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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, einen Detektor und ein Verfahren für die Dentaldiagnostik.
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Als Initialkaries wird eine frühe Form der Karies bezeichnet, bei der der Zahnschmelz eines Zahns teilweise demineralisiert ist. Die entstehende Porosität dehnt sich im Schmelz aus und ist makroskopisch als weißer oder dunkel verfärbter Fleck [engl, white spot bzw. brown spot) zu erkennen.
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Demineralisation und Remineralisation wechseln sich ständig ab. Dies führt i.d.R. zur Ausbildung einer (pseudo)intakten Oberfläche. Bei überwiegender Remineralisation kann die Karies verschwinden oder von einer aktiven zu einer inaktiven (nicht fortschreitenden) Karies werden.
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Insgesamt sind der Grad der Demineralisation und/oder die Ausdehnung der Porosität sehr gering und daher schwer mittels Röntgenbild zu diagnostizieren. Dies gilt insbesondere für die Approximalflächen eines Zahnes, die mit bloßem Auge schlecht bis gar nicht angesehen werden können. Eine Unterscheidung von aktiver und inaktiver Karies ist mittels Röntgendiagnose nicht möglich.
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Solange die Schmelzschicht insgesamt noch erhalten (nicht kavitiert) ist, kann durch geeignete mikroinvasive Maßnahmen das Fortschreiten der Karies gestoppt werden. Eine bekannte Methode hierfür ist die Kariesinfiltration, bei der, nachdem eine eventuell vorhandene pseudointakte Oberflächenschicht entfernt wurde, der darunter gelegene poröse Läsionskörper vollständig mit einem polymerisierbaren Harz ausgefüllt und anschließend gehärtet wird. Danach ist die Kariesprogression gestoppt und der Läsionskörper mechanisch verstärkt. Eine solche Behandlung ist bei inaktiven Läsionen jedoch entbehrlich. Insofern ist eine möglichst exakte Diagnose wünschenswert.
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In
DE 4304170 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein biegungsschwingfähiges Detektorelement mit einer zu erkennenden Oberflächenstruktur in Kontakt gebracht wird, ein piezokeramischer oder magnetostriktiver Schwingerreger dem Detektorelement einen Schwingungsimpuls erteilt und eine Auswertung des Schwingungsverhaltens des Detektorelements nach dem Schwingungsimpuls erfolgt. Mit einer solchen Vorrichtung soll es möglich sein, kariöse Oberflächen zu erkennen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Detektor, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen eine zuverlässige Prüfung von Oberflächeneigenschaften von Dentalflächen auch im Bereich interdentaler Zwischenräume, insbesondere auch an Approximalflächen von Zähnen, möglich ist.
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Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Detektor zum Beaufschlagen von Dentaloberflächen mit Schwingungsimpulsen und Detektion der Impulsantwort, mit einem zum Kontakt mit der Dentaloberfläche ausgebildeten Auflagebereich und einem Anregungsbereich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Auflagebereich und Anregungsbereich über einen zur Schwingungsübertragung ausgebildeten flachen Träger verbunden sind, und dass der Auflagebereich als Erhebung auf einer Fläche des Trägers ausgebildet ist.
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Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
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Der Detektor hat im Rahmen der Erfindung eine Doppelfunktion. Er dient zum einen zum Beaufschlagen von Dentaloberflächen mit kurzen Impulsen. Ferner dient der Detektor zur Detektion der Impulsantwort. Der Begriff Impulsantwort bezeichnet die nach dem Schluss eines Impulses auftretende Nachschwingung oder Relaxation der beaufschlagten Dentaloberfläche, die sich auf den Detektor überträgt und von diesem detektiert werden kann.
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Der Auflagebereich ist ein definierter Flächenbereich des Detektors, der zum Kontakt mit der Dentaloberfläche ausgebildet ist. Der Zweck dieses Auflagebereiches ist es, dass der Detektor bei der Anwendung stets mit dem gleichen, definierten Flächenbereich in Kontakt mit der Dentaloberfläche gerät so dass sowohl die Impulsanregung als auch die Detektion der Relaxation stets unter gleichen und reproduzierbaren Bedingungen erfolgt.
