CN109069223A

CN109069223A - 用于清洁管道的方法和装置

Info

Publication number: CN109069223A
Application number: CN201780019102.XA
Authority: CN
Inventors: T.埃特尔; R.迪博尔德
Original assignee: Cypress West Nord Co; Degudent GmbH
Current assignee: Cypress West Nord Co; Degudent GmbH; Dentsply Sirona Inc
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: EP3708111A1; AU2017238323A1; US20170274220A1; KR102231608B1; EP3222245A2; KR20180126021A; KR20180126022A; RU2711426C1; CN109069224A; JP6866391B2; WO2017162705A2; EP3222245A3; CA3010699A1; US11311360B2; CN109069224B; CN109069223B; EP3222245B1; EP3222243A3; WO2017162706A1; JP2019512335A

Abstract

本发明涉及一种用于通过传导激光束的光导（14）来清洁圆周封闭的管道（10）的方法和装置。当光导的自由端处于管道之外时中断激光束进入到光导中，和/或监视光导在管道内的移动，并且如果没有移动或者移动低于阈值，那么触发信号和/或关闭激光辐射或者减小其输出。

Description

用于清洁管道的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过传导激光束的光导来清洁圆周封闭的管道的方法。本发明进一步涉及一种包括激光辐射源、传导激光束的光导以及手机（handpiece）的装置。

背景技术

医疗器械在手术或诊断过程期间常常与体液接触，这总是有被细菌和碎屑污染的风险。比如内窥镜或手术器械的许多器械具有小的工作通道，所述工作通道被用来将流体或者例如激光纤维传输到患者的身体中，并且甚至更糟的是经由这些通道从患者的身体移除体液。

因此，只要设备不是一次性的，高效的杀菌过程对于那些设备而言就是重要的。特别是从卫生的角度来看，工作通道是有问题的，因为所述工作通道是不容易接近的并且从外部不可见的。

传统的清洁是通过浸泡在清洁流体中和/或将清洁流体冲刷通过工作通道来进行的。通常不进行清洁是否成功的直接检查。

发明内容

本发明的目的是其提供一种用于通过激光束来清洁圆周封闭的管道的方法和装置。与此有关，一方面，必须确保管道将不被损坏。另一方面，还必须确保人不被激光束置于风险处。本发明的另一方面是其提供可以以简单的方式来执行管道的清洁的可能性，其中所述过程有助于避免错误。本发明的另一方面是提供一种紧凑单元，将通过所述紧凑单元执行如清洁的处理。

特别地，所述装置将在不冒错误处理的风险的情况下使其能够使用。所述装置将提供自动化管道清洁和管道处理的可能性。

为了解决一个或多个方面，本发明提供一种用于通过传导激光束的光导来清洗圆周封闭的管道的方法，其中当光导的自由端处于管道之外时中断激光束进入到光导中，和/或监视光导在管道内的移动，并且如果没有移动或者移动低于阈值，那么触发信号和/或关闭激光辐射或者减小其输出。

用于解决所述问题的独立提议提供了检查和/或监视光导的自由端在管道内的位置。

根据另外的独立提议，提供的是通过激光引发的水动力流体移动来移除存在于管道的内部上的材料。

根据另外的独立提议，提供的是封闭元件被固定到传导激光束的光导的一个自由端，具有封闭元件的光导被插入到管道中，以便封闭元件被定位在要被密封的管道的区段中，并且在定位封闭元件之后引入能量，封闭元件熔化和/或软化并且保留在管道中的该位置中并且将管道严密地密封。

根据另外的独立提议，提供的是通过经过光导传送的激光辐射或者通过电能来熔化封闭元件。

根据另外的独立提议，提供的是通过连接材料将封闭元件连接到光导的自由端，其中连接材料的熔化温度T1高于封闭元件材料的熔化温度T2。

根据另外的独立提议，提供的是在将管道（特别是其开口）密封之后，将封闭材料插入到管道中，并且在与引入激光束同时在管道的纵轴方向上移动封闭材料内的光导。

根据另外的独立提议，提供的是经由激光辐射引入到封闭材料中的能量的机械效应大于所引入的能量的宏观热效应。

根据另外的独立提议，提供的是使用通过引入热能而熔化和/或起泡沫并且在冷却之后形成闭孔（closed-pore）管道密封的密封材料，特别是将由牙胶（gutta percha）材料包封的碳酸氢钠用作密封材料。

根据另外的独立提议，提供的是将包括以体积膨胀方式彼此反应的第一成分和第二成分的材料用作密封材料。

根据另外的独立提议，提供的是将包括特别是体积散射核心材料和将其包封的膨胀材料的材料用作封闭元件。

根据另外的独立提议，提供的是将Er:YAG激光器、Er:YSGG激光器或CTE激光器用作激光器。

根据另外的独立提议，提供的是以5μs和1000μs之间、优选地25μs和400μs之间、并且特别优选地50μs和200μs之间的脉冲持续时间来操作激光器。

根据另外的提议，提供的是使用具有从光导离开的0.5 mJ和50 mJ之间、特别是1mJ和10 mJ之间的脉冲能量的激光束。

根据另外的独立提议，提供的是通过以下各项来执行对光导是在管道内部还是在管道外部的验证：

a）来源于围绕光导的区域的由光导接收到的辐射，和/或

b）通过在光导的末端处反射的辐射的改变的反射分量，和/或

c）经由光导的外部金属化测量阻抗中的改变。

根据另外的独立提议，提供的是冗余地验证对光导的定位，特别是通过步骤a）+b）或a）+c）或b）+c），特别优选通过a）+b）+c）。

本发明的主题还是一种装置，其包括激光辐射源、传导激光束的光导以及手机，其中手机被可拆卸地并且优选旋转地连接到输送设备，经由所述输送设备可以将至少激光束和液体馈送到手机，以及导引液体的第一管线，所述第一管线以其孔径侧在光导的区段中延伸，并且其中经由与手机可拆卸地连接的光导将激光束引导到管道中。

根据本发明的另外的提议提供了手机被连接到至少一个清洁流体容器或者具有这样的容器，从所述容器发出管线，所述管线的开口在光导侧上延伸。

根据本发明的另外的提议提供了清洁流体容器被连接到手机，使得其可以被拆卸或者插入到其上。

根据本发明的另外的提议提供了设备具有用于不同清洁流体（如无菌水和/或NaOCl和/或EDTA和/或PDT流体）的另外的可更换的、一次性容器，所述容器通过由牙科涡轮连接器提供的牙科椅的压缩空气来加压。

