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Vorrichtung zur Prüfung der Pulpenvitalität eines Zahnes Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Pulpenvitalität eines Zahnes, die eine
Spannungsquelle, eine Prüfsonde und eine aus elektrischen Widerständen bestehende
Regelvorrichtung für die der Prüfsonde zugeführte Spannung enthält.
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Die in der Zahnpraxis bekannten elektrischen Pulpenvitalitätsprüfer
sind mangels Rücksichtnahme auf die besonderen regionalen reizphysiologischen Verhältnisse
mit dem Nachteil behaftet, daß bei Stromableitungen ins Zahnfleisch Reizreaktionen
zustande kommen können, die eine lebende Pulpa vortäuschen, während der Zahn in
Wirklichkeit tot ist.
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Solche Fehldiagnosen können sich ergeben, wenn z. B. über eine gegen
den Zahnfleischrand herabreichende Metallplombe oder auch durch Feuchtigkeit, Unreinheiten
usw. ein Nebenschluß mit der äußeren Zahnumgebung entsteht. Die Stromempfindung
bei elektrischer Reizung der äußeren Zahnumgebung ist zwar vom typischen Pulpenreiz
sehr verschieden, das Unterscheidungsvermögen setzt aber eine Eigenerfahrung voraus,
über die der Patient nicht verfügt.
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Außerdem haben fast alle bekannten elektrischen Pulpenvitalitätsprüfer
den Nachteil, daß der Patient einen sehr schmerzhaften Stromreiz erleidet, wenn
der Behandler mit der Sonde vom Zahn auf die Schleimhaut abrutscht, was bei den
üblichen, mit einer Metallspitze ausgestatteten Prüfsonden sehr leicht vorkommen
kann.
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Beide erwähnten Nachteile sind darauf zurückzuführen, daß die üblichen
Pulpenprüfgeräte in ihren elektrischen Eigenschaften nur auf die Sicherheitsvorschriften,
nicht aber auch auf die besondere Reizphysiologie des Zahnes und seiner Umgebung
abgestellt sind, die in gewisser Hinsicht eine Sonderstellung einnimmt. Diese Sonderstellung
ergibt sich aus den Schwellenwerten der Stromstärke für die Pulpa, den Erträglichkeitsgrenzwerten
der Stromstärke für sie und den Schwellenwerten der Stromstärke für die äußere Schleimhautumgebung
des Zahnes bei einer jeweils bestimmten Kontaktfläche der verwendeten Prüfsonde.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, unter Vermeidung der
Mängel der bekannten Ausführungen eine Vorrichtung zur Prüfung der Pulpenvitalität
zu entwickeln, bei der sowohl Fehldiagnosen wie schmerzhafte Reizungen des Patienten
ausgeschlossen sind.
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Wie die beiden schwedischen Erfinder Karl Nils Axelssort und Carl
Hilding Björn offenbar erstmals exakt festgestellt haben (s. USA.-Patent 2 603 753),
liegt der Schwellenwert eines normalen, gesunden Zahnes bei Benutzung einer Kontaktübertragungs-
fläche
auf den Zahn von 3 mm2 bei einigen Mikroampere; bei nur schwach vitalen Zähnen kann
der Schwellenwert bis auf etwa 50 Mikroampere erhöht sein. Für den gesunden Zahn
stellt diese Stromstärke bei sinusförmigem Reizstrom zugleich die Erträglichkeitsgrenze
dar.
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Eigene Untersuchungen haben nun ergeben, daß im Unterschied hierzu
die Reizschwelle der äußeren Zahnumgebung (Schleimhaut) bei Benutzung der gleichen
Prüfsonde (Holzstäbchenelektrode von 3 mm2 Querschnitt) mehr oder weniger über 250Mikroampere
liegt; die Schwellenstromstärke der äußeren Zahnumgebung ist also mehr als fünfmal
so groß wie der intradentale Erträglichkeitsgrenzwert der Stromstärke.
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Als Widerstände im Patientenstromkreis wurden etwa 850 Kiloohm für
den Stromweg durch den Zahn und etwa 50 Kiloohm für den Stromweg durch die Mundschleimhaut
gefunden.
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Um nun zu erreichen, daß bei auf den Zahn aufgesetzter Prüfsonde
ein Strom von maximal 50 Mikroampere durch den Zahn fließt, daß bei auf das Zahnfleisch
aufgesetzter Sonde die auftretende Stromstärke dagegen nicht größer als 250 Mikroampere
ist, könnte man nun an sich auf den Gedanken kommen, einem Transformator bzw. eine
sonstige Reizspannungsquelle von entsprechend hohem Innenwiderstand zu verwenden.
Praktisch zeigt es sich jedoch, daß ein solcher Transformator selbst bei Verwendung
des dünnsten wirtschaftlich möglichen Drahtes von 0,05 mm Durchmesser
untragbare
Dimensionen annehmen würde.
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Eine derartige Lösung scheidet daher aus.
