DE19907888C2 - Verfahren und Einrichtung zur indirekten Bestimmung der Zahnvitalität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 zur indirekten Bestimmung der Zahnvitalität mit thermischen Reizen.

Die indirekte Bestimmung der Vitalität von Zähnen mit thermischen Reizen ist bekannt.

Es werden kalte oder warme Prüfkörper (vereiste Pellets, aus CO₂-Schnee hergestellte Stäbchen oder erhitztes Guttapercha) eingesetzt. Die Prüfkörper werden an den Zahn gedrückt. Der Zahnarzt beobachtet, ob und wie der Patient auf den Kälte- bzw. Wärmereiz reagiert, beispielsweise mit Schmerz, und zieht hieraus seine Schlüsse. Er kann eigentlich nur Ja-Nein-Entscheidungen treffen. Eine differenzierte Beurteilung bzw. quasi-quantitative Beurteilung der Zahnvitalität ist mit diesen Mitteln nicht möglich.

Die Neinentscheidungen sind nicht sicher. Bei schlechtem Kontakt zum Zahn, zu geringer Temperaturdifferenz zwischen Prüfkörper und Zahn oder zu kleiner Wärmekapazität der Prüfkörper ist die Temperaturänderung des Dentins zu gering oder nicht schnell genug, um einen Reiz hervorzurufen. Auch bei der zunehmenden Zahl zahnfarbener Restaurationen, die über Adhäsiv-Verfahren eingegliedert werden, ergeben thermische Verfahren eine niedrige Validität bei geringen Temperaturdifferenzen. Die Verwendung besonders kalter oder heißer Prüfkörper, wie CO₂-Schnee-Stäbchen oder erhitztes Guttapercha, ist andererseits nicht problemlos.

Bei CO₂-Schnee-Applikationen über 2 Sekunden können sich Schmelzsprünge bilden. Außerdem ist der adhäsive Verbund von Füllungsmaterial und Zahnsubstanz aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten gefährdet.

Mit erhitztem Guttapercha besteht die Gefahr einer Koagulation. Zähne reagieren erst ab 43°C auf Wärmereize. Die Koagulationstemperatur beginnt aber bereits mit 48°C.

Neben den thermischen Prüfkörpern sind auch thermoelektrische Einrichtungen auf der Basis von Peltierelementen zum Testen der Zahnvitalität bekannt. In DE 36 31 306 A1 ist eine solche Einrichtung beschrieben. An der Kaltseite des Peltierelements ist ein Kälteblock mit einer Aufnahme für einen Verbindungsstift und an der Warmseite ein Luftwärmetauscher befestigt. Das stabförmige Verbindungsstück, die Prüfspitze, steckt in dem Kälteblock. Das Peltierelement, der Kälteblock und der Luftwärmetauscher sind zusammen mit einem Akku in einem Halter untergebracht. Die Prüfspitze ragt aus dem Halter heraus. Sie besteht aus einem gut wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise Kupfer. Die zylindrische Stirnfläche und der vordere Teil der Spitze sind versilbert. Zum Prüfen wird die Stirnseite der Prüfspitze auf den Zahn aufgesetzt.

Die Zahnvitalitätsprüfung mit den thermoelektrischen Vorrichtungen unterscheidet sich qualitativ nicht von der mit den Prüfkörpern. Es sind ebenso nur Ja-Nein-Aussagen möglich.

US 4,308,012 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen der Vitalität des Zahnmarks, die aus einem thermischen und einem elektrischen Probestab besteht. Die Vorrichtung besteht ferner aus einem Display, auf welchem die Größe einer Zeitdauer angezeigt werden kann, jedoch keine weiteren Parameter, wie Temperatur oder gar ein Temperaturverlauf.

US 4,350,488 beschreibt einen Stab, welcher der Kälte- oder Wärmezufuhr an einen Zahn dient. Eine Auswertung der Zeit und des Wärmekontakts ist hier nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zahnvitalität wesentlich differenzierter als bisher zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Prüfeinrichtung mit einer Prüfspitze und mit einer thermischen Quelle, deren Temperatur zwischen Minus- und Plusgraden einstellbar ist sowie einem Wärmeleitstück zwischen der Prüfspitze und der thermischen Quelle und einem Regelkreis zur Einstellung der Temperatur der Prüfspitze auf einen vorgegebenen Sollwert, wobei an der Prüfspitze wenigstens ein Temperaturfühler angebracht ist und dessen Meßsignal an einen zeitgetakteten Speicher gelegt ist.

