DE9417470U1 - Device for determining structural changes in objects, in particular carious spots on teeth - Google Patents
Device for determining structural changes in objects, in particular carious spots on teethInfo
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Description
Laser-Labor Adlershof e.V.
Rudower Chaussee 6Laser Laboratory Adlershof eV
Rudower Chaussee 6
12484 Berlin12484 Berlin
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Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an ZähnenDevice for detecting structural changes in objects, especially carious areas on teeth
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for determining structural changes in objects, in particular carious areas on teeth, according to the preamble of claim 1.
Zur Ermittlung kariöser Stellen insbesondere am menschlichen Zahn ist es bekannt, daß durch einen Zahnarzt eine entsprechende Sichtkontrolle unter Verwendung einer in Zahnarztpraxen üblichen Beleuchtung durchgeführt wird. Diese Art der Ermittlung von kariösen Stellen weist jedoch mehrere Nachteile auf. Einerseits können die kariösen Stellen in der Regel erst dann ermittelt werden, wenn der Zahn äußerlich bereits geschädigte Stellen erkennen läßt, andererseits können mit den vorhandenen Hilfsmitteln kariöse Stellen an verdeckten Stellen nur schwer erkannt werden.To identify carious areas, particularly on human teeth, it is known that a dentist carries out a visual inspection using lighting that is common in dental practices. However, this method of identifying carious areas has several disadvantages. On the one hand, carious areas can usually only be identified when the tooth already shows signs of damage on the outside, and on the other hand, carious areas in hidden places are difficult to identify with the tools available.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere kariöse Stellen an Zähnen, bereits in frühen Stadien in ihrer Entstehung sichtbar zu machen.The invention is therefore based on the task of making structural changes on objects, in particular carious areas on teeth, visible at an early stage of their development.
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Erfindungsgemäß wird das entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.According to the invention this is achieved according to the characterizing features of claim 1.
Die Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen, weist erfindungsgemäß ein Endoskop auf, dem als Lichtquelle eine schmalbandige Anregungslichtquelle hoher spektraler Leistungsdichte, z.B. ein Laser, zugeordnet ist. Ein Endoskop besteht im wesentlichen aus einer lichtzuführenden Einrichtung, einer Abbildungsoptik in einer dem Untersuchungsgegenstand angepaßten Hülse und einem Okular und/oder Kameraansatz. Licht wird durch das Endoskop meist mittels Lichtleitfasern an die zu untersuchende Stelle geleitet. Die eingebaute optische Anordnung bildet das beleuchtete Objekt in einer Zwischenbildebene ab. Dort kann es durch ein Okular direkt oder mittels einer Kamera betrachtet werden. Die Anwendung eines Endoskops mit der üblichen Beleuchtung allein bringt jedoch keine neuen Ergebnisse gegenüber der normalen visuellen Betrachtung, da auch nur solche Strukturveränderungen wahrgenommen werden, die mit veränderten Streu- oder Reflexionseigenschaften an der Objektoberfläche einhergehen. Durch die Verbindung eines Endoskops mit einer schmalbandigen Anregungslichtquelle hoher spektraler Leistungsdichte ist es erstmals möglich, die induzierte insbesondere die laserinduzierte Fluoreszenz für das Sichtbarmachen bestimmter strukturverändernder Prozesse insbesondere an Zähnen zu nutzen. Damit wurde es überraschend möglich, frühkariöse Veränderungen in der Zahnhartsubstanz festzustellen. Kariöse Stellen treten bei Anwendung dieser Vorrichtung als helle leuchtende Flecke hervor.The device for determining structural changes in objects, in particular carious areas on teeth, has an endoscope, to which a narrow-band excitation light source with a high spectral power density, e.g. a laser, is assigned as the light source. An endoscope essentially consists of a light-guiding device, an imaging optic in a sleeve adapted to the object to be examined and an eyepiece and/or camera attachment. Light is usually guided through the endoscope to the area to be examined using optical fibers. The built-in optical arrangement images the illuminated object in an intermediate image plane. There it can be viewed directly through an eyepiece or using a camera. However, the use of an endoscope with the usual lighting alone does not produce any new results compared to normal visual observation, since only those structural changes that are associated with changed scattering or reflection properties on the object surface are perceived. By connecting an endoscope to a narrow-band excitation light source with a high spectral power density, it is now possible for the first time to use induced fluorescence, particularly laser-induced fluorescence, to make certain structural changes visible, particularly in teeth. This made it surprisingly possible to detect early carious changes in the tooth's hard substance. Carious areas appear as bright, luminous spots when this device is used.