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Der Anregungsbereich ist derjenige Bereich des Detektors, der mit einem Erreger zur Erzeugung von Impulsen verbunden ist. Bei diesem Erreger kann es sich beispielsweise um geeignete und bekannte Piezo- oder Magneterreger handeln.
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Zwischen Auflagebereich und Anregungsbereich weist der Detektor einen flachen Träger auf. Der Begriff Träger bezeichnet eine Struktur, die zum einen die beiden Bereiche mechanisch hinreichend stabil verbindet und zum anderen die Anregung als auch die detektierten Schwingungen sicher und möglichst unverfälscht leitet. Bevorzugt als Träger ist ein lang gestreckter, flacher und hinreichend formstabiler bzw. steifer Metallstreifen. Lang gestreckt, flach und hinreichend formstabil bezeichnen dabei Eigenschaften, durch die der Detektor die Eignung erfährt, die Eigenschaften von Zahnoberflächen, insbesondere auch Approximalflächen im Mund eines Patienten in vivo zu detektieren.
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Erfindungsgemäß ist der Auflagebereich als Erhebung auf einer Fläche des Trägers ausgebildet. Wenn der Träger mit dieser Fläche auf eine Zahnoberfläche zu bewegt wird, kontaktiert er diese bevorzugt nur mit diesem Auflagebereich, die übrigen Flächenbereiche der entsprechenden Fläche des Trägers kommen mit dem Zahn nicht in Berührung. Die entsprechende Erhebung ist somit so ausgebildet, dass die genannten übrigen Flächenbereiche einen Abstand von der entsprechenden Zahnfläche halten.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Detektors, insbesondere des flachen Trägers mit einer auf einer Trägerfläche (bevorzugt im Bereich der vom Anregungsbereich abgewandten Trägerspitze) angeordneten Erhebung als Auflagebereich erlaubt es, stets einen gleichen und reproduzierbaren Kontakt des Detektors mit einer Zahnfläche herzustellen. Dies gilt insbesondere auch für interdentale Flächen, insbesondere Approximalflächen. Der erfindungsgemäße Detektor kann aufgrund der Ausbildung des Trägers als flacher Streifen in einen Zahnzwischenraum eingeschoben werden. Die als Erhebung ausgebildete Auflagefläche sorgt dafür, dass der Detektor dabei nur mit dem definierten Auflagebereich auf der zu detektierenden Zahnfläche aufliegt.
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Die Erfindung hat erkannt, dass eine diagnostische Auswertung der Impulsantwort einer Dentaloberfläche zur Beantwortung der Frage, ob und gegebenenfalls welche Art von Initialkaries bereits aufgetreten ist, nur dann hinreichend zuverlässig möglich ist, wenn Beaufschlagung und Detektion unter hinreichend ähnlichen und reproduzierbaren Bedingungen erfolgen. Im Stand der Technik gab es bisher keinen Detektor, der eine solche hinreichend reproduzierbare Anwendung auch und gerade bei Approximalflächen von Zähnen erlaubt, bei denen eine Kariesdetektion mit herkömmlichen Methoden (optisch oder durch Röntgenverfahren) nicht oder nur unzureichend möglich ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Träger eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm und eine Breite quer zur Axialrichtung aufweist, die um den Faktor 5 bis 100 größer als die Dicke ist. Eine Dicke in diesem Bereich erlaubt einerseits eine hinreichende Stabilität und Steifigkeit, eine gute Leitfähigkeit für Schwingungen und andererseits das Einschieben in Zahnzwischenräume zur Detektion von Approximalflächen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger eine Dicke von 0,05 bis 0,15 mm und eine Breite quer zur Axialrichtung von 0,5 bis 2 mm auf.
