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Die Erfindung betrifft ein medizinisches Werkzeug, welches im Betrieb um eine Längsachse rotierbar ist, mit einem Behandlungskopf und einer Lichtleitfaser, welche einen Abschnitt aufweist, der in dem Behandlungskopf angeordnet ist und der ein Ende umfasst, das in einer Austrittsöffnung des Behandlungskopfs ausmündet.
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Aus der
DE 10 2007 063 419 A1 ist ein medizinisches Werkzeug in Form eines Bohrwerkzeugs für eine Zahnbehandlungs- oder -untersuchungsvorrichtung bekannt, welches drehbar in einem Grundkörper der Zahnbehandlungsvorrichtung gelagert ist. Das medizinische Werkzeug weist einen Behandlungskopf auf, in dem ein Abschnitt einer Lichtleitfaser angeordnet ist, der ein Ende umfasst, das in einer Austrittsöffnung des Behandlungskopfs ausmündet. Die Zahnbehandlungsvorrichtung beinhaltet ferner ein System zur optischen Kohärenz-Tomographie (OCT-System) zur Untersuchung eines Tiefenbereichs im Zahn. Im Betrieb wird ein OCT-Messstrahl der Lichtleitfaser im Behandlungskopf zugeführt und über die Austrittsöffnung direkt auf den zu untersuchenden Zahn gerichtet.
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Der Begriff „medizinisches Werkzeug” umfasst in der vorliegenden Erfindung sowohl Werkzeuge zur Behandlung als auch zur Untersuchung von biologischem Gewebe. Medizinische Werkzeuge oder Instrumente, insbesondere chirurgische oder dentalmedizinische Werkzeuge oder Instrumente, deren Arbeitsprinzip auf einer Rotation eines Behandlungskopfs beruht, sind durch im Betrieb auftretende hohe Rotationsfrequenzen, Biegebeanspruchungen und/oder hohe Temperaturen insgesamt großen mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt. Eine Anordnung einer Lichtleitfaser in dem Werkzeug führt zusätzlich zu einer strukturellen Schwächung des Behandlungskopfs. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass Ablagerungen in einer Austrittsöffnung den Lichtstrahl beeinflussen, so dass ein eintretendes oder austretendes Lichtsignal abgeschwächt und/oder verfälscht wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein medizinisches Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches sich durch eine verbesserte Stabilität und eine zuverlässige und betriebssichere Ein- und Ausleitung des Lichtstrahls aus dem Behandlungskopf auszeichnet.
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Die Aufgabe wird durch medizinisches Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein optisches Element an dem Ende des Abschnitts der Lichtleitfaser angeordnet. Mit Hilfe des optischen Elements ist eine Strahlformung des Lichtstrahls bei einem Austritt aus dem Behandlungskopf möglich, wodurch ein Einfluss von Ablagerungen auf den austretenden Strahl verringert ist. Gleichzeitig ist durch das optische Element idealerweise ein Abschluss der Austrittsöffnung gebildet, so dass das Werkzeug an dieser Stelle eine höhere Stabilität aufweist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Oberfläche des optischen Elements an eine Oberflächenkontur des Behandlungskopfs angepasst. Dadurch bildet die Oberfläche des optischen Elements einen bündigen Abschluss der Austrittsöffnung mit der Oberfläche des Behandlungskopfs, so dass die Gefahr von Ablagerungen im Bereich der Austrittsöffnung weiter verringert ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element als Abschlussfenster aus einem Diamantwerkstoff ausgeführt. Unter einem Abschlussfenster ist dabei ein optisches Element mit einem gleichmäßigen Dickenverlauf über die Elementfläche zu verstehen. Beispiele für ein solches optisches Element sind eine planparallele Platte oder eine gekrümmte oder gewinkelte Platte konstanter Dicke. Durch die Verwendung eines Diamantwerkstoffs oder einer anderen besonders harten Kohlenstoffverbindung ist eine widerstandsfähige Ausgestaltungsform des optischen Elements gegeben, die einer starken mechanischen Belastung standhalten kann und durch die eine Stabilität des gesamten Behandlungskopfs verbessert ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element als ein kollimierendes, also nach unendlich abbildendes Element oder als fokussierendes refraktives Element ausgestaltet. Durch die kollimierende oder fokussierende Ausgestaltung des optischen Elements lässt sich die Divergenz des austretenden Lichtstrahls mit einfachen Mitteln beeinflussen. Besonders bevorzugt ist das Element als Linse ausgeführt, welche den Lichtstrahl auf das zu untersuchende Gewebe oder auf einen Bereich unmittelbar vor einer Austrittsöffnung oder auf den Austrittsquerschnitt der Austrittsöffnung des Behandlungskopfs fokussiert. Damit lassen sich gute Messergebnisse in der Untersuchungsebene erzielen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element als Grinlinse ausgestaltet. Dadurch ist die Erfindung einfach und kompakt realisierbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das medizinische Werkzeug als Dentalbohrer ausgeführt, wobei der Behandlungskopf als Bohrkopf ausgeführt ist. Dentalbohrer sind durch besonders hohe mechanische Belastungen charakterisiert, so dass sich eine erfindungsgemäße Ausgestaltung als besonders vorteilhaft erweist.