根据本发明的另外的提议提供了清洁流体容器配备有可封闭的出口开口，可以通过由微控制器控制的电磁可致动阀来控制所述出口开口。

根据本发明的另外的提议提供了电磁阀被分成具有手机中的磁性线圈和铁磁芯的一部分的激发部分，以及作为容器中的出口阀的部分的作为阀开启器的铁磁性材料。

根据本发明的另外的提议提供了柔性膜或活塞将流体与空气入口分离。

根据本发明的另外的提议提供了光导在其外表面上具有金属化。

根据本发明的另外的提议提供了光导在其外表面上具有带有相对于彼此电绝缘的两个区段的金属化。

根据本发明的另外的提议提供了相对于彼此绝缘的区段至少在光导的尖部处以梳状方式彼此啮合。

根据本发明的另外的提议提供了金属化在光导的至少前1/3之上具有疏水特性。

根据本发明的另外的提议提供了将移动传感器集成到手机中。

根据本发明的另外的提议提供了将移动传感器和旋转编码器集成到手机中，用于识别相对于输送系统的手机旋转。

根据本发明的另外的提议提供了在输送设备与手机之间的光导由特别是GeO、蓝宝石或ZrF₄的材料制成，所述材料在优选地2.69μm和2.94μm之间的波长范围内以及特别附加地在400 nm和1000 nm之间的波长范围内传导至少高达50 mJ的激光脉冲和/或5 W的平均激光输出。

根据本发明的另外的提议提供了要被插入到管道中的光导由特别是OH还原硅或蓝宝石的材料制成，所述材料在优选地2.69μm和2.94μm之间的波长范围内以及特别附加地在400 nm和1000 nm之间的波长范围内传导至少高达50 mJ的激光脉冲和/或5 W的平均激光输出。

根据本发明的另外的提议提供了光导的光传导核心的直径处于150μm和600μm之间，特别是118μm和250μm之间，其中光导优选地在其外侧上具有保护层。

根据本发明的另外的提议提供了光导具有200μm和300μm之间的外直径和/或25mm和40 mm之间的长度。

根据本发明的另外的提议提供了激光器是二极管泵浦的Er:YAG激光器、Er:YSGG激光器或CTE激光器，特别地具有5μs和1000μs之间的脉冲持续时间，所述脉冲持续时间优选地在25μs到400μs的范围内，特别优选50μs到200μs的范围内，和/或0.5 mJ和50 mJ之间的脉冲能量，特别是1 mJ和10 mJ之间的脉冲能量，和/或0.5 W和10 W之间的平均输出，优选地1 W和3 W之间的平均输出，具有在50Hz到2000 Hz范围内的脉冲重复频率，优选地50Hz到800 Hz范围内的脉冲重复频率。

根据本发明的另外的提议提供了所述装置配备有具有触摸屏的控制设备以及包围激光器的壳体，所述壳体被连接到供应设备，特别是医疗供应设备，通过所述供应设备可以向所述装置供应水和/或压缩空气。

使用激光来生成蒸汽泡并且生成快速流体运动可以显著改进对小器械管道的清洁。当然重要的是不损坏常常由聚合物和塑料制成的管道的内表面。因此，需要具有低于管道壁材料的消融阈值的低脉冲能量的激光。二极管泵浦的Er:YAG激光器对于该目的是理想的，因为脉冲重复频率可以比利用传统的闪光灯泵浦的激光系统高得多，并且可以补偿每个脉冲的较低脉冲能量。

通过使用如在上文中所描述的瞬态热脉冲可以增强工作管道中的杀菌，大约0.5W与200-800Hz脉冲重复频率的低功率Er:YAG激光辐射完全足以在管道壁上达到远高于100℃的瞬态局部峰值温度以用于杀菌并且保持管道壁材料的基础温度远低于熔点或损坏阈值。

重要的是对于清洁纤维不要停留在一个位置中，因为这可能导致敏感的管道壁的局部过热。因此，纤维的运动检测在该清洁应用中是附加的安全特征。

出于激光安全原因，在清洁纤维被插入到管道中之前避免激光发射是更有帮助的。因此，为“管道中的纤维检测”提供在本文中的别处所描述的细节。

此外，可以应用PDT（光动力疗法）协议，使用比如亚甲蓝或甲苯胺蓝的流体，所述流体被施加到管道中，并且适当的光被耦合到向下传递到管道中的光中。对于亚甲蓝，需要670nm与大约150 mW，并且对于甲苯胺蓝，需要635 nm与~100mW。与传统PDT过程相比的优点是Er:YAG / Er:YSGG激光能量的同时输送以通过激光能量快速地引发蒸汽泡、邻近的流体运动以及加热PDT流体来搅动PDT流体。这允许流体与细菌和碎屑的强烈得多的接触。

此外还有帮助的是，如在本文中以根管（root canal）清洁的示例所描述的那样，通过检测管道中剩余的细菌来了解清洁过程是否是成功的。

当然，这不是该清洁技术的唯一应用。许多生物技术过程/生物反应器都受到沉积在小管道中的细菌、藻类和碎屑危害，可以利用所提议的过程和设备来清洁所述管道。

并且当然，超出1mm直径的较大的管道也可以利用该过程来清洁，然而，那时需要更多的激光脉冲能量以及例如以阵列或环状结构定位的多根清洁纤维。那时所需的脉冲能量是大约n*0.1-50mJ，其中n是单根清洁纤维的数量。

在清洁较长的管道的情况下，插入管道中的终端纤维必须具有比OH还原硅更好的透射率。在该情况下，蓝宝石是理想的候选材料。

附图说明

通过参照附图，本领域技术人员可以更好地理解本发明并且领会其优点。虽然附图图示了某些实施例的某些细节，但是在本文中所公开的本发明不仅限于如此图示的实施例。

图1描绘了具有可移除插塞的光导的图，

图2描绘了具有膨胀的插塞的被插入到管道中的光导的图，

图3描绘了具有经膨胀的插塞的根据图2的装置，

图4描绘了根据本发明的装置的图，

图5描绘了光导尖部的电极装置的图，

图6描绘了激光系统的框图，

图7描绘了输送系统的框图，

图8描绘了手机的图，

图9描绘了手机的示意图，

图10描绘了具有流体盒的手机的图，

图11描绘了具有阀的盒的图，

图12描绘了光导的图。

具体实施方式

在下文中，将在管道的清洁的基础上解释本发明，这样的管道是根管，然而，不限制本发明。而是，根据本发明的教导可以被应用在其中特别是要清洁和/或封闭具有小直径的管道的所有情况中，如是例如利用如在介绍部分中所解释的医疗器械的情况。