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Gemäß der Erfindung wird die gewonnene Erkenntnis über die unterschiedliche
Reizschwelle von Zahn und Zahnumgebung (Schleimhaut) demgegenüber in der Weise zur
Lösung der vorstehend erläuterten Aufgabe benutzt, daß die Spannung der Spannungsquelle
mindestens doppelt so groß ist wie die maximal erforderliche Reizspannung am gesunden
Zahn und daß die Spannungsquelle in einer an sich bekannten, aus einem Vorwiderstand
und einem Reglerpotentiometer bestehenden Spannungsteilerschaltung liegt, wobei
die Widerstandswerte der Glieder dieser Spannungsteilerschaltung derart bemessen
sind, daß bei voll aufgedrehtem Regler der durch den Zahn fließende Strom der Erträglichkeitsgrenze
des gesunden Zahnes entspricht, während der ausgangsseitige Kurzschlußstrom bei
voll aufgedrehtem Regler unterhalb der Reizschwellenstromstärke der den Zahn umgebenden
Mundschleimhaut bleibt.
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Ein wesentliches Merkmal der neuen Prüfvorrichtung liegt somit darin,
daß die Spannungsquelle für eine Spannung ausgelegt wird, die mindestens doppelt
so groß wie die maximale Reizspannung am Zahn ist. Hierin liegt ein entscheidender
Unterschied gegenüber den bekannten Prüfvorrichtungen.
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Die in diesen bekannten Geräten verwendeten Transformatoren sind
nämlich meist Mehrzwecktransformatoren, die nicht nur den Pulpenvitalitätsprüfer,
sondern auch noch andere Geräte der Dentalpraxis, wie z. B. Endoskopielämpchen,
Glühkauter usw., zu speisen haben. Zu diesem Zweck wird die Sekundärseite des Transformators
mit Anzapfungen versehen, an denen die für die einzelnen Geräte benötigten Spannungen
abgenommen werden. Da jedoch die genannten anderen, vom Transformator von Fall zu
Fall zu versorgenden Geräte, abgesehen von der Spannung, auch andere, und zwar rund
4000mal größere Stromstärken verlangen als der Pulpenvitalitätsprüfer im Maximalfall,
so ergibt sich schon allein aus der Diskrepanz dieser Anforderungen die Unmöglichkeit,
einen Mehrzwecktransformator so zu konstruieren, daß er eine konstruktive Ersparnis
bringt, den Sicherheitsvorschriften entspricht und außerdem die für die Versorgungen
der Spannungsteilerkette des Pulpenvitalitätsprüfers notwendige, verhältnismäßig
hohe Spannung liefert.
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Durch die bei der neuen Prüfvorrichtung gewählte Strom-Spannungs-Ch
arakteristik ist demgegenüber gewährleistet, daß nicht nur die Sicherheitsvorschriften
eingehalten, sondern auch Fehldiagnosen bei zufälliger und versehentlicher Stromleitung
durch die Mundschleimhaut ausgeschlossen sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigt Fig. 1 die Schaltung der neuen Prüfvorrichtung, Fig. 2 die Anordnung mit
am Zahnfleisch 9 anliegender Prüfsonde 8, Fig. 3 die Anordnung mit auf den Zahn
10 aufgesetzter Sonde 8, Fig. 4 ein Diagramm der durch den Zahn bzw. das Zahnfleisch
fließenden Stromstärke in Abhängigkeit von dem an den Klemmen 6, 7 liegenden, durch
den Zahn bzw. das Zahnfleisch gebildeten Außenwiderstand.
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Die an 220 Volt angeschlossene Primärwicklung 1 des Netztransformators
besteht aus 24000 Windungen Kupferdraht von 0,05 mm Durchmesser, die Sekundär-
wícklung-2
aus 15 200 Windungen desselben Drahtes.
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Der sekundäre Kurzschlußstrom soll 7 Milliampere, die primäre Leeraufnahme
5 Milliampere keinesfalls überschreiten.
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Der in der Spannungsteilerkette liegende Vorwiderstand 4 besitzt
einen Wert Rw = 0,5 Megohm, der Widerstand Rr des Reglerpotentiometers5 ist ebenso
groß. 7 ist der Anschluß für die neutrale Elektrode, 6 der Anschluß für die Zahnprüfsonde.
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Die Sekundärspannung des Transformators beträgt bei der angegebenen
Last wenig über 110 Volt. Der Einfluß der Belastung durch den Patientenstromkreis
kann auf die Spannung U an den Klemmen 6, 7 wegen des hohen Vorwiderstandes Rw vernachlässigt
werden.
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Für ein mit Selbstunterbrecher und Induktionsspule arbeitendes Batteriegerät,
das einen faradaischen Strom liefert, gelten die folgenden Daten als Richtschnur:
Primärwicklung der Induktionsspule 880 Windungen Kupferdraht von 0,3 mm Durchmesser;
Sekundärwicklung 35200 Windungen Kupferdraht von 0,06 mm oder 0,08 mm Durchmesser;
die Dimensionen der sekundär angeschlossenen Spannungsteilerkette sind die gleichen
wie beim Netzgerät. Aus dem Übersetzungsverhältnis von 1: 40 ergibt sich bei Betrieb
mit einer 4-Volt-Normalbatterie eine Spannung von 160 Volt an der Spannungsteilerkette.
