科医生在对患者进行治疗时可能遇到的典型环境。固化能量源将固化能量输送给设置在仿真牙内的检测器304和/或306，如图3B中所示。
在图3A和3B所示的实施例中，可以对口腔内任何位置的牙齿修复进行仿真。可以将带有检测器的牙放置在颌上不同位置(前部或后部)，以模仿对患者不同的牙进行牙齿修复。由于它灵活、耐用，这些实施例可以在卫生专业学校之类内用作教学/培训工具。
在这些实施例中，系统是基于光谱辐射仪的系统，使用人体模型牙内的光检测器来检测牙内仿真牙齿修复物所接收的能量，如图3A和3B中所示。光检测器通过光纤电缆接到光谱辐射仪上，而接收到的数据经处理后给出实时能量和光谱输出测量结果。实时读数被显示在适当的显示器(图3A和3B中未示出)上，诸如计算机的显示器上。
图4A示出了用于仿真牙齿修复的仿真牙(例如图3A和3B的实施例中的仿真牙)的剖面示意图。检测器406放置在仿真牙的空洞的槽内，用来测量固化灯402所输送的固化能量。检测器406的位置可以被控制成处于空洞内的不同深度，以模仿在实际生活中所遇到的不同牙洞形状。
图3A的系统300在图4B所示的实施例中可以修改成可接受诸如用于牙齿修复的复合树脂之类的可固化材料450。固化材料450可以放置在空洞内检测器406上面。固化材料放置在允许固化光通过的透明条之间。透明条防止在树脂上形成空气抑制层，而且使把握方便。因此，可以测量输送到牙内修复物顶上通达修复物底部的固化光能量。
在图5A和5B所示的又一个实施例中复合树脂550放置在滑入牙内的料盘内。固化灯502可以固化仿真牙齿修复中的复合树脂。然后，可以将经固化的复合树脂从牙内取出，可以对这个经固化的树脂样品进行各种化学及物理特性测试(见下面实验)，以确定固化灯502的效果。因此，可以确定不同牙科固化灯的固化仿真口腔内不同位置处的不同品牌和类型的牙科复合树脂的的实际性能。
图5C例示了从在可移动料盘内固化的树脂样本得出的数据。两种树脂纤维增强塑料用不同能级固化，在样品的顶面和底面处测量这两个样本的硬度。如图所示，FILTEK SUPREME牙用树脂(3M，St.Paul，MN)在接收了大约10J/cm2的能量后在树脂顶面达到大约70KHM的努普微硬度，而在接收了几乎相同的能量后在树脂底面达到大约60KHM的努普微硬度。然而，HELIOMOLAR牙用树脂(IvoclarVivadent of Amherst，NY)在接收了大约10J/cm2的能量后在树脂顶面达到大约30KHM的微硬度，但在接收了大约20J/cm2的能量后在底面只达到大约20KHN的微硬度。
如前面所说明的，与检测器连接的处理器可以被配置成实时测量操作者实际输送给仿真树脂修复物的固化光能量。处理器可以用适当的处理器实现的指令例如软件予以配置。软件可以命令处理器将从检测器接收到的数字信号变换成操作者可以理解的能量值。软件还可以将处理器配置成将能量值在显示器上显示。在一些情况下，特别可以设想，处理器可以输出与实际输送给仿真树脂修复物(从而由检测器相应检测到)的能量相应的实时值。这样的实时值可以进一步用来计算为了完全固化仿真树脂修复物还应施加固化能量源的剩余持续时间。剩余持续时间可以通过将正在将能量输送给仿真树脂修复物的速率和已输送的能量与固化仿真树脂修复物所需的总能量相比较来计算。
软件还可以命令处理器将包括用户将预定量的能量输送给仿真牙齿修复物的能力的用户简档存储在数据库内。软件还可以提供以不同方式将实时测量结果传送给用户的适当用户界面。图6A和6B示出了例示用户标识、仿真牙位置(例如，前部和后部(图6A))和固化能量源标识(例如，固化灯#1、#2、#3和#4(图6B))的用户界面。
