DE112012002328T5

DE112012002328T5 - Zahnbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012002328T5
Application number: DE112012002328.5T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Ishii; Tadataka Edamura; Naota Akikusa; Hirofumi Kan; Kunio Awazu
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Osaka University NUC
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Osaka University NUC
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-03-20
Also published as: JP5849307B2; US20140030671A1; US10166086B2; WO2012165162A1; CN103596520A; CN103596520B; JP2012249762A

Abstract

Es wird eine Zahnbehandlungsvorrichtung angegeben, die eine Zahnbehandlung sicherer und weniger invasiv ermöglicht. Eine Zahnbehandlungsvorrichtung (10A) umfasst eine Laserlichtquelle (11), die Laserlicht (L) emittiert, das eine Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat; eine Steuereinheit (12), die eine Impulssteuerung der Laserlichtquelle ausführt und die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes steuert, das von der Laserlichtquelle emittiert wird; und ein optisches Abstrahlsystem zum Bestrahlen eines Zahns (20), der einen kariösen Teil (21) enthält, mit dem Licht, das von der Laserlichtquelle abgestrahlt wird. Bei dieser Zahnbehandlungsvorrichtung steuert die Steuereinheit die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des Impulslichtes, um so den kariösen Teil (21) wahlweise zu schneiden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zahnbehandlungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Kariöse Zähne, sogenannte Zahnkaries, wurden bislang mit Rotationsschneidvorrichtungen, die mit Luftturbinen ausgestattet sind, oder Er:YAG-Laserlicht behandelt, das eine Wellenlänge von 2,94 μm hat. Derartige Techniken können gesunde und kariöse Teile nicht voneinander trennen. Daher neigt die Behandlung von Zahnkaries dazu, von den Fähigkeiten der Zahnärzte abzuhängen. Somit besteht Bedarf an minimalinvasiven Behandlungstechniken, die wahlweise kariöse Teile behandeln können. Als eine dieser Techniken ist jene der Nicht-Patentliteratur 1 und 2 bekannt, bei der ein Laser im mittleren Infrarotbereich mit variabler Wellenlänge eines Typs der Differenzfrequenzerzeugung (DFG) (im folgenden DFG-Laser genannt) verwendet wird. Die Differenzfrequenzerzeugung ist ein Verfahren, das bewirkt, dass zwei Arten von Wellenlängen λ₁, λ₂ auf einen nicht linearen optischen Kristall treffen, und einen Phasenübereinstimmungszustand erfüllt, um so Licht zu erzeugen, das eine Wellenlänge λ₃ hat. Der DFG-Laser der Nicht-Patentliteratur 1 verwendet AgGaS₂ (Silbergalliumsulfid) als nicht linearen optischen Kristall und einen Nd:YAG-Laser (Wellenlänge λ₁: 1,064 μm) und einen Cr:Forsterit-Laser (Wellenlänge λ₂: 1,15 bis 1,36 μm) als DFG-Pumplicht bzw. Signallicht. Dies trifft auch für die Nicht-Patentliteratur 2 zu.
Literaturverzeichnis
Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: SAIKI Masayuki und 5 andere, ”Selective treatment technique of carious dentin using a pulsed Laser with 6 μm wavelength range”, The Papers of Technical Meeting an Biomedical Applications of Optical and Quantum Devices, The Institute of Electrical Engineers of Japan, OQD-10-025 (2010), pp. 31–24.
Nicht-Patentliteratur 2: SAIKI Masayuki, ISHI Katsunori, YOSHIKAWA Kazushi, YASUO Kenzo, YAMAMOTO Kazuyo und AWAZU Kunio, ”Selective Removal of Deminaralized Denting Using a Nanosecond Pulsed Laser with the Wavelength of 6,02 μm”, Journal of Japanese Society for Laser Dentistry, 22 (2011), pp. 16–20.

