DE69925060T2

DE69925060T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur bei einer zahnärztlichen Laserbehandlung

Info

Publication number: DE69925060T2
Application number: DE69925060T
Authority: DE
Inventors: Gabriele Clementi; Stefano Modi; Alessandro Sieni
Original assignee: Elen SpA Calenzano; El En SpA
Current assignee: Elen SpA Calenzano; El En SpA
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: DE69925060D1; EP0941707B1; ITFI980059A0; EP0941707A2; EP0941707A3; ITFI980059A1; ATE294541T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laserbehandlung in der Zahnmedizin und ein Verfahren zur Steuerung dieser Behandlung, welches ermöglicht, die Anwendung dieser Vorrichtung sicherer und leichter zu gestalten, wenn diese auf harte Gewebe beispielsweise Zahnschmelz und Zahnbein angewandt wird.
Stand der Technik
Die Wechselwirkung von Laserstrahlen mit Materialien, darunter biologischen Substanzen, wird in unterschiedlichem Ausmaß von Wärmezufuhr zu dem von der Laserenergie getroffenen Körper und folglich einem Ansteigen von dessen Temperatur begleitet. Auf dem Gebiet der Zahnmedizin werden Laser auch angewandt, um die harten Gewebe zu behandeln, nämlich Zahnschmelz und Zahnbein.
Bekanntlich kann der lebende Zahn solchen Temperaturerhöhungen nicht standhalten, welche bestimmte und bekannte Werte oberhalb eines Grundniveaus überschreiten, ohne dass das Zahnfleischgewebe Schaden erleidet mit einer nachfolgenden Entzündung dieses Gewebes.
Gegenwärtig hat ein Zahnarzt, welcher einen Laser verwendet, keinen Zugriff auf Mittel zur direkten Messung der Temperatur des Zahnes. Dies gestaltet den Einsatz von Lasern auf diesen Anwendungsgebieten schwierig und zeitraubend. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Zahnarzt gezwungen ist, den Laser nach eigenem Ermessen anzuwenden, mit anderen Worten über hinreichend kurze Zeitspannen und mit einem ausreichend langen zeitlichen Abstand zwischen einer Anwendung und der darauf folgenden Anwendung, damit gefährliche Temperaturerhöhungen des Zahnes vermieden werden.
Das japanische Patent Nr. JP 10 033 548 offenbart eine Vorrichtung für eine zahnärztliche Laserbehandlung, bei welcher die Behandlungsparameter dadurch eingestellt werden, dass man vorher eine Probe bestrahlt und die Temperatur dieser Probe misst.
Gegenstände und Darstellung der Erfindung Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Laservorrichtung zur Behandlung von Geweben und insbesondere einer Vorrichtung zum kieferorthopädischen Einsatz, welche benutzt werden kann, um die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu überwinden.
Insbesondere besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Vorrichtung, welche den behandelnden Arzt in die Lage versetzt, den Laser einzusetzen, ohne dass für ihn die Notwendigkeit besteht, auf empirische und unsichere Art und Weise mit aufeinander folgenden Unterbrechungen vorzugehen, um die Gefahr einer Überhitzung der behandelten Gewebe zu verhindern.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Steuerungsverfahrens zur Laserbehandlung in der Zahnmedizin, welches ermöglicht, eine Überhitzung des behandelten Gewebes zu verhindern.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, welches ermöglicht, den Einsatz einer Laservorrichtung für kieferorthopädische Anwendungen einfacher und sicherer zu gestalten, insbesondere bei der Behandlung von harten Geweben wie beispielsweise Zahnschmelz und Zahnbein.
Dieser und weitere Gegenstände und Vorteile, welche einem Fachmann aus dem nachfolgenden Text ersichtlich sind, werden im Wesentlichen mit einem Verfahren zur Steuerung der inneren Temperatur eines Zahnes erreicht, welcher während der genannten Behandlung einer Laserstrahlbehandlung ausgesetzt ist, bei welcher eine geschätzte innere Temperatur des Zahnes als Funktion von mindestens einem Betriebsparameter des Lasers und der Behandlungsdauer bestimmt wird und bei welcher die geschätzte Temperatur mit einer Schwellwerttemperatur verglichen wird, wobei das Überschreiten der genannten Schwellwerttemperatur einen Alarmzustand bewirkt.