此外，软件还可以命令处理器提供如图7A所示的比较几个固化能量源随着时间所输送的固化光的辐照度的用户界面和如图7B所示的将几个固化能量源所输送的固化能量与参考值相比较的用户界面。图8A和8B分别示出了比较在位置1处和在位置2处不同的用户用几种固化能量源输送的固化能量的用户界面。图9A示出了对在仿真牙的不同位置处所输送的固化能量的统计分析，而图9B示出了对不同的用户所输送的固化能量的统计分析。
软件还可以命令处理器提供对不同的用户的表现的统计分析，并且可以根据用户简档将一个用户与数据库内的其他用户相比较进行排列。此外，软件可以使包括固化能量源将预定量的能量输送给仿真牙齿修复物的能力的固化能量源简档存储在处在内部或通过因特网可访问的远程位置的数据库内。软件还可以命令处理器根据固化能量源简档将固化能量源与数据库内其他固化能量源相比较进行排列。图10A和10B示出了例示几个固化能量源在仿真牙的不同位置(图10A)和固化能量源离放置在仿真牙内的检测器不同距离(图10B)的综合性能的排列的用户界面。
图11示出了对几个固化能量源所输送的固化能量的统计分析。
图12例示了示范性的计算还需继续输送固化能量以适当地固化仿真修复物的剩余持续时间的方法、图示仿真修复物随时间所接收的能量的方法和将操作者的技术的图像或视频与最佳能量输送相比较的方法。在1202，将操作者和固化能量源标识信息键入用户界面，记录在数据库内。可以用用户标识和设备标识来创建用来记录和组织与同一操作者或设备的几个测试关联的数据的简档。见例如图8和10，图中例示了这种简档信息用于分析同一用户或设备的多个测试的情况。
固化能量，例如电磁辐射，由系统的嵌在仿真修复物内的检测器检测(1204)，检测器所接收的能量可以实时显示(1206)。基本上与检测器检测固化能量同时，可以将系统定时器初始化，用以确定正向仿真修复物施加固化能量的速率(1208)。使用仿真修复物处接收到的能量和能量施加速率，系统可以计算修复物处接收到预定量的能量前还剩的时间(1210)。预定量的能量可以是根据产品说明所推荐的固化修复物所需的能量。
还可以绘出检测器所检测的能量对时间的曲线图(1220)，保存下来供稍后评论。摄像机还可以记录操作者在将固化能量输送给仿真修复物中的技术的静止图像或视频(1222)。此外，还将视频或静止图像与系统所产生的其他图形相应的时间标记相关联。使用时间标记，可以将随时间检测到的能量的图形与操作者的固化技术的静止或视频图像相比较(1224)。
所计算的到提供适当固化还剩的时间、随时间接收到的能量的图形和操作者的固化技术图像与这图形的比较各还可以用于向用户提供有关适当固化技术的指导(1230)。
在一些实施例中，配有温度传感器，可以用来评价固化技术和不同的能量源。在这样的实施例中，可以将温度传感器设置在牙内或牙上或者接近正接收固化能量的牙的仿真口腔组织处。温度传感器可以与处理器连接，而在这样的实施例中，处理器被配置成输出在固化期间所记录的实时温度和/或温升和平均温度。还可以将来自温度传感器的数据报告给数据库和在用户界面内显示，以比较就不同的光源或用户所记录的温度，例如，见以下表1。
表1
  固化灯   模式   固化时间   传感器   ℃
  Bluephase 20i(T)2x5s   快速   2x5s   MARC   3.6
  VALO(H)3x4s   高   3x4s   MARC   3.6
  VALO(P)2x3s   等离子   2x3s   MARC   3.5
  VALO(S)1x20s   标准   1x20s   MARC   3.4
  Bluephase 20i(H)1x15s   高   1x15s   MARC   3.0
