DE19619067A1 - Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbenen Zahnrestaurationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbe­ nen Zahnrestaurationen.

Bei der Behandlung kariöser Zähne ist es erforderlich, die erkrankte Zahnhartsubstanz vollständig zu entfernen, und es ist erstrebenswert, die gesunde Zahnhartsubstanz möglichst weitgehend zu erhalten. Dies erfordert eine sichere Unter­ scheidung zwischen kranker und gesunder Substanz. Weiterhin müssen vor der Neuversorgung eines Zahnes sämtliche Restan­ teile alter Füllungen entfernt werden, und zwar möglichst substanzschonend.

Diese Zahndiagnose wird derzeit üblicherweise durch manuel­ les Abtasten und audiovisuelle Prüfung mit Hilfe von Mund­ spiegel und Sonde durchgeführt. Härte, Glanz, Farbe und so­ genannte "Cri dentaire" sind die entscheidenden Kriterien bei der Differenzierung von kariöser und gesunder Zahnsub­ stanz. Die Diagnoseergebnisse sind jedoch naturgemäß sub­ jektiv beeinflußt. Die Beurteilung kann durch unterschied­ liche Färbungen und Härten bzw. Ritzbarkeit der Zahnhart­ substanzen sowie durch die zahnähnliche Farbe bei Komposit- Kompomer- oder Keramikrestaurationen beeinträchtigt werden. Besonders bei der Behandlung einer Karies profunda können Probleme auftreten und weitere therapeutische Konsequenzen nach sich ziehen, wenn nur noch sehr dünne Schichten von Hartsubstanz über dem Zahnnerv vorhanden sind und beim Ab­ tasten mit der Sonde selbst oder bei fehlerhafter Beurtei­ lung entweder eine akzidentelle Eröffnung der Pulpa droht bzw. Restkaries belassen wird. Außerdem ist neben den Nach­ teilen dieser subjektiven Diagnose von weiterem Nachteil, daß eine derartige manuelle Inspektion zeitaufwendig sein kann und daher oft nur auf eine begrenzte Zahl von Testpunkten angewendet wird.