Die thermische Quelle kann aus wenigstens einem Peltierelement oder aus der thermischen Kopplung einer mit komprimiertem Gas nach dem Joule-Thomson-Effekt arbeitenden Kühlung und einer Heizung bestehen.

Bei beiden Ausführungen können unterschiedliche kalte oder warme Ausgangstemperaturen innerhalb einer hinreichend großen Bandbreite zuverlässig eingestellt werden. Die Gefahr einer Zahnschädigung wird wesentlich verringert.

In einer vorzugsweisen Ausführung ist der zeitgetaktete Speicher an einen Mikrorechner angeschlossen bzw. der Speicher ist Teil eines Mikrorechners.

Während des Kontakts mit dem Zahn verändert sich die Temperatur des Prüfkörpers bzw. der Prüfspitze. Sie nimmt zu oder ab, je nachdem, ob der Prüfkörper bzw. die Prüfspitze gegenüber der Zahntemperatur zuvor abgekühlt oder erwärmt war. Die nacheinander in kleinen Zeitintervallen gemessenen Temperaturwerte werden gespeichert. Der Temperaturverlauf kann ausgedruckt und von Hand ausgewertet werden. Vorzugsweise werden die besonders interessierenden Auswertungen automatisch mit dem Mikrorechner vorgenommen.

Zur Begrenzung der Meßzeit erhält der Patient einen Schalter und betätigt ihn, sobald er einen Reiz verspürt. Das Schaltsignal beendet die Aufzeichnung der Meßwerte. Bleibt eine Reaktion des Patienten aus, wird die Messung nach einer vorgegebenen Maximalzeit automatisch beendet.

Aus dem Temperaturverlauf über der Meßzeit kann die über die Kontaktstelle fließende Wärmemenge bzw. ein ihr in etwa entsprechender Wert ermittelt werden. Der Anstieg des Temperaturverlaufs ist eine Information über die Geschwindigkeit der Temperaturänderung, d. h., ob sich das zu prüfende Objekt (d. h. der zu prüfende Zahn) schnell abkühlt bzw. erwärmt oder nur langsam.

Vorzugsweise legt der Rechner mit einem speziellen Programmteil den Beginn der Messung automatisch fest. Vor dem Kontakt schwankt die Temperatur der Prüfspitze geringfügig um eine mittlere Temperatur, die sich im Ergebnis von Kühlleistung und Wärmeeintrag (bei kalter Prüfspitze) oder Heizleistung und Wärmeverlust (bei warmer Prüfspitze) einstellt. Mit dem Kontakt zum Objekt ändert sich die Temperatur stetig. Dieser Zeitpunkt wird vorzugsweise automatisch festgestellt.

Der Zahnarzt kann sich die bis zur Reizauslösung erforderliche Applikationszeit und die dazugehörige Intensität des Wärmeaustausches zwischen Zahn und Prüfkörper bzw. -spitze ansehen. Im Vergleich mit Werten, die er an analogen Zähnen desselben Patienten mißt oder aus der Erfahrung her kennt, kann er eine wesentlich differenziertere Entscheidung zur Zahnvitalität treffen als bisher.

Vorzugsweise ist die Prüfeinrichtung mit mehreren Peltierelementstufen und Wasserkühlung ausgerüstet. Dadurch können Temperaturen bis -40°C an der Prüfspitze erreicht werden.

Mit dem einen Temperaturfühler oder vorzugsweise mit einem weiteren, der näher am Peltierelement angebracht ist, und einem Regelkreis kann die Temperatur der Prüfspitze durch Änderung des Stromes durch die Peltierelemente innerhalb der Maximalgrenzen eingestellt werden. Nach Umpolen des Stromes am Peltierelement wird die Prüfspitze beheizt und die gewünschte Temperatur nahe 48°C einstellbar.

Das die Prüfspitze und die Wärmequelle verbindende Wärmeleitstück ist im Inneren des Handstücks vorzugsweise abgeflacht und geschlitzt. Auf beiden Seiten des Flachstücks sind Peltierelemente befestigt. Dadurch entsteht ein konstruktiv fester Verbund. Die federnde Halterung nimmt Wärmespannungen auf. Die Gefahr möglicher Beschädigungen der Peltierelemente wird verringert.

