DE69918549T2

DE69918549T2 - Gerät zur feststellung von zahnbelag mittels fluoreszenzmessung

Info

Publication number: DE69918549T2
Application number: DE69918549T
Authority: DE
Inventors: Werner Müller; Michael Schöpplein
Original assignee: Hund Helmut GmbH
Current assignee: Hund Helmut GmbH
Priority date: 1998-05-16
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: MXPA00011274A; EP1079731B1; CZ20004296A3; KR20010071278A; GB9810471D0; JP2002515276A; HUP0102865A3; ATE270522T1; CA2333226A1; TW412405B; AU4260699A; EA002899B1; HUP0102865A2; ZA200006676B; CN1309545A; US6485300B1; EA200001075A1; DE69918549D1; WO1999059462A1; EP1079731A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Einrichtung zur Erfassung biologischer Ablagerungen, insbesondere Ablagerungen von Plaque, auf den Oberflächen von Zähnen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung für diesen Zweck, die Fluoreszenzmessungen zur Erfassung derartiger Ablagerungen verwendet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung für diesen Zweck, die in eine Hand- oder elektrisch betätigte Zahnbürste eingebaut werden kann.
Der hier verwendete Begriff "biologische Ablagerungen" bezeichnet allgemein Ablagerungen von Material biologischen Ursprungs, beispielsweise Plaque, Bakterien, Zahnstein, Konkrement, usw., die allgemein als unerwünscht für die Zahnhygiene angesehen werden. Zahnbelag ist eine komplexe organische Ablagerung, die zum Teil durch die Aktivität von Bakterien auf den Zähnen hervorgerufen wird, oder durch Verunreinigung, beispielsweise Lebensmittelablagerungen auf den Zähnen, und stellt einen unerwünschten Precursor für Zahnfäule und die Entwicklung von Zahnkaries dar.
Es ist wünschenswert, derartige Ablagerungen auf den Zähnen zu erfassen, bevor sie entfernt werden, beispielsweise durch Zahnbürsten, da die Erfassung die Bereiche angibt, in denen sich Zahnreinigungsvorgänge konzentrieren sollten. Es kann schwierig sein, derartige Ablagerungen in situ in vivo auf den Zähnen festzustellen. Es ist besonders wesentlich, Zahnbelag zu erfassen. Zur Erfassung von Plaque ist es bekannt, eine Fluoreszenzmessung einzusetzen. Auf diesem Gebiet gibt es zwei übliche Verfahren zur Erfassung von Zahnbelag unter Verwendung von Fluoreszenz, nämlich sekundäre Fluoreszenz und Autofluoreszenz. Bei der sekundären Fluoreszenz werden Zähne, bei denen Zahnbelag vermutet wird, mit einem fluoreszierenden Markierungsmaterial behandelt, welches sich vorzugsweise an Zahnbelag anlagert, und nachdem ein Überschuss des ungebundenen Materials von den Zähnen abgewaschen wurde, wird die Fluoreszenzemission in Reaktion auf Beleuchtung mit einer Anregungsstrahlung des Markierungsmaterials in den Bereichen des Zahns, an welchen es sich mit Plaque verbunden hat, zur Anzeige des Vorhandenseins von Zahnbelag erfasst. W092/06671 und W097/01298 beschreiben typische Verfahren auf Grundlage der sekundären Fluoreszenz sowie Einrichtungen, welche derartige Verfahren einsetzen.
Autofluoreszenzverfahren setzen keinen Fluoreszenzmarkierer ein, sondern erfassen stattdessen die Fluoreszenzemission vom Zahnbelag selbst in Reaktion auf Beleuchtung mit Anregungsstrahlung. US 5382163 , DE 29704185 , DE 29705934 , EP 0774235 , und WO 97/01298 beschreiben Verfahren dieser Art und Einrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren. Typischerweise wird in diesen Veröffentlichungen Autofluoreszenzemission durch Zahnbelag bei Emissionswellenlängen oberhalb von ca. 600 nm erfasst, und dem Vorhandensein von Zahnbelag zugeordnet. Insbesondere wird in der Vorrichtung gemäß US 5382163 die Lumineszenz von dem Zahnbelag bei Wellenlängen zwischen 375 nm und 575 nm angeregt.
Es sind auch optische Verfahren zur Erfassung von Zahnkaries bekannt, also jener Zahnerkrankung, die sich infolge der Tatsache ergeben kann, dass Plaque nicht entfernt wird. Typische Verfahren dieser Art sind beispielsweise beschrieben in der US 4290433 , EP 0862897 und WO 97/42869, jedoch erfassen diese Verfahren nicht Plaqueablagerungen selbst.
Diese Verfahren und Einrichtungen, die im Stand der Technik zur Erfassung von Plaque beschrieben wurden, haben sich als nicht optimal herausgestellt, insbesondere dann, wenn relativ wenig Plaque vorhanden ist, also in einem Zustand, in welchem die Zahnreinigung am besten durchgeführt wird, um früh Ablagerungen von Plaque zu entfernen, bevor sie größer werden. Plaqueablagerungen haben unterschiedliche Eigenschaften, die von Person zu Person variieren, so dass es wünschenswert ist, ein System zur Verfügung zu stellen, welches "persönlich angepasst" werden kann. Verfahren, welche den Einsatz fluoreszenter Markierungsmaterialien bei Zähnen benötigen, sind prima facie unbequem.
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Erfassung biologischer Ablagerungen auf Zähnen in Vivo, die zumindest teilweise die Probleme beim Stand der Technik überwindet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur Erfassung biologischer Ablagerungen auf der Oberfläche eines Zahns gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Die Test-Zahnoberfläche kann jede Zahnoberfläche im Mund des Benutzers sein, von der angenommen oder vermutet wird, dass auf ihr eine biologische Ablagerung wie beispielsweise Plaque vorhanden ist, oder welche der Benutzer in Bezug auf das Vorhandensein von Plaque untersuchen möchte, normalerweise mit der Absicht, derartige Ablagerungen beispielsweise durch Verwendung einer Zahnbürste zu entfernen.
Zur Vereinfachung wird nachstehend eine Zahnoberfläche, von der bekannt ist, dass auf ihr weniger biologische Ablagerungen vorhanden sind als auf der Test-Zahnoberfläche, als "saubere" Zahnoberfläche bezeichnet. Auf einer sauberen Zahnoberfläche können biologische Ablagerungen vorhanden sein, jedoch quantitativ weniger als auf der Test-Zahnoberfläche vorhanden sind, oder sie ist vorzugsweise frei oder im wesentlichen frei von biologischen Ablagerungen.
Die Einrichtung gemäß diesem Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Zahnoberfläche, die frei von biologischen Ablagerungen ist, wenn sie mit Anregungsstrahlung beleuchtet wird, eine starke und einfach erfassbare Autofluoreszenzemission aussendet, üblicherweise mit einem Intensitätsspitzenwert bei ca. 450 nm, jedoch mit beträchtlicher Intensität bei höheren Wellenlängen, und dass diese Autofluoreszenzemission stark durch das Vorhandensein selbst kleiner Mengen biologischer Ablagerungen, beispielsweise Zahnstein, auf der Zahnoberfläche abgeschwächt wird, so dass die Intensität dieser Autofluoreszenz verringert ist, wenn biologische Ablagerungen auf der Zahnoberfläche vorhanden sind. Weiterhin wurde festgestellt, dass diese charakteristische Autofluoreszenz durch andere Merkmale der Zahnoberfläche relativ wenig beeinflusst wird, beispielsweise die Farbe oder das natürliche Reflexionsvermögen der Zähne, infolge beispielsweise natürlicher Schwankungen, des Alters, des Geschlechts, Ablagerungen vom Tabakrauchen usw., so dass die Einrichtung und das Verfahren, welches sie einsetzt, im wesentlichen durch Schwankungen zwischen den Zähnen einzelner Personen, welche die Einrichtung einsetzen, nicht beeinflusst werden. Weiterhin wird vom Hauptanteil im Handel erhältlicher Zahnpasten angenommen, dass sie keine Fluoreszenz in Reaktion auf Beleuchtung mit Strahlung aussenden, die Fluoreszenzemission von Zahnoberflächen oder darauf befindlichen, biologischen Ablagerungen hervorruft, und dass ihre Spektren von jenen des Zahnschmelzes abweichen, so dass von ihnen nicht angenommen wird, dass sie den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung stören.
Obwohl zum Zwecke der Anregung von Fluoreszenz die bevorzugte Wellenlänge für die Anregungsstrahlung unterhalb von 420 nm liegt, kann Strahlung mit einer derartig kurzen Wellenlänge in einigen Fällen für das Zahngewebe schädlich sein. Daher liegt aus Sicherheitsgründen die Anregungsstrahlung vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 470 ± 40 nm. Geeignete und bevorzugte Beleuchtungsvorrichtungen werden nachstehend mit mehr Einzelheiten erläutert.
Eine Zahnoberfläche, die frei von biologischen Ablagerungen ist, sendet eine Fluoreszenzemission im Wellenlängenbereich oberhalb von 420 nm aus, typischerweise wie in 1 gezeigt, mit einem Intensitätsspitzenwert oberhalb von ca. 450 nm. Daher kann die Nachweisvorrichtung die Fluoreszenzemission bei derartigen Wellenlängen oberhalb von 420 nm erfassen.
Geeignet, unter anderem zu dem Zweck, die Anregungsstrahlung von der Fluoreszenzemission zu unterscheiden, erfasst die Detektorvorrichtung Fluoreszenzemissionsstrahlung bei einer Wellenlänge von oberhalb von 520 nm. Bei diesen Wellenlängen ist die Autofluoreszenzemission von der Oberfläche von Zähnen, die frei oder im wesentlichen frei von biologischen Ablagerungen sind, immer noch stark. Es wird vorgezogen, die Fluoreszenzemissionsstrahlung bei einer Wellenlänge oberhalb von ca. 530 nm zu messen, beispielsweise über den Bereich von 530–630 nm.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Vergleichs der relativen Intensitäten der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche mit jenen von einer sauberen Zahnoberfläche kann ein elektronisches Signal- und Datenverarbeitungssystem aufweisen, das ein elektronisches Signal entsprechend der Autofluoreszenzemission verarbeitet. Vorzugsweise misst das System die Fläche unter dem Intensitäts/Wellenlängendiagramm. Geeignete Signal- und Datenverarbeitungssysteme, welche dies ermöglichen, sind auf diesem Gebiet wohlbekannt.
Die Intensität der Autofluoreszenz von einer sauberen Zahnoberfläche kann auf eine Anzahl von Arten bestimmt werden.
Bei einer Konstruktion der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Intensität der Autofluoreszenzemission von keine oder im wesentlichen keine biologischen Ablagerungen aufweisenden Zahnoberflächen als Konstante für eine vorgegebene Intensität der Anregungsstrahlung zwischen einzelnen Personen behandelt werden, wie voranstehend erwähnt. Eine derartige Intensität kann experimentell bestimmt werden, und kann als Bezugsstandard in der Einrichtung mit diesem Aufbau gespeichert werden, und an einen Benutzer geliefert werden, beispielsweise in der Elektronik und/oder Software der Einrichtung gespeichert sein.