Es ist deshalb schon bekannt geworden, kariöse Zahnhartsub­ stanz durch Anfärben mit Farblösungen objektiv aufzuspüren. Dieses Meßverfahren hat sich jedoch in der Praxis aufgrund der zusätzlich erforderlichen Arbeitsschritte bisher kaum durchgesetzt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (Deutsche Zahnärzt­ liche Zeitung 46, 729-733 (1991) 11) eine sogenannte Diffe­ renzreflektrometrie zur Diagnose von Zahnhartsubstanzen einzusetzen. Dabei wird von einer Xenonlampe erzeugtes UV-Licht über einen Lichtleiter auf die Zahnhartsubstanz ge­ richtet und das von der Zahnhartsubstanz reflektierte Licht wird in ein Spektrometer geführt und die erhaltenen Reflex­ ionskurven werden wellenlängenabhängig ausgewertet. Dabei soll sich herausgestellt haben, daß gesunde und kariöse Zahnsubstanz ein deutlich unterschiedliches Reflexionsver­ mögen aufweist, was eine Unterscheidung möglich machen soll. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bisher noch nicht durchgesetzt und ist auch relativ aufwendig, da zu­ sätzlich zu den eigentlichen Zahnbehandlungsapparaturen entsprechende optische Einrichtungen mit einer UV-Lampe (Xenonlampe) erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der kariöse Zahnerkrankungen möglichst exakt erkannt und genau lokalisiert werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß durch eine Laserquelle, an welche eine erste Lichtleitfaser angeschlossen ist, deren freies Ende auf die Zahnsubstanz richtbar ist, und durch eine Einrichtung zum Auffangen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts gelöst, welche mit einer optischen Auswerteeinheit verbunden ist.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß Laserlicht, insbesondere das Licht eines im nahen Infrarotbereich emit­ tierenden Lasers, geeignet ist, Zahnhartsubstanzen nach ihrer Beschaffenheit zu unterscheiden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß je nach Beschaffenheit der Zahnsubstanz das von der Zahnsubstanz emittierte bzw. gestreute Licht deut­ lich unterschiedliche Spektren aufweist. Dies wird insbe­ sondere auf das Raman-Streulicht der in den Zahnhartsubstanzen (Schmelz, Zement, Dentin) in unter­ schiedlichen Anteilen enthaltenen anorganischen (vor allem Hydroxyapatit) und organischen (vor allem Kollagen) Kompo­ nenten sowie eine vergleichsweise breitbandige Emission aus kariösen Zahnhartsubstanzen (wahrscheinlich Fluoreszenz von mikrobiellen Stoffwechselprodukten) zurückgeführt. Die Ver­ hältnisse der Raman-Intensitäten eignen sich bekanntermaßen als Maß für Typ und Mineralgehalt der Zahnhartsubstanzen. Die Intensität der vergleichsweise breitbandigen Emission bzw. ihr Verhältnis zu derjenigen der Raman-Banden ist als Maß für den Erkrankungszustand der Zahnhartsubstanzen nutz­ bar. Es hat sich außerdem gezeigt, daß das Raman-Streulicht der Restaurationen sich hinsichtlich der spektralen Ver­ teilung deutlich von den Raman-Signalen der Zahnhartsub­ stanzen und einer ausgesprochen breitbandigen Emission ka­ riöser Substanzen unterscheidet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit eine objektive Zahnzustandsdiagnose möglich, es ist nicht länger erforderlich, allein auf die subjektive Beurteilung des Zahnarztes zu vertrauen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft insbesondere dann eingesetzt werden, wenn bereits als Zahnbehandlungs­ apparatur ein Laser zum Abtragen von Zahnsubstanz einge­ setzt wird. Dieser muß dann lediglich noch mit einer ent­ sprechenden Zusatzausrüstung versehen werden.

Um eine möglichst optimale "Auffangung" des von der Zahn­ substanz emittierten bzw. gestreuten Lichts zu erreichen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Einrichtung zum Auffan­ gen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts eine zweite Lichtleitfaser aufweist, welche in die optische Auswerteeinheit mündet.

Nach einer ersten Ausführungsform ist dabei vorteilhaft vorgesehen, daß am freien Ende der ersten Lichtleitfaser und der zweiten Lichtleitfaser eine Optik zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet ist. Alternativ zur Verwendung der Optik können auch eine oder mehrere Lichtleitfasern für das emit­ tierte bzw. gestreute Licht beispielsweise konzentrisch um die erste Faser angeordnet sein, um eine einfache Handha­ bung und eine raumsparende Anordnung der in den Mundraum des Patienten einzuführenden Apparatur zu ermöglichen. Durch eine entsprechende Anordnung der freien Enden der Fasern für das emittierte bzw. gestreute Licht in der Nähe des freien Endes der ersten Faser kann das emittierte bzw. gestreute Licht aufgefangen werden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß am freien Ende der ersten und der zweiten Lichtleitfaser eine Optik zum Anschließen des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser und zur Weiterleitung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts aus der dritten Lichtleitfaser in die zweite Lichtleitfaser vorgesehen ist, wobei die dritte Lichtleitfaser als Lichtweg für das Laserlicht und das emittierte bzw. gestreute Licht dient.

Eine so gestaltete Vorrichtung weist im Hinblick auf den in den Mundraum des Patienten einzuführenden Vorrichtungsteil einen noch geringeren Raumbedarf auf, da im Endbereich im Prinzip nur eine Lichtleitfaser erforderlich ist. Diese Lichtleitfaser ist zur Leitung des Lichtes in beide Strah­ lungsrichtungen geeignet, da das vom Laser kommende Licht und das (zur Detektion genutzte) emittierte bzw. gestreute Licht deutlich unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, daß im Lichtweg des emittierten bzw. gestreuten Lichts (in einer der Optiken oder in der Auswerteeinheit) wenigstens ein optischer Fil­ ter zur Unterdrückung reflektierten bzw. gestreuten Laser­ lichts mit unveränderter Wellenlänge angeordnet ist. Dieser Filter dient dazu, das gegenüber den auszuwertenden Signa­ len erheblich intensivere zurückgeworfene Laserlicht zu un­ terdrücken.