Die Alarmsituation kann dem behandelnden Arzt mittels eines akustischen oder optischen Signals oder durch die Kombination aus den beiden oder durch ein weiteres geeignetes Verfahren angezeigt werden. Es besteht kein Grund dafür, warum nicht für den Fall eines Alarmes eine automatische Unterbrechung der Behandlung vorgesehen werden sollte.
Durch Implementierung dieses Verfahrens in die Laserbehandlungsvorrichtung ist es möglich, dem behandelnden Arzt eine zuverlässige und hinreichend genaue Abschätzung der Temperaturänderung im Innern des Zahnes zu liefern. Der behandelnde Arzt wird durch die Vorrichtung darüber in Kenntnis gesetzt, wenn diese Temperatur einen Schwellwert übersteigt, und er ist nicht länger darauf angewiesen, auf empirische und willkürliche Art und Weise vorzugehen. Dies macht die Vorrichtung in ihrer Anwendung sicherer und viel einfacher, da sämtliche Gefahrensituationen, welche auf mögliche Unachtsamkeit des behandelnden Arztes zurückzuführen sind, ausgeschaltet werden. Die Abschätzung der inneren Temperatur des Zahnes, welche im Ergebnis der Energiezuführung durch den Laser ansteigt, wird auf objektive Art und Weise auf der Grundlage von Parametern erhalten, die zu Beginn der Behandlung eingestellt werden, und folglich wird die Behandlung dann, und nur dann unterbrochen, wenn dies tatsächlich erforderlich ist.
Es ist auch möglich, die Abgabe eines Freigabesignals (oder eines Signals für das Ende des Alarmzustandes) vorzusehen, wenn nach einer Unterbrechung der Energiezuführung die geschätzte Temperatur hinreichend weit unter den Alarmgrenzwert gefallen ist. Als Alternative oder in Verbindung mit dem Vorangegangenen ist es möglich, eine automatische Abschaltung der Laserquelle über die Zeitspanne vorzusehen, welche benötigt wird, damit die Temperatur unter einen bestimmten Wert in Bezug auf den Grenzwert abfällt.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die geschätzte Temperatur auch als Funktion der Emissionsleistung des Lasers bestimmt. Es ist auch möglich, die charakteristischen Merkmale des Zahnes wie beispielsweise die Art des Zahnes (Schneidezahn, Eckzahn, Backenzahn, vorderer Backenzahn), seine Größe und sein Alter, mit anderen Worten das Alter des Patienten, einzubeziehen, welche bei der Bestimmung der geschätzten Temperatur in Betracht zu ziehen sind. Die Art und Weise, auf welche sich diese Variablen auf die Berechnung der geschätzten Temperatur auswirken können, soll unter Bezugnahme auf ein Beispiel einer Ausführungsform beschrieben werden.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, auf eine einfache Art für die Abgabe eines Alarmsignals und/oder die Unterbrechung der Emission des Laserstrahls zu sorgen. Um den behandelnden Arzt mit mehr Informationen zu versorgen und den Eingriff auch einfacher und sicherer zu gestalten, wird jedoch in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die geschätzte Temperatur so dargestellt, dass sie in einem Diagramm als Funktion der Behandlung dargestellt wird. Der behandelnde Arzt kann somit auch (zumindest auf qualitative Art und Weise) die Zeit bestimmen, die zur Verfügung steht, bevor die Grenztemperatur erreicht wird. Dies kann unter manchen Umständen sehr nützlich sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Details der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden weiter unten beschrieben und sind in den angefügten Ansprüchen aufgezeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, welche ein praktisches und ein den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränkendes Beispiel darstellen. In der Zeichnung sind:
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt werden kann;
2 ist ein Blockschaltbild der Phase der Dateninitialisierung;
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für die Änderung der geschätzten Temperatur darstellt;
4 ist ein weiteres Diagramm, welches ein Beispiel für die Änderung der geschätzten Temperatur darstellt;
5 ist ein Blockschaltbild, welches eine Zusammenfassung des Verfahrens darstellt; und
6 und 7 sind zwei detaillierte Blockschaltbilder von zwei Phasen des in 5 zusammenfassend dargestellten Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Die Vorrichtung, auf welche die Erfindung Anwendung findet, besteht im Überblick (siehe 1) aus einer Laserquelle 1, welche mit einer Behandlungsgarnitur 3 zum Beispiel mittels eines Lichtleitkabels 5, eines Strahlengangs mit Umlenkspiegeln und Strahlenleitrohren oder dergleichen verbunden ist. Die Laserquelle ist an eine programmierbare zentrale Steuereinheit 7 mit einer Tastatur 9 und einem Monitor 11 angeschlossen. Die Laserquelle 1 wird durch den behandelnden Arzt mittels einer geeigneten Steuerung betätigt, die in diesem Beispiel ein Steuerpedal 13 ist. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.