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Bei der Technik der Nicht-Patentliteratur 1 wird das Laserlicht unter Steuerbedingungen mit einer Impulsbreite von 5 ns und einer Wiederholfrequenz von 10 Hz emittiert, wodurch das Schneiden kariöser Teile mit einer sehr hohen Schnittgeschwindigkeit ermöglicht wird. Dadurch kann andererseits intraorales Weichgewebe und dergleichen beschädigt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Zahnbehandlungsvorrichtung anzugeben, die eine Zahnbehandlung sicherer und weniger invasiv ermöglicht.
Lösung des Problems
Die Zahnbehandlungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Laserlichtquelle, die Laserlicht emittiert, das eine Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat; eine Steuereinheit, die eine Impulssteuerung der Laserlichtquelle vornimmt und die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserlichts steuert, das von der Laserlichtquelle emittiert wird; und ein optisches Abstrahlsystem zum Bestrahlen eines Zahns, der einen kariösen Teil umfasst, mit dem Licht, das von der Laserlichtquelle abgestrahlt wird. Bei dieser Zahnbehandlungsvorrichtung steuert die Steuereinheit die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserlichtes, um dadurch selektiv den kariösen Teil zu schneiden.
Dieser Aufbau verwendet eine Laserlichtquelle, die Laserlicht emittiert, das eine Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich von 5,7 bis 6,6 μm hat, und kann somit selektiv einen kariösen Teil schneiden, wobei beispielsweise gesunde Teile weniger in Mitleidenschaft gezogen werden. Weiterhin vollzieht die Steuereinheit eine Impulssteuerung der Laserlichtquelle und steuert die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des gepulsten Laserlichtes. Diese Steuerung kann die Schneidbedingungen (z. B. die Schnittgeschwindigkeit) steuern, wodurch der kariöse Teil weiter selektiv geschnitten werden kann. Infolgedessen können Zahnbehandlungen sicherer ausgeführt werden.
Die Steuereinheit kann die Steuerung der Laserlichtquelle zwischen einer ersten Betriebsart des Ansteuerns der Laserlichtquelle bei einer Impulsbreite, die kürzer als eine thermische Entspannungszeit eines Bereiches ist, der mit dem gepulsten Laserlicht bestrahlt wird, und einer Wiederholfrequenz, die geringer ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht, und einer zweiten Betriebsart der Ansteuerns der Laserlichtquelle bei einer Impulsbreite, die länger ist als die thermische Entspannungszeit, und einer Wiederholfrequenz, die höher ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht, umschalten.
Das Ansteuern der Laserlichtquelle in der ersten Betriebsart führt das Schneiden mit verringerten Temperaturen aus. Das Ansteuern der Laserlichtquelle in der zweiten Betriebsart vereinfacht es andererseits, dass sich die Wärme zur Außenseite des Bereiches verteilt, der mit dem gepulsten Laserlicht bestrahlt wird, das von der Laserlichtquelle emittiert wird. Ein intraorales Weichgewebe, wie etwa Zahnfleisch kann beispielsweise abgetragen werden, wenn es mit Laserlicht bestrahlt wird. In diesem Fall tritt eine Blutung auf, wobei jedoch das Weichgewebe koagulieren kann, wenn die Umgebungen des bestrahlten Bereiches eine festgelegte Temperatur oder eine höhere als diese infolge der Wärmeverteilung erreichen, wodurch eine blutstillende Wirkung erzielt wird. Selbst wenn ein Weichgewebe um einen kariösen Teil während des Schneidens des kariösen Teils in der ersten Betriebsart beschädigt wird, kann somit beispielsweise ein Umschalten zu der zweiten Betriebsart verhindern, dass das Weichgewebe blutet.
Die Laserlichtquelle kann ein Quantenkaskadenlaser sein. Durch die Verwendung des Quantenkaskadenlasers kann die Zahnbehandlungsvorrichtung verkleinert werden.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine Zahnbehandlungsvorrichtung angeben, die eine sicherere und weniger invasive Zahnbehandlung ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau eines Beispiels einer Zahnbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau einer Versuchsvorrichtung zeigt;
3 ist eine Diagramm, das zeigt, wie gesunde und kariöse Zahnproben bei Wellenlängen in Schritten von 0,05 μm innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,70 bis 6,55 μm geschnitten werden;
4(a) ist ein Bild, das eine Bestrahlungsspur einer gesunden Zahnprobe zeigt, während 4(b) ein Bild ist, das eine Bestrahlungsspur einer kariösen Zahnprobe zeigt;
5 ist ein Bild, das ein Versuchsergebnis der Bestrahlung einer zweistufigen Probe mit Laserlicht zeigt;
6(a) und 6(b) sind Bilder, die Querschnitte von Bestrahlungsspuren in Proben darstellen, die mit Laserlicht bei Wellenlängen von 5,7 μm bzw. 10,6 μm bestrahlt werden; und
7 ist eine schematische Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau eines Beispiels einer Zahnbehandlungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Bestandteile mit den gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf deren überschneidende Beschreibungen verzichtet wird. Größenverhältnisse in den Zeichnungen stimmen nicht immer mit jenen überein, die erläutert sind.
1 ist eine schematische Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau eines Beispiels einer Zahnbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt. 1 zeigt zudem schematisch einen kariösen Zahn 20, der mit der Zahnbehandlungsvorrichtung 10A zu behandeln ist. Der kariöse Zahnt 20, auch als Zahnkaries bezeichnet, ist ein Zahn, der einen kariösen Teil 21 hat.
Die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A hat einer Laserlichtquelle 11, die Laserlicht emittiert, eine Steuereinheit 12, die die Ansteuerung der Laserlichtquelle 11 steuert, und ein optisches Bestrahlungssystem 13 zum Bestrahlen des kariösen Zahns 20 als ein Objekt, das mit dem Laserlicht L zu behandeln ist, das von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird. 1 zeigt lediglich einen Hauptteil der Zahnbehandlungsvorrichtung 10A. Die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A kann eine Zahnbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden des kariösen Teils 21 sein.