Nach dem Anlegen der Prüfspitze an den Zahn ist die Temperatur der Prüfspitze abhängig vom Wärmestrom durch die Kontaktfläche zum Zahn und von der Zeit. Die Gestaltung des Wärmeleitstücks bestimmt die Geschwindigkeit und die Höhe der Temperaturänderung bei sonst gleichen Randbedingungen sowohl am Zahn als auch an der Prüfspitze. Die gewünschte rasche Abkühlung des Zahnes erfordert einerseits einen geringen Wärmewiderstand des Wärmeleitstücks, andererseits erhöht sich mit steigendem Wärmewiderstand die Meßempfindlichkeit und -genauigkeit der Meßanordnung. Das Wärmeleitstück ist vorzugsweise aus Kupfer gefertigt (geringer Wärmewiderstand) und verjüngt sich zur Spitze hin (Erhöhung der Meßempfindlichkeit).

Bei Verwendung des Joule-Thomson-Effekts zur Kühlung und einer elektrischen Gegenheizung in thermischer Kopplung über das Wärmeleitstück kann die gewünschte Temperatur durch Regelung des Heizstromes eingestellt werden. Mit Hilfe des Regelkreises wird der Heizstrom so lange verändert, bis die vorgegebene Temperatur an der Prüfspitze erreicht ist. Zur Erwärmung der Prüfspitze bis zur oberen Grenztemperatur muß die Kühlung nicht notwendigerweise mittels Unterbrechung der Gaszufuhr abgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäß ausgebildete Prüfeinrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektronischen Auswertung,

Fig. 3 einen gemessenen Temperaturverlauf

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäß ausgebildete Prüfeinrichtung.

Gemäß Fig. 1 besteht die Prüfeinrichtung aus einer Prüfspitze 1, einem Wärmeleitstück 2, zwei mehrstufigen Peltierelementen 3, einem Wärmetauscher 4 mit Anschlüssen zu einer Wasserkühlung und einem Handstück 5. Die Prüfspitze besteht aus Kupfer und ist hart vergoldet. Das Wärmeleitstück 2 ist im vorderen Teil leicht gebogen und im hinteren Teil, der im Handstück 5 liegt, abgeflacht. Die Peltierelemente 3 sind auf den beiden abgeflachten Seiten des Wärmeleitstücks 2 und in einer Aussparung des Wärmetauschers 4 befestigt. Zwischen den Peltierelementen 3 ist das Wärmeleitstück 2 zur Aufnahme von Wärmespannungen federartig geschlitzt. Die elektrischen Zuleitungen zur Prüfeinrichtung sind nicht eingezeichnet.

Es sind drei Temperaturfühler vorgesehen: T1 innerhalb der Prüfspitze 1, T2 im verdickten Teil des Wärmeleitstücks 2 und T3 am Wärmetauscher 4 in der Nähe der Peltierelemente 3.

Der schlanke Teil des Wärmeleitstücks 2 stellt einen definierten Wärmewiderstand zwischen dem auf Solltemperatur befindlichen inneren Teil des Wärmeleitstücks 2 und der Prüfspitze 1 dar und ist leicht gekrümmt, damit die Prüfspitze 1 möglichst senkrecht auf die zu testende Zahnoberfläche aufgesetzt werden kann. In diesem Teil bildet sich während der Messung ein Temperaturprofil heraus, das mit dem Temperaturfühler T1 in Abhängigkeit von der Zeit beobachtet und registriert wird.

Mit weiteren Temperatursensoren auf der Strecke T1 bis T2 kann das Temperaturprofil exakter vermessen werden, und es ergibt sich eine höheren Meßgenauigkeit für die ausgetauschte Wärmeenergie.

Das Signal des Temperaturfühlers T1 liegt gemäß Fig. 2 an einem zeitgetakteten Speicher 6. Er ist an einen Mikrorechner 7 mit wenigstens einer Ausgabeeinheit 8, z. B. Display oder/und Drucker, angeschlossen. Der im Beispiel verwendete zyklische Speicher realisiert eine Speicherzeit von 25 Sekunden für die Temperatur an der Meßspitze. Der älteste Meßwert wird dabei zyklisch vom jüngsten Meßwert überschrieben.

Das Signal des Temperaturfühlers T2 liegt im Vergleich zu einem Sollwert am Eingang einer Regelschaltung, die ein Programmbestandteil des Mikrorechners 7 ist. Die Temperatur des Wärmeleitstücks 2 wird durch Änderung der Stromzufuhr zum Peltierelement 3 eingestellt.

Mit dem Temperaturführer T3 wird die Wärmeentwicklung am Peltierelement 3 überwacht, um ein Überhitzen des Elements auszuschließen.