Gemäß der Erfindung ist die zentrale Einheit 7 dergestalt programmierbar, dass sie den geschätzten Wert der Temperatur des Zahnes D während der Laserbehandlung als Funktion einer Reihe von Parametern des Zahnes und des sich der Behandlung unterziehenden Patienten sowie von Betriebsparametern der Vorrichtung berechnet.
Die Parameter, welche sich auf die Person und den zu behandelnden Zahn beziehen, sind: die Art des Zahnes, die Größe des Zahnes und das Alter des Patienten. Insbesondere wird die Größe des Zahnes durch einen Parameter K_Größe bestimmt, welcher die Werte K_Größe = 3, 5 und 7 für kleine, mittlere und beziehungsweise große Zähne annehmen kann, während die Art des Zahnes durch den Parameter K_Zahnart bestimmt wird, welcher die nachfolgenden Werte annehmen kann:

Schneidezahn: K_Zahnart = 92

Eckzahn: K_Zahnart = 90

vorderer Backenzahn: K_Zahnart = 91

Backenzahn: K_Zahnart = 120
Bevor die Behandlung begonnen wird, gibt der behandelnde Arzt in einer Initialisierungsphase die weiter oben spezifizierten Daten mittels der Tastatur 9 ein, und auf der Grundlage dieser Daten bestimmt die zentrale Einheit 7 mittels der nachfolgenden Funktion eine Zeitkonstante τ: τ = KAlter·KGröße·KZahnart (1)worin K_Größe und K_Zahnart so sind, wie sie weiter oben festgelegt wurden, und K_Alter folgendermaßen bestimmt wird: KAlter = 0,005 E + 0,80 (2)worin E das in Jahren ausgedrückte Alter des Patienten ist. Die Zeitkonstante τ, in Zehnteln einer Sekunde ausgedrückt, wird verwendet, um die geschätzte Änderung der Temperatur innerhalb des Zahnes zu bestimmen, wenn der Zahn bei der Behandlung vom Laserstrahl getroffen wird. Die Gleichung (1) und die Werte der darin auftretenden Parameter, mittels welcher die Zeitkonstante τ berechnet wird, werden experimentell ermittelt. Sie werden deshalb nur beispielshalber angegeben und können abgeändert werden, um durch eine längere experimentelle Phase der Datenermittlung präzisere Werte zur Verfügung zu haben.
Die Erfindung ist deshalb nicht in irgendeiner Weise auf diese numerischen Werte beschränkt, welche einzig und allein beispielshalber angegeben wurden, obwohl sie unter dem Gesichtspunkt der vorliegenden experimentellen Ergebnisse als optimierte Werte betrachtet werden können. Es sollte auch gedanklich erfasst werden, dass die experimentellen Ergebnisse, auf welchen diese Werte beruhen, von totem biologischen Material erhalten wurden und daher beträchtlich von der Qualität des Materials, insbesondere von seinem Frischezustand, beeinflusst wurden.
Die Verfahrensweise der Initialisierung der weiter oben beschriebenen Variablen ist im Blockschaltbild in 2 zusammengefasst.
Die Änderung der Temperatur innerhalb des Zahnes hängt nicht nur von den charakteristischen Merkmalen des Zahnes ab, auf deren Grundlage die Zeitkonstante τ ermittelt worden ist, sondern auch von den Betriebsbedingungen und insbesondere von der Leistung des Laserstrahls, der Emissionszeit des Laserstrahls und der Anfangstemperatur des Zahnes. Die Änderung der geschätzten inneren Temperatur des Zahnes folgt einem exponentiellen Verlauf, welcher durch die folgende Funktion angenähert werden kann: T = Tmax – (Tmax – TStart)e–t/τ (3)worin:

T: die geschätzte Temperatur ist;
T_max: ein Parameter ist, welcher von der Leistung des Laserstrahls und möglicherweise auch von den charakteristischen Merkmalen des Zahnes, insbesondere von seiner Größe abhängt. Er stellt den asymptotischen Wert dar, welchem die innere Temperatur des Zahnes für einen vorgegebenen Wert der auftreffenden Leistung zustrebt;
T_Start: die Anfangstemperatur ist;
t: die Zeit ist; und
τ: die weiter oben definierte Zeitkonstante (siehe Gleichung 1) ist.