在传统的根管治疗的情况下，牙髓腔（pulp chamber）被打开，牙髓组织被移除，并且用机械锉刀（mechanical file）扩大根管，直到实现根管的圆锥形状。经由注射器用清洁流体人工冲刷管道。然后用密封剂填充管道，并且将圆锥形牙胶尖插入并且冷凝到管道中，以实现致密根管填充。

对于该过程，管道扩大是必须的，以产生与填充管道的牙胶尖的圆锥形状一致的管道的圆锥形状。材料损耗使牙齿变弱；所述过程是耗时的，有过度实行（over-instrumentation）和锉刀断裂的危险。取决于进行治疗的人，成功率从低于70%到95%变化。

更容易、耗时更少并且技术敏感的过程可以帮助提高平均成功率并且增加患者的舒适度。

不扩大根管的过程将避免在上面提到的缺点。但是这产生新的挑战。不扩大管道导致像洞一样的不规则形状的根管。因此，传统的根管清洁和填充是不可能的，因为圆锥形状的牙胶尖无法被插入这样的不定形的根管中。需要新的填充技术。

激光辅助根管过程使用通过激光能量生成的蒸汽泡来清洗已经利用机械锉刀来扩大到通常大小为#40或更大的圆锥形状的根管。蒸汽泡膨胀和收缩导致气泡附近的水运动，这然后清洗根管壁。

Fotona、Biolase和KaVo销售或者已经销售可以被用于这样的牙髓治疗的牙科激光系统。这些激光器提供了广泛的牙科指示直至窝洞（cavity）的钻孔。这些设备的脉冲重复频率通常被限制于~50Hz，并且它们提供了对于窝洞制备而言是必要的高达1J的脉冲能量。对于牙髓治疗，与50Hz或更低的脉冲重复频率（Thermal and acoustic problems on root canal treatment with different lasers，T. Ertl、H. Benthin、G. Müller，SPIE 第2327卷，Medical Applications of Lasers 11(1994)；Application of lasers in endodontics，T. Ertl、H. Benthin、B. Majaron、G. Müller，SPIE第3192卷，Medical Applications of Lasers in Dermatology, Ophtalmology, Dentistry and Endoscopy (1997)）和圆锥形纤维尖部的使用（Canal Enlargement by Er:YAG Laser Using aCone- Shaped Irradiation Tip，S. Shoji、H. Hariu、H. Horiuchi，J ENDONTICS 第26卷，第8 期，2000年8月；454-458）组合，低于50mJ的脉冲能量就足够了。

这些传统的闪光灯泵浦的Er:YAG / YSGG激光器具有~3%的能量转换效率，从而导致大电源和具有流体冷却的庞大的设备。这导致高价格并且因此导致非常有限的用户的数量。

此外，这些激光器是4类设备，在牙科实践中监管环境需要一些努力来遵守。必须声明并且保护激光安全区域，必须训练并且指定激光安全员，并且DDS、助理和患者需要佩戴护眼护目镜。

实际的激光辅助牙髓根管过程使用5-30mJ范围内的脉冲能量，这高于牙本质（dentin）的消融阈值。因此，在将激光纤维突出到根管中时，生成错误的通路（错误穿孔（via falsa））是可能的。

在由DiVito提供的协议（Effectiveness of the Erbium:YAG laser and new design radial and stripped tips in removing the smear layer after root canal instrumentation，E. DiVito、O. A. Peters、G. Olivi，Lasers Med Sci (2012) 27:273- 280）中，激光施加器被放置在牙髓腔中并且未突出到根管中。即使不需要将激光施加器突出到根管中，所述过程仍需要将根管预先处理到大小为#25或#30。激光能量生成牙髓腔中的流体移动，所述流体移动部分地延伸到根管中。有利于该方法，不必将纤维突出到管道中。然而缺点是不一致的结果，取决于管道几何结构，并且由于25-30mJ的相对高的脉冲能量，可能观察到腐蚀性清洁流体溅出牙髓腔甚至溅出患者的口腔。

最近的技术改进使得能够设计二极管泵浦的Er:YAG / YSGG激光器。

具体地针对牙髓治疗开发的二极管泵浦的Er:YAG / Er:YSGG激光器提供了更小的设备和更经济的解决方案。该激光系统是基于由Pantec开发的激光系统（WO 2010/145802 A1，Bragangna，Heinrich，Pantec Biosolutions AG）的。主要原因是电能转换成光能的改进的效率。这允许使用小得多的电源并且减少冷却努力。

更高的脉冲重复频率（相比于50Hz高达2000 Hz）允许将脉冲能量降低到牙本质的消融阈值以下。这是重要的，因为其避免了是牙髓治疗中的重要并发症的“错误穿孔”（穿透根管壁进入到牙周组织中）的形成。

完全出乎意料的是，与在50Hz和2000Hz之间（优选地50Hz-800Hz）的脉冲重复频率组合的在0.8-4mJ范围内的脉冲能量允许与有效的清洁流体组合高效清洁根管。低脉冲能量避免了清洁流体的飞溅，最小化牙齿在治疗期间的振动，并且避免了激光纤维在治疗期间贯穿根管壁，因为激光能量密度低于牙本质的消融阈值。

与传统的过程一样，利用根据本发明所公开的设备的作为根管治疗的管道治疗开始于打开牙髓腔，移除牙髓腔中的牙髓组织，搜索管道入口并且略微扩大入口，随后利用大小高达大小为#25的锉刀寻找路径，这在根尖处产生具有至少250μm直径的通路，并且牙冠越大直径越大，这对于靠近于根尖突出具有相同或更小直径的激光纤维是必要的。不需要进一步的管道扩大。这节省了大量工作时间并且增加了患者舒适度。