  Elipar S10(S)1x10s   标准   1x10s   MARC   2.8
  VALO(H)2x4s   高   2x4s   MARC   2.7
  DEMI(S)1x10s   标准   1x10s   MARC   2.5
  Sapphire(S)1x5s   标准   1x5s   MARC   2.4
  Bluephase 20i(T)1x5s   快速   1x5s   MARC   2.2
如表1所示，表中对几种不同的固化灯在使用不同的模式和作用不同的固化时间的情况下作了比较。具有温度传感器的人体模型实施例用来记录在提供固化能量期间温度的变化。如表1中所示，Bluephase 20i(快速模式)以快速模式操作一次5秒钟的温度变化最小，如温度传感器所检测的。相应，这种灯以类似状况操作最不可能在固化操作期间导致对牙髓或齿龈的损害。
在一些实施例中，可以配备一个口内摄像机，或者固定在人体模型的口腔内或者可以是呈现为可拆卸配置。摄像机可以记录固化能量源在仿真修复期间被操作者操作的视频或静止图像。摄像机还可以与处理器连接，处理器可以处理视频或图像，任选的是，还可以插入时间标记。图像或视频可以用来评价操作者的固化技术。可以用时间标记将所记录的技术与在同一时间点检测到的光输送数据联系起来使这样的评价得以增强。
图17A和17B示出了口内摄像机所记录的图像。在图17A中，示出了固化能量源处在适当位置，但操作还没有开始。在图17B中，示出了固化能量源正在将固化能量输送给仿真修复物。时间标记加在图像的底部。
可以绘出在图17B中的灯工作时检测到的能量随时间的曲线图，如图18所示。通过将图17B中的时间标记与图18中的图形相比较，操作者还可以评价以前的仿真修复，从中得到教益。在检测到的能量为较高值时，此时操作者已将固化能量源定位在输送固化能量较为高效的位置。操作者可以将在这个时间点他们的固化技术与在检测到的能量为较低值的时间点的固化技术相比较，以判别较好和较差的技术。
总之，在这里所揭示的实时测量输送给仿真牙齿修复物的固化能量的系统的情况提供了不仅为用户提供有关他们将适当的固化能量提供给牙齿修复物的能力的实时反馈的耐用工具，而且开发了在本地和远程两处存储的用户和固化能量源简档，供比较、培训和产品开发用。
下面将说明例示实时测量和优化输送给仿真牙齿修复物的固化能量的方法的实验。
大多数调查研究以理想的实验室设置测试固化灯和树脂固化情况，光导纤维与样品成90度而离样品0mm。从这个研究中，大多数生产商所推荐的他们的牙用树脂应该接收12到24J/cm2。也有报道，为了使在2mm厚的样品内固化均匀，至少需要24J/cm2。然而，取决于树脂复合物的品牌，将照射量增大到36J/cm2对表面硬度仍是有益的。
合理的是，假设在光导纤维端与样品成90度、离样品0mm的理想实验室设置下所接收的光量与在口腔内的环境中会是相当不同的。临床上，有很多挑战，临床医师所面对的是口腔内的环境是比较小和比较暗的。这可能导致够及不方便和观察不清楚。口腔内的环境还有几个很难够及的区域，诸如上颌后牙的远端情况，要使光导纤维成适当角度是困难的。由于这些不够理想的条件，可以有理由假设，在复合树脂修复物临床所接收的光能量中会存在某些不定性。
在复合树脂接收能量不足时，树脂将得不到适当聚合。这是不希望的，因为修复物的物理和化学性能受到了不良影响。这可以有害地影响修复物的物理和化学性能，降低修复物的生物适应性。
材料和方法
在得到适当的Dalhousie大学道德委员会批准后，20名牙科学生和牙科助理志愿者受邀对固定到牙科椅上的人体模型头内的仿真一级修复物进行光固化。
