CN103491869B - 用于继发龋诊断的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于继发龋检测的装置，其特征在于该装置包括：在其外壳（6）内的有利地装配有高线性放大器的电流生成块，该电流具有正弦变化信号的形式，其中，该信号有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围内选出的一个频率和从50mV至5V范围内选出的振幅；预放大器块（4），该预放大器块（4）有利地具有高灵敏度和线性、具有用于测量分量的相位灵敏探测器、有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围中选出的一个频率及其倍数并且在原理上有利地是整数倍；以及微处理器控制单元（5），具有微型键盘和显示单元、至少一个放置于口腔黏膜上的固定电极（2）以及至少一个将被安装在牙齿（1）上的可移动电极。

Description

用于继发龋诊断的装置和方法

技术领域

本发明涉及可以应用在牙科学的用于继发龋诊断的装置和方法。

背景技术

通过使用正弦交流电刺激生物细胞并研究这些细胞的非线性响应来帮助研究生物细胞的方法在专利申请WO 92/04630中已经被描述。上述的细胞被放置在被研究的分析环境中，例如以悬浮或生物组织形式的分析环境。

上述的发明用于将溶液或生物组织的特性作为整体来研究。在活体内的研究的情况下，就生物物理和生物化学参数所涉及之处区别明显的复合生物组织系统的存在导致了主要的问题。在活体内的研究中，在大多数情况下研究整个器官，而不是同一细胞的组织或群组。

因此，由于牙齿是包含了许多特性区别明显的组织的器官，这些组织包括具有明显区别于细胞液的特性的唯一物理和化学特性的硬组织或者假设由现有技术的发明中描述的方法所研究的软组织，所以上述的发明不能被用于诊断继发龋。

当使用现有发明中的方法研究牙齿时，不可能在没有破坏的情况下机械地分离一个选中的组织。

牙齿由矿物成分、电解质和生物细胞以及位于软组织中的其他成分所组成。

因此，总的来说，在活体外或活体内对人类牙齿的生物阻抗研究方法(包括谐波响应研究)以及对结果的分析从根本上不同于对隔离的生物组织的研究。

通常的，牙齿或硬组织的电气特性(导电性和介电常数)从根本上与软组织的电气特性不同。

牙齿组织中有除了在引用的专利中描述的非线性源以外的其他非线性源。

目前，继发龋诊断使用视力好的肉眼和咬翼片X射线来实现。

当使用上述的方法时，牙齿需要被去除残留并干燥。并且病人被暴露于潜在的有害电离辐射中。该方法耗时并且不提供即时诊断。

此外还有现代的光学方法，例如具有有限的检测范围的龋齿检测装置激光龋齿检测。汞合金填充物不透明并且该装置的性能表现了低敏感性和特异性。

在牙釉质质量诊断中具有广泛应用的另一种方法是生物阻抗测量。该方法在牙根管研究中很受欢迎，并且最近在其他事物中被用于研究牙釉质质量。

牙釉质的生物阻抗测量在于分析其交流阻抗频谱，并且可以精确地确定在存在疾病进程时变化明显的牙釉质介电和导电参数。

当已知牙齿的结构时这种方法尤其精确。此外，检查是非侵入式的，不消耗很多时间并且生产测量装置的成本相对较低。这些优势已经被用在市面上能够可得的用于生物阻抗牙釉质分析的装置中(例如，www.cariescan.com)。

上述的方法在物理而不是化学的意义上表现出了极高的敏感度(正确识别龋齿位置)，然而分辨率(正确识别健全位置)低，这表示了响应会被多个生物物理因素和诸如水分的存在包括微生物的表面清洁的现象所影响。这不能被用于继发龋的研究。

因此，需要一种快速、不将病人暴露于电离辐射、具有允许检测诸如细菌菌群的水环境或由继发龋发展导致的健全釉质变化的高分辨率的用于继发龋诊断的方法和装置。这种方法还考虑到牙齿和其填充物(事实上汞合金是不透明的)的特定电气特性(导电性和介电常数)

发明内容

本发明的目的是研究所有与存在于人类牙齿中的非线性现象相关联的交流电流，并且使这种谐波响应与继发龋的发生相关联，其中继发龋的发生包含因龋齿过程导致的牙釉质和/或牙本质成分和结构的变化。意外的是，上述的问题被本发明所解决。