Die Laserlichtquelle 11 ist eine Quantenkaskadenlaser, der Laserlicht emittiert, das eine Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat. Der Quantenkaskadenlaser ist eine monopolare optische Wellenleiter-Halbleiterlaservorrichtung, die Licht mit Hilfe von elektronischen Intersubbandübergängen in einer Halbleiterquanten-Quellenstruktur erzeugt. Die Laserlichtquelle 11 umfasst als Quantenkaskadenlaser ein Halbleitersubstrat und eine aktive Schicht, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Die Laserlichtquelle 11 hat eine vordere und eine hintere Stirnfläche 11a, 11b, die einander gegenüberliegen und einen optischen Resonator bilden. Die Resonatorstruktur der Laserlichtquelle (die vordere und die hintere Stirnfläche 11a, 11b) kann durch Spalten beider Stirnseiten ausgebildet sein. Der Aufbau und die Wirkung des Quantenkaskadenlasers sind bekannt (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschriften No. 2004-247492 , 2005-039045 und 2008-177366 ) und werden nicht weiter detailliert erläutert.
Die Steuereinheit 12 legt eine Spannung an die Laserlichtquelle 11 an, wodurch letztgenannte impulsartig angesteuert wird. In diesem Fall ist das Laserlicht, das von der Laserlichtquelle 11 abgestrahlt wird, ein gepulstes Laserlicht (im folgenden einfach Impulslaserlicht L genannt). Durch Ändern des Zustands der angelegten Spannung an die Laserlichtquelle 11 kann die Steuereinheit 12 die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes L steuern, das von der Laserlichtquelle 11 abgestrahlt wird. Ein Beispiel der Wellenlänge des Impulslaserlichtes L, das von der Laserlichtquelle 11 abgestrahlt wird, ist 5,75 μm. Beispiele der Impulsbreite reichen von 10 ns bis 1 ms, während Beispiele der Wiederholfrequenz von 500 Hz bis 2 MHz reichen.
Das optische Abstrahlsystem 13 kann eine Lichtleitfaser 14 haben, die das Impulslaserlicht L leiten kann, das von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird, ein Eintrittslinsensystem 15, das bewirkt, dass das Impulslaserlicht L, das von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird, an einem Ende der Lichtleitfaser 14 eintritt, und ein Sammellinsensystem 16 zum Bestrahlen des kariösen Zahns 20 mit dem Impulslaserlicht L, das von dem anderen Ende der Lichtleitfaser 14 abgestrahlt wird. Das optische Abstrahlsystem 13 kann einen beliebigen Aufbau haben, ohne auf jenen beschränkt zu sein, bei dem die Lichtleitfaser 14 verwendet wird, solange das zu behandelnde Objekt mit dem Laserlicht L bestrahlt werden kann, das von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird. Es kann beispielsweise ein gegliederter optischer Wellenleiter als optischer Wellenleiter zum Leiten des Lichtes in dem optischen Abstrahlsystem 13 verwendet werden.
Die Laserlichtquelle 11 und das optische Abstrahlsystem 13 sind derart miteinander kombiniert, dass die optischen Bedingungen, wie etwa die Einstellung der optischen Achse, optimiert sind. Eine Bestätigung der Abstrahlposition des Impulslaserlichtes L, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 μm bis 6,6 μm u. s. w. hat, kann auf dieselbe Art und Weise ausgeführt werden, wie wenn ein medizinischer Kohlendioxidlaser verwendet wird, der eine Wellenlänge von 10,6 μm hat und in der Medizin Anwendung findet.
In dem oben beschriebenen Aufbau tritt das Impulslaserlicht L, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat und von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird, die von der Steuereinheit 12 gesteuert wird, in die Lichtleitfaser 14 durch das Eintrittslinsensystem 15 ein. Das Impulslaserlicht L, das in die Lichtleitfaser 14 eingetreten ist, breitet sich aus und tritt aus dem anderen Ende derselben aus. Das Impulslaserlicht L, das von dem anderen Ende der Lichtleitfaser 14 emittiert wird, wird von dem Sammellinsensystem 16 gebündelt, um so den kariösen Teil 21 des kariösen Zahns 20 zu bestrahlen. Ein Zahnarzt kann den kariösen Teil 21 mit dem Impulslaserlicht L durch Betätigen des optischen Abstrahlsystems 13 bestrahlen, während er den kariösen Zahn 20 beobachtet.
Durch Verwenden des Impulslaserlichtes L, das eine Wellenlänge innerhalb des oben erwähnten Wellenlängenbereiches hat, kann die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A ihren Behandlungsbereich auf den kariösen Teil 21, der ein zu behandelnder Teil (verletztes Gewebe) ist, begrenzen, wie es in dem Versuchsbeispiel 1 gezeigt ist, das später erläutert wird. Eine derartige Beschränkung auf einen Interaktionsbereich kann vermutlich dem Härtunterschied zwischen dem kariösen Teil 21 und dem gesunden Teil 22 zugeschrieben werden, der nicht mit kariogenen Bakterien infiziert ist. Hier können die Wellenlängen (in dem Band von 9 bis 10 μm), die durch den gesunden Teil 22 von dem kariösen Teil 21 absorbiert werden, nicht verwendet werden. Ein biologisches Gewebe hat ein charakteristisches Absorptionsmuster, das von molekularen Schwingungen in einem mittleren Infrarotwellenlängenbereich abgeleitet ist; insbesondere werden Wellenlängen, die Amiden I und II entsprechen (die zentrale Wellenlängen von 6,1 μm bzw. 6,45 μm in ihren Absorptionsbändern haben), die Absorptionsbänder sind, die von Amidbindungen von Proteinen abgeleitet sind, von weichen biologischen Geweben stark absorbiert. In Karies verändern kariogene Bakterien offensichtlich die Eigenschaften der kariösen Stelle 21 in Bezug auf jene des gesunden Teils 22, wodurch es für die Absorption einfacher ist, die Schneidreaktion hervorzurufen. Somit kann mit dem Impulslaserlicht L, das von der Laserlichtquelle 11 abgestrahlt wird, der kariöse Teil 21 geschnitten werden, während es einen geringeren Einfluss auf den gesunden Teil 22 hat.
Mit der Steuerung des Impulszustandes des Impulslaserlichtes L können temporäre Interaktionen zwischen dem Impulslaserlicht L und dem damit bestrahlten Bereich reguliert werden. Bei der Zahnbehandlungsvorrichtung 10A steuert die Steuereinheit 12 die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes L, das von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird. Somit können durch Steuern der Impulsbreite und der Wiederholfrequenz die Schneidbedingungen eingestellt werden, von denen ein Beispiel die Schnittgeschwindigkeit ist.
Wie es oben erwähnt wurde, kann die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A das Impulslaserlicht L und dessen Bestrahlungsbereich räumlich und zeitlich steuern, wodurch eine minimalinvasive Behandlung ermöglicht wird. Selbst wenn er sich in der Nähe eines weichen Gewebes, wie etwa dem Zahnfleisch G (siehe 1) befindet, kann der kariöse Teil 21 behandelt werden, ohne das weiche Gewebe zu beschädigen, wenn die Schnittgeschwindigkeit eingestellt wird, indem ein Impulszustand, wie etwa die Impulsbreite des Impulslaserlichtes gesteuert wird, während der kariöse Teil 21 beobachtet wird.
Das Licht in dem mittleren Infrarotbereich, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat, übt eine thermische Wirkung auf biologische Gewebe aus. Diese thermische Wirkung kann durch Steuern der Impulsbreite (Interaktionszeit) und der Wiederholfrequenz eingestellt werden.