为了确定输送给在上颌前第二臼齿#2.7内一级修复物的辐照度和能量，将固定到光谱辐射仪(USB 4000，Ocean Optics)检测器上的3.9mm直径余弦校正检测器(CC3-UV，Ocean Optics，Dunedin，FL)放置在离咬合面2mm而离用Vit-1-escence(Ultradent，South Jordan，UT)Shade A2牙用树脂复合物制成的牙的牙尖端4mm。这个牙插入放置在NIS-SIM仿真头(Kilgore，Coldwater，MI)的牙床内，固定到Dalhousie大学牙科诊所的牙科椅上。
在使用前，固化光能源用NIST可示踪光源(LS-1-CAL，OceanOptics)校准。
在这个仿真临床环境内，确定传统的石英钨卤素(QTH)灯用10mm标准光导纤维(Optilux 401，Kerr Corporation，Orange，CA)输送的固化光能量。如树脂复合物的生产商所推荐的，志愿者用Optilux 401固化灯固化仿真修复物20秒钟，然后对所收集的一级修复物接收到的辐照度(mW/cm2)作了分析。
给每个志愿者的指导是将牙科椅和人体模型头安置成他们会对患者所做的那样，然后象他们会对患者所做的那样固化牙#2.7内的一级修复物。随着志愿者固化仿真修复物，对他们作了观察。标记任何会使志愿者将低的能量输送给牙齿的任何技术。所观察到的是，一些志愿者没有佩带眼睛保护装置，不注视标本，不用他们的手稳定固化灯，以及不专心致志地输送低的能量值。
在这些观测之后，对各个志愿者进行指导，讲授怎样使灯对于固化牙齿修复物是最优的。具体地说，吩咐他们要佩带眼睛保护装置、注视标本、用他们的手稳定灯和专心致志。因此，收集了在受适当的固化灯指导前、后的数据。对前、后结果进行方差分析后，继之以成对学生t测试(α＝0.05)。
根据通过将2至20J/cm2的不同的能量从QTH固化灯输送给2mm厚的Filtek Supreme A2B的样品将它适当固化所需的能量计算适当固化复合树脂所需的固化能量。为了提供与临床上相应的反射背景表面，将金属环(2mm厚、6mm内径)放置在一个聚酯薄膜条(Mylar，Du Pont Co.，Wilmington，DE.)上，再连这个聚酯薄膜条一起放到一块扁平的Shade A2(Vit-1-essence，Ultradent.Inc.)复合树脂矩形板(8.6x5.6cm)上。将Filtek Supreme A2B复合物挤入金属环内，再用另一个Mylar条覆盖后，将一个载玻片向下压在样品上，以产生一个平整的表面。用来自QTH固化灯的2至20J/cm2的不同能量来固化复合物。将固化后的样本存放在室温的通风暗室内24个小时，以保证后固化。然后，将样本放置在自动硬度测试机(Model#HM 123，Mitutoyo Canada Inc.Mississauga，ON)上。硬度测试机被预编程成测量以矩阵型式分布在样品表面上9处的努普硬度，各处保证离样品边缘有至少1mm的缓冲区，以使模件可能对树脂聚合的任何影响减到最小。测量出这个2mm厚的复合盘的顶面和底面的平均努普硬度(KNH)。计算出底面达到顶面的硬度的80％所需的临界能量。
结果
Filtek Supreme A2B复合物的底面达到顶面的硬度的80％所需的临界能量为10J/cm2，如图13所示和表2所列。所列努普硬度(KHN)为在每个表面上记录9处、重复3次(每个能级在每个表面上27个KHN记录)的平均值±S.D.(标准偏差)。底面达到顶面所达到的最大硬度的80％需要至少10J/cm2。
表2：在2mm厚的Filtek Supreme A2B样品的顶面和底面处的努普硬度测量结果
  能量(J/cm2)   平均顶面KHN   S.D.   平均底面KHN   S.D.