Bei einer alternativen Konstruktion kann die Einrichtung am Anfang bei der Zahnoberfläche eines Benutzers eingesetzt werden, von der angenommen wird, dass sie eine saubere Zahnoberfläche ist, beispielsweise bei der Krone eines Zahns, oder einem Vorderzahn, beispielsweise einem Schneidezahn, an dem sich üblicherweise keine oder relativ geringe biologische Ablagerungen wie Zahnstein ansammeln. In vielen Fällen können derartige "saubere" Oberflächen als im wesentlichen keine biologischen Ablagerungen aufweisenden Zahnoberflächen angesehen werden. Die Intensität der Autofluoreszenzemissionen von einer sauberen Oberfläche kann gemessen werden, und als Grundlage für den Vergleich mit der Intensität der Emission von der Test-Zahnoberfläche eingesetzt werden. Nachdem die Einrichtung zuerst bei einer sauberen Zahnoberfläche des Benutzers eingesetzt wurde, kann die Einrichtung daraufhin bei der Test-Zahnoberfläche eingesetzt werden, und wird ein Vergleich zwischen der Autofluoreszenz, die an der sauberen Zahnoberfläche gemessen wurde, und jener an der Test-Zahnoberfläche durchgeführt.
Bei einer anderen, alternativen Konstruktion kann die Nachweisvorrichtung zwischen Orten auf den Zähnen des Benutzers beweglich sein, beispielsweise über die Oberflächen der Zähne des Benutzers, beispielsweise über mehrere oder sämtliche der Zähne des Benutzers, so dass im Verlaufe dieser Bewegung die Anregungsstrahlung auf mehrere Zahnoberflächen auf denselben oder unterschiedlichen Zähnen gerichtet wird. Bei diesen Oberflächen ist es wahrscheinlich, dass sie sich in Bezug auf die Menge biologischer Ablagerungen auf ihnen unterscheiden, so dass einige Oberflächen relativ weniger biologische Ablagerungen auf sich aufweisen, in dem Ausmaß, dass einige derartige Oberflächen "saubere" Oberflächen relativ zur Test-Zahnoberfläche darstellen. So kann beispielsweise die Nachweisvorrichtung zwischen Bereichen an der Basis der Zähne und Bereichen beispielsweise auf den Kronen der Zähne bewegbar sein, oder zum Beispiel auf Vorderzähnen, die wie erläutert eher dazu neigen, im wesentlichen frei von biologischen Ablagerungen zu sein. Dies wird als eine "dynamische" Messung bezeichnet, nämlich Arbeiten durch eine Bewegung der Vorrichtung über die Zähne des Benutzers.
Wenn das Gerät gemäß der Erfindung mit dieser Konstruktion über die Zahnoberfläche des Mundes des Benutzers bewegt wird, gelangt sie zu Bereichen der Test-Zahnoberfläche, an denen biologische Ablagerungen vorhanden sind, und auch zu sauberen Bereichen der Zähne. Dies führt dazu, dass die Intensität der Fluoreszenzemissionsstrahlung, die von der Nachweisvorrichtung erfasst wird, wenn sie um den Mund des Benutzers über die Zahnoberflächen bewegt wird, sich zwischen Minima, welche Test-Zahnoberflächen repräsentieren, an denen eine biologische Ablagerung vorhanden ist, und zwischen Maxima ändert, wenn saubere Zahnoberflächen vorhanden sind. Die Änderung der Fluoreszenzemission, die festgestellt wird, wenn sich die Vorrichtung um den Mund des Benutzers bewegt, zeigt daher wahrscheinlich eine Gruppe von Intensitätspeaks und/oder Plateaus (nachstehend zusammengefasst als "Peaks" bezeichnet) im Verlauf der Zeit, und diese Peaks zeigen Änderungen zwischen Bereichen von Test-Zahnoberflächen mit biologischen Ablagerungen und sauberen Zahnoberflächen, wobei relativ niedrige Peaks bei den erstgenannten und relativ hohe Peaks bei den letztgenannten auftreten. Die Höhendifferenz zwischen diesen relativ niedrigen und hohen Peaks repräsentiert die Differenz der Menge biologischer Ablagerungen auf den Test-Zahnoberflächen. Mit der Vorrichtung und dieser Konstruktion kann es möglich sein, das Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf einer Test-Zahnoberfläche eines einzelnen Zahns zu erfassen.
Alternativ kann durch Erfassung der Fluoreszenzemissionspeaks über einen Zeitraum, in welchem sich die Vorrichtung über mehrere Zähne oder sämtliche Zähne des Benutzers bewegt, das Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf einer oder mehreren Test-Zahnoberflächen erfasst werden. Dies gibt eine Anzeige "für den gesamten Mund" des Vorhandenseins von Ablagerungen, zeigt also das Vorhandensein von Ablagerungen irgendwo im Mund des Benutzers, wobei jedoch möglicherweise kein exakter Ort auf einem bestimmten Zahn angegeben wird.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, beispielsweise mit Hilfe innerer Elektronik und/oder Software, dass eine Impulshöhenanalyse (eine bekannte Vorgehensweise) zur Messung der Differenz zwischen höchsten und niedrigsten Peaks eingesetzt wird. Ändert sich diese Differenz, wird sie nämlich kleiner, während des Vorgangs einer Zahnreinigung, beispielsweise beim Zahnbürsten, so zeigt dies an, dass Ablagerungen vorhanden sind und entfernt werden, wenn immer mehr Zahnoberflächen sauber werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, beispielsweise erneut unter Einsatz von Impulshöhenanalyse, den Mittelwert zwischen höchsten und niedrigsten Peaks zu messen. Nimmt dieser Mittelwert zu, wenn immer mehr der Zahnoberflächen sauber werden, während des Vorgangs des Zahnbürstens, so zeigt dies an, dass Ablagerungen vorhanden sind und entfernt werden.
Wahrscheinlich sind auch "falsche" Minima der Fluoreszenzemission vorhanden, wenn die Beleuchtungsvorrichtung nicht die Anregungsstrahlung auf Zahnoberflächen richtet, und/oder die Nachweisvorrichtung nicht so angeordnet ist, dass sie Fluoreszenzemission von Zahnoberfläche erfasst. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Beleuchtungsvorrichtung und/oder die Nachweisvorrichtung auf Zwischenräume bei den Zähnen gerichtet sind, oder sich in deren Nähe befinden, auf andere Teil des Mundes als Zähne gerichtet sind, oder auf Zahnfüllungen, usw. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann so ausgebildet sein, dass sie derartige falsche Minima ignoriert, also jeden Fluoreszenzintensitätspeak unterhalb eines festgelegten, bestimmten Wertes, so dass beispielsweise nur auf Intensitätspeaks innerhalb bestimmter, festgelegter Grenzen reagiert wird, die jenen Grenzen entspre chen, innerhalb derer Fluoreszenzemission von Zahnoberflächen tatsächlich erwartet wird.
Daher kann die Nachweisvorrichtung so ausgebildet sein, dass sie
eine Fluoreszenzemission während eines Zeitraums erfasst, in welchem sich die Nachweisvorrichtung von einem Zahnbereich zu einem oder mehreren anderen Zahnbereichen bewegt;
Peaks der Emissionsintensität im Verlauf der Zeit erfasst;
und die Höhen derartiger Peaks misst und vergleicht.
Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie die Differenz zwischen der Höhe der niedrigsten und der höchsten derartiger Peaks misst, und diese Differenz dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen zuordnet, die dann dem Benutzer angezeigt werden. Zum Beispiel kann eine Differenz von 5–90 % auftreten, beispielsweise 5–50 %. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie die Differenz zwischen der Höhe der niedrigsten und der höchsten derartiger Peaks misst, dann den Mittelwert berechnet, und einen Anstieg dieses Mittelwerts dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen zuordnet, die dann dem Benutzer angezeigt werden. Typischerweise kann eine Erhöhung des Mittelwerts von 5–90 % auftreten, beispielsweise 5–50 %.
Die Erfassung derartiger Peaks der Fluoreszenzemissionsintensität, und die Messung und der Vergleich der Peakhöhen, sind einfach angesichts der Fähigkeit moderner Nachweis-, elektronischer und Datenverarbeitungssysteme.
Bei einer anderen alternativen Konstruktion kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Nachweisvorrichtung versehen sein, um Fluoreszenzemission von zwei voneinander beabstandeten Bereichen einer Zahnoberfläche zu erfassen, und die relativen Intensitäten der Fluoreszenzemission von diesen zwei voneinander beabstandeten Oberflächen zu vergleichen, damit irgendeine derartige Differenz dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Zahnoberfläche zugeordnet wird, und das Vorhandensein derartiger Ablagerungen dem Benutzer angezeigt wird.
Wenn die Entfernung, um welche die beiden Bereiche voneinander beabstandet sind, geeignet gewählt ist, wird es wahrscheinlich, dass dann, wenn sich auf einem der Bereiche biologische Ablagerungen befinden, der andere ein sauberer Bereich ist. Eine geeignete, maximale Entfernung der beiden Bereiche kann bis zu der Höhe gehen, also der Entfernung von dem Übergang mit dem Zahnfleisch (also dem Zahnfleischrand) bis zur Krone des Zahns. Der Zahns. Der Abstand dieser beiden Bereiche kann typischerweise daher von ca. 2,0 mm bis zur Höhe eines Zahns betragen, beispielsweise 2–20 mm.
Die Vorrichtung mit dieser Konstruktion kann zwei Nachweisvorrichtungen aufweisen, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass dann, wenn die Vorrichtung in den Mund eingeführt ist, eine der beiden Nachweisvorrichtungen wahrscheinlich in der Nähe eines Zahns an oder in der Nähe der Zahnfleischlinie angeordnet ist, und sich die andere an der Krone des Zahns oder in deren Nähe befindet. Wenn beispielsweise die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen Zahnbürstenkopf aufweist, können die beiden Nachweisvorrichtungen über die Breite (also Richtung senkrecht zur Entfernung von Kopf bis Handgriff) des Zahnbürstenkopfes angeordnet sein, so dass dann, wenn der Kopf zum Bürsten der Zähne verwendet wird, die beiden Nachweisvorrichtungen wahrscheinlich wie voranstehend geschildert angeordnet werden.