人工地用注射器或者自动地从设备的流体容器用清洁流体填充牙髓腔和根管，并且将激光纤维插入到根管中直到根尖前1 mm。

波长范围2.69-2.94μm内的激光辐射被含水流体强烈吸收，并且通过流体中的汽化产生蒸汽泡，并且导致根管中的水的水动力运动。该流体运动清洗管道。激光被激活，并且在根管上下移动激光纤维。清洁包括移除重要的和非重要的牙髓组织、细菌和脓，以及打开牙本质小管。主要清洁区域是围绕纤维尖部的~1-2 mm以及整个根管中的一些较不高效的“远距离”清洁效果，这主要由作为根管几何结构与声波之间的相互作用的共振现象而导致，所述声波由蒸汽泡形成和破裂而导致。

在利用一种流体清洁管道之后，传统地利用纸尖（paper point）或者利用激光能量（或者二者组合）使管道干燥，以从管道移除清洁流体。此外，可以使用离开施加器的压缩空气支持干燥过程。然后可选地将另外的清洁流体顺序地填充到根管中（利用注射器人工地或者利用设备自动地），并且重复所述处理。最后再次使管道干燥。

可能的清洁流体可以是水、NaOCl（3-10%）、EDTA（10-17%）和/或H₂O₂（3-30%）或者其混合物。

Verdaasdonk等人（WO 2013/049832 A2，Biolase公司、Netchitailo V.、Boutoussov、D. Verdaasdonk、R. M.等人的Pressure wave root canal cleaning system（压力波根管清洁系统））就通过将气泡添加到清洁流体利用通常大于每个脉冲5mJ的激光能量的清洁改进作了报告。

与Verdaasdonk的公开形成对照，如果流体在处理之前包含气泡，则利用所提出的范围内的低脉冲能量的清洁是较不高效的。利用没有添加气泡的流体或者甚至经过脱气的流体获得最佳的结果。

为了判断根管是否足够清洁和干燥并且没有细菌，可以对根管进行清洁度检查。可以使用光谱/荧光方法将激光纤维中的照射/激发光导引到根管中并且利用相同的纤维收集来自细菌、碎屑和管道壁的传送的光。这可以与激光清洁同时进行。在用UV光（例如405nm）激发时细菌发出可见波长范围（特别是570nm-650nm）内的荧光标记，或者在用红光600-700nm激发时发出近红外范围（例如750-880nm）内的荧光标记。可见范围内的激发是优选的，因为牙本质的自发荧光在530 nm附近的绿光谱区域内具有强发射。

替代地，可以将电阻抗谱法应用于管道诊断。

如果在清洁之后细菌仍然保留在根管中，则可以使用高重复频率激光能量通过特定温度处理来减少细菌，或/和可以将PDT过程添加到处理。

针对热杀菌的先决条件是在根管表面处对激光辐射的强吸收。现今为此目的所使用的具有750nm和980nm之间的发射波长的二极管激光在牙本质中不具有强吸收，因此在某种程度上是不理想的甚至危险的，因为牙周组织中和根管内部的温度升高是几乎相等的。

例如所提出的二极管泵浦的Er:YAG激光设备的2.69-2.94μm波长更好地适合于所述任务。

因此，具有200-800Hz脉冲重复频率的大约0.5W的低功率Er:YAG激光辐射完全足以在根管壁上达到远高于100℃的局部峰值温度以用于杀菌并且保持牙周温度远低于临界的43℃。

对于PDT，各种协议是可用的（例如Helbo、Dentofex、Wilson）。对于该治疗，比如亚甲蓝或甲苯胺蓝的流体被施加到根管中，并且适当的光被耦合到向下传递到根管中的光中。对于亚甲蓝，需要670nm与大约150 mW，并且对于甲苯胺蓝，需要635 nm与~100mW。与传统PDT过程相比的优点是Er:YAG / Er:YSGG激光能量的同时输送以通过激光能量快速地引发蒸汽泡、导致邻近的流体运动以及加热PDT流体来搅动PDT流体。与没有搅动或者利用超声搅动的PDT相比，这允许流体与细菌的强烈得多的接触，并且增加了进入到牙本质小管中的穿透深度。

填充作为根管的未扩大的管道10需要能够覆盖不规则的根管空间而没有空隙的新的方法。这对于低粘度充填材料是可能的。然而，风险是填充材料在根尖之上的穿透。在利用低粘度材料填充管道之前放置在根尖区段中的根尖“插塞”可以防止这一点。用于放置根尖插塞的传统解决方案已被公开（例如US2009/0220909 A1，Müller、Mannschedel、Coltene/Whaledent），然而却需要根据ISO的管道制备，并且不能被应用于不规则管道。此外，他们没有公开使用激光系统来放置插塞。

在具有大约激光纤维（250-350μm）的直径的小根尖的情况下，插塞12被轴向附着到激光纤维14（图1）。纤维尖部18与插塞12之间的可选的连接材料16可以改进插塞材料与纤维尖部18之间的粘附。

在插入之前，可以在实际被用来预加热Thermafil充填体的外部炉中对插塞材料预加热。

在插入根管10中之前，可以附加地用密封剂覆盖插塞材料。密封剂可以如在US2014/0017636 A1（Berger等人，Dentsply国际公司）中所公开的那样组成。

具有插塞12的激光纤维14被突出在根管10中，并且以轻微的压力被推动就位。在适当的工作长度下（到根尖的长度——1 mm），激光器被激活，并且插塞12或连接材料16开始在与激光纤维14的连接处熔化。可以用激光纤维14略微垂直地冷凝插塞12。这将在移除激光纤维14时将插塞12保持就位。在接下来的步骤中，将低粘度材料填充到管道中。该材料可以是例如如在US 2014/0335475 A1（Berger等人，Dentsply国际公司）中所公开的根管填充材料。

为了改进凹陷和不是直接可接近的区域中的根管壁的覆盖，低粘度填充材料可以经受激光辐射，所述激光辐射被材料吸收并且产生蒸汽泡，所述蒸汽泡加速材料紧靠根管壁。最后，将具有相同或更高粘度的材料（例如根据US 2014/0335475 A1）填充到管道中以充填剩余的管道体积。可以应用横向和/或垂直冷凝。