Um den Wert der Temperatur T_max zu bestimmen, wird die Leistung W, welche vom Laser abgegeben wird, anfänglich als die Energie E des Laserimpulses und die Frequenz f der Impulswiederholung berechnet: W = E·f (4)
In erster Näherung kann die Temperatur T_max betrachtet werden, als hänge sie nur von der vom Laser abgegebenen Leistung W ab, wobei die Einwirkung der weiteren Parameter, wie beispielsweise der Zahngröße, außer Acht gelassen werden. Durch experimentelle Messungen wurde herausgefunden, dass die Temperatur T_max mit der Leistung W des Lasers in Beziehung gesetzt werden kann, wie weiter unten in Tabelle 1 dargestellt wird:
Tabelle 1
In Wirklichkeit wird die innere Temperatur durch die thermodynamischen Eigenschaften des Zahnmaterials bestimmt, insbesondere durch die Wärmekapazität und durch das Gleichgewicht zwischen der durch den Laser zugeführten Leistung und der Leistung, welche durch Wärmeabgabe an die Umgebung dissipiert, die an den Wänden des Zahnes stattfindet (zusätzlich zu der Leistung, die durch die Zirkulation des Blutes um den Zahn herum und innerhalb des Zahnes entnommen wird, wenn der Zahn nicht tot ist). Die Wärmedissipation an die Umgebung hängt insbesondere von der Größe des Zahnes ab. Dieser Faktor kann in erster Näherung aus Gründen, welche nachfolgend verdeutlicht werden, vernachlässigt werden, aber er kann in die Betrachtung mittels eines geeigneten Versuchs einbezogen werden, welcher ausgeführt werden kann, um die Korrelation zwischen der Temperatur des Zahnes, der Leistung des auftreffenden Laserstrahls und der Größe des Zahnes herauszufinden.
Bevor der behandelnde Arzt mit der Behandlung beginnt, gibt er über die Tastatur 9 die Daten ein, die von der zentralen Einheit 7 zur Bestimmung des Wertes der Zeitkonstanten τ benötigt werden. Die Vorrichtung verbleibt daraufhin bis zum Beginn der Behandlung im Bereitschaftszustand.
Wenn, nachdem der Behandlungsgarnitur 3 an die für die Behandlung erforderliche Stelle gebracht worden ist, die Laseremission durch Inbetriebsetzung mittels des Pedals 13, gestartet wird, liest die zentrale Einheit 7 den Parameter "f", mit anderen Worten die Emissionsfrequenz, zusätzlich zum Parameter "E", mit anderen Worten die Energie des Laserimpulses, und aus diesen Werten bestimmt sie die Emissionsleistung W (Gleichung 4). Die zentrale Einheit 7 berechnet den Wert T_max gemäß der Tabelle 1, welche der zentralen Einheit durch ein geeignetes Speichersystem zur Verfügung gestellt wird, und aktiviert die Aufzeichnung eines Diagramms auf dem Monitor 11, welches die Änderung der Funktion (3) mit der Zeit darstellt, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Vor Beginn der Aufzeichnung der graphischen Darstellung wird der Variablen T_Start der tatsächliche Wert (zum Beispiel die Grundtemperatur des Zahnes, die typischerweise mit 32°C angenommen wird) gegeben, und die Emissionszeit t wird auf Null zurückgesetzt.
Die Zeitvariable t wird danach allmählich und inkrementell erhöht, und bei jedem Schritt bestimmt die zentrale Einheit 7 mittels der Gleichung (3) den geschätzten Wert T der Temperatur. In jedem Zyklus der Iteration wird die geschätzte Temperatur T mit einem Alarmschwellwert T_Alarm verglichen, welcher zum Beispiel auf 40 °C eingestellt wird.
Falls der Wert der geschätzten Temperatur T den Wert T_Alarm übersteigt, gibt die zentrale Einheit ein Alarmsignal ab, zum Beispiel ein akustisches Signal, welches dem behandelnden Arzt anzeigt, dass es erforderlich ist, die Behandlung zu unterbrechen, um dem Zahn die Möglichkeit zur Abkühlung zu geben und um zu verhindern, dass Temperaturen erreicht werden, die zu einer Beschädigung des Zahnfleischgewebes führen können.