本发明的第一实施方式是一种用于继发龋检测的装置，其特征在于，该装置包括：在其外壳内的有利地装配有高线性放大器的电流生成块，该电流具有正弦变化信号的形式并有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围内选出的一个频率和从50mV至5V的范围内选出的振幅；预放大器块，该预放大器块有利地具有高灵敏度和线性、具有用于测量分量的相位灵敏探测器、有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围中选出的一个频率及其倍数并且在原理上优选是整数倍；以及微处理器控制单元，有利地具有微型键盘和显示单元，以及至少一个放置于口腔黏膜上的固定电极以及至少一个将被安装在牙齿上的可移动电极。

有利地，根据本发明的装置还包含能够与外部设备且有利地与计算机或其他外围设备配合的附加接口。

本发明的第二实施方式是一种用于检测继发龋的方法，该方法借助于至少一个放置在被检查的牙齿的表面的、尤其在汞合金填充物上的可移动电极以及至少一个固定在被检查的牙齿附近的口腔黏膜上的固定电极，该方法典型地包括：

a)提供正弦变化电流形式的电刺激信号，该电刺激信号有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围内选出的一个频率和从50mV至5V范围内选出的振幅，

b)测量系统电气响应的振幅和相位分量，该系统电气响应有利地具有从200Hz至100kHz的频率范围内选出的一个频率及其整数倍数，有利地高至1MHz，以及

c)分析响应频谱以识别龋齿变化的特征特性。

根据本发明的方法还是有利的，因为典型地，龋齿病变频谱的特征特性与导致龋齿的细菌的存在相关联，其中该特征特性得出了病变存在的结论。

牙齿龋齿具有微生物源的事实是采用根据本发明的生物谐波测量来检测和监控继发龋的基础。

相比较于根据本发明的生物谐波测量，目前使用的阻抗测量不足以被选择。

使用生物谐波方法在龋齿检测期间得到的系统响应还包含有关生物组织结构和电荷转移或质量输运过程的信息。所有这些现象一同伴随微生物过程都被用于高灵敏度并特异性地诊断继发龋。

附图说明

本发明的实施例的实现在附图中被示出，其中：

图1示意了龋齿检测装置；

图2是具有接口3的龋齿检测装置，其与外围设备进行协作；

图3和图4示意了在健全牙齿中(图3)和具有在汞合金填充物下方的继发龋牙齿中(图4)的电流的结果的示例，此外，图3a和图4a示意了结构，图3b和图4b示意了电流的方向以及图3c和图4c示意了电流密度分布；

图5示意性地示出了用于体外测量的装配；

图6示出了针对健全的提取牙齿得到的结果；

图7示出了针对具有填充物的健全牙齿得到的结果；以及

图8示出了针对具有填充物和附加的称为嗜酸乳杆菌的细菌的牙齿得到的结果。

具体实施方式

实施例1

可移动电极被放置在具有汞合金填充物的牙齿的表面上并且固定电极被固定在被检测的牙齿附近的口腔黏膜上。

接下来电刺激信号以频率为100kHz的正弦波形的形式被施加。

接下来测量100kHz频率和其五整倍数直至1MHz的系统电气响应的振幅和相位分量。

接下来，分析响应频谱以用于识别龋齿变化的特征特性。相同的程序针对健全的牙齿被重复。

执行线性响应模型中对流经健全牙齿和具有在汞合金填充物下的继发龋的牙齿的交流电流的模拟。

通过使用有限元方法来执行该模拟，该方法假设交流电流(频率为10kHz)位于牙龈中的牙齿的二维半上，其中一个电极位于黏膜上和第二个电极接触牙齿的咬合表面。

在牙齿中模拟汞合金填充物和继发龋病变的存在。

使用的模型和结果在图3和图4中被展示。图3a和图4a示意了在牙齿横截面上代表不同电气特性的组织分布。带颜色的不同阴影标记了牙釉质、牙本质和牙髓。位于牙齿上的电极也被标记出。