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Außer zur Karieserkennung, insbesondere zur Kariesfrüherkennung, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung z.B. zum Nachweis von Strukturveränderungen an Hautoberflächen und Organoberflächen eingesetzt werden. In den letzten beiden Fällen können mit Hilfe des Laser-Video-Endoskopes über die laserinduzierte Fluoreszenz Strukturveränderungen bildhaft dargestellt werden, die für tumoröses Gewebe charakteristisch sind.In addition to caries detection, in particular early caries detection, the device according to the invention can be used, for example, to detect structural changes on skin surfaces and organ surfaces. In the last two cases, structural changes that are characteristic of tumorous tissue can be visualized using the laser video endoscope via laser-induced fluorescence.
Das Endoskop weist vorzugsweise mehrere Lichtleitfasern auf, die um eine Beobachtungsoptik herum angeordnet sind.The endoscope preferably has several optical fibers arranged around an observation optics.
In einer anderen Ausführungsform weist das Endoskop eine Lichtleitfaser auf, die neben der Endoskopoptik angeordnet ist.In another embodiment, the endoscope has an optical fiber arranged next to the endoscope optics.
Vorzugsweise ist bzw. sind die objektseitige Austrittsachse der einzelnen Lichtleitfaser oder der Lichtleitfasern zur optischen Achse der Endoskopoptik geneigt. Dabei weisen die objektseitigen Austrittsachsen unterschiedliche Winkel bezüglich der optischen Achse der Endoskopoptik auf. Dadurch wird erreicht, daß die aus einer Lichtleitfaser austretende Strahlung, die bei Verwendung von Quarzglas als Kernmaterial der Lichtleitfaser eine geringe Divergenz aufweist, unterschiedliche Beobachtungsebenen des Objektives beleuchtet.Preferably, the object-side exit axis of the individual optical fiber or fibers is or are inclined to the optical axis of the endoscope optics. The object-side exit axes have different angles with respect to the optical axis of the endoscope optics. This ensures that the radiation emerging from an optical fiber, which has a low divergence when quartz glass is used as the core material of the optical fiber, illuminates different observation planes of the objective.
Bei Verwendung der einzelnen Lichtleitfaser zur Beleuchtung der Objektebene ist die Faser zur optischen Achse so geneigt, daß das Objekt im Zentrum des Gesichtsfeldes des Endoskops beleuchtet wird.When using the single optical fiber to illuminate the object plane, the fiber is inclined to the optical axis so that the object is illuminated in the center of the field of view of the endoscope.
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In einer dritten Ausfuhrungsform verlaufen die Lichtleitfasern parallel zur optischen Achse der Endoskopoptik· Zur Ablenkung der Beleuchtungsstrahlung sind eine ringförmige Linse bzw. ein ringförmiger Keil nachgeordnet.In a third embodiment, the optical fibers run parallel to the optical axis of the endoscope optics. To deflect the illumination radiation, an annular lens or an annular wedge is arranged downstream.
Bei Verwendung einer Lichtleitfaser kann das Ende der Lichtleitfaser im Zentrum der Endoskopoptik angeordnet sein.When using an optical fiber, the end of the optical fiber can be located in the center of the endoscope optics.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen der Lichtquelle und dem zu untersuchenden Objekt ein lichtstreuendes Medium im Strahlengang vorgesehen ist. Vorzugsweise ist ein bewegtes lichtstreuendes Medium, insbesondere eine um die eigene Achse rotierende Streuscheibe, vorgesehen. Bekanntlich ist die Laserstrahlung neben ihrer hohen spektralen Leitungsdichte durch eine große Kohärenzlänge gekennzeichnet. Dies äußert sich infolge von Interferenzeffekten störend in der nachfolgenden Abbildung. Durch das genannte Streumedium wird dieser unerwünschte Effekt gemindert.A further embodiment of the invention provides that a light-scattering medium is provided in the beam path between the light source and the object to be examined. Preferably, a moving light-scattering medium, in particular a scattering disk rotating about its own axis, is provided. As is known, laser radiation is characterized by a large coherence length in addition to its high spectral line density. This is expressed as a result of interference effects in the following figure. This undesirable effect is reduced by the scattering medium mentioned.