对于插塞材料的要求：

-生物相容

-硬度低于牙本质（在再治疗的情况下是相关的），牙胶是一个选项。

在牙胶到激光纤维14的直接连接的情况下，牙胶配方必须在室温下的储存时以及在插入到管道10期间具有到激光纤维14的稳定连接，并且必须在50℃和200℃之间熔化。牙胶具有足够高的吸收系数以在10分之几微米内沉积足够的能量，这确保了对激光纤维的接口的非常局部的加热。

在使用连接材料的情况下，连接材料16必须在45℃和200℃之间熔化，并且充分地附着到激光纤维14和插塞材料。在激光波长下的吸收系数必须足够高以在10分之几微米内沉积足够的能量，以便在低于2W的功率（优选地低于100mW）下在1-3秒内熔化连接材料。材料在45℃和200℃之间熔化，这确保了架稳定性并且在加热期间保持根尖区段中的温度足够低。

替代地，可以将牙胶插塞附着到被电加热的施加器。可以使用由具有小于250μm总直径的2根铜线馈送的塑料施加器的尖部处的微小的SMD电阻器（EIA01005，0.2 x 0.2 x0.4 mm）或半导体材料。

在比纤维直径宽得多的宽根尖20的情况下（例如0.5-1mm），上面描述的方法将失效。

对于这样的情况，需要可以“按需”膨胀体积的材料（比如爆米花或聚氨酯泡沫）。基础材料可以再次被附着到在根尖20处突出就位的激光纤维14，并且然后通过由吸收转换成热量的激光能量或者UV光发起膨胀，但是其中插塞112包括可膨胀材料114。插塞材料114必须在低于连接材料的熔化温度的温度下膨胀。在插塞材料114的膨胀之后并且在几秒的冷却以允许插塞材料114变得更硬之后，增加激光功率达例如0.5-2秒的短时间持续时间，以最终熔化连接材料并且从管道10移除纤维尖部14，而没有在移除期间将插塞112从其根尖位置位移的危险。

理想地，插塞材料114的膨胀被引导朝向管道壁。为了实现这一点，可膨胀材料必须被放置在用连接材料附着到纤维尖部18的体积散射材料的侧面上。在膨胀之后，该体积散射材料114将作为插塞112的部分保留在管道16中。为了将插塞从纤维尖部分离，利用Er:YAG激光辐射来加热连接材料。在该情况下，连接材料对于可见范围内的辐射必须是可穿透的，所述辐射由插塞112的体积散射部分120散射到可膨胀插塞材料114中以加热可膨胀插塞材料114。

插塞材料可以是牙科复合材料。连接材料可以是在低于200℃下软化的半透明（可见波长范围内）树脂。

在图2和3中描绘了具有散射材料120的中间部分和围绕核心的可膨胀材料114的插塞112。

另一个选项是将材料成分A作为可膨胀插塞材料附着到激光纤维，并且恰好在插入到根管中之前将第二材料B涂到第一材料，这以体积膨胀开始反应。激光能量然后将仅被用来熔化插塞材料与激光纤维的连接，这使得在插塞材料通过膨胀将自身固定到根管壁之前将插塞材料保持在正确的位置中。

具有膨胀因子3的材料可以填充#25（250μm直径）插塞与#40（400μm直径）的根尖直径之间的间隙。膨胀因子7可以填充与#60（600μm）的根尖直径的间隙。

如果可以在没有管道扩大的情况下插入具有更大直径的纤维尖部，这通常是前牙中的情况，则具有膨胀因子3的材料可以填充#40（400μm直径）插塞与#70（700μm直径）的根尖直径之间的间隙。在该示例中，膨胀因子7可以填充与#100（1000μm）的根尖直径的间隙。

针对可膨胀材料的示例：碳酸氢钠（小苏打）+牙胶颗粒的混合物。当经由光纤尖部加热时，下面的反应2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O释放CO2并且形成具有熔化的牙胶颗粒的泡沫。

为了将pH保持在生理范围内，可以添加酸（例如柠檬酸），所述酸将在潮湿环境中产生附加的泡沫。替代地，可以使用与牙胶组合的任何生物相容的起泡剂，所述牙胶包括US2014/0017636 A1和US 2014/0335475 A1（二者都是Berger等人，Dentsply国际公司）中的公开。

可以将小的小苏打颗粒封装在牙胶中以产生封闭的气泡泡沫。

在表Ⅰ中规定了不同种类的插塞、插塞材料、连接材料和可膨胀材料的示例。

在图4中原理上示出了根据本发明的设备。所述设备包括具有触摸屏42的台式机设备40和具有集成的冷却元件44的壳体。壳体被连接到牙科综合治疗台（dental unit）6的涡轮连接器（连接器46）以使得供应水和压缩空气。

台式机壳体被连接到具有输送系统50的手机48。

手机48经由旋转耦合被连接到输送系统50。纤维尖部52可以被连接到手机，并且具有清洁流体的一次性容器54可以被附着到手机并且从手机移除。壳体经由连接线56与手机48连接。

便携式台式机设备40包括激光器作为能源。用输送系统将激光辐射与水和压缩空气以及可选地清洁流体一起传送到具有可拆卸纤维尖部52的手机48。

能源是二极管泵浦的ER:YAG——（波长2.94μm）、Er:YSGG——（波长2.78μm）或CTE激光（波长2.69μm）。脉冲长度是在5-1000μs之间，优选25-400μs，最优选50-200μs。在施加器的远端处，脉冲能量是在0.5-50 mJ之间，优选1-10mJ。这需要窝洞出口处的大约双倍脉冲能量。在窝洞出口处，平均功率是在0.5-10W之间，优选1-3W，并且峰值功率是<600W。

此外，设备配备有用于瞄准光束和根尖插塞加热以及可选的用于细菌检测和用于PDT的光源。

瞄准光束通过Er:YAG杆从100%反射镜侧耦合，并且用二色光束组合器将用于根尖插塞加热和PDT的另一光源耦合到光路中。可以使用高功率LED或激光二极管，例如ADL-63V0ANP（激光部件）。激光二极管可以与MID IR激光器并行地操作，并且被同时传送到手机。对于荧光激发（细菌检测、管道清洁度检测），使用范围350-700nm内的cw或脉冲激光二极管。