Falls der geschätzte Wert von T bei einer angegebenen Stufe den Wert T_Alarm nicht überschreitet, wird von der zentralen Einheit keinerlei Alarmmeldung ausgegeben. In allen Fällen stellt sie die berechnete Temperatur T in graphischer Form auf dem Monitor 11 dar und führt den nächsten Schritt der Berechnung aus, nachdem die Zeitvariable (t) inkrementell erhöht worden ist.
Die 3 zeigt die Kurve, welche die nach diesem Verfahren geschätzte Temperatur für einen kleinen Backenzahn (Parameter K_Größe = 7, K_Zahnart = 120) darstellt. Die Leistung des Lasers beträgt 3 W. Die geschätzte Temperatur T wird auf der vertikalen Achse und die Zeit t auf der horizontalen Achse dargestellt.
Es ist leicht zu ersehen, dass die geschätzte Temperatur den Alarmwert ungefähr 26 Sekunden nach dem Beginn der Emission erreicht. Falls die Emission nicht unterbrochen wird, steigt die (geschätzte) innere Temperatur des Zahnes bis zu einem asymptotischen Wert von annähernd 47°C, welcher durch den Parameter T_max dargestellt wird. Dieser asymptotische Wert schwankt um annähernd +/– 20 %, falls die Größe des Zahnes auch in die Betrachtungsweise bei der Berechnung der geschätzten Temperatur einbezogen wird. Selbst wenn dieser weitere Parameter in die Betrachtung einbezogen wird, ändert sich jedoch das Profil des unteren Bereiches der Kurve in einem vernachlässigbaren Ausmaß, und deshalb ist die Zeit, welche bis zum Erreichen der Alarmtemperatur vergeht, im Wesentlichen unabhängig von der Größe des Zahnes. Aus diesem Grund wurde anfänglich spezifiziert, dass für die Temperatur T_max (welche den asymptotischen Wert darstellt, dem die Kurve der geschätzten Temperatur zustrebt) die Größe des Zahnes nicht berücksichtigt werden muss.
Wenn im Ergebnis der Abgabe eines Alarmsignals oder aus irgend einem anderen Grund der behandelnde Arzt die Laseremission durch Lösen des Pedals 13 unterbricht, fällt die Leistung W auf Null ab, und folglich fällt der Parameter T_max auf den Wert von 32°C (Grundtemperatur des Zahnes). Der Zahn befindet sich bei einer Temperatur, welche gleich dem letzten Wert ist, der für die Temperatur T geschätzt wurde. Dieser Wert wird dann von der Zentraleinheit als der Wert von T_Start angenommen, während der Parameter T_max den Wert von 32°C annimmt (siehe Tabelle 1 für W = 0).
Sind diese zwei Werte der Parameter T_max und T_Start gegeben, zeigt die Gleichung (3), dass die Temperatur T eine exponentiell abfallende Veränderung aufweist, die asymptotisch auf den Wert von 32 °C zustrebt. Diese Veränderung setzt sich bis zum Beginn der nächsten Laseremission fort.
Die zentrale Einheit 7 fährt dann (mit den für die Parameter T_max und T_Start neu eingesetzten Werten) weiter fort, um die Veränderung der Temperatur mit der Zeit (abnehmend) zu bestimmen und diese Änderung im Diagramm auf dem Monitor 11 darzustellen. Aus praktischen Erwägungen heraus wird die Bewegung längs der Zeitachse für die gesamte Zeit unterbrochen, in welcher die Laseremission gleich Null ist und die Kurve, welche die geschätzte Temperatur T darstellt, abfallend ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Monitors zu reduzieren oder die Änderung der Temperatur T auf dem Monitor für einen längeren Zeitraum darzustellen. Wenn der Laser nicht emittiert, zeigt daher das Diagramm auf dem Monitor eine gerade Linie, die, wie das in 4 dargestellt ist, parallel zur vertikalen Achse verläuft, wobei vorausgesetzt wird, dass der Laser zur Zeit t₁ unterbrochen wurde.
Wenn der behandelnde Arzt der Ansicht ist, dass der Wert der Temperatur T hinreichend weit unter den Alarmwert T_Alarm gefallen ist, oder in irgend einem Fall, wenn die Behandlung wieder aufgenommen wird, wird die zentrale Einheit 7 wiederum beginnen, ein exponentielles Ansteigen der geschätzten Temperatur festzustellen ausgehend von dem Wert T, welcher zum Zeitpunkt des Startvorganges der zweiten Phase der Emission erreicht worden ist. Die Form der Kurve, welche T darstellt, wird wiederum ansteigend sein, da der Parameter T_Start den zuletzt geschätzten Wert von T am Ende der Abkühlungsphase beim Ausbleiben der Emission annehmen wird, und der Parameter T_max wird den Wert annehmen (Tabelle 1), welcher der Emissionsleistung entspricht, die nunmehr von Null verschieden ist.