Vorzugsweise sind Lichtwellenleiter aus Quarz vorgesehen.Preferably, optical fibers made of quartz are provided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Anregungsstrahlengang einschiebbarer und diesen abdeckender Strahlunterbrecher vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieser Strahlunterbrecher auf einem Drehmagneten befestigt. Der Strahlunterbrecher stellt eine Schutzmaßnahme dar. Er vermeidet ein unbeabsichtigtes Eindringen der Laserstrahlung in das Auge. Die Anregungsstrahlung ist durch den Strahlunterbrecher so langeThe device according to the invention is further characterized in that a beam interrupter is provided which can be inserted into the excitation beam path and covers it. This beam interrupter is preferably attached to a rotary magnet. The beam interrupter represents a protective measure. It prevents the laser radiation from accidentally penetrating the eye. The excitation radiation is blocked by the beam interrupter for as long as
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verdeckt, bis die das Endoskop bedienende Person mittels eines Schalters, z.B. mittels eines Fußtasters, die Betrachtung beginnt. Sobald der Fußtaster nicht mehr betätigt wird, schließt der Drehmagnet den Strahlunterbrecher selbsttätig wieder.covered until the person operating the endoscope starts viewing using a switch, e.g. a foot switch. As soon as the foot switch is no longer pressed, the rotary magnet automatically closes the beam interrupter again.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin mindestens ein Spektralfilter, insbesondere ein austauschbares Spektralfilter, zwischen dem Endoskop und der Videokamera angeordnet. Das Spektralfilter dient der Trennung des Anregungslichts von dem im Untersuchungsobjekt induzierten Fluoreszenzlicht. Durch die Austauschbarkeit des Spektralfilters wird erreicht, daß die Trenngrenze dem konkreten Untersuchungsobjekt angepaßt wird, d.h., daß ein optimales Verhältnis von primär interessierender Fluoreszenzstrahlung und dem Gesamtbild des Untersuchungsgegenstandes so eingestellt wird, daß die interessierenden Strukturdetails vor dem Hintergrund des Gesamtobjekts sichtbar werden.In a preferred embodiment, at least one spectral filter, in particular an exchangeable spectral filter, is arranged between the endoscope and the video camera. The spectral filter serves to separate the excitation light from the fluorescent light induced in the object under examination. The exchangeability of the spectral filter ensures that the separation limit is adapted to the specific object under examination, i.e. that an optimal ratio of the fluorescent radiation of primary interest and the overall image of the object under examination is set so that the structural details of interest become visible against the background of the entire object.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß ein Spektralfilter zur Trennung von Anregungs- und Fluoreszenzlicht verwendet wird, das bei der Wellenlänge der Anregungsstrahlung eine geringe Transmission und im übrigen Spektralbereich eine hohe Transmission hat. Dadurch wird erreicht, daß neben den Fluoreszenzlichtregionen der gesamte Untersuchungsgegenstand in einer natürlichen Farbe abgebildet wird.In a further embodiment, the device according to the invention is characterized in that a spectral filter is used to separate excitation and fluorescent light, which has a low transmission at the wavelength of the excitation radiation and a high transmission in the remaining spectral range. This ensures that, in addition to the fluorescent light regions, the entire object under examination is imaged in a natural color.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß weitere optische Filter aus dem gesamten nachweisbaren Spektrum einzelne Spektralbereiche, in denen unerwünschte Emissionen auftreten, vom weiteren Nachweis teilweise oder vollständig ausschließen.In a further embodiment of the invention, it is provided that additional optical filters partially or completely exclude individual spectral ranges in which undesirable emissions occur from further detection from the entire detectable spectrum.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß zwischen dem Objektiv des Endoskops und der Videokamera zwei gegeneinander verdrehbare Polarisatoren, die vorzugsweise aus Polarisationsfolien bestehen, z.B. ein fester und ein senkrecht um seine Durchlaßrichtung drehbarer Polarisator, angeordnet sind. Dadurch kann die auf die Videokamera gelangende Bestrahlungsstärke stufenlos reguliert werden.Furthermore, it is expedient that two polarizers that can be rotated against each other, preferably made of polarization foils, e.g. a fixed polarizer and a polarizer that can be rotated vertically around its transmission direction, are arranged between the lens of the endoscope and the video camera. This allows the intensity of the radiation reaching the video camera to be continuously regulated.