Bei der thermischen Wirkung ist die thermische Entspannungszeit wichtig. Die thermische Entspannungszeit von biologischen Geweben in Bezug auf das Laserlicht innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 liegt beispielsweise in der Größenordnung von μs. Somit kann die Bestrahlung mit dem Impulslaserlicht L, das eine Impulsbreite im Bereich von ns (bis zu etwa 10 μs) und eine Wiederholfrequenz von etwa 1 bis 1.000 Hz hat, den kariösen Teil 21 schneiden, während die thermische Auswirkung unterdrückt wird.
Andererseits kann das Impulslaserlicht L, das eine Impulsbreite im Bereich von μm bis ms und eine Wiederholfrequenz von 1.000 Hz oder mehr hat, in seinem Bestrahlungsbereich eine starke Interaktion der thermischen Auswirkung hervorrufen, die sich für Schmelzen/Koagulieren eignet. Insbesondere wird Licht, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat, wirkungsvoll von Proteinen absorbiert und kann somit das weiche Gewebe abtragen. Unter Bedingungen, die eine längere Impulsbreite und ein kürzeres Impulsintervall als die thermische Entspannungszeit des Bestrahlungsbereiches des Impulslaserlichtes L erfüllen, verteilt sich Wärme zu der Außenseite des Bestrahlungsbereiches. Wenn die Temperatur 60°C oder mehr infolge der Erwärmungswirkung erreicht, die durch die Verteilung verursacht wird, kann das weiche Gewebe koagulieren. Die Koagulation des weichen Gewebes um den geschnittenen Teil kann Blutgefäße verstopfen und eine blutstillende Wirkung hervorrufen. Dies wird auch anhand eines Vergleiches mit Kohlendioxidlasern bei medizinischer Verwendung deutlich. Das heißt, wenn Absorptionseigenschaften von biologischen Geweben berücksichtigt werden, beträgt der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 5,75 μm innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm beispielsweise etwa 500 cm^–1. Dieser Wert ist im wesentlichen derselbe wie der Absorptionskoeffizient (etwa 600 cm^–1) von Kohlendioxidlasern bei medizinischer Verwendung bei einer Wellenlänge von 10,6 μm. Die Blut gerinnende und stillende Fähigkeit von Kohlendioxidlasern wird in unterschiedlichen medizinischen Abteilungen verwendet. Somit kann Licht (z. B. mit einer Wellenlänge von 5,75 μm), das eine Absorptionseigenschaft hat, die jener von Kohlendioxidlasern gleicht, weiche Gewebe schneiden und Blut gerinnen lassen und stillen, wie es oben erwähnt wurde.
Angesichts des Vorgenannten ist eine Zahnbehandlungsvorrichtung 10A, die über die Steuereinheit 12 als einen Mechanismus verfügt, der dazu eingerichtet ist, die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz zu ändern, nicht nur zum Schneiden des kariösen Teils 21 des kariösen Zahns 20 sondern auch zum Abtragen weicher Gewebe, zum Stillen von Blutungen und dergleichen einsetzbar. Da die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A auch das Bluten stoppen kann, kann das Erhöhen der Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes L Blut selbst dann zum Gerinnen bringen, wenn ein weiches Gewebe verletzt wird und blutet. Somit kann die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A optimale therapeutische Wirkungen erzielen.
Die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A an sich kann Blutungen und dergleichen stillen, während der kariöse Teil 21 geschnitten wird, wobei keine weiteren Vorrichtungen zum Stillen der Blutung und dergleichen erforderlich sind. Somit können Zahnärzte Zähne behandeln, während sie Behandlungsraumumgebungen effektiv nutzen.
Der Quantenkaskadenlaser hat eine Kaskadenstruktur, bei der lichtemittierende Schichten in zahlreichen Stufen verbunden sind und somit Licht mit einer höheren Leistung emittieren können. Somit können durch Verwenden des Quantenkaskadenlasers der kariöse Teil 21 und dergleichen sicherer geschnitten werden. Da der Quantenkaskadenlaser Licht emittiert, das eine Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 5,7 bis 6,6 μm hat, indem er Intersubbandübergänge in einer Quantenquellenstruktur verwendet, ist die Laserlichtquelle 11 kleiner als jene, die beispielsweise auf der Differenzfrequenzerzeugung basieren. Somit können Zahnärzte, wie es oben erwähnt wurde, Zähne behandeln, indem sie Behandlungsraumumgebungen wirkungsvoll nutzen.
Vorgänge und Wirkungen der Zahnbehandlungsvorrichtung 10A werden nun im speziellen anhand von Versuchsergebnissen erläutert. Wenngleich Versuchsbedingungen, wie etwa Wellenlänge und Impulszustand zur Erläuterung der Versuche veranschaulicht werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Wellenlänge, den Impulszustand und dergleichen beschränkt, die im folgenden angegeben sind.
Zunächst wird ein Versuchsgerät unter Bezugnahme auf 2 erläutert. 2 ist eine schematische Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau der Versuchsvorrichtung darstellt.
Die Versuchsvorrichtung 30 hat eine Lichtquelleneinheit 31, die Laserlicht emittiert, eine dreidimensionale Halterung 32, auf der eine Probe S angebracht ist, einen Parabolspiegel 33, der das Laserlicht, das von der Lichtquelle 31 emittiert wird, auf die Probe S bündelt, die auf der dreidimensionalen Halterung 32 angebracht ist, einen ebenen Spiegel 34, der das Laserlicht, das von der Lichtquelleneinheit 31 emittiert wird zu dem Parabolspiegel 33 reflektiert, und ein Dämpfungsglied 25, das zwischen der Lichtquelle 31 und dem ebenen Spiegel 34 angeordnet ist und die Quantität des Laserlichtes einstellt. Der Parabolspiegel 33 hat eine Brennweite von etwa 5 cm. Es werden die Versuchsbeispiele 1 bis 4 erläutert, bei denen die Versuchsvorrichtung 30 Verwendung findet.
Versuchsbeispiel 1
Bei dem Versuchsbeispiel 1 wurden gesundes Dentin eines Rinderzahns und entkalktes Dentin, das man durch Behandeln des Rinderdentins mit einer wässrigen Milchsäurelösung erhält, als gesunde bzw. kariöse Zahnproben S1, S2 vorbereitet. Die gesunde und die kariöse Zahnprobe S1, S2 wurden jeweils als Probe S auf die dreidimensionale Halterung 32 gesetzt. Die Lichtquelleneinheit 31 des Versuchsbeispiels 1 war ein DFG-Laser, der denselben Aufbau hat, wie jener, der in der Nicht-Patentliteratur 1 beschrieben ist.
Bei dem Versuchsbeispiel 1 wurde Laserlicht, das vorbestimmte Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,70 bis 6,55 μm hat, von der Laserlichtquelleneinheit 31 abgestrahlt. Die vorbestimmten Wellenlängen sind in Schritten von 0,05 μm innerhalb des oben beschriebenen Wellenlängenbereiches. Die Bestrahlungsbedingungen waren wie folgt.