Die Vorrichtung kann zumindest zwei Nachweisvorrichtungen aufweisen, von denen zumindest zwei um die voranstehend angegebenen Entfernungen voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise wird der Nachweis der Fluoreszenzemission von den beiden, voneinander beabstandeten Entfernungen gleichzeitig durchgeführt. Jede Differenz zwischen den Intensitäten der Fluoreszenzemission, die an den beiden beabstandeten Bereichen erfasst wurden, kann dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen zugeordnet werden. Selbstverständlich kann die Situation auftreten, dass im Gebrauch einer der beabstandeten Bereiche, beispielsweise eine von zwei oder mehreren Nachweisvorrichtungen, nicht an einer Position zur Erfassung von Fluoreszenzemission von einer Zahnoberfläche angeordnet ist, beispielsweise wenn sie sich in der Nähe eines Zwischenraums der Zähne befindet, von Mundgewebe, Füllungen, usw. In einem derartigen Fall ist es wahrscheinlich, dass die Differenz der Intensität der Fluoreszenzemission, die an den beabstandeten Bereichen erfasst wird, die Maximaldifferenz überschreitet, deren Auftreten man zwischen einer Test-Zahnoberfläche mit einer biologischen Ablagerung hierauf und einer reinen Oberfläche erwarten würde, und kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie sämtliche Differenzen ignoriert, die größer sind als ein vorgegebener, bestimmter Wert, so dass sie beispielsweise nur auf Differenzen zwischen bestimmten, festgelegten Grenzen reagiert.
In der Praxis kann es auftreten, dass selbst dann, wenn die gesamte Zahnoberfläche "sauber" ist, Unterschiede in Bezug auf die Fluoreszenzemission von unterschiedlichen Bereichen des Zahns vorhanden sein können. Insbesondere kann ein Gradient der Fluoreszenzintensität entlang der Vertikal achse des Zahns auftreten, wobei man eine höhere Intensität in dem Bereich am Zahnhalsrand oder Zahnfleischrand in der Nähe der Basis des Zahns beobachtet als an der Schneidezahnspitze oder der Krone des Zahns. Dieser Gradient kann durch das Vorhandensein biologischer Ablagerungen wie beispielsweise Plaques beeinflusst werden, da man eine stärkere Ansammlung von Ablagerungen in der Nähe der Basis des Zahns erwartet. Daher kann der Gradient steiler bei einem Zahn sein, bei welchem biologische Ablagerungen vorhanden sind, als dies der Fall für einen sauberen Zahn ist. Daher kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung so ausgebildet sein, dass sie das Vorhandensein eines derartigen Gradienten beobachtet, und/oder einen derartigen Gradienten misst, wenn sich die Vorrichtung von einem Teil einer Zahnoberfläche zu einem anderen bewegt. So kann beispielsweise die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie Änderungen eines derartigen Gradienten erfasst und/oder misst, beispielsweise eine Verringerung der Steilheit dieses Gradienten, während eines Vorgangs der Zahnreinigung, da dann, wenn biologische Ablagerungen von beispielsweise der Basis des Zahns entfernt werden, der Gradient der Fluoreszenzemissionsintensität zwischen der Basis und der Krone abnehmen wird. Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie dies zur Anzeige des Vorhandenseins biologischer Ablagerungen auf einer Test-Zahnoberfläche einsetzt.
Die Vorrichtung ist besonders gut dazu geeignet, biologische Ablagerungen auf einem einzelnen Zahn festzustellen, und kann auch dazu geeignet sein, Ablagerungen auf Zähnen irgendwo unter mehreren Zähnen oder unter sämtlichen Zähnen des Benutzers festzustellen, wobei beispielsweise dem Benutzer eine Anzeige "für den gesamten Mund" des Vorhandenseins biologischer Ablagerungen irgendwo im gesamten Mund des Benutzers gegeben wird.
Die Einstellung und Kalibrierung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, beispielsweise die Einstellung der Grenzen für die Fluoreszenzemissionsintensität, die erfasst und gemessen werden soll, und dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf Test-Zahnoberflächen zugeordnet ist, die Einstellung der Intensitätsgrenzen, zwischen denen das Gerät reagiert, usw., ist eine Frage der Auslegung für jede spezielle Konstruktion des Geräts gemäß der Erfindung. Unter Verwendung moderner Elektronik und intern eingebetteter Software kann dies einfach durch Vorrichtungen innerhalb des Fachwissens von Fachleuten auf diesem Gebiet erzielt werden. So kann beispielsweise die Vorrichtung gemäß der Erfindung so eingestellt werden, dass sie auf eine Differenz eines vorgegebenen Prozentsatzes zwischen Fluoreszenzemissionsintensitäten von sauberen Zahnoberflächen und Test-Zahnoberflächen reagiert, auf welchen eine biologische Ablagerung vorhanden ist. So kann beispielsweise die Vorrichtung so eingestellt sein, dass sie auf eine Differenz im Bereich von 1–90 % reagiert, beispielsweise im Bereich von 1-5 %, oder 1–10 %, oder 1–20 %, oder 30 Prozent oder mehr, zwischen Fluoreszenzemissionsintensitäten von sauberen Zahnoberflächen und Test-Zahnoberflächen, auf welchen eine biologische Ablagerung vorhanden ist.
Die Vorrichtung zum Zuordnen des Vergleichs, der so erhalten wurde, zum Vorhandensein biologischer Ablagerungen, beispielsweise Zahnbelag auf der Test-Zahnoberfläche, kann auch ein Signal/Datenverarbeitungssystem aufweisen, das so programmiert ist, dass es eine Differenz der Intensität der Autofluoreszenzemission, hervorgerufen von der Test-Zahnoberfläche, und jener, die Autofluoreszenzemission von einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen wie beispielsweise Plaque zugeordnet. Dieses Signal/Datenverarbeitungssystem kann eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung ("ASIC") aufweisen, die in die Vorrichtung eingebaut ist. So kann beispielsweise das Datenverarbeitungssystem jede derartige Differenz dem Vorhandensein von Ablagerungen wie beispielsweise Plaque zuordnen. Alternativ kann das Datenverarbeitungssystem so programmiert sein, dass es nur Differenzen, die größer als ein vorbestimmtes Ausmaß sind, dem Vorhandensein von Ablagerungen wie beispielsweise Plaque zuordnet, beispielsweise innerhalb der voranstehend erwähnten Grenzen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsache, dass Zahnbelag auf einer Zahnoberfläche seine eigene, inhärente Autofluoreszenz aufweist, wie beispielsweise beschrieben im Stand der Technik, der voranstehend genannt wurde, beispielsweise US 5382163 , DE 29704185 , DE 29705934 , EP 0774235 , und auch WO 97/01298, welche Wellenlängen beschreiben, bei welchen derartige Autofluoreszenz ausgesandt wird, beispielsweise oberhalb von 600 nm.
Autofluoreszenzemission, wenn biologische Ablagerungen auf Zahnoberflächen, von denen angenommen wird, dass es sich um Zahnbelag handelt, mit Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von ca. 500 nm beleuchtet werden, vorzugsweise kleiner als 450 nm, wurde entdeckt, mit Emissionsmaxima zwischen ca. 530 nm und ca. 630 nm, insbesondere mit zwei Emissionsmaxima, einem Maximum bei ca. 540–550 nm, und einem anderen bei ca. 610–620 nm. Es wird angenommen, dass die Entdeckung dieser zwei Maxima neu ist.
Wenn nur eine kleine Menge an biologischer Ablagerung auf den Zähnen vorhanden ist, dann kann die Autofluoreszenz, die Zahnoberflächen zugeord net ist, die frei oder im wesentlichen frei von biologischen Ablagerungen sind, so intensiv sein, dass die Autofluoreszenzemission von der Ablagerung selbst oder ihren Bestandteilen wie beispielsweise Zahnbelag nicht beobachtet wird, also verdeckt wird durch die Autofluoreszenz, die dem Zahnoberflächenmaterial selbst zugeordnet ist. Wenn jedoch die Menge an biologischen Ablagerungen, beispielsweise Plaque, im wesentlichen zunimmt, bis diese Autofluoreszenz eine solche Intensität aufweist, dass sie erfasst werden kann, trotz der Autofluoreszenz, welche Zahnoberflächen zugeordnet ist, die frei oder im wesentlichen frei von biologischen Ablagerungen sind. Wenn die Ablagerung sehr dick ist oder alt, dominiert die Autofluoreszenzemission von der Ablagerung selbst oder ihren Bestandteilen, und kann einfach trotz der Autofluoreszenz gemessen werden, die dem Zahnoberflächenmaterial selbst zugeordnet ist.
Daher existiert ein Kontinuum, und zwar in der Hinsicht, dass dann, wenn nur kleine Mengen an Ablagerungen oder nur eine dünne Schicht aus biologischen Ablagerungen vorhanden ist, die Einrichtung und das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wie voranstehend geschildert dazu eingesetzt werden können, die biologische Ablagerung zu erfassen, und dann, wenn mehr biologische Ablagerungen vorhanden sind, die Messung der Autofluoreszenzemissionen von der biologischen Ablagerung oder ihren Bestandteilen wie beispielsweise Plaque selbst eingesetzt werden kann.
Daher weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Einrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich auf:
eine zweite Nachweisvorrichtung zur Erfassung der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche bei einer Wellenlänge, die der Autofluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen auf einer Zahnoberfläche zugeordnet ist, und
eine Vorrichtung, die dazu dient, diese Autofluoreszenzemission zum Vorhandensein einer biologischen Ablagerung auf der Test-Zahnoberfläche in Beziehung zu setzen; und
eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Vorhandenseins der biologischen Ablagerung an einen Benutzer der Einrichtung.
Vorzugsweise ist die zweite Nachweisvorrichtung dazu ausgebildet, die Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche bei einer Wellenlänge zu erfassen, die der Autofluoreszenzemission von Zahnstein auf der Zahnoberfläche zugeordnet ist.
Diese Nachweisvorrichtung kann die Autofluoreszenzemission von den biologischen Ablagerungen mit den Wellenlängen erfassen, die der Autofluoreszenz von Zahnstein zugeordnet sind, wie dies im voranstehend angegebenen Stand der Technik beschrieben wird. Vorzugsweise erfasst die Vorrichtung eines oder beide der Emissionsmaxima zwischen ca. 530 nm und ca. 630 nm wie voranstehend angegeben.
Der Einsatz dieser Autofluoreszenzemission, der voranstehend ausgeführt wurde, von biologischen Ablagerungen wie beispielsweise Zahnbelägen auf Zahnoberflächen wird selbst als neu angesehen. Daher kann eine Einrichtung zur Erfassung biologischer Ablagerungen auf einer Test-Oberfläche eines Zahns, insbesondere von Zahnstein, aufweisen:
eine Nachweisvorrichtung zum Nachweis der Autofluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen auf einer Test-Zahnoberfläche zwischen ca. 530 nm und ca. 630 nm;
eine Vorrichtung, die dazu dient, diese Autofluoreszenzemission von den biologischen Ablagerungen in einen Zusammenhang mit dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche zu setzen; und
eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Vorhandenseins biologischer Ablagerungen an einen Benutzer der Einrichtung.
Der Nachweis der Autofluoreszenz kann an einem oder beiden der voranstehend erwähnten Emissionsmaxima durchgeführt werden, wobei das eine bei ca. 540–550 nm liegt, und das andere bei ca. 610–620 nm.
Vorzugsweise wird die Autofluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen hervorgerufen durch eine Vorrichtung zum Richten von Anregungsstrahlung auf eine Test-Zahnoberfläche. Diese Anregungsstrahlung kann Anregungsstrahlung bei jener Wellenlänge sein, die in der Einrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingesetzt wurde.
