DE10164044A1

DE10164044A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle von Oberflächenrauhigkeiten in der zahnärztlichen Behandlung von Hartgeweben

Info

Publication number: DE10164044A1
Application number: DE2001164044
Authority: DE
Inventors: Christian Willers; Thomas Huth-Fehre
Original assignee: Christian Willers; Thomas Huth-Fehre
Current assignee: HUTH-FEHRE, THOMAS, DR.RER.NAT., 35039 MARBURG, DE; WILLERS, CHRISTIAN, DR.MED.DENT., 48341 ALTENBERGE
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: DE10165016B4; DE10164044B4

Abstract

In der Zahnmedizin ist es in verschiedenen Anwendungsfeldern wie der Parodontitis-Diagnostik, dem Prüfen von Hartgewebe (Dentin) auf das Vorhandensein von kariös erweichten Regionen, dem Prüfen von aufgebrachten zahnmedizinischen Füllungs- oder Unterfüllungswerkstoffen auf ihre Oberflächenbeschaffenheit, dem Prüfen von Schmelzoberflächen natürlicher Zähne und Keramikoberflächen prothetischer Restaurationen nach Säureätzung, dem Prüfen von prothetischen Restaurationen im Grenzbereich zum natürlichen Zahn, um die Güte des Randschlusses zu ermitteln, und dem Prüfen von zahntechnischen Keramikoberflächen, um die Güte des Glanzbrandes beurteilen zu können, notwendig, die Rauhigkeit der betreffenden Oberfläche beurteilen zu können. DOLLAR A In all diesen Anwendungen gibt es die vorliegende Erfindung zur akustischen Messung der Oberflächenrauhigkeit, bei der der bei Berührung der zu prüfenden Oberfläche mit harten Gegenständen entstehende Schall ausgewertet wird, dem Behandler ein Instrument in die Hand, mit dem er eine reproduzierbare Aussage treffen kann, ob eine weitergehende Therapie notwendig ist oder nicht.

Description

Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung

Problemstellungen

A.

Oberflächendiagnostik im Bereich der Parodontologie:
Entzündliche Veränderungen der Histologie und Morphologie des Zahnhalteapparates (Parodontitis) stellen eine immer häufiger auftretende Zivilisationskrankheit (1) dar. Hierbei siedeln sich bakteriell infizierte Beläge auf der Oberfläche der Zahnwurzeln unterhalb des Zahnfleischrandes an, die zu chronischen Entzündungsreaktionen und infolge von leukozytären lysosomalen Enzymen zum Abbau des das Zahnfach begrenzenden Knochens führen. Dieser Vorgang ist insofern mit einem Rückgang des dem Knochen aufliegenden Zahnfleisches verbunden (2). Die restlose und möglichst schonende Entfernung von verhärteten Belägen (Zahnstein/Konkremente) ist zwingende Voraussetzung für eine erfolgreiche Therapie und somit der wichtigste therapeutische Eckpfeiler im Spektrum der parodontalchirurgischen Behandlungsmaßnahmen (3). Zur Entfernung dieser zwischen Zahnfleisch und Zahnwurzel liegenden Beläge wird vornehmlich spezielles schneidendes und schabendes Instrumentarium (3, 4), aber auch Schalt- und Ultraschallsonden (5), sowie gepulste Laser (6) eingesetzt.
Allen diesen Reinigungsverfahren ist gemeinsam, daß eine Kontrolle der Abtragung schwierig ist da die behandelten Flächen einer Sichtkontrolle nicht zugänglich sind. Da aber sowohl eine möglichst restlose Entfernung der Beläge, als auch die Unversehrtheit der Wurzeloberfläche für einen Behandlungserfolg unverzichtbar sind, ist eine - bis heute nicht existierende - Kontrollmöglichkeit für die Rauhigkeit der Wurzeloberfläche gesucht. Ebenso fehlen einfache und zuverlässige Diagnostika für eine Initialdiagnose im Verlauf von Routineuntersuchungen und Verlaufskontrollen nach abgeschlossener Therapie.

