DE4015066A1

DE4015066A1 - Vorrichtung und verfahren zur automatischen kontrolle von zahnbehandlungen und chirurgischen eingriffen mit hilfe gepulster laser

Info

Publication number: DE4015066A1
Application number: DE19904015066
Authority: DE
Inventors: Hans Wilhelm Bergmann; Stefan Maria Rosiwal; Wolfgang Hans-Michael Raab
Original assignee: ROSIWAL STEFAN MARIA DIPL ING
Current assignee: ROSIWAL STEFAN MARIA DIPL ING
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1991-11-14

Description

Beschreibung des Verfahrens

Dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, pathologisches Gewebe an schwer zugänglichen Stellen, wie z. B. in den Körperöffnungen, mit Hilfe eines Laserstrahls ohne Beschädigung des gesunden Gewebes zu entfernen.

Bekannt ist aus der Literatur, daß durch die Verwendung von energiereicher Laserstrahlung sich krankhafte Gewebebereiche schmerzfrei und für das umliegende Gewebe weitgehend schonend entfernen lassen (Laserskalpell). Vorteilhafterweise wird dabei die Laserstrahlung mit Hilfe einer Glasfaser an die zu behandelnde Körperstelle herangeführt. Schwierig ist dabei häufig die Beobachtung des Operationsfeldes, auch kann sich die schmerzfreie Behandlung nachteilig auswirken, da der Patient nicht mehr durch Schmerzempfindung feststellt, wenn gesundes Gewebe geschädigt wird. In einigen Fällen gilt es darüber hinaus, die Strahlungsmenge wegen kanzerogener Gefährdung möglichst minimal zu halten. Dies trifft z. B. bei Excimerlasern bei einer Wellenlänge von 248 nm zu. Mit Hilfe der Plasmaspektroskopie wird versucht, Aussagen über die Art des entfernten Gewebes zu gewinnen (M. Frentzen, H. J. Koort, C. Tack, "Bearbeitung von Zahnhartgeweben mit einem UV-Laser unter spektroskopischer Kontrolle", Deutsche Zahnärztliche Zeitschrift 45, 199-201, München 1990). Allerdings ist damit eine Kontrolle der zu behandelnden Fläche und eine Justierung des Bearbeitungskopfes vor dem Laserpuls nicht möglich.

Die oben angesprochenen Probleme werden in der Erfindung vorteilhaft durch die Verwendung des in Bild 1 dargestellten Meßaufbaus gelöst. Die zu belichtende Körperstelle (Probe), die z. B. aus einer Zahnhartsubstanz bestehen könnte, wird mit einem gepulsten Laser, zum Beispiel einem Excimer- oder Festkörper-Laser, über einen Lichtleiter und einen Bearbeitungs-(Meß-)Kopf belichtet. Die Belichtung erfolgt jedoch nicht kontinuierlich, sondern nur gepulst, wobei vor jedem Puls geprüft wird, ob die Stelle auf die der Bearbeitungs-/Meßkopf weist, krankes oder gesundes Gewebe enthält. Über das gleiche Lichtleiterkabel wird die Körperstelle mit weißem Licht einer Xenonlampe kontinuierlich beleuchtet und gleichzeitig wird das vom Gewebe reflektierte Licht über den Lichtleiter und eine Strahlweiche auf ein Gitterspektrometer gelenkt. Hier wird kontinuierlich, mindestens aber 100 mal pro Sekunde, das Spektrum des reflektierten Lichtes bestimmt und das erhaltene Spektrum durch das Spektrum einer Referenzprobe dividiert, wodurch Einflüsse der Lampenschwankung ausgeglichen werden. In einem Rechner befinden sich nun die typischen Spektren der möglicherweise zu berücksichtigenden Gewebearten. Durch Formenvergleich zwischen aktuell gemessenem Spektrum und den gewebespezifischen, vorher abgespeicherten Spektren wird dann 100 mal pro Sekunde entschieden, ob der Meßkopf auf krankhaftes oder gesundes Gewebe zielt und vorteilhafterweise wird nur im Falle, daß es sich um ein Spektrum pathologischen Gewebes handelt, der Laserimpuls freigegeben und das schadhafte Gewebe zerstört (Bild 2). Auf diese Art wird auch das Problem der exakten Positionierung des Bearbeitungskopfes relativ zur zu behandelnden Oberfläche gelöst, da in die Intensität des gemessenen Lichtsignals sowohl der Abstand als auch der Winkel des Meß-/Bearbeitungskopfes relativ zur zu bestrahlenden Oberfläche eingeht.

Ausführungsbeispiel 1

Im Rahmen der Weiterentwicklung des Lasereinsatzes in der Medizintechnik wurde das beschriebene Verfahren im Bereich der Zahnbehandlungen eingesetzt. Bild 2 zeigt einen extrahierten Zahn und die unterschiedlichen Gewebestellen (Dentin, Zahnstein, Zahnschmelz, Karies). Durch differenzreflektometrische Untersuchungen der verschiedenen Gewebebereiche ergeben sich so unterschiedliche Reflexionsspektren, daß eine klare Zuordnung und damit auch eine eindeutige Identifizierung möglich ist.