Aus dem Temperaturverlauf (Fig. 3) ist zu erkennen, daß vor dem Kontakt der Prüfspitze 1 mit dem zu prüfenden Zahn zum Zeitpunkt t1 die mit T1 gemessene Temperatur T um einen Mittelwert schwankt. Danach steigt sie an und nähert sich später asymptotisch einem Endwert. Bereits davor wird die Prüfung zum Zeitpunkt t2 beendet. Die Messung wird in der Regel vom Patienten beendet, indem er einen Schalter bedient, sobald er einen Temperaturreiz empfindet, oder durch Vorgabe einer maximalen Meßzeit.

Ausgewertet werden können: Die Ausgangstemperatur an der Kontaktfläche zum Zahn, die Meßzeit t1 bis t2, der Temperaturgradient (an einem oder mehreren zuvor festgelegten Zeitpunkten nach t1) und die ausgetauschte Wärmemenge. Das Meßgerät stellt den Kontakt der Prüfspitze mit dem Zahn selbsttätig fest. Dazu wird zyklisch ein Mittelwert aus den letzten Meßwerten gebildet und dieser mit der aktuellen Temperatur T1 verglichen. Nach dem Kontakt der Prüfspitze mit dem Zahn hinkt der Mittelwert dem aktuellen Wert hinterher. Übersteigt die Differenz zwischen diesem Mittelwert und der aktuellen Temperatur einen vorher festgelegten Wert ΔT, so wird diesem Meßwert der Zeitpunkt t1 (interner Zeitpunkt) zugeordnet. Durch den zyklischen Speicher sind die Temperaturwerte T1 noch über eine Zeitspanne von wenigstens 10 s vor dem Zeitpunkt t1 erhalten. Der eigentliche Beginn des Wärmeaustausches zwischen Prüfspitze und Zahn t1 wird ausgehend von ti durch Auswertung des Temperaturgradienten berechnet.

Gemäß Fig. 4 wird bei einer zweiten erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung die Kälte durch Entspannung eines Gases wie Kohlendioxid (CO₂) oder Lachgas (NO₂) nach den Joule-Thomson- Effekt bereitgestellt. In dem Handstück 5 ist wieder eine Prüfspitze 1 mit Temperaturfühlern T1 und T2 befestigt. Das im Handstück 5 befindliche Ende des Wärmeleitstücks 2 weist eine Bohrung auf, in die zwei koaxiale Röhrchen 9 und 10 ragen und einen Hohlraum 11 bilden. Das Wärmeleitstück 2 ist gegenüber dem Handstück 5 mit einer Scheibe 12 zentriert und thermisch isoliert gehalten. Seitlich am Wärmeleitstück 2 steckt in einem angelöteten Kupferröhrchen 13 die Heizung 14.

Zur Einrichtung gehört eine Schaltung analog Fig. 2. Der Temperaturfühler T1 ist an den zeitgetakteten Speicher 6 angeschlossen. Der Temperaturfühler T2 und die Heizung 14 liegen an einer Regelschaltung des Rechners 7.

Zum Betrieb strömt in das Röhrchen 9 von einem externen (nicht dargestellten) Behälter aus CO₂- Gas mit einem Druck von ca. 70 bar und entspannt sich durch eine Öffnung 15 in den Hohlraum 11. Das entspannte Gas strömt zwischen dem Außenmantel von Röhrchen 9 und dem Innenmantel von Röhrchen 10 ab und kühlt im Gegenstrom das im Röhrchen 9 ankommende Gas und wird danach ins Freie geleitet. Die nutzbare Tiefsttemperatur bei Verwendung von CO₂-Gas liegt bei -60°C. Unterhalb -70°C bildet sich an der Austrittsstelle des Gases 15 CO₂-Schnee, so daß mit dem dadurch abnehmenden Gasdurchsatz die erforderliche Kälteleistung nicht mehr erreicht wird.

Gegen die Abkühlung arbeitet die Heizung 14. Sie erwärmt das Wärmeleitstück 2. Mit dem Regelkreis wird der Heizstrom auf einen Wert eingestellt, bei dem die an T2 gemessene Temperatur einen vorgegebenen Sollwert zwischen -60°C und +60°C erreicht. Die Temperatur T2 ergibt sich dabei als Gleichgewichtswert zwischen der Kühl- und Heizleistung sowie der Wärmeverluste.