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Eine medizinische Behandlungsvorrichtung umfasst einen Grundkörper und ein erfindungsgemäßes medizinisches Werkzeug, welches drehbar in dem Grundkörper gelagert ist. Die Vorrichtung beinhaltet ferner ein OCT-System zur Untersuchung eines Tiefenbereichs in einem Gewebe, mit einer weiteren Lichtleitfaser, in der ein OCT-Messstrahl führbar ist. Der OCT-Messstrahl ist dabei aus der weiteren Lichtleitfaser in die Lichtleitfaser des medizinischen Werkzeugs einleitbar.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
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1 eine medizinische Behandlungsvorrichtung in Form eines schematischen Blockschaltbilds mit einem erfindungsgemäßen medizinischen Werkzeug,
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2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform einer medizinischen Behandlungsvorrichtung und
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3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen medizinischen Werkzeugs.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte medizinische Behandlungsvorrichtung, die als zahnmedizinischer Bohrer ausgeführt ist, ist in 1 dargestellt. Der zahnmedizinische Bohrer umfasst einen Grundkörper 1 mit einem Handstück 3 und einer Werkzeugaufnahme 6 sowie ein Zahnbehandlungs- oder -untersuchungsinstrument in Form eines Dentalbohrers 37. Der zahnmedizinische Bohrer beinhaltet ferner ein OCT-System zur Untersuchung eines Tiefenbereichs eines Zahns mit einem Weißlichtinterferometer 7, einer Analyseeinrichtung 9 sowie einer Steuereinheit 13. Die Analyseeinrichtung 9 und die Steuereinheit 13 sind mit dem Weißlichtinterferometer 7 zum Empfang des Interferometriesignals beziehungsweise zur Abgabe von Steuersignalen verbunden.
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Das Weißlichtinterferometer beinhaltet eine breitbandige Lichtquelle 15, welche eine kurze bis sehr kurze Kohärenzlänge aufweist. Das von der Lichtquelle ausgesandte Licht wird im Folgenden als Weißlicht bezeichnet, auch wenn das breitbandige Spektrum des Lichtes nicht unbedingt weißes Licht zu ergeben braucht. Von Bedeutung ist lediglich, dass die Lichtquelle breitbandig ist, da die zeitliche Kohärenz des Lichtes mit zunehmender Bandbreite geringer wird. Das Weißlichtinterferometer 7 umfasst außerdem einen Referenzstrahlzweig 17 und einen Messstrahlzweig 19, einen Aufteiler und Überlagerer 21, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Strahlteiler dargestellt ist, und einen Detektor 23.
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Im Weißlichtinterferometer 7 wird das von der breitbandigen Lichtquelle 15 ausgesendete Weißlicht vom Strahlteiler 21 in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt, die dann in den Messstrahlzweig 19 beziehungsweise den Referenzstrahlzweig 17 eingekoppelt werden. Im Referenzzweig 17 wird der Referenzstrahl zu einem Reflektor 29 geleitet, dort reflektiert und zurück zum Strahlteiler 21 geführt. In ähnlicher Weise wird der Messstrahl durch eine Lichtleitfaser 25 zu dem Dentalbohrer 37 geleitet und wie nachfolgend noch näher erläutert zur Tiefenuntersuchung auf den Zahn gerichtet. Ein Teil des Messstrahls wird an Strukturen im Zahn reflektiert und durch die Lichtleitfaser 25 zurück zum Strahlteiler 21 geführt. Dort wird der reflektierte Messstrahl dem reflektierten Referenzstrahl überlagert und beide Strahlen werden dem Detektor 23 zugeleitet. Im Detektor 23 wird mittels einer Fourier-Domain-Analyse oder einer Time-Domain-Analyse ein Abstand der Strukturen im Zahn zu einer Oberfläche des Zahns ermittelt.
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In 2 sind das Handstück 3 mit der Werkzeugaufnahme 6 und der Dentalbohrer 37 des zahnmedizinischen Bohrers aus 1 im Detail dargestellt.
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Ebenfalls in 2 darstellt ist ein Zahn 39, bei dem die Pulpa 41, das Dentin 43 und der Zahnschmelz 45 zu erkennen sind. Der Dentalbohrer 37 findet dazu Verwendung, Zahnschmelz 45 und Dentin 43 aufzubohren, beispielsweise um Karies zu entfernen. Mit Hilfe des OCT-Systems lässt sich eine Tiefenuntersuchung durchführen und insbesondere ein Abstand zwischen einer Oberfläche 47 des Zahns 39 und der Grenzfläche zwischen Pulpa 41 und Dentin 43 ermitteln, so dass bei einer Unterschreitung eines Mindestabstands geeignete Maßnahmen zur Vermeidung einer Öffnung der Pulpa, zum Beispiel ein automatisches Anhalten des Dentalbohrers 37 oder ein Erzeugen eines optischen oder akustischen Warnsignals, ergriffen werden können.