  2   59.7   4.6   29.5   5.2
  3   66.5   3.5   36.5   8.2
  4   68.7   2.4   45.0   7.5
  5   69.3   3.0   49.3   8.7
  6   70.0   2.4   51.9   8.7
  7   70.0   3.8   54.1   6.6
  8   70.9   2.0   54.6   6.4
  9   71.7   1.8   58.2   4.2
  10   72.1   2.3   59.2   6.1
  20   73.7   2.6   64.7   5.7
在受适当的固化灯指导前，20个志愿者所输送的能量在2到12J/cm2的范围内；所得出的平均值±S.D.为7.87±2.69J/cm2，如图14A所示。在受指导后，20个志愿者所输送的能量在7.8到13.4J/cm2的范围内；所得出的平均值±S.D.为10.05±1.42J/cm2，如图14B所示。成对学生t测试表明，指导可以产生显著的改善(p＝0.004)。表3总结了对所得到的数据的统计检验。
表3：统计分析
从所得到的结果，可以清楚地看到大多数志愿者没有输送临界能量。在受固化灯指导前，75％的志愿者没有输送10J/cm2的能量，如图15A所示。在受固化灯指导后，50％的志愿者仍没有用20秒固化输送10J/cm2的能量，如图15B所示。
图16A为参与者在受光固化指导前在40秒的光固化期间所输送的总能量的例示图，表明有15％没有用40秒固化输送10J/cm2，但如图16B所示，所有用户在受指导后用40秒固化输送了10J/cm2的能量。
讨论
在这个仿真临床调查中，20个志愿者用QTH固化灯固化一级修复物20秒，再根据牙所接受的辐照度(mW/cm2)×照射时间(秒)的乘积计算出修复物接收到的能量(J/cm2)。这项研究将固化灯考查从实验室转换到具有实际生命意义的临床环境。结果表明，在20个志愿者输送给牙的光量上有很大差别。大多数志愿者没有向仿真修复物输送10J/cm2。在受固化灯指导前，一级修复物接收到的平均能量±标准偏差(J/cm2)为7.9±2.7J/cm2，这少于复合物的底面要达到在顶面所达到的硬度的80％所需的临界能量。
这项研究表明，许多树脂修复物可能没有接收到适当的能量，从而可能没有得到适当聚合。如早些所揭示的，这可能导致物理性能降低、粘结强度降低、修复边缘磨损和开裂增大、生物适应性降低和来自沥滤液的DNA损害增大。体外试验表明，没有得到适当聚合的树脂组分可以引起对经净化的胸腺体依赖淋巴细胞和脾细胞的分裂素驱动繁殖的免疫抑制或免疫刺激。
适当的固化灯指导所产生的显著改善(p＝0.004)与生产商所建议的最小值正好符合，因为所输送的平均能量±标准偏差为10.0±1.4J/cm2。所有志愿者他们在受指导后改善了输送给修复物的能量(J/cm2)(受指导前＝7.9J/cm2，受指导后＝10.0J/cm2)，而且成为更为一致(标准偏差：受指导前＝2.7J/cm2，受指导后＝1.4J/cm2)。这强调了适当的固化灯技术对于达到关键性能量的重要性。例如，在拖得很长的修复作业期间，固化是最后步骤之一，通常最不在意，常见的是临床医师将固化时间作为小息时间对待。在临床调查期间，注意到有些志愿者具有优异的固化灯技术，而其他一些志愿者具有不良的固化灯技术。这影响所输送的能量，范围在2.0J/cm2(受指导前最低的)到13.4J/cm2(受灯固化指导后最高的)之间。作为一般观测，常见的是，志愿者将固化灯指到牙上再按接通按钮，然后就不看明亮的蓝光。在这20秒期间，固化灯可能越来越漂离。在最极端的例子中，固化灯在一个完全不同的牙上结束照射。很少的志愿者使用所提供的眼睛保护装置。所有的志愿者在遵从佩带眼睛保护装置、注视标本、用他们的手稳定固化灯和专心致志这4个简单的指导时在固化灯技术上就有显著的改善。
