JP2018504195A - 歯科用光硬化装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、手持ち式の光硬化装置内に配置されていて相互に隣接するとともに並列して配置され光源を構成するものである特に複数のチップを備えた光源を有し、前記チップの前に光導体部材が延在し、また前記光源の放射波長領域の光に対して感応性の少なくとも１個のセンサを有し、さらに重合中に前記光源を制御するための制御装置を有しその制御装置に前記センサが接続されてなる光硬化装置に係り、前記制御装置が重合中に前記センサの出力信号を継続的あるいは少なくとも反復的に監視し、出力信号の低下に際して光出力を調節および／または重合時間を調節し、また前記制御装置が光放出面（１０）を介して捕捉された反射光線および／またはそれの変化を可能性のある位置ずれを算定するために積算し、さらに光導体の前記光放出面（１０）が最も大きな硬化される歯科補綴部材（１２）と比べて大きいか等しくなり、特に１ｃｍ２超の断面を有する。【選択図】図１

Description

この発明は、請求項１前段に記載の光硬化装置に関する。

歯科材料の重合のための光硬化装置は長く知られている。９０年代は一部ハロゲンランプを使用し従って赤外線領域まで広がる広範囲の光線スペクトルによって処理されていたが、既に２０００年頃にはＬＥＤチップに基づいていてしばしば４７０ｎｍの放射極大値、すなわち実質的に青色光線を放射する光硬化装置が普及した。

重合は、放射極大に適合する光重合開始剤（例えばカンファキノン）が重合反応を開始させることによって実施される。このことは不動式に、すなわち固定式の光硬化装置内における例えば義歯支台の硬化のために実施することができるが、しばしば適宜に構成された手持ち機器を使用して例えば患者の自然歯上の歯科補綴部材を重合させることもできる。

ここで考えるべきことはさらに、当然体外で実施することができる例えば義歯の修理作業である。

その種の手持ち装置は広範に使用されていて数十年の間にそのために適した制御装置が確立されており、（重合させる歯科補綴部材の大きさに従った）歯科技工士あるいは歯科医師の設定に基づき、また少なくとも部分的に装置固有の設定に基づいて重合時間を制御する。

さらに、放射された光線を検出するための多様な方法が知られている。そこで例えばドイツ国特許出願公開第１０２００７０５２６４３号（Ａ１）明細書の解決方式を参照することができる。

何よりも、光硬化装置によって照射された物体の反射を検出する装置も参照すべきである。その際まず、歯科分野において重要なドイツ国特許第１０２００５０１９３８６号（Ｂ４）明細書を引用することができる。ドイツ国実用新案第９２０４６２１号（Ｕ１）明細書の解決方式は対象物から反射された光量を分割してそれを検出しようとするものであるが、ドイツ国特許第１０２００５０１９３８６号（Ｂ４）明細書の解決方式は８００ｎｍないし１００００ｎｍの波長範囲の光線を検出し従って実行された重合に関するある程度の評価を既に提供することができる。

しかしながら、反射された光線を検出してそれを制御装置に伝達することでは完全に信頼性のある重合結果を達成するために充分でないことが判明している。

それに加えてこの点に関して、不完全な重合のため後に切削される露出した鋭端が腫瘍の発生を誘発するがそれが完全に克服されないという問題が生じ、また他方で大量の材料の過度に集中的な硬化のため硬化した材料の収縮を誘発し、それが縁部亀裂の発生を誘発する。

従って本発明の目的は、極めて高コストな複数の試験作業あるいはその他の評価処理を必要とすることなく手持ち式の光硬化装置においても重合に際しての補綴結果の点に関して改善される、請求項１前段に記載の光硬化装置を提供することである。

前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。好適な追加構成が従属請求項によって明らかにされる。

本発明によれば、発明に係る装置によって意外にもかついわば自動的に歯科補綴部材に実際に到達する光照射量を検出および評価し得ることが極めて好適である。不良な重合の主要な原因が重合時間の誤選択ではなく光硬化装置の不適正な操作であることが明らかである。例えば不用意な光硬化装置の動作のために補綴部材表面の極一部のみが光硬化装置からの光線末端によって照射された場合、本発明を用いなければそのことをユーザは殆ど気がつかず、例えば約１０秒間の所要の重合サイクルの経過後に手持ち式の光硬化装置から“重合終了”の信号を受信する。

本発明によれば、反射された光信号の変化が捕捉される：
通常硬化の最中に歯科補綴部材の表面が変化し、特に乳白色になる。

ここで捕捉された反射光線の信号の変化が硬化から発生する典型的な推移を有する場合、実際に有効に重合が達成されたことを制御装置が検知する。しかしながら硬化の最中に障害信号が検出され、すなわち重合サイクルにわたって反射光線の典型的な推移の変化が検出されると、そのことが本発明に係る歯科補綴部材に対する光硬化装置の位置変化の検知につながる。その位置変化は、光導体あるいは光硬化装置の軸に対して横断方向の並進動作、または光放出面の法線に対して横断方向、または斜め方向すなわち角度偏位を有するものとすることもできる。