B.

Hartgewebs-Schnelltestung/Kariesdiagnostik im Bereich der konservierenden Zahnheilkunde:
Karies ist die am weitesten verbreitete Zivilisationskrankheit. Hierbei kommt es infolge einer Vergärung von vorhandenem Zucker durch spezifische Keime auf der Zahnoberfläche zu einer Säurebildung mit Demineralisation der infizierten Zahnhartsubstanz (9). Kariös infiziertes Zahnhartgewebe verändert sehr deutlich seinen Härtegrad und die Oberflächenrauhigkeit in den befallenen Regionen.
Therapeutisch wird das kariös erweichte Dentin mechanisch mit rotierenden Fräsern abgetragen oder in jüngster Zeit mittels Applikation von Laserenergie denaturiert.
Sowohl für eine Initialdiagnose im Verlauf von Routineuntersuchungen als auch für Verlaufskontrollen nach abgeschlossener Therapie ist eine einfache und zugleich zuverlässige Oberflächenkontrolle gesucht.

C.

Oberflächenanrauhung zur Vorbereitung von Klebungen:
Zum Applizieren von Restaurationen und zum Anbringen dauerhafter Zahnregulierungen mit licht- und selbsthärtenden Kunststoffen wird die Schmelzoberfläche oder die Keramikoberfläche schon vorhandener prothetischer Restaurationen durch Anätzung (Säure- Ätz-Technik) aufgerauht. Um eine optimale Haltbarkeit der Klebung bei gleichzeitig minimaler Beschädigung des Hartgewebes zu erreichen, ist eine einfache Kontrollmöglichkeit für die erzielte Oberflächenaufrauhung nötig.

D.

Prüfen von aufgebrachten zahnmedizinischen Füllungs- oder Unterfüllungswerkstoffen auf ihre Oberflächenbeschaffenheit.

E.

Prüfen von prothetischen Restaurationen im Grenzbereich zum natürlichen Zahn um die Güte des Randschlusses zu ermitteln.

F.

Prüfen von zahntechnischen Keramikoberflächen um die Güte des Glanzbrandes beurteilen zu können.

Stand der Technik

A.

Oberflächendiagnostik im Bereich der Parodontologie:
Bis vor wenigen Jahren war die Sichtkontrolle das Mittel der Wahl, indem das Zahnfleisch aufgeschnitten und von der zu reinigenden Oberfläche abgeklappt wurde (Offene Kürettage/Modifizierte Widman Lappen-OP). Dieses Verfahren ist verbunden mit der primären Zerstörung vorhandener Gewebsstrukturen und stellt für den Patienten eine erhebliche Belastung dar.
Bei der mittlerweile vorwiegend benutzten mechanischen Kürettage im schmalen Spalt zwischen Zahnfleisch und Wurzeloberfläche, der sogenannten parodontalen Zahnfleischtasche, ist der Behandler auf die Güte seines taktilen Gefühls angewiesen, um u. a. die verbliebene Rauhigkeit der Oberfläche zu ertasten. Dies funktioniert im Prinzip, da die Beläge deutlich rauher sind als eine unversehrte, nicht erkrankte Wurzeloberfläche, setzt aber viel Erfahrung des Behandlers voraus. Um diese Erfahrungen machen zu können, wäre es für den Behandler neben einer effizienten Erfolgskontrolle u. a. hilfreich, die eingestzten Kräfte messen zu können (7). Dazu werden bereits in den Schaber integrierte Kraftmessgeräte (8) eingesetzt. Diese "Kraftprotokolle" bedürfen allerdings einer komplizierten nachgeschalteten Computerauswertung, was dem Behandler während einer laufenden Behandlung wenig nützt.

B.

Hartgewebs-Schnelltestung/Kariesdiagnostik im Bereich der konservierenden Zahnheilkunde:
Eine Erfolgskontrolle findet routinemäßig mittels einer mechanischen Sonde statt, die auf gesunder Zahnsubstanz harten Widerstand ertastet.
Verbliebenes kariös erweichtes Dentin läßt sich somit durch Ertasten lokaler Härteunterschiede auch in eng begrenzten Regionen selektieren, setzt jedoch ein sehr differenziertes taktiles Empfinden des Behandlers voraus.
Einen weiteren, erst kürzlich entwickelten Ansatz bildet die Spektralanalyse der Zahnsubstanz (10, 11).