– Impulsbreite: 5 ns
– Wiederholfrequenz: 10 Hz
– Durchschnittliche Leistungsdichte: 20 W/cm²
– Bestrahlungszeit: 1 sek

Die Bestrahlungsspuren der gesunden und der kariösen Zahnprobe S1, S2, die mit dem Impulslaserlicht bestrahlt wurden, wurden mit einem Abtastmikroskop untersucht. 3 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die gesunde und die kariöse Zahnprobe S1, S2 bei Wellenlängen in Schritten von 0,05 μm innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,70 bis 6,55 μm geschnitten wurden.
Wie in 3 gezeigt, wird die kariöse Zahnprobe S2 in einem größeren Umfang geschnitten als die gesunde Zahnprobe S1 in dem Versuchswellenlängenbereich. Somit ist das Laserlicht, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,70 bis 6,55 μm hat, für gesunde Teile (oder gesunde Zähne) weniger invasiv und kann selektiv kariöse Teile (kariöse Zähne) behandeln. Insbesondere ist verständlich, dass das Laserlicht, das eine Wellenlänge im Bereich von 7,55 bis 5,85 μm hat, exzellent bei minimaler Invasivität für gesunde Teile ist.
Versuchsbeispiel 2
Wie bei dem Versuchsbeispiel 1 wurden die gesunde und die kariöse Zahnproben S1, S2 vorbereitet. Bei dem Versuchsbeispiel 2 umfasst die Lichtquelleneinheit 31 einen Quantenkaskadenlaser, der Laserlicht emittiert, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hat, und eine Steuereinheit für diesen. In diesem Fall entspricht die Versuchsvorrichtung 30 des Versuchsbeispiels 2 der Zahnbehandlungsvorrichtung 10A, die den ebenen Spiegel 34 und den Parabolspiegel 33 als optisches Abstrahlsystem 13 umfasst.
Bei dem Versuchsbeispiel 2 wurden jeweils die gesunde und die kariöse Zahnprobe S1, S2 als Probe S auf der dreidimensionalen Halterung 32 angebracht und mit dem Impulslaserlicht bestrahlt, das von der Lichtquelleneinheit 31 abgestrahlt wurde. Die Impulslaserlicht-Bestrahlungsbedingungen waren wie folgt:

– Impulsbreite: 500 ns
– Wiederholfrequenz: 1 KHz
– Durchschnittliche Leistungsdichte: 500 W/cm²
– Bestrahlungszeit: 2 sek

Bestrahlungsspuren der gesunden und der kariösen Zahnprobe S1, S2, die mit dem Impulslaserlicht bestrahlt wurden, wurden mit einem Abtastmikroskop untersucht.
4(a) ist ein Bild, das die Bestrahlungsspur der gesunden Zahnprobe darstellt. 4(b) ist ein Bild, das die Bestrahlungsspur der kariösen Zahnprobe zeigt. Aus 4(a) und 4(b) ist zu erkennen, dass die kariöse Zahnprobe S2 in einem größeren Umfang geschnitten ist, als die gesunde Zahnprobe S1. Es sind keine Risse auf der Oberfläche der gesunden Zahnprobe S1 zu sehen, wo keine Schnitte zu erkennen sind. Dadurch wird verständlich, dass der Quantenkaskadenlaser, der dazu eingerichtet ist, Laserlicht abzustrahlen, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hat, für gesunde Teile (oder gesunde Zähne) weniger invasiv ist und selektiv kariöse Teile (kariöse Zähne) behandeln kann.
Versuchsbeispiel 3
Bei Versuchsbeispiel 3 wurde eine zweistufige Probe S4 vorbereitet, bei der ein kariöser Probenteil, den man durch Behandeln von Rinderdentin mit einer wässrigen Milchsäurelösung erhält, auf einem gesunden Zahnprobenteil angeordnet wurde. Die zweistufige Probe S4 wurde mit dem Impulslaserlicht aus der Lichtquelleneinheit 31 unter derselben Bedingung bestrahlt wie bei dem Versuchsbeispiel 2, mit der Ausnahme, dass das die Probe zur zweistufigen Probe S4 gewechselt wurde. Die zweistufige Probe S4 wurde mit dem Impulslaserlicht von der Seite der kariösen Zahnprobe bestrahlt. Nach der Bestrahlung mit dem Impulslaserlicht, wurde ein Querschnitt einer Bestrahlungsspur mit einem optischen Mikroskop untersucht.
5 ist ein Bild, das den Querschnitt der Bestrahlungsspur darstellt. Die Strichlinie in 5 kennzeichnet die Grenze zwischen dem kariösen und dem gesunden Teil. 5 macht verständlich, dass das Schneiden an der Grenze zwischen dem kariösen und dem gesunden Teil stoppt. Dies zeigt, dass das Laserlicht, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hat, nicht mit gesunden Teilen, jedoch mit kariösen Teilen reagiert.
Versuchsbeispiel 4
Bei dem Versuchsbeispiel 4 wurde eine Hühnerbrust als weiches biologisches Gewebe S5 vorbereitet, wobei das weiche biologische Gewebe S5 an der dreidimensionalen Halterung 32 angebracht wurde. Anschließend wurde wie bei den Versuchsbeispielen 2 und 3 das weiche biologische Gewebe S5 mit dem Impulslaserlicht bestrahlt, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hatte und von der Lichtquelleneinheit 31 abgestrahlt wurde, die den Quantenkaskadenlaser enthielt. Die Bestrahlungsbedingungen sind wie folgt:

– Impulsbreite: 500 ns
– Wiederholfrequenz: 1 kHz
– Durchschnittliche Leistungsdichte: 2.500 W/cm²
– Bestrahlungszeit: 5 sek

Als nächstes wurde die Lichtquelleneinheit 31 zu einer medizinischen Kohlendioxid-Laservorrichtung (Lezawin CH S hergestellt von J. Morita Manufacturing Corporation) geändert, wurde Laserlicht, das eine Wellenlänge von 10,6 μm hatte, von der Lichtquelleneinheit 31 abgestrahlt, und wurde das weiche biologische Gewebe S5 mit dem Laserlicht als kontinuierliche Welle (CW) bestrahlt. Die Bestrahlungsbedingungen waren wie folgt:

– Durchschnittliche Leistungsdichte: 2.500 W/cm²
– Bestrahlungszeit: 5 sek

Jeder der entsprechenden Bestrahlungsspur-Querschnitte der weichen biologischen Gewebeproben S5, die mit dem Laserlicht, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hatte und von dem Quantenkaskadenlaser emittiert wurde, und mit dem Laserlicht bestrahlt wurden, das eine Wellenlänge von 10,6 μm hatte und von der medizinischen Kohlendioxid-Laservorrichtung abgestrahlt wurde, wurde bei Hämatoxylin-Eosin-Färbung untersucht, die eine typische histologische Bewertungstechnik ist.
6(a) ist ein Bild, das den Bestrahlungsspur-Querschnitt der Probe zeigt, die mit dem Laserlicht bestrahlt wurde, das eine Wellenlänge von 5,75 μm hatte, während 6(b) ein Bild ist, das einen Bestrahlungsspur-Querschnitt der Probe zeigt, die mit dem Laserlicht bestrahlt wurde, das eine Wellenlänge von 10,6 μm hatte.
Wenn 6(a) und 6(b) miteinander verglichen werden, ist die Einschnittswirkung im Fall der Verwendung eines Quantenkaskadenlasers ähnlich zu jener im Fall der Verwendung eines medizinischen Kohlenstoffdioxidlasers. Koagulation und Verkohlung werden sowohl in 6(a) als auch in 6(b) erzeugt, jedoch in geringerem Umfang bei 6(a). Somit kann die Struktur der Laserlichtquelle 11, die in 1 gezeigt ist, vom Standpunkt des Erreichens einer geeigneten Koagulation und keiner übermäßigen Verkohlung klinisch besser sein. Der Unterschied der Koagulation/Verkohlung ist offensichtlich auf die Impulsstruktur, d. h. einen kurzen Impuls mit einer hohen Wiederholungsfrequenz, in dem Quantenkaskadenlaser zurückzuführen. Da der Mechanismus (Steuereinheit 12), der dazu eingerichtet ist, die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz zu ändern, das Gleichgewicht zwischen der Schnittwirkung und der Blutgerinnungs- und Stillungswirkung steuern kann, kann die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A, die die Laserlichtquelle 11 und die Steuereinheit 12 umfasst und die in 1 gezeigt ist, ein aufwendiges Schneiden weicher Gewebe ausführen.
7 ist eine schematische Ansicht, die einen generellen Aufbau der Zahnbehandlungsvorrichtung gemäß einer weiteren Aisführungsform zeigt. Die Zahnbehandlungsvorrichtung 10B, die in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Zahnbehandlungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, dadurch, dass die Steuereinheit 40 mit einem Betriebsartumschalter 41 ausgestattet ist. Die Bauteile, die sich von der Steuereinheit 40 unterscheiden, sind dieselben wie jene in 1 und werden somit nicht erläutert.
Der Betriebsartumschalter 41 in der Steuereinheit 40 schaltet den Impulszustand des Impulslaserlichtes L, das eine vorbestimmte Wellenlänge (z. B. 5,75 μm) hat und von der Laserlichtquelle 11 abgestrahlt wird, zwischen einer Schneidbetriebsart (erste Betriebsart) und einer Blutstillbetriebsart (zweite Betriebsart) um. Insbesondere in der Schneidbetriebsart steuert die Steuereinheit 40 die Laserlichtquelle 11, die ein Quantenkaskadenlaser ist, mit einer derartigen Impulsbreite und Wiederholfrequenz an, dass der kariöse Teil 21 geschnitten werden kann. In der Blutstillbetriebsart steuert die Steuereinheit 40 die Laserlichtquelle 11, die ein Quantenkaskadenlaser ist, mit einer derartigen Impulsbreite und Wiederholfrequenz an, dass weiche Gewebe aufhören können zu bluten.
Die Impulsbreite und Wiederholfrequenz in der Schneidbetriebsart bzw. in der Blutstillbetriebsart werden gemäß der thermischen Entspannungszeit des Bereiches definiert, der mit dem Impulslaserlicht L bestrahlt wird. Insbesondere in der Schneidbetriebsart steuert die Steuereinheit 40 die Laserlichtquelle 11 mit einer Impulsbreite, die kürzer ist als die thermische Entspannungszeit, und einer Wiederholfrequenz an, die geringer ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht. In der Blutstillbetriebsart steuert die Steuereinheit 40 die Laserlichtquelle 11 mit einer Impulsbreite, die länger ist als die thermische Entspannungszeit, und einer Wiederholfrequenz an, die höher ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht. Wenn beispielsweise die thermische Entspannungszeit eines Organismus' in Bezug auf Licht in dem Wellenlängenbereich von 5,7 bis 6,6 μm im Bereich von μs ist, sind entsprechende Beispiele der Impulsbreite und der Wiederholfrequenz für das Schneiden 5 ns bis 1 μs und 1 Hz bis 1 kHz. Wenn anderseits die thermische Entspannungszeit eines Organismus' in Bezug auf Licht in dem Wellenlängenbereich von 5,7 bis 6,6 μm im Bereich von μs liegt, sind entsprechende Beispiele der Impulsbreite und der Wiederholfrequenz zum Stillen von Blut 1 μs oder länger und 1 kHz oder höher, oder können ein Tastverhältnis von 50% oder größer haben.
Die Zahnbehandlungsvorrichtung 10B, die denselben Aufbau wie die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A mit der Ausnahme hat, dass die Steuereinheit 40 mit dem Betriebsartumschalter 41 ausgestattet ist, kann dieselben Vorgänge und Wirkungen aufweisen wie die Zahnbehandlungsvorrichtung 10A. Da der Betriebsartumschalter 41 in der Steuereinheit 40 zwischen der Schneidbetriebsart und der Blutstillbetriebsart umschalten kann, kann auf einfache Weise zwischen dem Schneiden und dem Stillen von Blutungen umgeschaltet werden. Selbst wenn ein weiches Gewebe (wie etwa Zahnfleisch G) um den kariösen Teil 21 während des Schneidens in der Schneidbetriebsart oder dergleichen blutet, kann somit die Blutstillbehandlung sicherer und schneller ausgeführt werden.
Ohne auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschränkt zu sein, zu zuvor erläutert wurden, kann die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise innerhalb des Geltungsbereiches abgeändert werden, ohne vom Wesentlichen der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist die Laserlichtquelle nicht auf den Quantenkaskadenlaser beschränkt, sondern kann eine beliebige Lichtquelle sein, solange sie Laserlicht emittieren kann, das eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 5,70 bis 6,60 μm hat, wobei dessen Impulsbreite und Wiederholfrequenz durch den Steuereinheit gesteuert werden kann. Die Steuereinheit soll die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz steuern, kann jedoch wenigstens eine von beiden steuern.
Bezugszeichenliste