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Um den OCT-Messstrahl dem Zahn 39 zuzuführen, ist die Lichtleitfaser 25 des Messstrahlzweiges 19 durch das Handstück 3, die Werkzeugaufnahme 6 und den Dentalbohrer 37 bis zu einer Austrittsöffnung 81 in einem Behandlungskopfs in Form eines Bohrkopfs 80 des Dentalbohrers 37 geführt.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen medizinischen Werkzeugs dargestellt, welches als Dentalbohrer 37 ausgeführt ist. Die Lichtleitfaser 25 ist entlang einer Rotationsachse 54 des Dentalbohrers 37 bis zu dem Bohrkopf 80 geführt und mündet in einer Austrittsöffnung 81 aus, die in diesem Fall als Kanal bis zu einer Oberfläche des Bohrkopfs 80 ausgeführt ist. Die Lichtleitfaser 25 endet dabei mit einem geringen Abstand zu der Oberfläche des Bohrkopfs 80.
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An dem Ende der Lichtleitfaser 25 sind eine Grinlinse 82 und ein Abschlussfenster 83 angeordnet. Mit Hilfe der Grinlinse 82 ist ein mit einer numerischen Apertur von rund 0,11 aus dem Ende der Lichtleitfaser 25 austretender OCT-Messstrahl kollimierbar oder fokussierbar, das heißt der OCT-Messstrahl trifft kollimiert oder fokussiert auf das Zahngewebe.
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Das Abschlussfenster 83 ist bevorzugt aus einem Diamantwerkstoff oder einer anderen transmissiven und haltbaren Kohlenstoffverbindung hergestellt und bietet einen Schutz vor einer mechanischen Beschädigung der Grinlinse 82 und der Lichtleitfaser 25. Durch die bündige Einpassung des Abschlussfensters 83 in den Austrittskanal ist weiterhin die Stabilität des Bohrkopfs 80 verbessert. Die Oberfläche des Abschlussfensters 83 ist an die Oberflächenkontur des Bohrkopfs 80 angepasst, so dass zwischen den Oberflächen von Bohrkopf und Abschlussfenster allenfalls geringe Unstetigkeiten festzustellen sind.
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In einem modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dentalbohrer ohne Grinlinse ausgeführt, so dass das Zahngewebe im Betrieb direkt mit divergentem Licht aus der Lichtleitfaser beleuchtet wird. In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Diamantabschlussfenster selber als optisches Element mit strahlformender Wirkung ausgeführt.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Abschnitt der Lichtleitfaser in dem Bohrkopf unter einem Winkel zur Achse aus dem Bohrkopf herausgeführt. Dadurch ist es möglich, einen Seitenbereich, beispielsweise einen Wandbereich eines Wurzelkanals, mit Hilfe der Vorrichtung zu scannen. In einer weiteren Ausgestaltung weist die Lichtleitfaser einen zweiten Abschnitt auf, der in dem Behandlungskopf angeordnet ist und der ein zweites Ende umfasst, das in einer zweiten Austrittsöffnung des Behandlungskopf ausmündet. Zusätzlich ist ein Strahlteiler in dem Behandlungskopf angeordnet, mittels dessen der Lichtstrahl in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl aufteilbar ist, wobei der erste Teilstrahl in den ersten Abschnitt der ersten Lichtleitfaser einleitbar ist und der zweite Teilstrahl in den zweiten Abschnitt der ersten Lichtleitfaser einleitbar ist. Der Behandlungskopf umfasst also mehrere Austrittsöffnungen, aus denen Lichtstrahlen ausleitbar sind, so dass an jeder der Austrittsöffnung Messungen an dem zu untersuchenden oder behandelnden Objekt möglich sind. Mit einem Behandlungskopf können also an verschiedenen Stellen Messungen vorgenommen werden. Insbesondere vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der die erste Austrittsöffnung auf einer Rotationsachse des medizinischen Werkzeugs angeordnet ist und die zweite Austrittsöffnung an einer Seite des Behandlungskopfs positioniert ist, so dass bei Arbeiten in einem zu untersuchenden Kanal des Objekts sowohl der Kanalgrund als auch eine Kanalwand vermessen werden können. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit können auch mehr als zwei Austrittsöffnungen in dem Behandlungskopf vorgesehen sein.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Abschnitt der Lichtleitfaser 25, der in dem Dentalbohrer angeordnet ist, fest mit letzterem verbunden. Ohne Einschränkung ist es jedoch auch möglich, den Abschnitt der Lichtleitfaser feststehend in Bezug zur Werkzeugaufnahme 6 auszuführen, und in einem Hohlraum entlang der Rotationsachse des Dentalbohrers bis zu der Austrittsöffnung anzuordnen, so dass der Dentalbohrer im Betrieb um die Lichtleitfaser in seinem Inneren rotiert. In beiden Fällen bleibt das optische Element mit dem Dentalbohrer verbunden, so dass das optische Element relativ zu der Lichtleitfaser rotierbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007063419 A1 [0002]