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Bevorzugt beträgt die Erhebung des Auflagebereichs über die Ebene der Fläche 0,05 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 mm. Dies erlaubt einerseits noch ein Einschieben in Zahnzwischenräume und andererseits eine hinreichend sichere Kontaktierung der entsprechenden Zahnfläche nur durch diesen Auflagebereich bzw. diese Erhebung, ohne dass die übrigen Flächenbereiche des Trägers mit der entsprechenden Zahnfläche in Kontakt geraten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Detektor zusätzlich eine Positionierungshilfe zur definierten Positionierung des Auflagebereichs an einer dentalen Approximalfläche auf. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Keil handeln, der bei Bedarf den Zahnzwischenraum etwas aufweitet und gleichzeitig den Detektor definiert positionieren kann, beispielsweise durch eine Durchführung dieses Keils hindurch. Es kann so auch bewirkt werden, dass der Detektor mit der gegenüberliegenden Zahnfläche nicht oder allenfalls in einem solchen Maße in Kontakt gerät, dass die Übertragung und Detektion der Schwingungen nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Detektor eine Einrichtung zur Schwingungsdämpfung auf, die insbesondere auf einer vom Auflagebereich abgewandten Gegenfläche des Trägers ausgebildet sein kann und beispielsweise als Beschichtung und/oder Umkleidung des Trägers auf Flächenbereichen außerhalb der Auflagefläche ausgebildet sein kann. Es kann sich beispielsweise um eine Beschichtung oder Umkleidung aus einem schwingungsdämpfenden Polymer oder Silikon handeln.
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Diese Einrichtung zur Schwingungsdämpfung erlaubt eine reproduzierbare Detektion auch dann, wenn der Detektor bzw. der Träger beim Einschieben in Zahnzwischenräume mit der nicht zu detektierenden Gegenfläche in Berührung gerät. Die Schwingungsübertragung auf diese Gegenfläche wird durch die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung verhindert bzw. minimiert, so dass die Reproduzierbarkeit der Detektion nicht oder allenfalls unwesentlich beeinträchtigt wird.
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Eine entsprechende Einrichtung zur Schwingungsdämpfung kann auch auf derjenigen Fläche des Trägers, von der sich der Auflagebereich erhebt, vorgesehen sein. Wenn sich beim Einschieben in besonders enge Zahnzwischenräume ein Kontakt des Trägers mit der zu detektierenden Zahnfläche außerhalb des Auflagebereichs nicht ganz vermeiden lässt, ist jedenfalls sichergestellt, dass aufgrund der Einrichtung zur Schwingungsdämpfung über diese zusätzliche Kontaktfläche keine oder nur unwesentliche Übertragung von Schwingungen erfolgt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Beaufschlagen von Dentaloberflächen mit Impulsen und Detektion der Impulsantwort, die aufweist:
- a. einen Erreger zur Impulserzeugung,
- b. einen erfindungsgemäßen Detektor,
- c. eine Steuereinheit zur Steuerung des Impulserzeugers,
- d. eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Impulsantwort.
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Der Impulserzeuger kann die zu detektierende Zahnfläche mittels des Detektors mit einem Schallimpuls beaufschlagen. Nach dem Ende des Schallimpulses gibt die Zahnfläche eine Schwingungsantwort, die von dem Detektor aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Wenn beispielsweise der Impulserzeuger ein piezokeramisches Element ist, kann er als zweite Funktion auch mechanische Schwingungen in elektrische Signale umwandeln.