例えば検出された光エネルギーの一部が歯科補綴部材を有する歯の側方、すなわち口腔内に照射された場合通常それは反射されず、従ってその方向における位置変化に際して反射光線が顕著に減少する。

他方、光放出面が歯科補綴部材の領域から健康な歯の方向にずれると、通常（唾液の浸漬によって）むしろ反射光線の増加が生じ、従って反射光線のセンサの出力信号もむしろ上昇する。

本発明によれば、光放出面がそれの横断方向延長全体にわたって均等な光放射を保証し；好適な構成形態において光放出面に対して横断方向にわたった光放射の変動が比較的小さくなり、その際偏差があるとすれば好適には光放出面の外側領域が内側に比べて高い光放射を有するようにされる。

本発明によればさらに、エラー事象、すなわちセンサの出力信号の変化の検出に際して適宜な措置を実施することが重要である。それには操作者に対する位置修正信号の発信、（適宜な調整余力が存在する場合）光出力の増強、および／または重合サイクルの延長が含まれる。

好適には、いずれの場合も位置修正に関してアラーム信号を発信し、それによって操作者は重合サイクルの終了後に適宜な歯科工具を使用して硬化が充分な程度に実施されたかどうかを検査し；過度の位置変化のためになお充分な硬化が達成されていない場合、操作者はその箇所を再硬化させるように指示を伝達する。

意外なことに、本発明に係る“不良箇所”を介した時間変化にわたる反射信号の変化の捕捉によって位置変化が存在するかどうかを検出することができ、実際の作業において操作者の手の安定が保証されていないとしても本発明によって重合サイクルを確実かつ無障害で実施することができる。

好適な方式によれば、検出された重合結果に対応して光出力を増加させることができる。このことは例えば検出された反射光線を一定に調節するようにして実施することができる。このことは、光放出の間に放射される光出力の増加を促進する。

その際その種の硬化方式によって著しく均等な硬化が実施され得ることが極めて好適であり、何故なら歯科補綴部材の表面の固化が深い層への光出力の通過を妨害するものであるが本発明の好適な構成によってそれを補償し得るためである。

歯科補綴部材に対する光放出面の不良位置を本発明に従った典型的な方式によって検出し、また（少なくとも部分的に）補正することができる。このことは、場合によって存在し得る位置変化を計算するために本発明に従って光出力が積算されるため、検出された光出力の積分の評価によって極めて効果的に実施することができる。

ここで位置変化が純粋な並進範囲に限定されることなくむしろ補綴部材表面と光放出面の間の例えば２０°の存在し得る角度偏位も含まれることが明らかであり；そのような変化に際して部分的に不足する光照射を補償できるようにするために重合サイクルの部分延長が推奨される。

好適な構成形態によれば、複数の光センサ、例えば３個の光センサをＬＥＤチップの周囲に分配して光硬化装置上に設ける。従って光導体を使用する場合、さらに光硬化装置の先端上への直接、すなわち光放出面に隣接して取り付ける場合も、空間的に選択可能な反射光線の捕捉が達成される。その捕捉によって、例えばセンサの出力信号のうち１つが大きく低下していて他の２個が同じレベルにあることが示されると、それによっても位置修正指示が発動され、例えば光硬化装置をそれの光放出面と共に信号が低下したセンサの位置と逆方向に移動させるような方式で実施される。

本発明のその他の詳細、特徴、ならびに利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって理解される。

本発明に係る光硬化装置の実施形態におけるセンサの出力信号に相当する、少なくとも１個のセンサによって検出されて制御装置に伝送される反射光線の曲線グラフを概略的に示した説明図である。 図１と同様であるが時点ｔ_Ｓにおいて障害が発生した場合の曲線を示した説明図である。 図１と同様であるが時点ｔ_Ｓにおいて図２とは異なった障害が発生した場合の曲線を示した説明図である。 表面硬化を補正するために高められた光出力を概略的に示した説明図である。 図４と同様であるが時点ｔ_Ｓにおいて障害が発生した場合の曲線を示した説明図である。 咬合面上の歯科補綴部材と対比した光放出面を概略的に示した説明図である。

図１に示されている反射された光線Ｐ_Ｒは、照射面から反射された光線を検出するセンサの出力信号を積算した形態で示している。

ここで該当する光硬化装置は好適には平面内に並列に配置された複数のＬＥＤチップを備える。ＬＥＤチップは反射器によって包囲されており、その反射器は一体式とすることができるとともに放射された光を光導体の光入射面に伝導するように作用することができる。