Die Beleuchtungsvorrichtung für die voranstehenden Aspekte und bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Lichtemissionsvorrichtung aufweisen, beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), welche Strahlung im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums aussenden kann, die vorzugsweise Strahlung zwischen 430 und 500 nm enthält. Derartige LEDs, die Strahlung bei 480 ± 50 nm aussenden, im Handel erhältlich. Die LED sollte vorzugsweise eine geringe Leistung zum Minimieren des Stromverbrauchs aufweisen, und es sind LEDs geeignet, die bei einem Strom von 5–20 mA arbeiten.
Die Anregungsstrahlung von einer derartigen LED kann auf die Zahnoberfläche durch eine Lichtführung gerichtet werden, beispielsweise einen oder mehrere Lichtleiter, beispielsweise ein Bündel. Herkömmliche, im Handel verfügbare Lichtleiter können eingesetzt werden, und vorzugsweise werden zum Einführen in den Mund des Benutzers Kunststofffasern anstelle von Glasfasern verwendet, um jedes Risiko eines Bruchs oder von Kratzern beim Zahnfleisch des Benutzers oder bei anderen Teilen des Mundgewebes des Benutzers zu minimieren. Geeignete Materialien für den Lichtleiter sollten keine Fluoreszenz bei Bestrahlung mit der Anregungsstrahlung aussenden. Lichtleiter von ca. 0,25–2,0 mm (also 200 Mikrometer bis 2,0 mm) haben sich als für diesen Zweck geeignet herausgestellt, und ein Bündel aus diesen bis zu einer Größe von ca. 4 mm hat sich als geeignet herausgestellt, abhängig von der Fläche der Zahnoberfläche, die in Bezug auf biologische Ablagerungen wie Zahnbelag untersucht werden soll. Es kann sinnvoll sein, optische Filter in dem optischen Weg zwischen der Lichtaussendevorrichtung und der Test-Zahnoberfläche vorzusehen, um sicherzustellen, dass Anregungsstrahlung mit Wellenlängen, die Fluoreszenzemission hervorruft, vorzugsweise auf die Test-Zahnoberfläche gerichtet wird. Es kann ebenfalls geeignet sein, eine Fokussieroptik, beispielsweise eine oder mehrere Linsen, in dem optischen Weg zwischen der Lichtaussendevorrichtung und der Test-Zahnoberfläche vorzusehen, um sicherzustellen, dass Anregungsstrahlung auf die Test-Zahnoberfläche fokussiert wird und sich dort konzentriert.
Wenn die Beleuchtungsvorrichtung Strahlung mit einer Wellenlänge von unterhalb ca. 420 nm aussendet, dann wird aus Sicherheitsgründen vorgezogen, ein Abschneidefilter vorzusehen, um zu verhindern, dass derartige Strahlung das Gewebe des Benutzers erreicht. Geeignete Filter dieses Typs sind bekannt. Eine geeignete Art von Filter ist ein dichroitisches Filter, beispielsweise dichroitische Spiegel, die an der Wellenlänge der Anregungsstrahlung reflektieren, und an der Wellenlänge der ausgesandten Fluoreszenzstrahlung durchlässig sind, und wird als kostengünstige und bequeme Art und Weise zum Abschneiden derart kurzwelliger Strahlung bevorzugt.
Die Detektorvorrichtung kann jeden herkömmlichen Detektor aufweisen, beispielsweise eine Halbleiterphotodiode. Es kann geeignet sein, optische Filter in dem optischen Weg zwischen dem Detektor und der Test-Zahnoberfläche vorzusehen, um sicherzustellen, dass Fluoreszenzemission vorzugsweise zum Detektor geführt wird. Es kann ebenfalls sinnvoll sein, eine Fokussieroptik, beispielsweise eine oder mehrere Linsen, in dem optischen Weg zwischen dem Detektor und der Test-Zahnoberfläche vorzusehen, um sicherzustellen, dass Fluoreszenzemission auf den Detektor fokussiert und dort konzentriert wird. Die Detektorvorrichtung kann weiterhin eine Licht führung aufweisen, beispielsweise einen oder mehrere Lichtleiter, beispielsweise ein Bündel wie voranstehend beschrieben, um Fluoreszenzemission von der Zahnoberfläche einem Detektor für die Fluoreszenzemissionsstrahlung zuzuführen.
Obwohl getrennte Lichtführung für die Anregungsstrahlung und für die Fluoreszenzemissionsstrahlung eingesetzt werden können, kann alternativ eine einzelne Lichtführung für beide über einen Teil der Länge der Lichtführungen eingesetzt werden, und kann ein Strahlteiler/Vereiniger bekannter Art dazu verwendet werden, die Anregungsstrahlung und die Emissionsstrahlung zu trennen und auf geeignete Weise zu führen. So können beispielsweise dieselben Lichtleiter dazu verwendet werden, sowohl die Anregungsstrahlung als auch die ausgesandte Fluoreszenzstrahlung zu führen, und können die anregende Strahlung und die emittierte Fluoreszenzstrahlung unter Verwendung dichroitischer Filter gefiltert werden.
Es ist möglich, eine Modulierung und/oder phasenempfindliche Gleichrichtung der Anregungsstrahlung und der Erfassung der Fluoreszenzemission durchzuführen, beispielsweise bei 20–500 Hz, zum Beispiel bei 100–300 Hz, geeignet bei etwa 200 Hz, und zwar synchronisiert, so dass die Fluoreszenzemission einfach von unmodulierter Hintergrundstrahlung unterschieden werden kann, beispielsweise von Lichtquellen außerhalb des Mundes des Benutzers. Modulation bei der elektrischen Netzfrequenz (üblicherweise 50–60 Hz) und Vielfachen hiervon sollte vermieden werden, um Störungen von elektrischen Beleuchtungskörpern in der Umgebung des Benutzers zu verhindern.
Lichtleiter, welche die Lichtführung der Beleuchtungsvorrichtung und der Nachweisvorrichtung bilden, können zusammen innerhalb einer geeigneten Leitung gebündelt sein, und können an einer gemeinsamen optischen Sonde enden, beispielsweise einer transparenten Abdeckung, oder bei einer fokussierenden Sende/Sammelsonde. Eine derartige Sonde kann eine oder mehrere Linsen aufweisen, die Anregungsstrahlung von der Beleuchtungsvorrichtung auf die Test-Zahnoberfläche fokussieren, und Fluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche in die Lichtführung fokussieren. Die Lichtleiter können statistisch zusammengebündelt sein. Alternativ hierzu können sie so gebündelt sein, dass der oder die Lichtleiter, welche die Lichtführung der Beleuchtungsvorrichtung bilden, oder alternativ der oder die Lichtleiter, welche die Lichtführung der Nachweisvorrichtung bilden, einen zentralen Kern aufweisen, umgeben von einem Ring oder Mehreck aus Lichtleitern, welche jeweils die Lichtführung der Nachweisvorrichtung bzw. die Lichtführung der Beleuchtungsvorrichtung bilden. Wenn getrennte Lichtleiter als Licht führungen für die Anregungsstrahlung und die Emissionsstrahlung verwendet werden, dann wird vorzugsweise eine größere Anzahl an Lichtleitern für die Lichtführung der Emissionsstrahlung als für die Anregungsstrahlung verwendet, infolge der niedrigeren Intensität der Fluoreszenzemissionsstrahlung.
Die Vorrichtung zur Anzeige des Vorhandenseins biologischer Ablagerungen, beispielsweise Zahnbelag, an einen Benutzer der Einrichtung kann eine elektronische Vorrichtung aufweisen, die ein visuelles Signal, beispielsweise ein Lichtsignal, oder ein hörbares Signal, beispielsweise ein Schallsignal, an einen Benutzer abgibt, um das Vorhandensein derartiger biologischer Ablagerungen anzuzeigen. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein derartiges Signal nur dann abgeben, wenn eine signifikante Menge an biologischen Ablagerungen vorhanden ist, und mit der Abgabe dieses Signals aufhören, wenn die Ablagerungen entfernt wurden, oder es kann alternativ die Vorrichtung kein Signal abgeben, wenn biologische Ablagerungen vorhanden sind, jedoch ein derartiges Signal abgeben, wenn die Ablagerungen nicht vorhanden sind. Alternative Anzeigearten werden Fachleuten auf diesem Gebiet auffallen. Die Konstruktion einer derartigen Vorrichtung ist Fachleuten auf diesem Gebiet der Elektronik leicht möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung eine Zahnbürste auf, die beispielsweise die Vorrichtung zum Richten von Anregungsstrahlung auf die Test-Zahnoberfläche aufweist, und die Vorrichtung zum Nachweis von Fluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche, eingebaut in den Zahnbürstenkopf, beispielsweise einen oder mehrere Lichtleiter wie voranstehend beschrieben aufweisen, die eingebaut in eine optische Sonde sind und dort enden, in dem Zahnbürstenkopf, so dass die optische Sonde ausreichend nahe an den Test-Zahnoberflächen eines Benutzers angeordnet werden kann, also innerhalb von 1 cm oder weniger, was annähernd die übliche Länge von Zahnbürstenborsten ist. Eine derartige Zahnbürste kann auch herkömmliche Reinigungsborsten in ihrem Kopf aufweisen, und bei einer Ausführungsform können die Reinigungsborsten selbst einen oder mehrere derartige Lichtleiter aufweisen oder enthalten, um hierdurch eine Sonde auszubilden. Die Zahnbürste kann eine handbetriebene Zahnbürste sein, oder bequemer eine elektrische Zahnbürste, also bei welcher der Bürstenkopf einschließlich der Borsten von einem Elektromotor angetrieben wird.
Der Kopf, der die Sonde aufweist, kann ein permanentes Teil der Zahnbürste sein, oder kann alternativ und bevorzugt austauschbar sein. Vorzugsweise sind die Beleuchtungsvorrichtung, die Nachweisvorrichtung und die verschiedenen elektronischen Signal- und Datenverarbeitungsvorrichtungen usw. sowie eine geeignete elektrische Stromversorgung, beispielsweise eine Batterie oder elektrische Netzstromverbindung, in dem Handgriff der Zahnbürste vorhanden. Wenn eine derartige Zahnbürste eine elektrisch angetriebene Reinigungsbürste aufweist, dann können bei einer derartigen Konstruktion sämtliche elektrischen Bestandteile, beispielsweise der Antriebsmotor usw., in den Zahnbürstenhandgriff eingebaut werden.
Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung in eine Zahnbürste eingebaut ist, kann die Konstruktion so erfolgen, dass das anfängliche Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Oberfläche der Zähne des Benutzers angezeigt wird, und die qualitative Verringerung oder die Abwesenheit biologischer Ablagerungen angezeigt wird, nachdem die Zähne für einen geeigneten Zeitraum gebürstet wurden. Eine derartige Zahnbürste kann so ausgebildet sein, dass sie dem Benutzer anzeigt, dass biologische Ablagerungen irgendwo in einem Bereich der Zähne des Benutzers vorhanden sind, und daher ein Fortsetzen des Bürstens der Zähne erforderlich ist, um die Ablagerungen zu entfernen.