C. bis F.

Hier sind z. Z. außer mechanisch tastenden Sonden keine gesonderten Diagnostika bekannt und der Behandler muß sich auf sein taktiles Gefühl, den Augenschein und seine Erfahrung verlassen.

Ziel der vorliegenden Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dem behandelnden Zahnarzt ein Instrument an die Hand zu geben, mit dem er verzugs- und zwei eisfrei zum einen den Reinheitsgrad einer in einer Zahnfleischtasche befindlichen Oberfläche feststellen kann (A.), zum anderen den Härtegrad und die Oberflächenbeschaffenheit des Zahnhartgewebes oder zahntechnischer Werkstoffoberflächen selektiv beurteilen kann (B-F).
In all diesen Anwendungen gibt die vorliegende Erfindung zur akustischen Messung der Oberflächenrauhigkeit dem Behandler ein Instrument in die Hand, mit dem er eine reproduzierbare Aussage treffen kann, ob eine weitergehende Therapie notwendig ist oder nicht.

Technische Grundlagen

Kernpunkt der Erfindung ist, daß der bei Berührung der zu prüfenden Oberfläche mit harten Gegenständen entstehende Schall ausgewertet wird.
Dieser Schall pflanzt sich nun auf zwei Wegen fort: zum einen durch das Behandlungsinstrument und zum anderen durch den Zahn. Vom Zahn aus koppelt er recht effizient an den Kieferknochen und weiter an die benachbarten Zähne. Sowohl von diesen Zähnen, als auch vom Schaft des Instruments kann er mit einem elektronischen Wandler abgenommen und in ein elektrisches Signal übertragen werden. Dieses wird nun elektronisch verstärkt und dem Behandler z. B. mittels eines Lautsprechers oder Kopfhörers zu Gehör gebracht.
Typische Geräusche entstehen in den Anwendungen (A) und (B) schon während des mechanischen Bearbeitens (Abschabens, bzw. Behrens), sind hierbei jedoch sehr obertonreich und von sehr schwankender Lautstärke. Daher besteht eine erste mögliche Verbesserung dieses Verfahrens darin, den Schall nicht mit dem therapeutischen Behandlungsinstrument (Bohrer, Scaler oder Kürette), sondern mit einer dünnen Sonde mit abgerundeter, möglichst kugelförmiger Spitze zu erzeugen. Hierdurch entstehen weniger Obertöne und Lautstärkeschwanken und die Unterschiede zwischen glatten, sauberen und rauhen, noch belegten oder kariösen Oberflächen sind deutlicher zu hören. Diese Prüfung kann vor oder nach einer Behandlung durchgeführt werden. Da hierfür keine Anästhesie notwendig ist, bietet sie auch die Möglichkeit, bei Routineuntersuchungen sowohl zur Früherkennung, als auch in der Nachsorge eingesetzt zu werden. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung dieser Prüfspitze auch die Kontrolle von Bearbeitungsprozessen, die primär keinen Schall erzeugen (C-F).
Eine zweite Verbesserungsmöglichkeit besteht darin, das elektronische Signal vor der Hörbarmachung frequenzspezifisch zu filtern, wie dies in der Musiktechnik mit sogenannten Equalizern geschieht.
Eine dritte Verbesserungsmäglichkeit besteht darin, den Pegel einiger ausgewählter Frequenzen als Entscheidungsmerkmal zur Ansteuerung einer optischen, akustischen oder taktilen Anzeige zu verwenden.
Eine vierte Verbesserungsmöglichkeit besteht darin, das Signal zu digitalisieren und im Rechner z. B. einer Fourieranalyse (FFT) zu unterziehen, oder von neuronalen Netzen oder anderen chemometrischen Auswertealgorithmen analysieren zu lassen, um dem Behandler direkt die gewünschte Eigenschaft der Oberfläche Reinheit (A), Kariesfreiheit (B), bzw. Rauhigkeit (C-F) optisch, akustisch oder taktil zu übermitteln. Literatur (1) Diagnosis of Periodontal Diseases", Sonderbericht des American Academy of Periodontology Scientific, Clinical and Educational Affairs Department, 737 North Michigan Avenue, Suite 800 Chicago, Illinois 60611-2690