Claims (23)

1. Verfahren zur indirekten Bestimmung der Vitalität von Zähnen unter Verwendung eines thermischen Prüfkörpers und/oder einer Prüfeinrichtung mit einer steuerbaren thermischen Quelle, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Prüfkörpers und/oder der Prüfspitze während des Kontakts mit dem Zahn über der Zeit gemessen und gespeichert und der Temperaturverlauf ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die an einem Zahn gemessenen und/oder ermittelten Werte im Vergleich zu dem an einem analogen Zahn gemessenen und/oder ermittelten Werten ausgewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ausgetauschte Wärmemenge und/oder ein ihr in etwa entsprechender Wert ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Anstieg des Temperaturverlaufs an wenigstens einem Punkt des Temperaturverlaufs ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zeit zwischen dem Beginn des Kontakts (t1) und der Auslösung des Reizes im Zahn (t2) ausgewertet wird.

6. Prüfeinrichtung mit einer Prüfspitze (1) aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer, in einem Handstück (5), mit einer thermischen Quelle, deren Temperatur zwischen Minus- und Plusgraden einstellbar ist, einem Wärmeleitstück (2), der Prüfspitze (1) und der thermischen Quelle sowie einem Regelkreis zur Einstellung der Temperatur der Prüfspitze (1) auf einen vorgegebenen Sollwert, gekennzeichnet dadurch, daß an oder in der Prüfspitze (1) wenigstens ein Temperaturfühler (T1) angebracht ist und dessen Meßsignal an einem zeitgetakteten Speicher (6) gelegt ist.

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß als thermische Quelle wenigstens ein Peltierelement (3) vorgesehen ist.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die thermische Quelle aus der thermischen Kopplung einer nach dem Joule-Thomson-Effekt arbeitende Kühlung (9, 10) mit komprimiertem Gas und einer Heizung (14) besteht.

9. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der wenigstens eine Temperaturfühler (T1) in der Nähe der Kontaktfläche der Prüfspitze (1) liegt.

10. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß dem Peltierelement (3) ein Regelkreis zur Einstellung des Stroms zum Peltierelement (3) zugeordnet ist, wobei die Temperatur des wenigstens einen Temperaturfühlers (T1) oder eines weiteren Temperaturfühlers (T2), der näher am Peltierelement liegt, im Vergleich zu einem Sollwert auf den Eingang des Regelkreises geschaltet sind.

11. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens ein mehrstufiges Peltierelement (3) vorgesehen ist.

12. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Wärmeleitstück (2) an dem im Handstück (5) befindlichen Ende abgeflacht ist und auf beiden abgeflachten Seiten mehrstufige Peltierelemente (3) befestigt sind.

13. Prüfeinrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß das abgeflachte Ende des Wärmeleitstücks (2) zwischen den Peltierelementen (3) federartig geschlitzt ist.

14. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß ein Flüssigkeitswärmetauscher (4) vorgesehen ist.

15. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß am Wärmetauscher (4) in der Nähe zum Peltierelement (3) ein Temperaturfühler (T3) zur Überwachung der zulässigen Maximaltemperatur befestigt ist.

16. Prüfeinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Wärmeleitstück (2) in einer thermisch isolierenden Scheibe (12) im Handstück (5) zentriert und befestigt ist, das Wärmeleitstück (2) am der Prüfspitze (1) entgegengesetzten Ende eine Bohrung aufweist, in die Bohrung ein inneres Röhrchen (9) zur Zuführung von komprimiertem Gas reicht und in die Bohrung ein äußeres Röhrchen (10) zur Abführung des entspannten Gases eingesetzt ist.

17. Prüfeinrichtung nach Anspruch 8 und 16, gekennzeichnet dadurch, daß am Wärmeleitstück (2) eine Heizung (14) angeordnet und thermisch verbunden ist.

18. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der zeitgetaktete Speicher (6) an einen Rechner (7) mit einem Display (8) oder/und einer anderen Ausgabeeinheit angeschlossen und/oder Teil eines Rechners (7) ist.

19. Prüfeinrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet dadurch, daß der Rechner (7) ein Programm zur Ermittlung des Meßbeginns (t1) in Abhängigkeit von der mit dem wenigstens einen Temperaturfühler (T1) gemessenen Temperaturänderung ΔT enthält.

20. Prüfeinrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet dadurch, daß der Rechner (7) ein Programm zur Ermittlung des Meßbeginns (t1) in Abhängigkeit der mit dem wenigstens einen Temperaturfühler (T1) gemessenen Temperaturänderung enthält.

21. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein Schalter zur Begrenzung der Meßzeit (t2) vorgesehen ist, sobald ein Temperaturreiz am Zahn ausgelöst worden ist.

22. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine maximale Meßzeit vorgegeben ist.

23. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Wärmeleitstück (2) aus Kupfer besteht.