Daher stellt die Erfindung auch eine Zahnbürste zur Verfügung, die eine Vorrichtung wie voranstehend geschildert aufweist. Vorzugsweise ist eine derartige Zahnbürste so ausgebildet, dass sie mit einer Vorrichtung versehen ist, um dem Benutzer anzuzeigen, dass ursprünglich auf den Zähnen vorhandene Ablagerungen durch den Vorgang des Bürstens der Zähne entfernt wurden, und/oder mit einer Vorrichtung zur Anzeige an den Benutzer, dass selbst nach einem Zeitraum des Zahnbürstens noch Ablagerungen vorhanden sind, und dass das Bürsten fortgesetzt werden muss.
Alternativ kann die Einrichtung ein Zahnwerkzeug aufweisen, beispielsweise ein zum Einsatz durch einen Zahnarzt geeignetes Zahnwerkzeug, der eine in vivo Untersuchung der Zähne des Patienten durchführt.
Im Gebrauch können die Test-Zahnoberflächen ursprünglich gereinigt werden, also durch ein vorläufiges Spülen, um Schmutz und andere lose anhaftende Ablagerungen und Verunreinigungen zu entfernen, welche die Test-Zahnoberfläche verdecken könnten, und kann dann die Einrichtung bei der Test-Zahnoberfläche eingesetzt werden. Wenn die Einrichtung dem Benutzer anzeigt, dass biologische Ablagerungen wie beispielsweise Plaque auf der Test-Zahnoberfläche vorhanden sind, kann die Oberfläche gereinigt werden, beispielsweise unter Verwendung von Zahnbürstenborsten, und wahlweise einer Zahnpflegezusammensetzung wie beispielsweise Zahnpasta, und kann die Einrichtung erneut bei der Test-Zahnoberfläche eingesetzt werden, um zu be bestimmen, ob die Ablagerungen immer noch vorhanden sind. Sind Ablagerungen immer noch vorhanden, wird der Vorgang wiederholt, bis die Einrichtung anzeigt, dass die Ablagerungen entfernt wurden. Alternativ, und insbesondere dann, wenn die Vorrichtung eine Zahnbürste aufweist, kann sie einfach bei den Zähnen in einem Zahnbürstenvorgang eingesetzt werden, und wird das Zahnbürsten fortgesetzt, bis die Vorrichtung anzeigt, dass Ablagerungen in ausreichendem Ausmaß entfernt wurden. Wenn ein Zahnpflegemittel bei dem Zahnbürstevorgang verwendet wird, handelt es sich vorzugsweise um ein Zahnpflegemittel, das keine Bestandteile enthält, welche Fluoreszenz bei den Wellenlängen der Fluoreszenzemission zeigen, die von der Nachweisvorrichtung nachgewiesen werden.
Die Erfindung wird nunmehr allein beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
1 zeigt ein Intensitäts/Wellenlängendiagramm der Autofluoreszenzemission von einer von biologischen Ablagerungen freien Test-Zahnoberfläche und der Autofluoreszenzemission von einer Test-Zahnoberfläche, auf welcher eine Ablagerung von Zahnbelag vorhanden ist, über einen Emissionswellenlängenbereich von 420 bis 750 nm.
2 zeigt ein Intensitäts/Wellenlängendiagramm der Autofluoreszenzemission von einer von biologischen Ablagerungen freien Test-Zahnoberfläche und der Autofluoreszenzemission von einer Test-Zahnoberfläche, auf welcher biologische Ablagerungen vorhanden sind, bei Wellenlängen oberhalb von 530 nm mit weiteren Einzelheiten.
3 zeigt ein Intensitäts/Wellenlängendiagramm der Autofluoreszenzemission von Zahnbelag.
4 zeigt einen Querschnitt durch eine Lichtführung, welche Lichtleiter für die Beleuchtungs- und Nachweisvorrichtung aufweist.
5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Sonde der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt schematisch das Layout eines optischen Systems für die Einrichtung gemäß der Erfindung.
7 zeigt schematisch das Layout der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Einsatz.
8 zeigt schematisch eine Zahnbürste gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Art und Weise des Einsatzes der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
10 zeigt eine andere Einsatzweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
11 und 12 zeigen Diagramme der Fluoreszenzemissionsintensität von einer Gruppe von Zähnen.
13 zeigt ein Diagramm der Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Entfernung entlang der Zahn-Vertikalachse.
In 1 ist die Wellenlänge (nm) der Autofluoreszenzemission auf der Horizontalachse aufgetragen, und die Intensität (Größe der Einheiten beliebig) auf der Vertikalachse. Eine saubere Test-Zahnoberfläche, frei von biologischen Ablagerungen, die mit bekannten Verfahren zum Entfernen biologischer Ablagerungen gereinigt wurde, wurde mit Anregungsstrahlung einer Wellenlänge von weniger als 420 nm beleuchtet, und die Intensität der sich ergebenden Autofluoreszenz von der ablagerungsfreien Oberfläche wurde gemessen, unter Verwendung eines herkömmlichen Epi-Fluoreszenznachweismikroskops. Die Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge dieser Emission ist als Linie 11 in 1 gezeigt. Ein starkes Emissionsmaximum wird bei ca. 450 nm beobachtet. Die Zahnoberfläche wurde dann mit einer Schicht aus frischem Zahnbelag bedeckt, und die Intensität der sich ergebenden Autofluoreszenz von der Zahnoberfläche nach Beleuchtung mit Anregungsstrahlung einer Wellenlänge von kleiner als 420 nm wurde erneut wie voranstehend geschildert gemessen. Die Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge dieser Emission ist als Linie 12 von 1 dargestellt. Man sieht, dass die Größe des Emissionsintensitätspeaks bei ca. 410 nm wesentlich abgeschwächt ist.
In 1 ist die Wellenlänge (nm) der Autofluoreszenzemission auf der Horizontalachse aufgetragen, und die Intensität (Größe der Einheit beliebig) auf der Vertikalachse. In 2 ist jener Bereich des Diagramms von 1, der die Intensität der Autofluoreszenz bei Wellenlängen oberhalb von 530 nm zeigt, vergrößert dargestellt. Linie 21 von 2 zeigt die Intensität der Autofluoreszenz mit einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche, und die Linien 22 und 23 von 2 zeigen die Intensität der Autofluoreszenz, wobei immer stärker zunehmende Mengen an biologischen Ablagerungen vorhanden sind. Man sieht, dass bei diesen höheren Wellenlängen, die unter Verwendung von Anregungsstrahlung unterhalb von 530 nm erzeugt werden können, die Abschwächung der Intensität der Fluoreszenzemission ausreichend groß ist, um einfach nachgewiesen zu werden.
2 zeigt weiterhin schematisch einen Schnitt durch einen Zahn mit einer Oberfläche aus sauberen Zahnschmelz 24, worüber sich eine zunehmend dickere biologische Ablagerung 25 wie beispielsweise Zahnbelag befindet. Die Intensität der Fluoreszenzemission aus Bereichen des Zahns sind als I²¹, I²² und I²³ dargestellt, welche jeweils einem sauberen Bereich und dickeren Bereichen aus Plaque entsprechen.
In 3 ist die Wellenlänge (nm) der Autofluoreszenzemission auf der Horizontalachse aufgetragen, und die Intensität (Größe der Einheiten beliebig) auf der Vertikalachse. Eine Test-Zahnoberfläche, auf welcher sich eine dicke Ablagerung aus biologischen Ablagerungen befand, von der angenommen wurde, dass es sich um frischen Zahnbelag handelt, wurde mit Anregungsstrahlung einer Wellenlänge von weniger als 420 nm beleuchtet, und die Intensität der sich ergebenden Autofluoreszenz von der mit einer Ablagerung bedeckten Oberfläche wurde gemessen, unter Verwendung eines herkömmlichen Epi-Fluoreszenznachweismikroskops. Es werden starke Emissionsmaxima zwischen ca. 530 nm und ca. 630 nm beobachtet, insbesondere zwei Emissionsmaxima, eines bei 540–550 nm, Peak 31 von 3, und ein anderes bei ca. 610–620 nm, Peak 32 von 3.
In 4 ist ein Teil einer Lichtführung, insgesamt mit 41 bezeichnet, im Querschnitt dargestellt. Die Lichtführung 41 weist eine Leitung 42 auf, innerhalb derer sich ein Bündel von Lichtleitern 43, 44 befindet, welche Lichtführungen 43 für die Anregungsstrahlung und Lichtführungen 44 für die Emissionsstrahlung umfassen. Diese Lichtleiter 43, 44 sind statistisch verteilt im Bündel angeordnet, wobei Lichtleiter 44 für die Emissionsstrahlung vorhanden sind, als Lichtleiter 43 für die Anregungsstrahlung, infolge der niedrigeren Intensität der Emissionsstrahlung.
In 5 ist eine die Lichtführung 41 aufweisende Sonde im Längsschnitt dargestellt. Entsprechende Teile wie in 4 sind entsprechend bezeichnet. Die Lichtleiter 43, 44 enden an einer gemeinsamen Sondenoberfläche 55, hinter einer transparenten Sondenabdeckung 56, die innerhalb einer Endkappe 57 gehalten wird, welche eine Sonde bildet. Bei Benutzung kann die Vorderseite der Oberfläche 55 nahe an der Test-Zahnoberfläche angeordnet werden.
In 6 ist eine schematische Darstellung eines optischen Systems für die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Anregungslicht mit einer Wellenlänge von 480 nm ± 50 nm (blau) wird von einer LED 61 erzeugt. Eine Gruppe von drei dichroitischen Spiegeln 62, 63, 64 richtet Licht mit einer Wellenlänge oberhalb von 480 nm zu einer Fokussierlinse 65, welche dieses Licht zur Lichtführung 66 fokussiert. Diese dichroitischen Spiegel verhindern, dass eine signifikante Lichtmenge mit einer Wellenlänge unterhalb von 480 nm auf die Zahnoberfläche gerichtet wird, um das Risiko einer Verletzung des Benutzers durch derartiges Licht zu minimieren. Die Lichtführung 66 ist ein Bündel von Lichtleitern, entlang welchen das Licht auf die Oberfläche eines Zahns 67 geführt wird, und entlang welchem Fluoreszenzemissionsstrahlung zurückkehrt. Die Linse 65 fokussiert die Fluoreszenzemissionsstrahlung, und der dichroitische Spiegel 65 lässt nur Strahlung von oberhalb von 530 nm an die Linse 68 durch, welche diese Strahlung auf den Detektor 69 fokussiert.