Die weiter oben beschriebene Verfahrensweise wird in dem allgemeinen Ablaufdiagramm in 5 und in den detaillierten Ablaufdiagrammen in den 6 und 7 zusammengefasst. In der graphischen Darstellung in 5 bezeichnet die Bezugszahl 101 den Block, welcher die Initialisierungsphase darstellt, welche bereits weiter vorn beschrieben worden und im Detail in der graphischen Darstellung in 2 dargestellt ist. Zum Abschluss der Initialisierungsphase führt die Zentraleinheit 7 zyklische Überprüfungen durch, um zu erkennen, ob sich der Zustand der Steuervorrichtung für die Laseremission verändert hat, mit anderen Worten (falls die Emission noch nicht gestartet worden ist), ob sich der Laser im nichtemittierenden Zustand befindet (Block 103). Falls der letzte Überprüfungszyklus nicht herausfindet, dass die Lasersteuerung 13 in Betrieb gesetzt worden ist, überprüft die Zentraleinheit, ob die Aufzeichnung des Temperaturdiagramms aktiviert worden ist (Block 106). Falls das Ergebnis negativ ist (mit anderen Worten, falls der Bedienereingriff noch nicht begonnen worden ist), kehrt das System zum Block 103 zurück und beginnt erneut den Überprüfungszyklus.
Falls das System bereits in Betrieb gesetzt worden ist, läuft das Überprüfungsverfahren zum Block 107, welcher überprüft, ob mehr als eine Sekunde seit der vorhergehenden Überprüfung vergangen ist. Falls das Ergebnis negativ ist, kehrt es zum Block 103 zurück; falls es positiv ist, setzt es die Aufzeichnung des Diagramms (Block 108) fort, um die Schätzung der Temperatur T für den nächsten Schritt anzuzeigen, wobei das Diagramm in Schritten von 1 Sekunde aufgezeichnet wird.
Falls sich in Block 104 herausstellt, dass die Steuerungsvorrichtung 13 in Betrieb gesetzt worden ist, bedeutet dies, dass der Laser gestartet oder gestoppt worden ist und dass daher die Werte der Parameter für die Berechnung der geschätzten Temperatur T geändert werden müssen. Falls der Laser zum ersten Mal gestartet worden ist, muss mit der Berechnung der Funktion T begonnen werden; falls der Laser gestoppt worden ist oder nach einem ersten Stopp neu gestartet worden ist, müssen die Werte der Parameter T_Start und T_max, wie weiter oben beschrieben wurde, geändert werden. Zu diesem Zweck führt die zentrale Einheit den Block 105 aus, welcher im Detail in der graphischen Darstellung in 6 gezeigt wird. Eine anfängliche Überprüfung wird vorgenommen, um zu sehen, ob der Laser in Betrieb gesetzt worden ist (Starten der Laseremission = Ja) oder falls er gestoppt worden ist (Starten der Laseremission = Nein). Im ersten Fall wird der Parameter E (Energie des Impulses) durch den Block 111 gelesen, und dann wird der Frequenzparameter "f" gelesen, und die Emissionsleistung W wird berechnet (Blöcke 112, 113), und der Wert T_max wird aus der Leistung W (Block 114) bestimmt. Die Aufzeichnung des Diagramms auf dem Monitor 11 wird dann aktiviert (Block 115), und der Wert der gegenwärtigen Temperatur (zum Beispiel 32°C, mit anderen Worten die Grundtemperatur des Zahnes) wird der Variablen T_Start zugeordnet, während die Zeitvariable t auf Null zurückgesetzt wird (Block 116). Danach kehrt das System zum Block 106 im Diagramm in 5 zurück.
Falls die zentrale Einheit eine Unterbrechung der Laseremission an Stelle eines Starts der Laseremission in Block 110 feststellt, ordnet sie den zuletzt berechneten Wert der Temperatur T, mit anderen Worten die tatsächliche Temperatur, der Variablen T_Start zu. Die Zentraleinheit ordnet auch den Anfangswert, mit anderen Worten den Wert, der einer Emissionsleistung Null entspricht, der Variablen T_max zu und setzt die Zeitvariable t auf Null zurück (Block 117). Der Steuervorgang kehrt danach zum Diagramm in 5 zum Block 106 zurück.