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Die Amplitude der so gemessenen Schwingungsantwort (auch Relaxation oder Decay genannt) wird über ein gewisses Zeitintervall von beispielsweise 300 µs als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Anschließend kann beispielsweise mittels der dem Fachmann geläufigen FFT (Fast Fourier Transformation) eine Transformation des Antwortsignals von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne erfolgen. Das Ergebnis der Transformation in die Frequenzdomäne ist ein Frequenzspektrum, aus dem die Amplituden der unterschiedlichen Frequenzen der Schwingungsantwort hervorgehen. Dieses Frequenzspektrum ist eine Art Fingerabdruck der Eigenschaften der detektierten Oberfläche, das beispielsweise durch eine geeignete Klassifikation gegen die Spektren bekannter (kariöser oder nicht kariöser) Oberflächen abgeglichen werden kann, um daraus diagnostische Schlussfolgerungen über die Beschaffenheit der entsprechenden Zahnfläche abzuleiten. Andere Verfahren zur Auswertung und Analyse der Impulsantwort bzw. Schwingungsantwort sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich.
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Die Dauer eines Impulses zur Anregung von Schwingungen kann vorzugsweise zwischen 1 und 5 µs, weiter vorzugsweise 2 und 4 µs liegen. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (Decayzeit oder Abklingzeit) kann bevorzugt 20–200 ms, weiter vorzugsweise 50–100 ms betragen. Die Steuereinheit ist dementsprechend zur Steuerung von Impulsfolgen mit diesen zeitlichen Abständen ausgebildet.
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Die Schwingungsantwort wird von der Auswerteeinheit erfasst und digitalisiert. Für eine hinreichende Auflösung der Schwingungsantwort erfolgt bevorzugt die Erfassung und Auswertung der Impulsantwort mit einer Samplingfrequenz von 1–100 MHz, vorzugsweise 5–20 MHz, beispielsweise etwa 10 MHz.
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Ein weiterer Gegenstand Erfindung ist ein Verfahren zum Beaufschlagen von Dentaloberflächen mit Impulsen und Detektion der Impulsantwort. Es wird dabei eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet, die folgenden Verfahrensschritte sind vorhanden:
- a. In Kontakt bringen des Auflagebereichs des Detektors mit der Dentaloberfläche,
- b. Beaufschlagen der Dentaloberfläche mit wenigstens einem Impuls,
- c. Detektion und Auswertung der Impulsantwort.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Impulsdauer, Decayzeit zwischen zwei Impulsen sowie Samplingfrequenz bevorzugt so gewählt wie vorstehend im Kontext der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
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1: schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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2: schematisch einen erfindungsgemäßen Detektor.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Handstück 1 mit einem piezokeramischen Erreger und Detektor 2 auf. Dieser ist mit einer Detektorspitze 3 verbunden. Über einen Transformator 4 kann der Erreger und Detektor 2 mit einer Stromversorgungseinrichtung 5 verbunden werden, mittels der sich im Erreger 2 ein Impuls anregen lässt, der sich über die Detektorspitze 3 auf eine Fläche eines Zahns 6 übertragen lässt.
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Nach dem Beaufschlagen mit einem Impuls schwingt das gesamte elektromechanische Schwingsystem mit der Detektorspitze und der davon kontaktierten Zahnfläche aus. Die Schwingungsantwort wird durch die Piezokeramik in ein elektrisches Signal umgesetzt. Der zeitliche Verlauf dieses elektrischen Signals wird durch die Auswerteeinheit 7 mit einer Samplingfrequenz von 10 MHz abgetastet. Das erhaltene Signal wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine FFT-Transformation in die Frequenzdomäne überführt und man erhält eine Art charakteristischen Fingerabdruck der abgetasteten Zahnoberfläche, dieser Fingerabdruck kann einem Vergleich mit den Spektren von Zahnflächen mit bekannten (kariösen) Eigenschaften unterzogen werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Detektorspitze 3. Diese erstreckt sich aus dem Detektor 2 und weist einen flachen Trägerbereich 8 mit einer Dicke von 0,1 mm und einer Breite von 2 mm auf. An der Spitze des sich verjüngenden Endbereichs ist eine Auflagefläche 9 als sich konische verjüngende Erhebung aus der Ebene des Trägerbereichs 8 ausgebildet. Der Durchmesser der Erhebung an ihrer Basis beträgt 0,3 mm, ihre Höhe über der Ebene des flachen Trägerbereichs 8 0,1 mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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