In 7 ist ein schematisches Layout der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Einrichtung weist eine Beleuchtungsvorrichtung auf, die wiederum eine Lichtaussendevorrichtung 71 in Form einer LED und ein Fokussierungssystem zum Führen von Anregungsstrahlung aufweist, also von Licht, das von der LED entlang einer Lichtführung 72 ausgesandt wird, die ein Bündel von Lichtleitern aufweist, um Anregungsstrahlung von der Sonde 73, die eine Sonde ist, wie sie in den 4 und 5 gezeigt ist, auf eine Test-Zahnoberfläche 74 zu schicken, auf welcher sich eine Ablagerung wie beispielsweise Zahnbelag befindet. Fluoreszenzemission von der Zahnoberfläche 74 und/oder der Ablagerung 75 wird durch die Sonde 73 gesammelt, und durch die Lichtführung 76, die ein Bündel von Lichtleitern aufweist, zu einer Nachweisvorrichtung 77 geschickt. Diese erfasst Fluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche 74. Diese Emission kann an einer Wellenlänge liegen, welche der Wellenlänge von Autofluoreszenzemission von einer im wesentlichen von Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, und/oder der Autofluoreszenzemission von der Ablagerung 75.
Ein elektronisches Signal von der Nachweisvorrichtung 77 wird an die Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 weitergeleitet. Diese Vorrichtung 78 kann eine Vorrichtung zur Durchführung eines Vergleichs der Intensität der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche mit der Intensität der Autofluoreszenzemission, welche der Autofluoreszenzemission von einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, aufweisen, sowie eine Vorrichtung zum Zuordnen des so erhaltenen Vergleichs zum Vorhandensein von Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche, und/oder eine Vorrichtung, die dazu dient, Autofluoreszenzemission von der Ablagerung in Beziehung zum Vorhandensein von Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche zu setzen. Die Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 kann eine Mikroprozessorvorrichtung aufweisen, und in sie können vorher Standardreferenzintensitätsdaten geladen werden, die beispielsweise in Beziehung zur Intensität der Fluoreszenzemission von einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche stehen, und/oder Bezugsintensitätsdaten, welche die Autofluoreszenzemission von Zahnbelag betreffen.
Das elektronische Ausgangssignal von der Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 wird der Anzeigevorrichtung 79 zugeführt, um das Vorhandensein biologischer Ablagerungen, beispielsweise von Zahnbelag, einem Benutzer der Einrichtung mit Hilfe eines geeigneten Signals anzuzeigen, um so zum Beispiel anzuzeigen, dass Ablagerungen nicht vorhanden sind, oder alternativ, dass Ablagerungen vorhanden sind, oder dass Ablagerungen, die vorhanden waren, entfernt wurden.
Die Beleuchtungsvorrichtung 71, die Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 und die Anzeigevorrichtung 79 werden sämtlich von einer elektrischen Energieversorgung 710 versorgt. Die Energieversorgung 710 kann eine modulierte Energieversorgung sein, beispielsweise gesteuert durch die Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78. Die gesamte Einrichtung wird gesteuert durch den Benutzer über die Steuerung 711, die einen einfachen Ein/Ausschalter und/oder einen Betriebsartauswahlschalter aufweisen kann, um beispielsweise die Art und Weise des Signals festzulegen, das von der Anzeigevorrichtung 79 abgegeben wird, und/oder die Betriebsart der Einrichtung, also ob sie dazu eingesetzt wird, eine Wellenlänge der Fluoreszenzemission nachzuweisen, die einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, oder Fluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen, oder beides.
Im Gebrauch wird die Sonde 73 eng benachbart zu einer Test-Zahnoberfläche 74 angeordnet. Anregungsstrahlung, die von der Emissionsvorrichtung 71 ausgesandt wird, wird über die Lichtführung 72 zur Oberfläche 74 geschickt, und Fluoreszenzemissionsstrahlung, welche Fluoreszenzemission bei einer Wellenlänge entsprechend jener von einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche sein kann, oder Autofluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen, wird durch die Sonde 73 gesammelt und über die Lichtführung 76 zur Nachweisvorrichtung 77 geschickt. Der Betrieb der Emissionsvorrichtung 71 und des Detektors 77 werden synchron moduliert. Das elektronische Signal von dem Detektor 77 wird der Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 zugeführt, und das dem entsprechende Ausgangssignal in Reaktion auf die Daten/Signalverarbeitungsvorrichtung 78 wird in die Anzeigevorrichtung 79 eingegeben, um ein geeignetes Signal für den Benutzer zur Verfügung zu stellen.
Bei einer Betriebsart wird die Sonde 73 nahe benachbart einer Bezugszahnoberfläche 74A angeordnet, von der bekannt, dass sie frei von biologischen Ablagerungen ist, beispielsweise einer Oberfläche der Vorderzähne des Benutzers, und wird die Fluoreszenzemission, welche Fluoreszenzemission bei einer Wellenlänge entsprechend jener von einer im wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche sein kann, oder Autofluoreszenzemission von einer biologischen Ablagerung wie beispielsweise Plaque, durch die Sonde 73 gesammelt und über die Lichtführung 76 zur Nachweisvorrichtung 77 geschickt, und zwar moduliert wie voranstehend beschrieben. Das elektronische Signal von dem Detektor 77 wird der Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 zugeführt, und dieses Signal kann dazu verwendet werden, Intensitätsreferenzdaten für den nachfolgenden Einsatz der Einrichtung zu erzeugen, um biologische Ablagerungen wie Plaque in der Test-Zahnoberfläche 75 zu erfassen, also um in der Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78 mit Fluoreszenzemissionstestdaten von der Test-Zahnoberfläche 74 verglichen zu werden. Bei einer derartigen Betriebsart kann die Anzeigevorrichtung 79 dem Benutzer anzeigen, dass derartige Referenzdaten erzeugt wurden.
In 8 ist insgesamt eine Zahnbürste 81 schematisch dargestellt. Die Zahnbürste 81 weist einen Handgriff 82 auf, einen Kopf 83, der Büschel aus Reinigungsborsten 84 aufweist, und dazwischen einen Verbindungshalsbereich 85. Der Kopf 83 ist dadurch austauschbar, dass er von dem Hals 85 an der Verbindung 86 abgenommen werden kann. Gegenüber dem Kopf 83 und parallel zu den Borsten 84 springt eine Sonde 73 vor, welche insgesamt eine Konstruktion aufweist, wie dies in 5 gezeigt ist, also als weiches, flexibles Bündel aus Lichtleitern ausgebildet ist, die annähernd die gleiche Länge, den gleichen Durchmesser und die gleiche Oberflächenbeschaffenheit aufweisen wie die Büschel der Borsten 84. Es ist eine Sonde 73 dargestellt, jedoch kann der Kopf 83 zwei oder mehr aufweisen. Die Sonde 73 ist durch Lichtführungen 72, 76 an den Handgriff 82 angeschlossen, der eine LED-Lichtaussendevorrichtung 71 aufweist, eine Nachweisvorrichtung 77, eine Signal/Datenverarbeitungsvorrichtung 78, und eine Energieversorgung 710, und ist mit einer Anzeigevorrichtung 79 und einer Steuerung 711 an der Außenoberfläche versehen. Die Verbindung 86 ist so aufgebaut, dass eine gute optische Verbindung zwischen der Sonde 73 und dem Handgriff 82 erfolgt.
Im Gebrauch wird die Zahnbürste mit Hilfe der Steuerung 711 eingeschaltet, und zum Bürsten der Zähne verwendet. Die Sonde 73 stellt das Vor handensein biologischer Ablagerungen unter Verwendung von Vorgängen fest, wie sie hier beschrieben wurden, und zeigt das Vorhandensein von Ablagerungen dem Benutzer mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 79 an. Die Anzeigevorrichtung 79 kann auch dem Benutzer derartige Dinge anzeigen wie die Tatsache, dass die Vorrichtung eingeschaltet ist, die Batterieenergie niedrig ist, eine fehlerhafte Verbindung bei 86 vorhanden ist, oder der Kopf 83 ausgetauscht werden muss, beispielsweise weil die Sonde 73 oder die Borsten 89 verschlissen sind. Wenn die Zahnbürste 81 dem Benutzer anzeigt, dass Zahnbeläge vorhanden sind, kann der Benutzer das Bürsten der Zähne fortsetzen, bis die Ablagerungen entfernt wurden. Der Handgriff 82 kann auch wahlweise einen Motor 87 und eine Antriebsvorrichtung 88 aufweisen, die einen Kopf 83 einer elektrischen Zahnbürste antreiben.
8 zeigt weiterhin zwei Zahnbürstenköpfe 79, 810, welche zwei Sonden 108, 109 aufweisen. Im Kopf 89 sind diese beiden Sonden 108, 109 beabstandet voneinander entlang der Längsachse von Kopf bis Handgriff der Zahnbürste 81 angeordnet, und im Kopf 810 sind diesen beiden Sonden 108, 109 beabstandet entlang der Achse in Richtung der Breite (also Richtung senkrecht zur Längsachse von Kopf bis Handgriff) der Zahnbürste 81 angeordnet. Die Köpfe 89, 810 können austauschbare Köpfe sein, die zur Verwendung bei dem in 8 gezeigten Handgriff 82 geeignet sind. Die Verwendung mehrerer Paare von Sonden 108, 109, wie in 8 gezeigt, kann es ermöglichen, dass mehr Bereiche der Zähne gleichzeitig untersucht werden, oder kann über die interne Elektronik die Software der Vorrichtung einen exakteren Nachweis biologischer Ablagerungen ermöglichen. Alternativ können die beiden Sonden 108, 109, die in den Köpfen 89, 810 vorgesehen sind, als jene zwei Sonden eingesetzt werden, die nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben werden.
In 9 ist ein Verfahren der Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. 9A zeigt schematisch die Ansicht einer Gruppe von Zähnen 91, 92, 93, 94, die von Zahnfleisch 95 eines Benutzers ausgehen, und zeigt die Entfernung über die Gruppe der Zähne 91, 92, 93, 94. Bereiche, auf denen biologische Ablagerungen vorhanden sind, sind mit 91A, 92A, 93A bezeichnet, und darüber hinaus sind Spalte 96, 97, 98 zwischen den Zähnen vorhanden, und weist der Zahn 94 eine Amalgamfüllung 99 auf.
Eine Sonde der Art 41, 73, die in einen Zahnbürstenkopf eingebaut ist, wie in 8 gezeigt, wird entlang dem nicht geradlinigen Weg A-A über die Zähne 91–94 bewegt, beispielsweise beim Zahnbürsten. Im Verlauf dieses Weges trifft die Sonde 41, 73 auf die Bereiche 91A, 92A und 93A auf, wo biologische Ablagerungen vorhanden sind, auf die Spalte 96, 97, 98 und die Füllung 99, sowie auf saubere Bereiche, an denen keine biologischen Ablagerungen vorhanden sind, also die sauberen Bereiche, die auf den Zähnen 91–94 dargestellt sind.