Die optische Auswerteeinheit weist vorzugsweise optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung des emittierten bzw. gestreuten Lichts (z. B. Filter oder licht­ zerlegende Bauteile, wie Prismen oder Gitter) und eine oder mehrere fotoelektrische Detektoren auf. Durch geeignete An­ ordnung einer oder mehrerer fotoelektrischer Detektoren in der Auswerteeinheit ist es auf einfache Weise möglich, für kariöse Zahnsubstanz gegenüber gesunder Zahnsubstanz cha­ rakteristische Intensitäten festzustellen und somit kariöse Zahnsubstanz zu erkennen.

Zweckmäßigerweise zeichnet sich die Vorrichtung weiterhin dadurch aus, daß die optische Auswerteeinheit eine Anzeige­ bzw. Registrierungseinrichtung für für detektierte gesunde Zahnsubstanz unübliche Lichtintensitäten aufweist, wodurch dem Zahnarzt eine Anzeige- und außerdem eine automatische Registrierungsmöglichkeit des Zahnbildes gegeben wird.

In ganz besonders vorteilhafter weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die optische Auswerteeinheit mit einer Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes für kariöse Zahnsubstanz eingerichtet ist. Ist die Vorrichtung auf die­ se Weise ausgerüstet, ist es möglich, automatisch, d. h. un­ abhängig von etwaigen Benutzungsfehlern, das Abtragen von Zahnhartsubstanz von der jeweils gleichzeitig oder zeitnah durchgeführten Zahnsubstanzdiagnose abhängig zu machen. Das Gerät zum Abtragen ist nur bei kariöser Zahnsubstanz akti­ vierbar bzw. wird deaktiviert, sobald keine kariöse Zahn­ substanz mehr vorhanden ist. Dadurch läßt sich erkennbar ein unnötiges Abtragen von gesunder Zahnsubstanz vermeiden.

Besonders vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, daß die Laserquelle selbst als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz ausgebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz eine weitere, an eine weitere Lichtleitfaser angeschlossene Laserquelle vor­ gesehen ist. Mit einer solchen Ausrüstung ist nur ein opti­ sches Vorrichtungsteil für die Detektion und den Abtrag und keine mechanische Abtragvorrichtung in den Mundraum des Patienten einzuführen. Außerdem läßt sich der Abtraglaser mit der Steuerschaltung sehr rasch abschalten, wodurch un­ nötiger Abtrag noch besser vermieden werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Darstellung der Spektren von an gesunden und kariösen Zahnhartsubstanzen emittierten bzw. gestreuten Licht bei Anregung mit Laserstrahlen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz weist zunächst eine Laserquelle 1 auf, wobei bevorzugt ein solcher Laser eingesetzt wird, der eine im nahen Infrarotbereich liegende Strahlung emittiert. Eine derartige oder ähnliche Laserquelle 1 wird beispiels­ weise schon bisher zum Abtragen von Zahnhartsubstanz be­ nutzt. Am Ausgang der Laserquelle 1 ist eine erste Licht­ leitfaser 2 angeordnet, welche eine gezielte Zuführung des aus der Laserquelle 1 stammenden Laserlichts auf die mit 10 angedeutete Zahnhartsubstanz eines Patienten ermöglicht.