对于Filtek Supreme Shade A2B的固化指导推荐20秒的光固化。然而，根据所输送的能量，所推荐的是，在Optilux 401(QTH)灯的情况下使用40秒的固化时间，以确保将临界能量输送到口腔内。如果固化周期加倍到40秒，所有的志愿者就会输送临界能量，如图16A和16B中所示。可以延长固化灯照射的持续时间，作为解决临床环境的补偿技术，因为较长的固化时间导致输送较多的能量。应注意的是，这个建议可能不适用于口腔的所有部位，而是取决于根据够及难易的程度输送适当能量的能力。
已证明努普微硬度是测试复合树脂硬度的最好方法之一，过去也已报导过在转化程度与努普微硬度之间有着良好的相关性。这项研究揭示了Filtek Supreme加遮光A2B复合树脂必须从QTH固化灯接收至少10J/cm2的能量才能使底面达到在顶面所达到的最大硬度的80％。需考虑的重要一点是，所需的临界能量取决于临床医师所使用的固化灯的类型。QTH灯是广谱灯，而LED灯所输送的是窄谱的，这将影响适当固化复合树脂所需的临界能量。可以用在这里所揭示的系统对来自用于牙齿修复的提供类似或不同波长的不同固化灯的光能量进行比较，从而可以为特定的牙齿修复物选择具有最佳特性的固化灯。
因此，提供了一种测量在光固化仿真牙齿修复期间所输送的电磁辐射的固化能量和波长的方法和系统，可以实时向操作者显示他们是否在将足够的固化能量输送给修复物。
图19A、19B、19C例示了可以配合系统使用的用户界面。图19A例示了一个界面，可以用来接受用户输入，诸如用户标识(1901)、仿真修复物的牙位置(1902)、所需能量(1903)、灯标识(1904)、光固化模式(1905)、固化时间(1906)、附注栏(1907)和测试序号标识(1908)。在所显示的界面中，用户Chris用工作在标准模式的灯1进行序号5的测试，产生右侧所例示的辐照度曲线。用户界面还具有几个其他所例示的功能部件，诸如确认信息正确的确认按钮(1911)、开始监视仿真修复的运行测试按钮(1912)、停止监视仿真修复的停止测试按钮(1913)和示出仿真修复持续时间的定时栏(1914)。右侧曲线表明，在这次试运行中，用户在7秒左右的某个时刻显然没对准目标牙，从而导致所提供的辐照度和能量急剧下降。所提供的进一步分析示出了所输送的平均辐照度(1916)、最大辐照度(1917)和总能量(1918)。这个界面还考虑到将数据输出给数据库(1920)、清除数据(1921)、创建报告(1922)和退出界面(1923)。
此外，这个界面具有多个可能的视窗。在19A中例示了辐照度标签(1930)被选中时的辐照度视窗。图19B例示了谱标签(1931)被选中时的谱视窗，而图19C例示了全部数据标签(1932)被选中时的的全部数据表视窗。还有可以图示同一个或多个用户的多个测试的当前用户标签(1933)。
图19B例示了示出灯1在标准模式使用的绝对辐照度的谱视图。在这种情况下，灯1具有460nm左右的波长。如图所示，谱视图也示出了波长在380-420nm(1940)、420-540nm(1941)范围内所输送的能量和整个所图示的波长范围内所输送的总能量(1942)的附加数据栏。
图19C在表内例示了在Chris的所有5次试运行中的全部数据。
在前面的描述中，为了解释起见，给出了很多细节，以便对本发明的这些实施例可以有更好的理解。然而，对于在本领域技术人员来说显而易见的是，为了实际应用本发明这些细节并不是必需的。在其他一些情况下，一些众所周知的电结构和电路以框图形式示出，以免反而模糊了本发明。例如，就在这里所揭示的本发明的实施例无论以软件程序、硬件电路、固件形式还是以它们的组合形式实现而言，并没有提供具体细节。
本技术的各方面可以表现为存储在机器可读媒体(也称为计算机可读媒体、处理器可读媒体或存储有计算机可读程序代码的计算机可用媒体)内的软件产品。机器可读媒体可以是任何适当的有形媒体，包括磁、光或电存储媒体，包括软盘、只读光盘(CD-ROM)、存储器(易失或非易失性的)或者类似的存储机构。机器可读媒体可以含有不同的在执行时使处理器执行在按照本发明的实施例的方法内的步骤的指令集、代码序列、配置信息或其他数据。在该领域内的普通技术人员可以理解，还可以将实现所揭示的本发明所必需的其他指令和操作存储在机器可读媒体上。根据机器可读媒体运行的软件可以与执行所揭示的任务的电路接口。