Wie bei gewöhnlichen Endoskopen üblich, kann das Objekt durch ein Okular oder mittels einer Videokamera und eines Monitors betrachtet werden. Erfindungsgemäß kann die Videokamera zur Verstärkung des Bildkontrastes zwischen den Regionen verstärkter laserinduzierter Fluoreszenz und dem Gesamtbild auch im nichtlinearen Empfindlichkeitsbereich betrieben werden. Als Videokamera können erfindungsgemäß sowohl Schwarz-Weiß-Kameras als auch Farbkameras eingesetzt werden. Zur Kontrolle des Verlaufs von Strukturveränderungen ist es neben der direkten Betrachtung wünschenswert, die gewonnenen Bilder speichern, archivieren und vergleichen zu können. Erfindungsgemäß wird deshalb das Videosignal der Kamera in einem gebräuchlichen Personalcomputer mit geeigneter Hardware digitalisiert, dargestellt und gespeichert. Neben der Verwendung eines Personalcomputers ist die Speicherung und Archivierung der Bilder mit einem Videorecorder möglich.As is usual with conventional endoscopes, the object can be viewed through an eyepiece or using a video camera and a monitor. According to the invention, the video camera can also be operated in the non-linear sensitivity range to increase the image contrast between the regions of enhanced laser-induced fluorescence and the overall image. According to the invention, both black-and-white cameras and color cameras can be used as video cameras. In order to monitor the course of structural changes, it is desirable to be able to save, archive and compare the images obtained in addition to direct viewing. According to the invention, the video signal from the camera is therefore digitized, displayed and stored in a conventional personal computer with suitable hardware. In addition to using a personal computer, it is possible to save and archive the images using a video recorder.
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Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in an embodiment using drawings. They show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung;Fig. 1 is a schematic representation of the overall arrangement;
Fig. 2 ein Schema des verwendeten Endoskops.Fig. 2 a diagram of the endoscope used.
Fig. 3 ein Schema des Endoskops mit mehreren FasernFig. 3 a diagram of the endoscope with multiple fibers
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Endoskop 7 auf, dem als Lichtquelle ein frequenzverdoppelter YAG-Laser 1 zugeordnet ist, der über ein Lichtleitkabel 5 mit dem Endoskop 7 verbunden ist. Der YAG-Laser beleuchtet über das Endoskop 7 einen Zahn Z, der auf kariöse Stellen untersucht werden soll. Auf dem mittels des Endoskops zu betrachtenden Bild erscheinen kariöse Stellen des Zahnes als helle leuchtende Flecke. Dabei kann die Karies bereits in einem frühen Stadium erkannt werden, in dem am Zahn bei der Betrachtung unter der bei Zahnärzten üblichen Beleuchtung noch keine Karies erkennbar ist. Durch Anwendung des Endoskops können auch solche Stellen im Zahnbereich untersucht werden, die nicht direkt beobachtet werden können.The device according to the invention has an endoscope 7, to which a frequency-doubled YAG laser 1 is assigned as a light source, which is connected to the endoscope 7 via a fiber optic cable 5. The YAG laser illuminates a tooth Z via the endoscope 7, which is to be examined for carious spots. On the image viewed using the endoscope, carious spots on the tooth appear as bright, glowing spots. The caries can be detected at an early stage, when no caries is yet visible on the tooth when viewed under the lighting normally used by dentists. By using the endoscope, even spots in the tooth area that cannot be directly observed can be examined.