Diese erste Lichtleitfaser 2 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 am freien Ende mit einer Optik 3 zur Fokussie­ rung des Laserstrahls auf das nicht dargestellte Zahnmate­ rial versehen. Gleichzeitig ist diese Optik 3 mit optischen Elementen versehen, welche sie zur Sammlung des vom Zahnma­ terial emittierten bzw. gestreuten Lichts geeignet macht, wobei die Optik zusätzlich auch noch mit Filtern zur Aus­ filterung störender Lichtkomponenten ausgerüstet sein kann. An die Optik 3 ist eine zweite Lichtleitfaser 4 angeschlos­ sen, welche zur Rückführung des von der Zahnsubstanz emit­ tierten bzw. gestreuten Lichts dient. Diese zweite Licht­ leitfaser 4 mündet endseitig in eine allgemein mit 5 be­ zeichnete optische Auswerteeinheit. Die optische Auswerte­ einheit 5 weist nicht dargestellte optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung, d. h. zur wellen­ längenselektiven Detektion des emittierten Lichts, auf (Wellenselektion z. B. durch Filter oder lichtzerlegende Bauteile, wie Prismen oder Gitter). Außerdem sind ein oder mehrere fotoelektrische Detektoren geeignet angeordnet, um die wellenlängenselektive Detektion durchführen zu können.

Wie Fig. 4 zeigt, hat sich nämlich herausgestellt, daß sich die Spektren des von gesunder und kariöser Zahnhart­ substanz emittierten bzw. gestreuten Lichts deutlich von­ einander unterscheiden. Vergleicht man beispielsweise die jeweiligen Spektren (auf der Y-Achse aufgetragen Intensität in willkürlichen Einheiten, auf der X-Achse aufgetragen Energiedifferenz der Lichtquanten relativ zur Anregung), so zeigt sich, daß insbesondere im Bereich von 1000 bis etwa 2500 cm^-1 sehr unterschiedliche Verläufe zwischen den Kurven für gesunde und kariöse Zahnhartsubstanz erhalten werden. Werden in diesem Bereich verteilt beispielsweise ein oder zwei Detektoren in der optischen Auswerteeinheit 5 angeord­ net, so läßt sich aufgrund der von diesen Detektoren er­ mittelten Werte auf einfachste Weise feststellen, ob die jeweils aktuelle untersuchte Zahnsubstanz gesund oder er­ krankt ist, ohne daß es dazu aufwendiger Auswerteelemente bedarf. Evtl. könnten die Detektoren auch so angeordnet oder ausgelegt sein, daß Signale von gesunder und kariöser Zahnhartsubstanz getrennt gemessen und deren Verhältnis(se) zur Ermittlung des Erkrankungszustandes genutzt werden. Selbstverständlich kann die optische Auswerteeinheit 5 auch aufwendiger ausgestaltet werden, wenn eine ganz exakte Dia­ gnose gewünscht wird.

