DE10164044B4

DE10164044B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe

Info

Publication number: DE10164044B4
Application number: DE2001164044
Authority: DE
Inventors: Christian Willers; Thomas Huth-Fehre
Original assignee: Huth-Fehre Thomas Drrernat; Willers Christian Drmeddent
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: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: DE10165016B4; DE10164044A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe, bei denen ein stiftartiges hartes Abtastinstrument mit der zu prüfenden Oberfläche in Berührung gebracht wird und der allein durch Ertasten der Oberfläche entstehende Schall ausgewertet wird, wobei ein elektronischer Schallwandler lösbar auf dem Abtastinstrument befestigt wird und die vom Schallwandler gelieferten elektrischen Signale in eine akustische, optische oder taktile Anzeige umgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe gemäß Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 7.
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 Schall- 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.
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-ÄtzTechnik) aufgerauht. Um eine optimale Haltbarkeit der Klebung bei gleichzeitig minimaler Beschädigung des Hartgewebes zu erreichen, ist eine einfache Kontrollmöglichkeit für die erzielte Oberflächenaufrauhung nötig.

Prüfen von aufgebrachten zahnmedizinischen Füllungs- oder Unterfüllungswerkstoffen auf ihre Oberflächenbeschaffenheit.
Prüfen von prothetischen Restaurationen im Grenzbereich zum natürlichen Zahn um die Güte des Randschlusses zu ermitteln.
Prüfen von zahntechnischen Keramikoberflächen um die Güte des Glanzbrandes beurteilen zu können.

Diagnostik im Bereich der Parodontologie bechränkte sich früher auf die Feststellung, dass bei fortschreitender Erkrankung die Stabilität des Zahnhalteapparats, des Kieferknochens und des Zahnfleischs entzündungsbedingt nachließ; es wurde beurteilt, wie stark die Zähne schon wackelten. Das subjektive Gefühl des am Zahn wackelnden Zahnarztes wurde in der Schrift DE 299 05255 U1 durch einen Hammer und einen elektromechanischen Schwingungsaufnehmer ersetzt.
In der Schrift US 3,653,373 A wird das gleiche Prinzip verwendet, indem ein federgetriebener Bolzen einen definierten Schlag auf den Zahn abgibt und der dadurch entstehende Schall abgegriffen und ausgewertet wird, um die Festigkeit des Zahnhalteapparats zu beurteilen.
Diese beiden Methoden der harten, stoßenden Schallanregung bringen den gesamten Zahn zum Schwingen, was sie ja auch sollen, um seine Festigkeit zu testen. Hierdurch liefern sie aber keine verwertbare Information über seine Oberflächenbeschaffenheit.
An Oberflächendiagnostik ist im Bereich der Parodontologie bisher folgendes bekannt:
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.
Desweiteren wird in der Schrift DE 4304170 A1 Verfahren zur Oberflächencharakterisierung von Zahngeweben vorgestellt, in dem ein elektromechanischer Wandler einer schwingfähigen Tastspitze, die in Kontakt mit der zu prüfenden Oberfläche steht, einen kurzen Ultraschallimpuls aufprägt und anschließend das vom Gewebe kommende Ultraschallecho dieses Impulses wieder aufnimmt und einer Signalauswertung zuführt. Diese doppelte Ultraschallwandlung ist jedoch recht kostenaufwendig.
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.
Im generellen Zusammenhang zwischen Zahnmedizin und Schallaufnahme ist noch die Schrift JP 08-071091 A zu nennen. Dort wird ein digitales Diktafon vorgestellt, mit dem gesprochene Diagnosen des Behandlers aufgezeichnet und automatisch archiviert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dem behandelnden Zahnarzt ein Instrument an die Hand zu geben, mit dem er verzugs- und zweifelsfrei zum einen den Reinheitsgrad einer in einer Zahnfleischtasche befindlichen Oberfläche feststellen kann, zum anderen den Härtegrad und die Oberflächenbeschaffenheit des Zahnhartgewebes oder zahntechnischer Werkstoffoberflächen selektiv beurteilen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Vofahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
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.
Kernpunkt der Erfindung ist, daß der bei Berührung der zu prüfenden Oberfläche mit harten Gegenständen enstehende 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 enstehen in der Anwendung (A) schon während des mechanischen Bearbeitens (Abschabens), sind hierbei jedoch sehr obertonreich und von sehr schwankender Lautstärke.
Eine erste mögliche Verbesserung dieses Verfahrens besteht darin, den Schall nicht mit dem therapeutischen Behandlungsinstrument (Scaler oder Kürette), sondern mit einer dünnen Sonde mit abgerundeter, möglichst kugelförmiger Spitze zu erzeugen. Hierdurch entstehen weniger Obertöne und Lautstärkeschwankungen und die Unterschiede zwischen glatten, sauberen und rauhen, noch belegten 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.
Eine zweite Verbesserungsmöglichkeit besteht darin, das elektronische Signal vor der Hörbarmachung frequenzspezifisch zu filtern, wie dies in der Musiktechnik mit sogenannten Equalizer geschieht.
Eine dritte Verbesserungsmöglichkeit 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) bzw. Rauhigkeit optisch, akustisch oder taktil zu übermitteln.
Literatur