10A, 10B: Zahnbehandlungsvorrichtung
11: Laserlichtquelle
12: Steuereinheit
20: Zahn mit kariösem Teil
21: kariöser Teil
40: Steuereinheit
41: Betriebsartumschalter

Claims

Zahnbehandlungsvorrichtung, umfassend: eine Laserlichtquelle, die Laserlicht emittiert, das eine Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 5,7 bis 6,6 μm hat; eine Steuereinheit, die eine Impulssteuerung der Laserlichtquelle ausführt und die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes steuert, das von der Laserlichtquelle emittiert wird; und ein optisches Abstrahlsystem zum Bestrahlen eines Zahns, der einen kariösen Teil umfasst, mit dem Licht, das von der Laserlichtquelle emittiert wird; wobei die Steuereinheit die Impulsbreite und/oder die Wiederholfrequenz des Impulslaserlichtes derart steuert, dass der kariöse Teil, der in dem Zahn enthalten ist, selektiv geschnitten wird.
Zahnbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit die Steuerung der Laserlichtquelle zwischen einer ersten Betriebsart des Ansteuerns der Laserlichtquelle mit einer Impulsbreite, die kürzer ist als eine thermische Entspannungszeit eines Bereiches, der mit dem Impulslaserlicht bestrahlt wird, und einer Wiederholfrequenz, die geringer ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht, und einer zweiten Betriebsart des Ansteuerns der Laserlichtquelle mit einer Impulsbreite, die länger ist als die thermische Entspannungszeit, und einer Wiederholfrequenz, die höher ist als jene, die der thermischen Entspannungszeit entspricht, umschaltet.
Zahnbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Laserlichtquelle ein Quantenkaskadenlaser ist.