7 zeigt im Detail das Verfahren für die Aufzeichnung des Diagramms der Temperatur (Block 108). Die Zeitvariable (t) wird inkrementell erhöht (Block 121). Die Temperatur T wird dann geschätzt (Block 122), und der geschätzte Wert wird mit dem Wert von T_Alarm (Block 123) verglichen. Falls der Alarmschwellwert nicht überschritten wird (T < T_Alarm), zeigt die zentrale Einheit den neuerlich berechneten Wert von T auf dem Diagramm, welches auf dem Monitor 11 angezeigt wird (Block 125), und kehrt zum Block 103 (5) zurück. Falls die Überprüfung am Block 123 erkennen lässt, dass die geschätzte Temperatur gleich oder größer als der Alarmwert ist_(T ≥ T_Alarm) ist, gibt das System einen Alarm aus (Block 126), und danach folgt der bereits früher beschriebene Vorgang, welcher in sämtlichen Fällen zum Block 125 führt und von dort zum Block 103 in 5.
Dies ist so zu verstehen, dass die Zeichnungen nur ein Beispiel darstellen, welches einzig und allein zur praktischen Veranschaulichung der Erfindung dient, und dass diese Erfindung in ihren Formen und Anordnungen variieren kann, ohne dass der Rahmen des Leitkonzeptes der Erfindung verlassen wird. Das Vorhandensein von jeglichen Bezugszahlen in den angefügten Ansprüchen dient dem Zweck, das Lesen der Ansprüche in Bezug auf die Beschreibung und die Zeichnungen zu erleichtern, und schränkt den Rahmen des Schutzes, welcher durch die Ansprüche dargestellt wird, nicht ein.

Claims

Verfahren zur Kontrolle der inneren Temperatur eines einer Behandlung durch einen Laserstrahl unterzogenen Zahnes (D) während der genannten Behandlung, wobei eine geschätzte innere Temperatur (T) des Zahnes als Funktion von mindestens einem Betriebsparameter des Lasers und der Behandlungszeit (t) bestimmt wird und wobei die geschätzte Temperatur (T) mit einer Schwellwerttemperatur (T_Alarm) verglichen wird, wobei das Überschreiten der genannten Schwellwerttemperatur eine Alarmbedingung erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die genannte Alarmbedingung die Abgabe eines akustischen und/oder optischen Signals umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte geschätzte Temperatur als Funktion der Emissionsleistung (W) des Lasers bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei die genannte geschätzte Temperatur zusätzlich als Funktion der charakteristischen Merkmale des Zahnes, welcher der Laserbehandlung unterzogen wird, bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die genannten charakteristischen Merkmale des Zahnes einen oder mehrere der folgenden Parameter umfasst: Größe, Art des Zahnes, Alter.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei die genannte geschätzte Temperatur gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: T = Tmax – (Tmax – TStart) e–t/τ (3)worin: t die Behandlungszeit ist; T_Start die Anfangstemperatur des Zahnes ist; T_max ein Parameter ist, welcher zumindest von der Emissionsleistung des Lasers abhängt; τ eine Zeitkonstante ist, welche eine Funktion der charakteristischen Merkmale des Zahnes darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei T_max einen Parameter darstellt, welcher von der Emissionsleistung des Lasers und der Größe des Zahnes abhängt.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Zeitkonstante gemäß der Gleichung τ = KAlter·KGröße·KZahnart (1)bestimmt wird, worin K_Alter eine durch das Alter bestimmte Konstante ist; K_Größe eine durch die Größe des Zahnes bestimmte Konstante ist; K_zahnarteine durch die Art des Zahnes bestimmte Konstante ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei K_Alter durch KAlter = 0,005 E + 0,80 (2)definiert wird, worin E das in Jahren ausgedrückte Alter des Patienten darstellt, welcher der Behandlung unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei K_Größe von 2 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 7, variiert und mit der Größe des Zahnes ansteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9 oder 10, wobei K_Zahnart als eine Funktion der Art des Zahnes von 70 bis 150, vorzugsweise von 90 bis 120, variiert.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei K_Zahnart die folgenden Werte als eine Funktion der Art des Zahnes annimmt: Schneidezahn: K_Zahnart = 92 Eckzahn: K_Zahnart = 90 vorderer Backenzahn: K_Zahnart = 91 Backenzahn: K_Zahnart = 120
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei die geschätzte Temperatur auf einem Diagramm als Funktion der Behandlungszeit dargestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei während der Stufen der Unterbrechung der Laseremission, in welchen, die geschätzte Temperatur absinkt, die Änderung der geschätzten Temperatur auf dem Diagramm als Bewegung längs der vertikalen Achse, aber ohne Bewegung längs der horizontalen Achse dargestellt wird.