对于激光腔和电子装置，设备优选地使用空气冷却。

在图6中示出了意义自明的激光系统的示意性绘图。

特别地，本发明的特征在于二极管泵浦的Er:YAG- / Er:YSGG / CTE:YAG激光器，其经由用于管道清洁的相同的光纤利用用于细菌荧光检测的以下激发/检测波长范围提供对于作为根管的管道的清洁度检查。

a）激发405-450 nm/检测570-650 nm

b）激发600-700 nm/检测750-880 nm。

此外，本发明的特征在于二极管泵浦的Er:YAG- / Er:YSGG / CTE:YAG激光器，其使用电阻抗谱法经由用于根管清洁的光纤尖部上的金属化层提供作为根管的管道的清洁度检查。

此外，本发明的特征在于二极管泵浦的Er:YAG- / Er:YSGG / CTE:YAG激光器，其经由光纤尖部将能量（0.05W-3W与200-800Hz脉冲重复频率）提供到作为根管的管道中，以经由高达500μm附近的辐射吸收将根管内表面加热到对细菌致命的温度，从而在根管壁上达到远高于100℃的局部峰值温度，并且保持牙周组织温度远低于临界的43℃。

本发明的另外的特征是二极管泵浦的Er:YAG- / Er:YSGG / CTE:YAG激光器，其提供在670nm处以大约80-200 mW和/或在635 nm处以50-150 mW发射的附加光源，以利用比如亚甲蓝或甲苯胺蓝的流体同时发起PDT并且通过激光能量以快速地引发的蒸汽泡以及邻近的流体运动和热量搅动PDT流体。

通过将牙科涡轮连接器插入设备的插座中来提供水和压缩空气。如果这些容器54没有被直接定位在手机48处，则设备可以具有用于不同清洁流体（无菌水、NaOCl、EDTA）的另外的可更换的容器54。这些清洁流体容器通过由牙科涡轮连接器46提供的牙科椅的压缩空气来加压。

利用经由μC（嵌入式微控制器）操作的电磁阀来控制从这些容器54到手机48的流体流动。控制激光参数以及清洁流体、激光辅助干燥和压缩空气的定序允许逐个管道的完全自动化清洁过程（表Ⅱ）。牙科医生只需要按下开始按钮并且然后轻轻地上下移动管道中的纤维，直到就绪标志出现（LED或哔哔声）。然后将纤维14插入下一个管道中并且重复所述过程。

参数范围

最小值-最大值

[优选的最小值-最大值]

在表Ⅲ中规定了在清洁管道时所使用的激光参数。

提供了用以确保激光器只有当激光纤维14被放置在根管10中时才可以操作的机制，以降低激光安全风险。

当纤维尖部18被插入到根管10中时，通过纤维14接收到的光与纤维14处于环境光中相比要少得多。激光系统中的检测器测量从纤维尖部18回来的光，并且检测绝对光级和光级中的改变（一阶导数）。该检测可以独立于任何微控制器或检测软件来进行。它是基于具有故障安全设计的固定连线硬件，这在检测单元中的硬件故障的情况下禁用激光系统。

在将纤维尖部18浸入到包含在根管中的流体中时，当折射率差改变时，电子装置进一步可以检测发射到纤维输送系统中的光（例如瞄准光束）的反射的改变。瞄准光束的光被幅度调制以区分信号与环境光。

用以检测根管10内部的纤维尖部18位置的另一种方法是将纤维14的表面金属化，将测量电流（AC）注入到（一个或多个）电极180、182中，并且测量在将纤维插入到根管10中期间的阻抗改变。纤维14可以被完全金属化为一个电极，所述电极与由患者所持有或者附着到患者的口腔的对电极（唇夹）相组合。然而，优选的解决方案是双电极概念，即第一和第二电极180、182，从而避免了对电极。通过对纤维尖部进行分度（index）保证了明确的连接。

金属化层可以由除了纤维尖部的圆锥形部分之外的光纤的完全涂层构成，或者可以是在相同的外部纤维表面上形成一个或多个电极的结构化层。

金属化尖部配置使能优选地利用双电极金属化纤维尖部的另外的“管道仍然是湿的”检测（参见图5）。

与干的管道相比，湿的管道具有显著更高的相对介电常数。与牙本质:1-8和:0.3-5相比，H₂O：:80-90和:3-30。这可以被利用来确定根管的湿度的程度。利用单频率或者多个单频率或者频带上的扫描来进行测量，所述频带可以处于1Hz到10 GHz的范围内，优选地1kHz-2.4 GHz。在电极的区域内涂疏水涂层，以避免电极的直接不可逆的湿润。

使用管道湿度检测与基于激光的管道干燥过程相组合，通过施加具有0.1-1W与200-800Hz脉冲重复频率的激光能量允许反馈控制的管道干燥过程。

此外，阻抗谱法可以被用于根管10中的细菌检测以及在清洁管道10期间的长度测量。由NuMed提供的阻抗谱法的特殊变型（专利US 9119548B2）分析了由细菌细胞壁生成的谐波，可以被集成到所提出的清洁设备中并且允许根管中的细菌检测。

使用金属化纤维14，利用阻抗测量的根管长度测量可以与清洁同时执行，以指示在治疗期间纤维尖部18的正确位置并且不超出根尖20。

为了区分上颌与下颌治疗，例如使用惯性传感器（MEMs设备，例如Kionix KXTF9）。这是重要的，因为治疗上颌或下颌的情况的流体再填充率是不同的。

此外，该惯性平台提供了针对纤维尖部18的移动方向的数据（进入或离开根管10）。在施加需要高于消融阈值的能量密度的情况下，这对于在将纤维尖部18推入到根管10中时关闭激光是重要的。

此外，由运动传感器提供的运动信息可以被用来检测牙科医生是否正在管道中连续地移动纤维，并且如果牙科医生在治疗期间停止移动则以警告信息来提醒他，并且降低或关闭激光功率。

此外，惯性平台数据可以被用来与从基于阻抗的纤维位置测量提供的纤维位置数据交叉检查。

输送系统50将便携式台式机设备40与类似于牙钻手机的手机48连接。

为了避免光导上的扭矩，手机48以围绕纵轴的自由旋转与低摩擦被连接到输送系统50。

经由GeO、蓝宝石、ZrF₄或者能够在2.69-2.94μm以及附加地400nm-1000 nm波长范围内传送辐射（高达50mJ，高达5W平均功率，500W峰值功率）的任何其他光导将激光辐射传输到手机。光导纤维的核心直径是在150和600μm之间，优选180-250μm。光导端面是受防潮保护的，并且可以涂覆有防反射材料。