Damit ergibt sich die Möglichkeit, ca. 100 mal pro Sekunde das Spektrum aufzunehmen und zu entscheiden, ob die Stelle, auf die derzeitig der Meßkopf gerichtet ist, belichtet werden soll. Die Freigabe des Laserpuls erfolgt nur, wenn die gemessene Reflexionskurve in einem gewissen, je nach Gewebe festzusetzenden Bereich um die gespeicherte typische Reflexionskurve des zu entfernenden Gewebes liegt. Bild 3 zeigt dies für die Entfernung von Karies. Die Freigabe des Laserpulses erfolgt nur, wenn die gemessene Reflexionskurve im blau gekennzeichneten Bereich (absolute Abweichung vornehmlich kleiner ±5%) liegt. Eine Freigabe erfolgt nicht, wenn der Bearbeitungskopf ungenau justiert (= zu niedrige Reflexionskurve) ist bzw. Reflexionsspektren von nicht zu bestrahlenden Gewebeteilen wie Gingiva oder Schmelz gemessen werden.

Dies ist vorteilhaft, da nunmehr relativ gefahrlos die schmerz- und geräuschfreie Zahnbehandlung, die besonders im Bereich der Kinderzahnheilkunde anzustreben ist, gefahrlos angewendet werden kann, da selbst bei nicht vollständig kontrollierter Bewegung des Meßkopfes durch den behandelnden Zahnarzt keine wesentliche Schädigung gesunden Gewebes möglich ist.

Ausführungsbeispiel 2

Es ist bekannt, daß man verschiedene kanzerogene Erkrankungen der Haut medikamentös einfärben kann, weil der Farbabbau im gesunden Gewebe schneller als im kanzerogenen Gewebe erfolgt. Es ist weiterhin bekannt, daß durch genaue Selektion der Wellenlänge dafür Sorge getragen werden kann, daß bei Beleuchtung der Haut mit dieser Wellenlänge die Absorption überwiegend nur in dem eingefärbten kanzerogenen Gewebe auftritt. Dies kann jedoch nur bei bestimmten äußerlich leicht zugänglichen Körperbereichen eingesetzt werden.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung läßt sich kanzerogenes Gewebe vorteilhaft auch im Inneren des Körpers oder an anderen schwer zugänglichen Körperstellen entfernen, da einige kanzerogene Gewebe sich von gesundem Gewebe direkt durch die Methode der Differenzreflektometrie unterscheiden lassen bzw. nach medikamentöser Einfärbung von gesundem Gewebe unterscheidbar sind. Auch hier erfolgt die Freigabe des Laserpulses, mit dem das Gewebe zerstört wird, erst nach eindeutiger Identifizierung des Gewebes, auf welches der Meßkopf gerichtet ist. Bei erfindungsgemäßem Handeln wird damit vorteilhafterweise sichergestellt, daß lediglich krankhafte Gewebebereiche entfernt werden und die Belastung des umliegenden Gewebes im Sinne des Patienten auf das minimal Notwendige reduziert wird.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren zur Zahnbehandlung und zu chirurgischen Eingriffen mit Hilfe gespulster Laser, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht an die behandelnde Stelle mit Hilfe eines Lichtleiters geführt wird und über denselben oder einen weiteren parallel angeordneten Lichtleiter die Stelle, auf die der Lichtleiter weist, mit Hilfe der Differenzreflektometrie analysiert wird und nur dann der Laserpuls freigegeben wird, wenn die Reflexionskurve innerhalb eines vorher nach therapeutischen Gesichtspunkten festgelegten Reflexionsbandes liegt.

2. Vorrichtung und Verfahren zur Zahnbehandlung und chirurgischen Eingriffen mit Hilfe gespulster Laser, dadurch gekennzeichnet, daß je nach dem gemessenen Reflexionsspektrum die Dauer des Laserpulses und/oder die Energie pro Puls verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduzierung der Intensität und/oder Reduzierung der Pulslänge dazu benutzt wird, um eine Glättung (z. B. für die Versiegelung von Fissuren) des zuvor behandelten Gewebebereichs zu erzielen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhöhung der Pulsintensität und/oder eine Erhöhung der Pulsanzahl dazu benutzt wird, eine Aufrauhung (z. B. Schaffung von Mikroretensionen zur Verankerung von Füllungsmaterialien) des behandelten Gewebebereiches zu erzielen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduzierung der Intensität und/oder eine Reduzierung der Pulslänge dazu benutzt wird, um eine Koagulation von Blutgefäßen zu erzielen.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Excimer-Laser handelt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Festkörperlaser handelt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um kurzwellige (<1,2 µm) Laserstrahlung handelt, mit der eine kalte Ablation von Gewebe ohne eine für das gesunde Gewebe unzulässige Erwärmung gewährleistet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Kariesbehandlung handelt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Entfernung von Konkrement handelt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem chirurgischen Eingriff um die Entfernung kanzerogenen Gewebes handelt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasertriggerung nach der Auswertung der Differenzreflexionsmessung durch ein Umladen von Kondensatoren des Lasers gewährleistet wird.