Die optische Auswerteeinheit 5 weist darüber hinaus vor­ zugsweise eine Anzeige- bzw. Registrierungseinrichtung 6 für für detektierte gesunde Zahnsubstanz unübliche Lichtin­ tensitäten auf, um dem Zahnarzt das Diagnoseergebnis mitzu­ teilen bzw. dieses automatisch zu registrieren. Darüber hinaus kann die Einrichtung 6 auch noch mit einer elektri­ schen Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes 11 ausge­ rüstet sein, wenn eine automatische Steuerung des Abtragge­ rätes 11 derart gewünscht wird, daß nur bei erkannten ka­ riösen Defekten das Gerät 11 zum Abtragen kariöser Zahnsub­ stanz aktivierbar ist, d. h. es ist dann möglich, das Gerät 11 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch so zu steuern, daß im wesentlichen nur kariöse Zahnsubstanz von dieser entfernt wird. Das Abtraggerät kann dabei be­ sonders vorteilhaft ein Laser, insbesondere die Laserquelle 1 selbst sein.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vor­ richtung nach Fig. 1 dargestellt, wobei dieselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 verwandt sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Optik 8 zum Anschluß des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser 9 und zur Weiter­ leitung des emittierten bzw. gestreuten Lichts aus der dritten Faser 9 in die zweite Faser 4 am freien Ende der ersten und zweiten Lichtleitfaser 2, 4 vorgesehen. Die dritte Lichtleitfaser 9 dient als Lichtweg sowohl für das aus der Laserquelle 1 kommende Laserlicht als auch für das von der Zahnsubstanz emittierte bzw. gestreute Licht, wel­ ches in der Optik 8 in die zweite Lichtleitfaser 4 gelenkt wird. Am freien Ende der dritten Lichtleitfaser 9 kann eine Linse 7 angeordnet sein.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei wiederum dieselben Bezugs­ zeichen wie in den vorangehenden Figuren verwandt sind, sofern gleiche Teile betroffen sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist bei dieser Variante keine Optik 3 erforderlich, vielmehr sind vorzugsweise konzen­ trisch um das freie Ende der ersten Lichtleitfaser 2 eine oder mehrere Lichtleitfasern 4 für das von der Zahnsubstanz 10 emittierte bzw. gestreute Licht angeordnet. Die Licht­ leitfasern 4 münden dabei direkt in die optische Auswerte­ einheit 5. Diese Ausführungsform führt zu einer besonders raumsparenden Anordnung der in den Mundraum des Patienten einzuführenden Apparatur. Das von der Zahn­ substanz 10 emittierte bzw. gestreute Licht wird dabei von den Lichtleitfasern 4 durch geeignete Anordnung ihrer freien Enden nahe dem freien Ende der ersten Lichtleitfaser 2 aufgefangen.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist insbesondere vorteilhaft noch vorgesehen, daß in den Opti­ ken 3 bzw. 8 und/oder der optischen Auswerteeinheit 5 nicht dargestellte Filter vorgesehen sind, die im Lichtweg des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet sind. Diese Filter dienen zur Unterdrückung reflektierten bzw. gestreu­ ten Laserlichts mit unveränderter Wellenlänge, um eine bes­ sere Auswertung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts zu erreichen, da das zurückgeworfene La­ serlicht normalerweise erheblich intensiver als die aus zu­ wertenden Signale ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbener Zahnrestaurationen gekennzeichnet durch eine Laserquelle (1), an welche eine erste Lichtleitfaser (2) angeschlossen ist, deren freies Ende auf die Zahnsub­ stanz richtbar ist, und eine Einrichtung (3, 4) zum Auffan­ gen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts, welche mit einer optischen Auswerteeinheit (5) ver­ bunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts eine zweite Lichtleitfa­ ser (4) aufweist, welche in die optische Auswerteeinheit (5) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der ersten Lichtleitfaser (2) und der zweiten Lichtleitfaser (4) eine Optik (3) zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der ersten (2) und der zweiten Licht­ leitfaser (4) eine Optik (8) zum Anschließen des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser (9) und zur Weiterleitung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts aus der dritten Lichtleitfaser (9) in die zweite Lichtleitfaser (4) vorgesehen ist, wobei die dritte Lichtleitfaser (9) als Lichtweg für den Laserstrahl und das emittierte bzw. ge­ streute Licht dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (3) und/oder die Optik (8) Elemente zur Fil­ terung des Laserlichts und/oder des emittierten bzw. ge­ streuten Lichts enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der dritten Lichtleitfaser (9) eine wei­ tere Optik (7) zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung des emittierten bzw. gestreuten Lichtes und eine oder mehrere fotoelek­ trische Detektoren aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) eine Anzeige- bzw. Registrierungseinrichtung (6) für für detektierte gesunde Zahnsubstanz unübliche Lichtintensitäten aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) mit einer Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes für kariöse Zahnsubstanz eingerichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (1) als Abtraggerät für kariöse Zahn­ substanz ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz eine weitere, an eine weitere Lichtleitfaser angeschlossene Laserquelle vorgesehen ist.