ＬＥＤの平面上には複数のセンサが配置されており、それらが光学系を介して光導体の光入射面と結合されていて、それぞれ個別の光ファイバを備えることもできる。

この変更された構成形態において、センサ光学系が専用の光ファイバとして光導体を介して延在する。

逆側の光導体の遠位側端部上には光放出面が設けられており、光放出面の縁部上に複数のセンサフィールドが配置され、それらは好適には光放出面の周囲に均等形に配分され、光入射に際してそこに入射した光が光導体を介して逆向きに誘導されセンサに伝導される。そのことを達成するためにはセンサのスペクトル感度をも考慮するものである専用の光ファイバが好適である。

この実施形態においては周知の方式により光導体が末端側で好適には４５°の角度をもって曲折しているが、それに代えて直線形の光導体を使用することも全く問題なく可能である。光導体は１０ｍｍあるいは１２ｍｍの直径を有し、また光導体が実質的に円筒形であるため光放出面は、１２ｍｍ径の光導体の場合、センサのセンサ面積の合計を除いて１．１３ｃｍ^２となる。

必要に応じて光導体の入力側に追加的なホモジナイザ部材を設けることができ、それが光導体内へのＬＥＤチップの光入射を均等化し、それによって光放出面を介した輝度格差を顕著に５０％未満になるようにさせる。

図示された実施例において光源が余力をもって稼働し、従って供給される電力（従って放出される光出力）の例えば２０秒間の増強が問題なく可能になる。図１の形態においてＬＥＤチップはまず例えば定格出力の８０％の一定の光出力を放射する。図１の描写中の硬化の開始に際し、その状態において歯科補綴部材がまだ粘性の凝集体状態を有していて従って高い反射率を有するため、最大の反射光線が放出される。

例えば２０秒の重合サイクルの合計時間である場合に、一般的に歯科補綴部材に増加する微細粗度のために反射特性が低下する固化した表面が形成されるため、約３秒から反射率が漸進的に低下する。前記の微細粗度、従って歯科補綴部材の反射率は図示された実施例において最大約１２秒まで低下する。その時点において歯科補綴部材の深い層あるいは領域をさらに硬化させなければならないため、重合サイクルは未だ終了しない。

硬化は、２０秒の時点で初めて終了する。

その時間中歯科医師（あるいは歯科技工士）は、光線が可能な限り直角に照射されるような方式で光放出面を歯科補綴部材の上に保持する。すなわち、光放出面の法線が可能な限り歯科補綴部材の法線と平行になるようにすることが必要である。

そのことは、手持ち式装置として構成された光硬化装置の光導体がしばしば曲折している理由でもあり、その際４５°より大きい曲折角度も可能であることが理解される。

しかしながら光放出面の法線が歯科補綴部材の法線に対して軽度に傾斜していても問題なく；例えば２０°の傾斜角の場合屈折して歯科補綴部材の中に入射する光線に対する全反射光線の割合は無意義な程度しか変化しない。このことは勿論、同様に光放出面の法線に対して傾斜する法線を有する歯科補綴部材の咬合面のカスプとフォッサにも同様に該当する。

従って歯科補綴部材の硬化の達成に対して傾斜角度は比較的問題が無いものであるが、歯科医師あるいは歯科技工士が重合工程中にいわば手を滑らせるかあるいは光放出面が少なくとも部分的に側方にずれた場合に最も大きな問題が生じ、その際それは少なくとも部分的に咬合側に延在する歯科補綴部材の場合に口蓋／舌側、前庭側方向における側方ずれと近心側あるいは遠心側方向における側方ずれのいずれにも関する。

本発明によれば、光放出面がまず拡大され、それによって軽度に誤った方向を向けても歯科補綴部材の受光面が完全にカバーされることが保証される。図２に示された（測定された反射光線に相当する）センサの出力信号において、例えば近心側のずれが生じている。そこでセンサが高光沢性の表面、例えば自然歯あるいはセラミッククラウンを捕捉している。それによって、障害時点ｔ_Ｓにおいてセンサの累積出力信号が図示された隆起のように増加することが示される。

ずれが軽微であるため重合サイクルが維持されるが、それでも操作者に対して場合によって修復するかあるいは必要に応じて補正を行うことが有意義であることを示唆するためにアラーム信号が発信される。

一方図３の状況においては、時点ｔ_Ｓにおいて口腔方向へのずれが生じている。従ってセンサのうちの少なくとも１個が全く信号を検出しなくなり、それに従って出力信号が低下し図示された時点ｔ_Ｓにおける反射光線出力の低下につながる。