(2) Dieter E. Lange: Parodontologie in der täglichen Praxis Quintessenz-Verlag 1983, 29
(3) Klaus-Dieter Hellwege: Die Wurzelglättung Quintessenz-Verlag 1987, 203
(4) Zappa, u. e., Smith, B., Simona, C., Graf, H.: Root "Substance removel by scaling and root planing" J Periodontol, 1991; 62: 750-754
(5) Research, Science and Therapy Committee of the American Academy of Periodontology, J Periodontol 2000: 71; 1792-1801
(6) "Vergleich von Nd : YAG Laserkürettage und konventioneller Wurzelreinigung bezüglich histologischer und morphologischer Veränderungen, eine in vivo Studie" Dissertation von Florian Hammer an der Univ. Marburg 1997
(7) "Instruments and methods for the quantitative measurement of factors affecting hygienist/dentist efforts during scaling and root planing of the teeth", White DJ, Cox ER, Arends J, Nieborg JH, Leydsman H, Wieringa DW and Ruben JR, J Clin Dent 19; 7(2 Spec No): 32-40
(8) "In vivo scaling and root planing forces", Zappa U, Cadosch J, Simona C, et al. J Periodontol 1991; 62: 335-340
(9) M. E. Wolfgang Pilz: "Praxis der Zahnerhaltung und oralen Prävention", Carl Hanser verlag, München Wien 1985, S. 146 ff
(10) "Laserfluoreszenz", Deutscher Zahnärztekalender 2002, Deutscher Zahnärzte Verlag DÄV, Köln, S. 178-183
(11) "Photonic Techniques Help Arrest Dental Decay" by Susan M. Reiss, Biophotonics International, September/October 2001, S. 38-41.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Berührung der zu prüfenden Oberfläche mit harten Gegenständen entstehende Schall ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der während der Bearbeitung der Oberfläche mit mechanischen Instrumenten wie z. B. Bohrern, Scalern oder Küretten, entstehende Schall ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Berührung der zu prüfenden Oberfläche mit einem dünnen Stift mit abgerundeter Spitze entstehende Schall ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall mittels eines Wandlers von einem Zahn des Patienten abgenommen wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall mittels eines Wandlers von einem Behandlungsinstrument wie z. B. einem Bohrer, Scaler oder einer Kürette, oder vom Halter einer Prüfspitze abgenommen wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgenommene Schallsignal elektronisch verstärkt und dem Behandler mittels eines Lautsprechers, Kopfhörers oder Ähnlichem direkt hörbar gemacht wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgenommene Schaltsignal vor der Hörbarmachung frequenzmäßig gefiltert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalpegel in mindestens einem Frequenzintervall dem Behandler optisch, akustisch oder taktil übermittelt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgenommene Signal digitalisiert wird und anschließend in einer Auswerteeinheit, bevorzugt einem Rechner, durch z. B. eine Fourieranalyse (FFT), neuronale Netze, oder andere chemometrische Auswertealgorithmen analysiert wird, um dem Behandler direkt die gewünschte Eigenschaft der Oberfläche (Reinheit (A), Kariesfreiheit (B), bzw. Rauhigkeit (C-F)) optisch, akustisch oder taktil zu übermitteln.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Schallwandler mittels einer Haltevorrichtung vorübergehend direkt an einem Zahn befestigt werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Schallwandler mittels einer Haltevorrichtung vorübergehend direkt am Halter eines Behandlungsinstruments wie z. B. eines Bohrers, Scalers oder einer Kürette, oder am Halter einer Prüfspitze befestigt werden kann.