在连接到设备的牙科椅的牙科综合治疗台处可用的压缩空气和水通过输送系统连同光导被导引。

来自插入设备中的可更换的容器的可选的另外的清洁流体可以在输送系统中被传输到手机。

电线在手机与台式机单元之间提供数据和电力传输。为了保持电线和连接器的数量低，使用SPI或I²C总线系统。

弯曲保护确保纤维14不被弯曲超出对于摆动弯曲（oscillating bending）所允许的弯曲半径。

在需要修理的情况下，输送系统50是可从设备拆卸的，并且可以例行地从输送系统50拆卸手机48以用于清洁/杀菌。

图7是意义自明的输送系统50的示意性绘图。

作为将运动传感器放置在手机中的替代方案，可以将传感器放置在输送系统的最远端部分中。这将避免对传感器芯片应用杀菌周期。然而，然后必须添加手机与输送系统之间的旋转位置检测。

用旋转耦合58将手机48与输送系统50连接，所述旋转耦合58允许向手机48输送水（管线60）和加压空气（管线62）。空气和水被输送到手机48的前段，并且用喷嘴64朝向纤维14施加空气和水。用光纤66经由保护窗68、透镜70和偏转镜72从输送系统50向纤维14供应激光辐射。流体容器54被搭锁在手机48上。运动传感器74被放置在输送系统50的前段中，并且可以与旋转编码器76组合来检测纤维尖部18的运动（也参见图8）。

在手持式施加器中，可以在与手机48的主方向成大约70-130°的角度下插入可移除的、一次性的纤维14。该纤维尖部18被插入到根管中。

手机48是与小型牙科手机可比的，理想地是反角的（contra-angle）。手机48是可围绕纵轴旋转的。

利用平面镜72和单独的聚焦元件或聚焦镜执行激光束偏转~90°进入到可附着的纤维14中。

利用允许利用分度连接来唯一定位的连接器将一次性纤维14连接到手机48，以允许至少2个电连接明确地连接到手机48中的触点。

在手机48的简单版本中，只有水和空气是直接从手机48中可用于治疗的。利用注射器人工地将其他清洁流体施加到根管10中。

加压空气和水可以形成雾。10-30 ml/min的水和5-10l/min的空气被用来形成雾。

流体束以与纤维14纵轴成大约10-20°的角度被引导朝向纤维14的后1/3。在手机的出口处的水速大于0.6 m/s。

可以将开始/停止按钮集成在手机中。

在图9中示出了意义自明的手机48及其部件的示意性绘图。

在手机48的变型中，用于NaOCl和EDTA的一次性流体容器54/（也称作盒）被直接附着到手机。盒54具有靠近于纤维14的流体导引装置（参见图10）。在手机48处的直接放置是可能的，因为治疗只需要每种流体大约1-2 ml的少量的流体。主要目的是保持部分地腐蚀性流体与手机48、输送系统50和台式机设备40分离。另外的目的是在使用之前和之后避免滴落。用于实现这些目的的便宜的解决方案是将电磁阀78分成具有手机48中的磁性线圈80和铁磁芯82的一部分的激发部分，以及作为一次性盒54中的出口阀的部分的作为阀78开启器的铁磁性材料。当将盒54放置在手机48中时，盒54被设定在气压下。柔性膜或活塞84可以将流体与空气入口分离。对于更多细节，参见图11。

纤维材料必须允许以合理的损耗和成本传送从400 nm到2.94μm的波长范围。OH还原硅纤维是可接受的折中，其在2.94μm下在5 cm长度上具有~50%的衰减（包括菲涅尔反射）。纤维14是以适度降级经受住（survive）3-4个根管的一次性用品。纤维14的末端18是没有保护层或金属化的圆锥形状的。替代地，纤维14可以是半球形的。纤维14具有200-300μm的外直径和180-240 μm的核心直径。纤维14的长度是在30-40 mm之间。模制塑料部分将纤维14与手机连接。纤维14可以具有附加的涂层以改进抗断裂性，并且可以具有表面金属化以允许测量根管中的插入长度，以在治疗期间确定到根尖的距离。电极的触点表面与去往手机48的耦合中的连接器接触。去往手机48的耦合部分仅允许2个180°旋转位置以允许两个电极的明确连接。电极180、182可以覆盖有疏水层。纤维14及其尖部的另外的细节可以从图12获知。

软件控制激光参数、空气和水流动，并且在扩展的手机48变型中控制高达两个附加的清洁流体的流动。

定序器程序可用于以下应用：

• 清洁/干燥

• 细菌检测

• 热细菌减少

• aPDT

• 根尖插塞放置

• 充填支持。

清洁/干燥程序提供一系列清洁和干燥步骤（参见表Ⅱ）。参数可以被单独编程并且被存储为“优选处理程序”。

细菌检测是用于经由荧光检测来检测根管中的剩余细菌和/或细菌残留的程序。

热细菌减少是用于以明确定义的方式对内根管表面局部加热的程序。与低脉冲能量（0.1-1mJ）组合使用优选地在100和2000 Hz之间的脉冲重复频率，以在内根表面上以及在根管壁中的100分之几μm内局部地生成高到足以杀死剩余细菌的温度。在该程序中不使用流体。由运动检测器来监视纤维运动，以避免任何局部过热的风险。

aPDT程序组合例如从Helbo了解的传统aPDT序列与激光生成的蒸汽泡，以产生aPDT染料流体中的运动，以增强沿着根管壁的接触和流体交换。代替清洁流体容器，aPDT染料被插入手机中。在aPDT之后，通过在激光生成的蒸汽泡的支持下用水冲刷来自动地将染料冲洗出根管。

对于不规则、不定形的根管10，需要不同的充填策略。为了支持这样的充填方法，所述设备提供以下程序：

与具有附着的牙胶插塞的纤维组合地使用根尖插塞放置程序。利用激光加热，以将插塞部分地熔化在根尖位置中并且将其从纤维尖部拆卸。

充填支持程序被用来加速放置在根管中的根尖插塞之上的低粘度充填材料紧靠根管壁，以增强利用充填材料对于整个根管壁的致密覆盖。为此目的，在根管填充材料中生成瞬态蒸汽泡。加热的热量可以在加热期间进一步降低粘度，从而附加地使得充填材料能够渗入（creep）管道的任何合适的位置（niche）中。