Diese Spannung bedeutet hier jedoch die Scheitelspannung des Öffnungsinduktionsstoßes,
während der beim Netzgerät angegebene Wert die Effektivspannung darstellt.
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Die Strom-Spannungs-Beziehungen der neuen Prüfvorrichtung lassen
sich aus der Schaltung ohne weiteres ableiten; hierbei bedeuten: gesuchte Werte:
U = Spannung an den Enden der Spannungsteilerkette (Klemmen 6, 7) (Spannung der
Reizspannungsquelle bei Belastung mit der Spannungsteilerkette), Rw = erforderlicher
Vorschaltwiderstand 4; gegebene Werte: Rk = Körperwiderstand bei Stromleitung durch
den Zahn (Durchschnittswert 850 Kiloohm), Rr = Widerstand des Reglerpotentiometers
5 (ganze Widerstandsbahn), = = Stromstärke durch den Zahn bei voll aufgedrehtem
Regler (50 Mikroampere), = = maximal zulässige (unterschwellige) Stromstärke durch
das Zahnfleisch bei voll aufgedrehtem Regler (250 Mikroampere).
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Da der Widerstand über die Mundschleimhaut (Zahnfleisch) mindestens
zehnmal kleiner ist als der Widerstand über den Zahn (er beträgt etwa 50 Kiloohm),
kann er vernachlässigt, d. h. gleich Null gesetzt werden.
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Die Stromstärke I,, die fließt, wenn der Ausgang (Patientenstromkreis)
bei voll aufgedrehtem Reglerpotentiometer kurzgeschlossen wird, ist 1s = Ru Hieraus
ergibt sich die Beziehung: Rw = --- Rr Rk ' Ilc Rw= - Ik) jsiR:);%Y>;.
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Der Nebenanschluß beim Regler braucht im mathematischen Sinne kein
exakter potentiometrischer
zu sein; ein exakter Neben schluß würde
nämlich wegen des in diesem Falle wesentlich kleineren Wertes von Rr ungünstige
Verhältnisse schaffen, da dann Rw und U allzu große Werte erhalten müßten. Es hat
sich praktisch als vorteilhaft erwiesen, unter Verzicht auf einen idealen Nebenschluß
für Rr = 0,5 Megohm zu wählen. Keinesfalls soll Rr kleiner als 0,35 Megohm sein.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte Netzgerät gibt bei den angegebenen
Werten ein Ik von 50 Mikroampere und ein 18 von 220 Mikroampere. Die Stromcharakteristik
der Prüfvorrichtung (in Abhängigkeit von dem Ausgangswiderstand an den Klemmen 6,
7) ist in Fig. 4 dargestellt: Das Diagramm zeigt, daß sich die Stromstärke im Bereich
von 500 bis 1500 Kiloohm, der den praktisch vorkommenden Zahnwiderständen entspricht,
in der Größe von etwa 40 bis 80 Mikroampere bewegt, wobei die Kurve in diesem Bereich
- wie gewünscht - ziemlich flach verläuft.
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Sinkt der Widerstand dagegen (bei Ableitung ins Zahnfleisch) auf
den zwanzigsten Teil des Durchschnittswertes (R2) des Zahnes, also auch Rl = 50
Kiloohm, was dem Widerstand des Zahnfleisches entspricht, so steigt die Stromstärke
nur auf etwa das Dreifache (etwa 220 Mikroampere) an, bleibt also noch knapp unter
der Empfindlichkeitsgrenze der Zahnumgebung, die bei etwa 250 Mikroampere liegt.
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Bei der neuen Prüfvorrichtung ist im übrigen zu berücksichtigen,
daß das Gerät im reizphysiologischen Effekt nur dann die verlangten Eigenschaften
aufweist, wenn man es zusammen mit einer Zahnprüfsonde von gerade jenem Übertraguagskontaktquerschnitt
verwendet, für welchen die angegebenen Schwellenwerte und Erträglichkeitsgrenzwerte
Geltung haben. Denn diese Werte haben in Wahrheit nicht den Charakter einer Stromstärke,
sondern einer Stromdichte, also einer auf einen bestimmten Einströmungsquerschnitt
bezogenen Stromstärke. Die angegebenen Werte
gelten daher nicht für Metallspitzensonden,
sondern für Holzstäbchenelektroden von 3 mm2 Querschnitt, wie sie von Axel sso n
und Björn angegeben werden, wobei Querschnittstoleranzen von i 25°/o durchaus zulässig
sind.
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Da diese Elektrodenform wohl als die ideale Lösung des Problems einer
einwandfreien Stromeinspeisung in den Zahn zu betrachten ist, erübrigt es sich,
auf andere Elektroden einzugehen, die den mit einem Elektrolyten getränkten Holzstäbchenelektroden
in fast allen maßgeblichen physikalischen Eigenschaften unterlegen sind.