(1) Diagnosis of Periodontal Diseases: April 1995. Committee on Research, Science and Therapy, American Academy of Periodontology, Scientific, Clinical and Educational Affairs Department, 737 North Michigan Avenue, Suite 800 Chicago, Illinois 60611-2690, S. 1–13
(2) LANGE, D. E.: Paradontologie in der täglichen Praxis. In: Quintessenz, 1983, S. 29
(3) HELLWEGE, K.-D. Die Wurzelglättung. In: Quintessenz, 1987, S. 203
(4) ZAPPA, U., SMITH, B. SIMONA, C. et al.: Root substance removal by scaling and root planing. In: J Periodontol. 1991, 62 (12), S. 750–754
(5) Sonic and Ultrasonic Scalers in Periodontics Research, Science and Therapy Committee of the American Academy of Periodontology. In: J Periodontol 2000: 71 (11), S. 1792–1801
(6) HAMMER, F.: Vergleich von Nd: YAG Laserkürettage und konventioneller Wurzelreinigung bezüglich histologischer und morphologischer Veränderungen, eine in vivo Studie.1997 Dissertation, Universität Marburg
(7) White, D:J:, COX, E.R:, ARENDS. J. et al.: Instruments and methods for the quantitative measurement of factors affecting hygienist/dentist efforts during scaling and root planing of the teeth. In: J. clin. Dent. 1996; 7, S. 32–40
(8) ZAPPA, U., CADOSCH, J. SIMONA, C. et al.: In vivo scaling and root planing forces. In: J Periodontol. 1991; 62, S. 335–340.

Claims

Verfahren zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe, bei denen ein stiftartiges hartes Abtastinstrument mit der zu prüfenden Oberfläche in Berührung gebracht wird und der allein durch Ertasten der Oberfläche entstehende Schall ausgewertet wird, wobei ein elektronischer Schallwandler lösbar auf dem Abtastinstrument befestigt wird und die vom Schallwandler gelieferten elektrischen Signale in eine akustische, optische oder taktile Anzeige umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Schallwandler gelieferten elektrischen Signale elektronisch verstärkt und direkt hörbar gemacht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gelieferten elektrischen Signale frequenzmäßig gefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalpegel der gelieferten elektrischen Signale in mindestens einem Frequenzbereich als Entscheidungsmerkmal zur Ansteuerung der akustischen, optischen oder taktilen Anzeige verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelieferten elektrischen Signale digitalisiert werden und mittels einer Fourieranalyse analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelieferten elektrischen Signale digitalisiert werden und mittels neuronalen Netzen oder anderen chemometrischen Auswertealgorithmen analysiert werden.
Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Erfassung der Oberflächenrauhigkeit dentaler Hartgewebe mit einem stiftartigen harten Abtastinstrument zum Berühren oder Ertasten der zu prüfenden Oberfläche mit einem Schallwandler zur Erfassung des allein beim Berühren und Ertasten entstehenden Schalls, wobei der Schallwandler mittels einer Haltevorrichtung vorübergehend direkt am Halter des Abtastinstrumentes befestigbar ist und mit einer Auswerteinheit zur akustischen, optischen oder taktilen Umsetzung der vom Schallwandler gelieferten elektrischen Signale in eine akustische, optische oder taktile Anzeige.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastinstrument als dünner Stift mit abgerundeter oder kugelförmiger Spitze ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Lautsprecher oder Kopfhörer aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eine Filtervorrichtung zur frequenzspezifischen Filterung der gelieferten elektrischen Signale aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Rechner zur Analyse der gelieferten elektrischen Signale entsprechend einer Fourieranalyse, neuronalen Netzen oder anderen chemometrischen Auswertealgorithmen aufweist.