以上所说明的本发明的实施例只是例示性的。在不背离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对这些具体的实施例作出多种改变、修改和变动，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (16)

1.一种用于测量从固化能量源输送给仿真牙齿修复物的固化能量的系统，所述系统包括：
安置在仿真牙齿修复物内的检测器，被配置成检测固化能量源所输送的能量；以及
显示器，被配置成基本上实时地显示所检测到的固化能量的量，
其中所述检测器包括连接到光谱辐射仪的传感器，并且所述固化能量是电磁辐射。
2.根据权利要求1的系统，还包括：
牙科人体模型，所述牙科人体模型包括人造的颊、唇、舌、至少一个仿真牙和可变颌口，其中仿真牙齿修复物的位置在所述至少一个仿真牙内。
3.根据权利要求2的系统，还包括：
口内摄像机，被配置成记录仿真牙齿修复物和固化能量源的视频或静止图像。
4.根据权利要求3的系统，其中，所述视频或静止图像包含时间标记。
5.根据权利要求2-4中任一项的系统，其中，所述至少一个仿真牙由具有与牙齿基本上类似的光学性质的材料制成。
6.根据权利要求2-4中任一项的系统，其中，所述检测器安置在所述至少一个仿真牙内预定深度处，从而仿真牙洞环境。
7.根据权利要求2-4中任一项的系统，还包括：放置在所述至少一个仿真牙内的可固化材料，使所述可固化材料受到固化能量的作用，以仿真牙齿修复物。
8.根据权利要求2-4中任一项的系统，还包括：
处理器，被配置成确定在检测器接收到基本上等于预定量的能量的能量前所剩下的必须施加固化能量的持续时间，所述预定量的能量是为了固化仿真牙齿修复物的位置处的可固化材料而需要输送的能量的量。
9.根据权利要求1的系统，还包括：安置在仿真牙齿修复物的部位上或附近的温度传感器，被配置成检测温度变化。
10.一种测量在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量的方法，所述方法包括：
在位于仿真牙洞环境内的检测器处测量在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量的量，所述仿真牙洞环境包括在牙科人体模型的口腔内的至少一个仿真牙，该牙科人体模型包括人造的颊、唇、舌和可变颌口；以及
基本上实时地显示所测量的固化能量的量，
其中所述检测器包括连接到光谱辐射仪的传感器，并且所述固化能量是电磁辐射。
11.根据权利要求10的方法，还包括：
确定在仿真牙齿修复期间正在向仿真牙洞环境输送固化能量的速率；以及
确定在检测器已经接收到足够等于为了固化仿真牙齿修复的位置处的可固化材料而需要的预定量的能量前所剩下的必须施加固化能量的持续时间。
12.根据权利要求10-11中任一项的方法，还包括：
测量在仿真牙齿修复期间在邻近牙洞环境的位置处的温度变化，并显示该温度变化。
13.根据权利要求12的方法，还包括：
捕获仿真牙齿修复物的视频或静止图像，所述图像具有时间标记。
14.根据权利要求13的方法，还包括：
呈现在由所述时间标记表示的给定时间点的所述图像，该图像与指示在该时间点已输送给检测器的固化能量的量的值并列。
15.根据权利要求14的方法，其中，图像与例示输送给检测器的固化能量的量随时间变化的图形并列，所述图像的时间标记与在该图形中表示的时间相关。
16.一种用于测量在仿真牙齿修复期间从固化能量源输送的固化能量的设备，所述设备包括：
安置在仿真牙齿修复物的位置内的检测器；
显示器，被配置成基本上实时地显示所检测到的固化能量的量；以及
处理器，被配置成：在检测器处测量在仿真牙齿修复期间所输送的固化能量的量，其中，所述位置在牙科人体模型的口腔内的至少一个仿真牙内，该牙科人体模型包括人造的颊、唇、舌和可变颌口；以及基本上实时地显示所测量的固化能量的量。
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