在继发龋区域附近的汞合金填充物在图4a中被示出。图3b和4b中以细线标记所模拟的电流方向。

在模拟中计算的电流密度图在图3c和4c中被示出。白色区域标记了最低的电流密度并且黑色区域标记了最高的电流密度。

从模拟结果中可以看出，在牙髓以及在电极放置点和与其最接近的牙髓点之间的区域中的牙本质中观测到最高电流密度。

由于汞合金的良好的电气导电性以及具有较差电气导电性的牙本质层厚度的减少，在具有填充物的牙齿中电流密度增加。

这导致了在继发龋会发生的区域中代表电流的线的更高的浓度，使得龋齿组织的谐波响应特性更容易被测量。

实施例2

用于继发龋检测的装置包括在其中放置有电流生成块6的外壳。其包括高线性放大器。生成的电流具有频率为100kHz的正弦变化信号的形式。

固定的电极2被连接至测量电流生成块的一侧并且放置在牙齿上的可移动电极1被连接在另一侧。

预放大器块被并联连接至上述的电极，该预放大器块具有高灵敏性和线性、具有用于测量100kHz频率及其五倍倍数的分量的相位灵敏探测器。

具有微型键盘和显示单元的微处理器控制单元5的一侧被连接至预放大器块4，并且另一侧被连接至测量电流生成块6。

测量电流生成块6产生经过放置于牙齿1的可移动电极和固定电极2的测量电流。

接下来信号在预放大器块4中被读取和放大。测量电流生成块6由被提供的连接至预放大器块4的微处理器操控单元5控制。该装置的示意图在图1中被示出。

实施例3

实施例2中描述的装置包含被连接至与微处理器控制单元5连接的外围设备的接口3。计算机被连接至该接口。该装置的示意图在图2中被示出。

实施例4

关于被提取的牙齿的体外结果

对于几天前提取的牙齿的测量被实施。每个牙齿的根部以及固定的电极2被浸泡在称作盐溶液的浓度为0.9％的NaCl水溶液中。标准牙探针的尖部被用作可移动电极1。盐溶液也被用于在测量期间保持牙齿的湿度来模拟口腔环境。如图5所示，频率为1kHz以及振幅为2.5V的正弦信号通过2×10kQ串联电阻R被施加至电极1和2并且在数字谐波分析仪4中分析响应。

在健全的牙齿上执行测量，其中牙医在该牙齿上完成清洁或者添加的细菌(即嗜酸乳杆菌)的复合填充。图6-8中的截图代表了使用谐波分析仪得到的结果。这些结果在频域中被示出，例如，水平轴是具有1/32kHz单位的频率轴。在32、64、96等处的峰值对应于激励频率1kHz及其谐波，例如2kH、3kH等。Y轴是以对数比例示出的在每个频率处的牙齿对于激励频率响应的响应强度，例如，基本峰值1kH一直是0dB。使用的装置的灵敏度阈值对于第二和第三谐波大约是-100dB并且对于更高的谐波大约是-110dB；低于该级别的峰值是现有技术。

可测量谐波只有在(活的)细菌存在于(被添加到)填充物下方时被登记。在这种情况中，细菌的非线性生物阻抗频谱被得到。图6显示了针对从提取的健全牙齿(没有填充物并且没有添加的细菌)中得到的示例性结果。图7示出了针对从被牙医填充有干净(没有添加的细菌)的填充物的健全牙齿中得到的示例性结果。图8示出了针对从在填充物下方增加了细菌的健全牙齿中得到的示例性结果。这些结果被针对不同的牙齿进行重复。

Claims (4)

1.一种用于继发龋检测的装置，该装置包括：

位于外壳(6)内的电流生成块，该电流生成块产生正弦变化信号形式的并具有从200Hz至100kHz的频率范围内选出的频率和从50mV至5V范围内选出的振幅的电流；

预放大器块(4)，该预放大器块(4)具有相位灵敏测量部件并对所选出的频率和所选出频率的整数倍数灵敏；

微处理器控制单元(5)，该微处理器控制单元的一侧连接到所述电流生成块，并且另一侧连接到所述预放大器块；

至少一个固定电极(2)，适于被放置于口腔黏膜上并连接到所述电流生成块和所述预放大器块；以及

至少一个可移动电极，被配置成将被安装在牙齿(1)上并连接到所述电流生成块和所述预放大器块，以使得所述电流生成块和所述预放大器块被并联连接至所述固定电极和所述可移动电极。

2.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括能够与外部设备进行配合的附加接口(3)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述电流生成块包括高线性放大器。

4.根据权利要求1或2所述的装置，该装置还包括微型键盘和显示单元。