Die Betrachtung des Endoskopbildes kann in herkömmlicher Weise mittels eines Okulars erfolgen. Zweckmäßiger ist jedoch die Anwendung einer Videokamera 12 in Verbindung mit einem Personalcomputer 13, der wiederum mit einem Videorecorder 14 verbunden ist. Das Endoskop ist über ein Objektiv 8 mit der Videokamera 12 verbunden. Zwischen dem Objektiv 8 und der Videokamera 12 sind optische Filter 9The endoscope image can be viewed in the conventional way using an eyepiece. However, it is more practical to use a video camera 12 in conjunction with a personal computer 13, which in turn is connected to a video recorder 14. The endoscope is connected to the video camera 12 via a lens 8. Optical filters 9 are arranged between the lens 8 and the video camera 12.
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zur Unterdrückung des Laserlichtes und Polarisatoren 10, 11 zur Regulierung der Bestrahlungstärke des Fluoreszenzlichtes bzw. des Umgebungslichtes angeordnet.to suppress the laser light and polarizers 10, 11 to regulate the irradiance of the fluorescent light or the ambient light.
Das Laserlicht kann über einen Fußschalter 6, der einen Strahlunterbrecher 2 aktiviert, ein- und ausgeschaltet werden. Zwischen dem YAG-Laser 1 und einer Einkoppeloptik 4 ist eine rotierende Streuscheibe 3 vorgesehen.The laser light can be switched on and off using a foot switch 6, which activates a beam interrupter 2. A rotating diffusion disk 3 is provided between the YAG laser 1 and a coupling optics 4.
Die optischen Filter 9 haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine starke Absorption der Strahlung um 532 nm und ab 536 mm eine über lOnm bis zum Maximalwert zunehmende Transmission.In the present embodiment, the optical filters 9 have a strong absorption of radiation around 532 nm and from 536 mm a transmission that increases over 10 nm up to the maximum value.
In Fig. 2 ist die Variante des Endoskops mit einer Beleuchtungsfaser 15 dargestellt. Verwendet wird eine Quarzfaser, deren Ende zur optischen Achse 16 des Endoskops derart geneigt ist, daß der Zahn in einem üblichen Beobachtungsabstand von 10 bis 2 0 mm ausgeleuchtet wird.Fig. 2 shows the variant of the endoscope with an illumination fiber 15. A quartz fiber is used, the end of which is inclined to the optical axis 16 of the endoscope in such a way that the tooth is illuminated at a usual observation distance of 10 to 20 mm.
In dieser Ausführungsform liegt ein Laser-Video-EndoskopIn this embodiment, a laser video endoscope is
vor, das sowohl die aktuelle Beurteilung als auch diewhich reflects both the current assessment and the
Kontrolle des Verlaufs von Veränderungen am Zahn ermöglicht. Monitoring the progression of changes in the tooth is possible.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit vier Lichtleitfasern 15.1 bis 15.4 für die Beleuchtung . Deren Austrittsstrahlen weisen unterschiedliche Winkel a-\ - Ct2 zur optischen Achse der Endoskopoptik 17 auf. Dadurch wird erreicht, daß das von einem CCD-Empfänger 22 registrierte Objektfeld 18 bis 21 gleichmäßig ausgeleuchtet wird.Fig. 3 shows a design with four optical fibers 15.1 to 15.4 for illumination. Their exit beams have different angles α-\ - α2 to the optical axis of the endoscope optics 17. This ensures that the object field 18 to 21 registered by a CCD receiver 22 is evenly illuminated.
Claims (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997042869A1 (en) * | 1996-05-13 | 1997-11-20 | Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und angewandten Spektroskopie e.V. | Device for detecting carious tooth material, and/or especially tooth-coloured tooth restoration |
| DE29914558U1 (en) * | 1999-08-19 | 2001-01-04 | Engelke, Wilfried, Prof. Dr.Dr.med., 37130 Gleichen | Device for intraoral support of endoscopes |
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-
1994
- 1994-10-19 DE DE9417470U patent/DE9417470U1/en not_active Expired - Lifetime
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