Vorrichtung zur zahnärztlichen Behandlung mittels eines Laserstrahles, welche enthält: eine Laserquelle (1), eine Behandlungsgarnitur (3) für die Behandlung des Zahnes (D) und eine zentrale Steuereinheit (7), welche an die genannte Laserquelle und an Mittel (13) für das Ein- und Ausschalten des Lasers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zentrale Einheit programmiert ist, um ein Verfahren anzuwenden, welches in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht wird.
Vorrichtung zur zahnärztlichen Behandlung mittels eines Laserstrahles, welche enthält: eine Laserquelle (1), eine Behandlungsgarnitur (3) für die Behandlung des Zahnes (D) und eine zentrale Steuereinheit (7), welche an die genannte Laserquelle und an Mittel (13) für das Ein- und Ausschalten des Lasers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zentrale Einheit Mittel umfasst zur Bestimmung einer geschätzten inneren Temperatur (T) des Zahnes, welcher der Behandlung mit einem von der genannten Laserquelle ausgesandten Strahl unterzogen wird, als Funktion von mindestens einem Betriebsparameters des Lasers und der Behandlungszeit (t), wobei die genannte zentrale Einheit die genannte geschätzte Temperatur (T) mit einer Schwellwerttemperatur (T_Alarm) vergleicht, wobei das Überschreiten der genannten Schwellwerttemperatur die Erzeugung eines Alarmsignals bewirkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, bei welcher die genannte zentrale Einheit die geschätzte Temperatur als Funktion der Emissionsleistung (W) der genannten Laserquelle (1) bestimmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit (7) programmiert wird, um die genannte geschätzte Temperatur (T) zusätzlich als Funktion der charakteristischen Merkmale des der Laserbehandlung unterzogenen Zahnes zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zentrale Einheit programmiert wird, um die genannte geschätzte Temperatur (T) als Funktion von einem oder mehreren der folgenden Parameter zu bestimmen: Größe des Zahnes, Art des Zahnes, Alter.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zentrale Einheit programmiert wird, um die genannte geschätzte Temperatur gemäß der folgenden Gleichung zu bestimmen: T = Tmax – (Tmax – TStart) e–t/τ (3)worin: t die Behandlungszeit ist; T_start die Anfangstemperatur des Zahnes ist; T_max ein Parameter ist, welcher zumindest von der Emissionsleistung des Lasers abhängt; τ eine Zeitkonstante ist, welche eine Funktion der charakteristischen Merkmale des Zahnes darstellt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass T_max einen Parameter darstellt, welcher von der Emissionsleistung des Lasers und von der Größe des Zahnes abhängt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit die Zeitkonstante gemäß der Gleichung T = KAlter·KGröße·KZahnart (1)bestimmt, worin K_Alter eine durch das Alter bestimmte Konstante ist; K_Größe eine durch die Größe des Zahnes bestimmte Konstante ist; K_Zahnart eine durch die Art des Zahnes bestimmte Konstante ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass K_Alter durch KAlter = 0,005 E + 0,80 (2)definiert ist, worin E das in Jahren ausgedrückte Alter des Patienten darstellt, welcher der Behandlung unterzogen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, in welcher K_Größe von 2 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 7, variiert und mit der Größe des Zahnes ansteigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass K_Zahnart als Funktion der Art des Zahnes von 70 bis 150, vorzugsweise von 90 bis 120, variiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25, in welcher K_Zahnart die folgenden Werte als Funktion der Art des Zahnes annimmt: Schneidezahn: K_Zahnart = 92 Eckzahn: K_Zahnart = 90 vorderer Backenzahn: K_Zahnart = 91 Backenzahn: K_Zahnart = 120
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Displaymittel (11) umfasst, auf welchem ein Diagramm dargestellt wird, welches die Änderung der geschätzten Temperatur als Funktion der Behandlungszeit darstellt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zentrale Einheit (7) dergestalt programmiert ist, dass während der Stufen der Unterbrechung der Laseremission, in welchen die geschätzte Temperatur absinkt, die Änderung der geschätzten Temperatur auf dem Diagramm als Bewegung längs der vertikalen Achse, aber ohne Bewegung längs der horizontalen Achse dargestellt wird.