9B zeigt ein Diagramm der Fluoreszenzemission I von den Oberflächen der Zähne 91–94, nachgewiesen durch die Sonde 41, 73, wenn diese sich über die Zähne 91–94 auf dem Weg A-A im Verlauf der Zeit bewegt, also bei einer "dynamischen" Messung. Das Diagramm der Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Zeit zeigt hohe Peaks und Plateaus 910 entsprechend den sauberen Bereichen der Zähne 91–94, niedrigere Peaks und Plateaus 911 entsprechend jenen Bereichen der Zähne 91–94, an denen biologische Ablagerungen vorhanden sind, sowie Minima 912 entsprechend den Spalten 96, 97, 98 und der Füllung 99.
Der höchste der hohen Peaks 910 weist eine Fluoreszenzintensität I¹ auf, und der niedrigste der niedrigen Peaks 912 weist eine Fluoreszenzintensität I² auf. Es wird eine untere Grenze I⁰ eingestellt, oberhalb der Intensität der Minima 912, jedoch unterhalb des Niveaus I², und die Vorrichtung wird so eingestellt, dass sie jegliche Fluoreszenzemissionsintensität im Gebrauch von weniger als I⁰ ignoriert. Das Vorhandensein biologischer Ablagerungen wird dadurch angezeigt, dass I¹–I² größer als Null ist. Die Vorrichtung kann so eingestellt sein, dass sie Größen von I¹–I², die größer als ein bestimmtes Niveau sind, dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen zuordnet, und dem Benutzer auf Grundlage dieser Tatsache anzeigt, dass Ablagerungen 91A, 92A und 93A vorhanden sind. Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass sie die mittlere Fluoreszenzemissionsintensität I^m berechnet.
9C zeigt eine Gruppe von Zähnen 91–94, auf deren Oberflächen keine biologischen Ablagerungen vorhanden sind. Eine Sonde des Typs 41, 73 wird über die Oberfläche der Zähne 91–94 bewegt, und es wird ein entsprechendes Diagramm der Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Zeit wie in 9D gezeigt erzeugt. Wie man aus 9D sieht, ist die Differenz I¹–I², obwohl sie immer noch größer als Null ist, signifikant kleiner als der Wert von (I¹–I²) von 9B. Dieser verringerte Wert (I¹–I²) von 9D kann kleiner als ein bestimmtes Niveau sein, das in der Software und/oder der Elektronik der Vorrichtung eingestellt ist, und kann dem Benutzer anzeigen, dass die Oberflächen der Zähne 91-94 ausreichend frei von biologischen Ablagerungen sind. 9D zeigt weiterhin, dass die mittlere Fluoreszenzemission I^m ebenfalls zunimmt, wenn die Ablagerungen 91A, 92a und 93A entfernt werden.
Wenn die in 9 verwendete Vorrichtung eine Zahnbürste ist, beispielsweise wie in 8 gezeigt, dann kann diese so eingestellt werden, dass dem Benutzer angezeigt wird, dass das Zahnbürsten solange fortgesetzt werden muss, wie I¹–I² oberhalb des bestimmten, eingestellten Niveaus bleibt.
In 10 sind vier repräsentierte Zähne 101,102, 103, 104 dargestellt, von denen drei, nämlich 102, 103, 104, Bereiche mit biologischen Ablagerungen 102A, 103A, 104A auf sich aufwiesen, der Zahn 101 vollständig sauber ist, und bei dem Zahn 104 eine Amalgamfüllung 105 vorhanden ist. Es sind Spalte 107 zwischen den Zähnen vorhanden. Zwei Sonden 108, 109 des Typs 91, 73 werden bei der Oberfläche der Zähne 101, 102, 103, 104 eingesetzt. Der Abstand "d" der Sonden 108, 109 beträgt annähernd 80 % der Höhe eines Zahns von der Zahnfleischlinie 110 bis zur Krone 111. Die Intensität der Fluoreszenzemission, die von jeder der Sonden 108, 109 nachgewiesen wird, und die relativen Intensitäten werden gemessen und verglichen durch die Elektronik und die Software der Vorrichtung.
Auf dem Zahn 101 sind die Intensitäten der Fluoreszenzemission, die von den zwei Sonden 108, 109 nachgewiesen wird, im wesentlichen identisch, oder unterscheidet sich um weniger als ein bestimmtes Niveau, das durch die Grenzen vorgegeben ist, die von der Software und der Elektronik der Vorrichtung eingestellt werden. Diese kleine Differenz wird dazu verwendet, dem Benutzer anzuzeigen, dass der Zahn 101 frei von Zahnbelägen ist.
Auf dem Zahn 102 erfasst die Probe 108 Fluoreszenzemission von einem sauberen Teil der Zahnoberfläche, und erfasst die Sonde 109 Fluoreszenzemission von einem Bereich 102A der Zahnoberfläche, in welchem biologische Ablagerungen vorhanden sind. Die Intensitäten der Fluoreszenzemission, die von den beiden Sonden 108, 109 festgestellt werden, unterscheiden sich, wobei die von der Sonde 109 erfasste Intensität kleiner ist als die von der Sonde 108 erfasste Intensität. Allerdings liegt diese Differenz innerhalb von Grenzen, die durch die interne Elektronik und Software der Vorrichtung eingestellt werden, und wird dazu verwendet, dem Benutzer das Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf dem Zahn 102 anzuzeigen.
Auf dem Zahn 103 stellt die Sonde 108 Fluoreszenzemission von einem Bereich 103A des Zahns 103 fest, in welchem sich biologische Ablagerungen befinden, und ist die Sonde 109 an einem Spalt zwischen den Zähnen angeordnet. Auf dem Zahn 104 stellt die Sonde 108 Fluoreszenzemission von einem sauberen Bereich des Zahns 104 fest, und befindet sich die Sonde 109 neben einer Amalgamfüllung 110, von welcher keine Fluoreszenzemission ausgeht. Bei beiden Zähnen 103 und 104 ist die Differenz zwischen der Fluoreszenzemission, die von den Sonden 108 und 109 erfasst wird, größer als jene Grenzen, die in der Elektronik und der Software der Vorrichtung voreingestellt sind, und wird von der Vorrichtung ignoriert, so dass keine falsche Ablesung erfolgt.
Die Zahnbürstenköpfe 89 und 810, die in 8 gezeigt sind, weisen zwei Sonden auf, die zum Einsatz bei dem unter Bezugnahme auf 10 geschilderten Prozess geeignet sind.
Experimentelle Daten, welche die Erfindung erläutern, sind nachstehend angegeben.
1. Vorrichtungskonstruktion
Bei den Experimenten war die Beleuchtungsquelle eine LED, die Strahlung von 470 nm ± 40 nm aussandte, und ließ das Anregungsfilter Strahlung mit einer Wellenlänge von 355–490 nm auf die Zahnoberflächen durch. Das Sperrfilter ließ Strahlung von mehr als 520 nm durch, und der dichroitische Spiegel filterte Licht oberhalb von 510 nm heraus, um als Fluoreszenzemission nachgewiesen zu werden.
2. Grundlegende Daten
Bei einer Stichprobengruppe von 16 Freiwilligen wurde eine gründliche professionelle Zahnreinigung durchgeführt. Die Fluoreszenzemissionsdaten wurden in Bezug auf die bukkalen Aspekte aufgezeichnet (exakt am Zentrumspunkt des Äquators), bei sämtlichen Zähnen in dem ersten und vierten Quadranten (Zähne 11–17 maxillär, Zähne 41–47 mandibular). In den meisten Fällen wurde gesunder Zahnschmelz festgestellt, aber in einigen, wenigen Fällen waren Füllungen vorhanden, und in diesen Fällen wurden die Fluoreszenzsignale von den Füllungen aufgezeichnet.
Es stellte sich heraus, dass die Fluoreszenzintensität sauberer Zähne mit ansteigender "Zahnnummer" anstieg, also mit dem Ort bzw. der Art des Zahns, mit Ausnahme der letzten Mahlzähne (17 und 47). Diese Fluoreszenz von sauberen Zahnoberflächen war vorhanden, aber es stellte sich ebenfalls heraus, dass die Unterschiede zwischen Individuen weniger deutlich waren. Es stellte sich ebenfalls heraus, dass die Intensität der Fluoreszenzemission von Zahnersatzmaterialien sehr niedrig war (im allgemeinen ≤ 1,0), wie nachstehend angegeben:
Hieraus ergab sich, dass durch Fluoreszenzemission von derartigen Zahnersatzmaterialien nur geringe Probleme hervorgerufen wurden.
3. Nachweis von Plaque
Vier Freiwillige führten keine mechanischen und chemischen Mundhygienemaßnahmen für einen Zeitraum von 26 Stunden durch, so dass sich Zahnbeläge aufbauten. Fluoreszenzemissionsmessungen wurde nach 12 und 36 Stunden bei jedem der sechs maxillären Vorderzähne durchgeführt, und zwar viermal, sowohl vor als auch nach einer gründlichen, selbst durchgeführten Zahnreinigung.
Die Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt:
Diese Daten zeigen eine messbare Differenz der Intensität der Fluoreszenzemission bei der Wellenlänge, welche sauberem Zahnschmelz zugeordnet ist, wenn sich Plaque aufbaut. Die relative Differenz zwischen mit Plaque bedeckten und sauberen Zahnbereichen zeigt, dass ältere, dicke Plaque häufig die Fluoreszenzintensität in größerem Ausmaß verringerte als die dünne Plaqueablagerung, die sich nach 12 Stunden ergeben hatte.
4. "Dynamische" Messung von Zahnbelag
Unter Verwendung von Proben natürlicher Zähne, die von sämtlichen Ablagerungen befreit waren, wurde ein künstlicher Kiefer dadurch aufgebaut, dass diese Zähne in ihrer natürlichen Reihenfolge in ein Wachsmodell einge führt wurden. Diese Gruppe von Zähnen wurde unter Verwendung einer Sonde 73 ähnlich einer sich langsam bewegenden Zahnbürste "abgetastet". Auf diese Art und Weise, also mit dem Verfahren, das voranstehend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wurde, wurde die Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Zeit bzw. der Entfernung über die Gruppe der Zähne erhalten, wobei sich ein hohes Signal zeigte, wenn die Zähne berührt wurden, und Fluoreszenzlücken (niedrige Signale) in den Zwischenbereichen zwischen den Zähnen, wobei diese Zwischenräume ignoriert wurden.
Bei diesem Experiment stellte sich heraus, dass reproduzierbare Kurven erhalten werden konnten, die Fluoreszenzpeaks ähnlicher Zähne (beispielsweise Prämolaren, Molaren usw.) auf einem ähnlichen Niveau lagen, und dass es möglich war, zwischen Zahnschmelz und Bereichen zwischen den Zähnen zu unterscheiden. Die Fluoreszenzsignale waren niedriger, während die Seiten der Zähne abgetastet wurden, als jene Signale, die durch Abtasten des Bereichs in der Nähe des Zahnfleischrandes erhalten wurden, was den natürlichen Gradienten der Intensität sauberer Zahnoberflächen repräsentierte.