本发明提供了对激光参数以及清洁流体、激光辅助干燥和压缩空气的定序的自动化控制，这允许完全自动化的清洁过程。

虽然上面已经借助于根管的清洁解释了本发明，但是正如已经解释的那样，根据本发明的教导适用于管道的清洁，其中要清洁如根管的那些的较小直径的管道，特别是在它们的纵向方向上不均匀地延伸的这样的管道。关于这一点，参照介绍性解释。

Claims

1.一种用于通过传导激光束的光导来清洁圆周封闭的管道的方法，

其中，当光导的自由端处于管道之外时中断激光束进入到光导中，和/或监视光导在管道内的移动，并且如果没有移动或者移动低于阈值，那么触发信号和/或关闭激光辐射或者减小其输出。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，检查和/或监视光导的自由端在管道内的位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，通过激光引发的水动力流体移动来移除存在于管道的内部上的材料。

4.根据在前权利要求中的至少一项所述的方法，

其中，通过以下各项来执行对光导是在管道内部还是在管道外部的验证：

a）来源于围绕光导的区域的由光导接收到的辐射，和/或

c）经由光导的外部金属化测量阻抗中的改变。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中，冗余地验证对光导的定位，特别是通过步骤a）+b）或a）+c）或b）+c），特别优选通过a）+b）+c）。

6.根据权利要求1到5中的至少一项所述的方法，其中，通过使用激光引发的水动力流体运动来搅动这些流体来增强利用比如在670nm下激发的情况下的亚甲蓝或者在635nm下激发的情况下的甲苯胺蓝的传统的PDT（光动力疗法）流体作为另外的清洁流体杀菌。

7.一种装置，其包括激光辐射源、传导激光束的光导（14）以及手机（48），其中，手机被可拆卸地并且优选旋转地连接到输送设备（40），经由所述输送设备（40）可以将至少激光束和液体馈送到手机，以及导引液体的第一管线（60），所述第一管线（60）以其孔径侧在光导（14）的区段中延伸，并且其中经由与手机可拆卸地连接的光导将激光束引导到管道（10）中。

8.根据权利要求7所述的装置，

其中，手机被连接到至少一个清洁流体容器（54）或者具有这样的容器，从所述容器发出管线（60，62），所述管线（60，62）的开口在光导侧上延伸；并且

其中，清洁流体容器（54）优选地被连接到手机（48），使得其可以被拆卸或者插入到其上，并且其中清洁流体容器（54）优选地配备有可封闭的出口开口，可以通过由微控制器控制的电磁可致动阀（78）来控制所述出口开口，并且优选地电磁联合可致动阀（78）被分成具有手机（48）中的磁性线圈（80）和铁磁芯（82）的一部分的激发部分，以及作为容器（54）中的出口阀的部分的作为阀开启器的铁磁性材料。

9.根据权利要求7或8所述的装置，

其中，设备具有用于不同清洁流体（如无菌水和/或NaOCl和/或EDTA和/或PDT流体）的另外的可更换的、一次性容器（54），所述容器（54）通过压缩空气被加压。

10.根据权利要求7到9中的至少一项所述的装置，

其中，光导（14）在其外表面上具有金属化，优选地光导（14）在其外表面上具有带有相对于彼此电绝缘的两个区段的金属化，特别地所述相对于彼此绝缘的区段至少在光导（14）的尖部（18）处以梳状方式彼此啮合，并且

其中，金属化优选地在光导（14）的至少前1/3之上具有疏水特性。

11.根据权利要求7到10中的至少一项所述的装置，

其中，将移动传感器（74）集成到手机（48）中，优选地将移动传感器（74）和旋转编码器（58）集成到输送系统中，所述输送系统伸到手机（48）中以用于识别相对于输送系统（50）的手机旋转。

12.根据权利要求7到11中的至少一项所述的装置，

其中，输送设备与手机（48）之间的光导由特别是GeO、GeO₂、蓝宝石或ZrF₄的材料制成，所述材料在优选地2.69μm和2.94μm之间的波长范围内以及特别附加地在400 nm和1000 nm之间的波长范围内传导高达50 mJ的激光脉冲和/或5 W的平均激光输出，和/或其中要被插入到管道（10）中的光导（14）由特别是OH还原硅或蓝宝石的材料制成，所述材料在优选地2.69μm和2.94μm之间的波长范围内以及特别附加地在400 nm和1000 nm之间的波长范围内传导高达50 mJ的激光脉冲和/或5 W的平均激光输出。

13.根据权利要求7到12中的至少一项所述的装置，

其中，光导（14）的光传导核心的直径处于150μm和600μm之间，特别是118μm和250μm之间，其中光导优选地在其外侧上具有保护层，和/或其中光导（14）具有200μm和300μm之间的外直径和/或25 mm和40 mm之间的长度。

14.根据权利要求7到13中的至少一项所述的装置，

其中，所述激光器是二极管泵浦的Er:YAG激光器、Er:YSGG激光器或CTE激光器，其特别地具有5μs和1000μs之间的脉冲持续时间，所述脉冲持续时间优选地在25μs到400μs的范围内，特别优选50μs到200μs的范围内，和/或0.5 mJ和50 mJ之间的脉冲能量，特别是1 mJ和10 mJ之间的脉冲能量，和/或0.5 W和10 W之间的平均输出，优选地1 W和3 W之间的平均输出，具有在50Hz到2000 Hz范围内的脉冲重复频率，优选地50Hz到800 Hz范围内的脉冲重复频率。

15.根据权利要求7到14中的至少一项所述的装置，

其中，所述装置配备有具有触摸屏（42）的控制设备（40）以及包围激光器的壳体，所述壳体被连接到供应设备，特别是医疗供应设备，通过所述供应设备可以向所述装置供应水和/或压缩空气。

16.根据权利要求7到15中的至少一项所述的装置，

其具有二极管泵浦的Er:YAG- / Er:YSGG/ CTE:YAG激光器，其经由用于管道清洁的相同的光纤尖部使用用于细菌荧光检测的以下激发/检测波长范围提供对管道的清洁度检查，

a）激发405-450 nm/检测570-650 nm

b）激发600-700 nm/检测750-880 nm。