Als Ergebnis dieser Erfolge in vitro, wurden Tests in vivo bei drei Freiwilligen durchgeführt, welche sämtliche Zahnhygiene für einen Zeitraum von zwei Tagen unterließen. Es wurden Versuche wie voranstehend geschildert durchgeführt: vor und nach einer gründlichen, selbst durchgeführten Zahnreinigung, über dem Schneidezahnbereich der Zähne, beispielsweise parallel zum Zahnfleischrand, und im maxillären Bereich (Oberkiefer) sowie im mandibularen Bereich (Unterkiefer).
Die Ergebnisse sind in den 11 und 12 angegeben, welche die Fluoreszenzemissionsintensität von mit Plaque bedeckten Zähnen und derselben Zähne nach der Reinigung zeigen, wobei 11 Messungen in der Nähe der Basis der Zähne zeigt, wo sich Plaqueablagerungen bilden, und 12 Messungen an der Krone der Zähne zeigt, wo die Ausbildung von Plaque sehr unwahrscheinlich ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Fluoreszenzintensität der sauberen Zähne in vivo höher benachbart dem Zahnfleisch (siehe 11) und niedriger in den Schneidezahnbereichen (siehe 12) war. Wo wenig Plaque erwartet wird, also bei den Schneidezähnen, waren die Mittelwerte der Intensität von mit Plaque bedeckten und sauberen Zähnen nahezu gleich, siehe 11. Wenn eine Plaqueablagerung zu erwarten ist, also am Zahnfleischrand, waren die Signale im Vergleich zu den sauberen Zähnen verringert, siehe 12.
Für jeden der Zähne, die von der sich bewegenden Sonde abgetastet wurden, sieht man, dass die Intensität der Fluoreszenzemission zunimmt, wenn der Zahn von seinen Ablagerungen befreit wird, wobei der Anstieg größer für den Zahnbereich in der Nähe des Zahnfleisches ist, wie aus 11 hervorgeht. In 11 ist vor Reinigung der Zähne, also so, dass Ablagerungen vorhanden sind, die Differenz der Fluoreszenzintensität (I¹–I²)_ungereinigt Zwischen den höchsten und niedrigsten Peaks (wobei die "falschen" Minima zwischen den Zähnen ignoriert werden) ca. 17,5 Intensitätseinheiten. Nach Reinigung der Zähne, so dass Ablagerungen entfernt wurden, ist die Differenz der Fluoreszenzintensität (I¹–I²)_gereinigt zwischen den höchsten und niedrigsten Peaks (wobei erneut die "falschen Minima zwischen den Zähnen ignoriert werden) auf ca. 8,0 Intensitätseinheiten verringert, was eine Verringerung von ca. 50 % darstellt. Weiterhin ist der Mittelwert der Peakhöhen, wie aus 11 deutlich wird, um ca. 20 bis 30 % angestiegen, infolge der Reinigung der Zähne. Ähnliche Ergebnisse werden für den Schneidezahnbereich erzielt, wie in 12 gezeigt, obwohl die Differenz zwischen (I¹–I²)_ungereinigt und (I¹–I²)_gereinigt und der Anstieg des Mittelwerts geringer ist als für den Zahnfleischbereich. Diese Daten zeigen die Fähigkeit der dynamischen Messungen, eine Anzeige für das Vorhandensein von Ablagerungen zu geben.
5. Fluoreszenzmessung einzelner Zähne
Es wurden Versuche durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Autofluoreszenz "sauberen" Zahnschmelzes sich von Position zu Position an unterschiedlichen Orten auf der Oberfläche entlang der Vertikalachse des Zahns änderte, also vom Zahnhalsbereich, wo der Zahn in das Zahnfleisch übergeht (oder den Zahnfleischrand), bis zur Schneidezahnspitze (oder Krone) des Zahns. Diese Experimente wurden bei mit Plaque bedeckten als auch sauberen Zahnoberflächen durchgeführt. Drei Freiwillige führten zwei Tage lang keine mechanische oder chemische Mundhygiene durch. Von diesen drei Freiwilligen war bekannt, dass bei ihnen eine geringe, mittlere bzw. starke Erzeugung von Plaque auftrat. Danach wurde die Zahnschmelzfluoreszenz unterschiedlicher Zahnarten bei einem Maximum von vier Orten entlang der Vertikalachse aufgezeichnet, also im Zahnhalsbereich, an der Krone, und an zwei Orten dazwischen (einer niedriger, zwei höher), vor und nach einer professionellen Zahnreinigung.
Die Ergebnisse für einen typischen Freiwilligen, bei dem eine starke Erzeugung von Plaque auftritt, sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
Die Ergebnisse für die drei Freiwilligen sind in der nachstehenden Tabelle angegeben, welche die Änderung der Fluoreszenzemissionsintensität nach Entfernen der Plaqueablagerungen zeigt.
Änderung der Fluoreszenzintensität
Die Ergebnisse zeigen, dass ein Gradient der Autofluoreszenzintensität im Verlauf der Entfernung entlang der Vertikalachse des Zahns vorhanden ist, beginnend mit hohen Fluoreszenzintensitäten am Zahnfleischrand (Zahnhals) bis zu niedrigeren und gleichmäßiger verteilten Intensitäten an der Schneidezahnspitze (Krone). Besonders hohe Werte wurden erhalten, wenn der so genannte Amelodentinalübergang für die Sonde zugänglich war.
Die Fluoreszenzemissionsintensität wurde durch Plaqueablagerungen in größerem oder kleinerem Ausmaß verringert, abhängig von der Dicke und dem Ort der Plaque. An der Schneidezahnspitze erwartete man keine Plaque, und bei allen Freiwilligen, obwohl eine Änderung der Intensität der Fluoreszenzemission festgestellt wurde, betrug der Medianwert der Änderung der Intensität nach dem Entfernen von Plaque 1 bis 0 für geringe und mittlere Plaquebildung und ca. 10 % für starke Plaquebildung. Im Gegensatz hierzu war im Zahnhalsbereich, in dem die meisten Plaque erwartet wurde, die Verringerung der Fluoreszenzintensität am größten, beispielsweise 11 %, was einen Wert für starke Plaquebildung darstellt.
Die Ergebnisse können als das in 13 dargestellte Diagramm ausgedrückt werden, welches die Änderung der Intensität der Fluoreszenzemission bei einer Wellenlänge entsprechend Emission von sauberen Zahnoberflächen in Abhängigkeit von der Vertikalentfernung den Zahn herauf zeigt, sowohl für eine saubere Oberfläche als auch das Vorhandensein von Plaqueablagerungen. Aus diesem Diagramm sieht man, dass für zwei Punkte, die entlang der vertikalen Zahnachse von dem Zahnfleischrand zur Schneidezahnspitze getrennt sind, ein steilerer Gradient der Intensität der Fluoreszenzemission von einem Zahn mit Plaqueablagerungen auf dessen Oberfläche vorhanden ist, als bei einem sauberen Zahn. Messungen dieses Gradienten können als Grundlage zur Feststellung von Zahnbelag auf der Zahnoberfläche verwendet werden, und eine Änderung auf einen weniger steilen Gradienten während der Zahnreinigung kann dem ursprünglichen Vorhandensein von Plaque zugeordnet werden, die dann entfernt wird.

Claims

Einrichtung zum Nachweis biologischer Ablagerungen auf der Oberfläche eines Zahns, wobei vorgesehen sind: eine Beleuchtungsvorrichtung (61, 71) zum Richten von Anregungsstrahlung bei einer Wellenlänge von bis zu 530 nm auf eine Test-Zahnoberfläche (67), von der angenommen wird, dass auf ihr eine biologische Ablagerung vorhanden ist, eine Nachweisvorrichtung (69, 77) zum Nachweis von Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche (67) bei einer Wellenlänge, welche der Wellenlänge von Autofluoreszenzemission von einer im Wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, eine Vorrichtung (78) zur Durchführung eines Vergleichs der Intensität der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche (67) mit der Intensität von Autofluoreszenzemission bei einer Wellenlänge, welche der Wellenlänge der Autofluoreszenzemission von einer im Wesentlichen von biologischen Ablagerungen freien Zahnoberfläche zugeordnet ist, von einer Zahnoberfläche, von der angenommen wird, dass auf ihr weniger biologische Ablagerungen vorhanden sind als auf der Test-Zahnoberfläche (67), eine Vorrichtung (78) zum Zuordnen einer Verringerung der Intensität der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche relativ zur Intensität der Autofluoreszenzemission von der Zahnoberfläche, von welcher angenommen wird, dass auf ihr weniger biologische Ablagerungen vorhanden sind, als dies auf der Test-Zahnoberfläche der Fall ist, zum Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche, und eine Anzeigevorrichtung (79) zum Anzeigen des Vorhandenseins derartiger biologischer Ablagerungen an einen Benutzer der Einrichtung.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsstrahlung eine Wellenlänge von 430 bis 530 nm aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweisvorrichtung (69) die Autofluoreszenzemission über einen Wellenlängenbereich oberhalb von 520 nm nachweist.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, am Anfang die Intensität der Autofluoreszenzemission von der Oberfläche zu messen, von der angenommen wird, dass sie sauber ist, und diese Intensität als Grundlage für den Vergleich mit der Intensität der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche (67) einsetzt.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, die Anregungsstrahlung auf mehrere Zahnoberflächen (67) auf denselben oder unterschiedlichen Zähnen zu richten, die Änderung der Fluoreszenzemission zu messen, die zwischen den mehreren Zahnoberflächen nachgewiesen wird, und die erhaltene Messung dem Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche (67) zuzuordnen.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, das Vorhandensein eines Gradienten der Autofluoreszenzemissionsintensität in Abhängigkeit von der Entfernung über eine Test-Zahnoberfläche (67) zu beobachten, oder den Gradienten zu messen, wenn sich die Einrichtung von einem Teil einer Zahnoberfläche zu einem anderen bewegt.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zusätzlich aufweist: eine zweite Nachweisvorrichtung (69) zum Nachweis der Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche (67) bei einer Wellenlänge, welche der Autofluoreszenzemission von biologischen Ablagerungen auf einer Zahnoberfläche zugeordnet ist, und eine Vorrichtung (78) zum Setzen dieser Autofluoreszenzemission in Beziehung zum Vorhandensein biologischer Ablagerungen auf der Test-Zahnoberfläche, und eine Anzeigevorrichtung (79) zum Anzeigen des Vorhandenseins biologischer Ablagerungen an einen Benutzer der Einrichtung.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nachweisvorrichtung (69) die Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche (67) bei einer Wellenlänge nachweisen kann, die der Autofluoreszenzemission von Zahnbelag auf der Zahnoberfläche (67) zugeordnet ist.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsstrahlung eine Wellenlänge von 470 ± 40 nm aufweist.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Abschneidefilter, das ein Filter (62, 63, 64) mit einem dichroitischen Spiegel ist, um zu verhindern, dass Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von ca. 420 nm das Gewebe des Benutzers erreicht.
Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zahnbürste (81) aufweist, welche mit der Vorrichtung (71) zum Richten von Anregungsstrahlung auf die Test-Zahnober fläche versehen ist, sowie die Vorrichtung (77) zum Nachweis von Autofluoreszenzemission von der Test-Zahnoberfläche, eingebaut in den Zahnbürstenkopf (83).