図４によって、好適な構成形態においてどのような方式で表面固化を補償するために光出力を高めることができるかが示されている。実線によって再びセンサ（群）の出力信号が示されており、上述したような軌跡を有している。重合によるポリマーの透明度の低下による透過への影響にもかかわらず光線の効力の低下を補償するため、光出力が点付の線のように高められ、それによって計測される反射出力は全体として概略的に破線で示された軌跡を有する。

図５によれば、障害時点ｔ_Ｓにおける歯科補綴部材上の光放出面の有害なずれが前提となっている。図４および図５に示されているように、重合サイクルが時間Ｔ_ＺＵＳの分だけ延長される。その長さは反射出力の低下に相関する。

それに代えて、調整余力が図４の処置によって未だ使い尽くされていない場合、その調節余力を介した光出力の増加も可能であることが理解される。

図６により、光放出面１０上のセンサの感知フィールドの配置例が示されている。図６中には追加的に歯科補綴部材１２が影状に示されており、それによれば垂直投影において光放出面が歯科補綴部材１２の面積より著しく、例えば２倍ぐらいに大きいことが示されている。

図示された実施例おいて３個のセンサ１４，１６および１８が光放出面１０の外周上に配置され、さらに追加的に中央付近の３個のセンサ２０，２２および２４が配置されている。図示された実施例から理解されるように、センサフィールド２０ないし２４は歯科補綴部材１２の直近領域を捕捉し、一方センサ１４ないし１８はその外側に作用する。加算することによって歯科補綴部材が常に少なくとも部分的にセンサフィールドのうちの１個によって捕捉されることが保証される。

異なったセンサフィールドならびにセンサの間の差分を追加的に評価することもでき、従って光放出面１０内の歯科補綴部材１２の正確な位置が実質的に判定可能であるとともに操作者への位置ずれ示唆も発信し得ることが理解される。

センサフィールの数ならびにその配置は上述された例に限定されることはなく；むしろ本発明の概念から逸脱することなく任意の多数のセンサおよび任意の配置によって代替し得ることが理解される。

Claims (17)

1. 手持ち式の光硬化装置内に配置されていて相互に隣接するとともに並列して配置され光源を構成するものである特に複数のＬＥＤチップを備えた光源を有し、前記ＬＥＤチップの前に光導体部材が延在し、また前記光源の放射波長領域の光に対して感応性の少なくとも１個のセンサを有し、さらに重合中に前記光源を制御するための制御装置を有しその制御装置に前記センサが接続されてなる光硬化装置であり、前記制御装置が重合中に前記センサの出力信号を継続的あるいは少なくとも反復的に監視し、変化に際し、特に出力信号の低下に際して光出力を調節および／または重合時間を調節し、また前記制御装置が光放出面（１０）を介して捕捉された反射光線および／またはそれの変化を可能性のある位置ずれを算定するために積算し、さらに光導体の前記光放出面（１０）が最も大きな硬化される歯科補綴部材（１２）と比べて大きいか等しくなり、特に１ｃｍ^２超の断面を有することを特徴とする光硬化装置。
2. 制御装置が反射されかつセンサによって捕捉された光線を介して不均一な表面に対する光硬化装置の動作を検出し、反射された光線が初期値に対して変化した場合に光出力および／または重合時間を増加させることを特徴とする請求項１記載の光硬化装置。
3. 特に円形の光導体の光放出面（１０）全体が反射された光線の受光面として利用可能であるとともに、前記反射された光線を光導体の逆側端部上のセンサに対して誘導することを特徴とする請求項１または２記載の光硬化装置。
4. 位置ずれが、光硬化装置の光導体の軸に対して横断方向の位置のずれ、あるいは光放出面（１０）の法線に対して横断方向のずれに係ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光硬化装置。
5. 位置ずれが光放出面の法線の方向の位置のずれに係ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光硬化装置。
6. 位置ずれが照射する面に対する光放出面の法線の角度のずれに係ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光硬化装置。
7. 光源が点灯された際のセンサの出力信号を無反射状態、すなわち例えば暗室内で検出しゼロ信号として定義した閾値モードを制御装置が有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光硬化装置。
8. 公称出力で点灯された光源を有しまた光導体の光放出面（１０）が歯科補綴部材（１２）上あるいは適宜な表面上に指向している際にセンサによって捕捉された反射光線を制御装置が目標値として処理し、光出力および／または重合時間をその目標値に従って調節することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光硬化装置。
9. センサがチップに近接して配置され、特に各センサがそれぞれ２個のチップから等距離にあることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光硬化装置。
10. 各チップが少なくとも１個の反射器を備え、また１つあるいは複数のセンサがその反射器の外側に近接して配置される、特に可能な限り反射器に接近することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光硬化装置。
11. 光導体の光放出面（１０）から放射される光線が実質的に均一であり、重合される対象物の反射面に対して光放出面（１０）が傾斜状態にある際に反射された光線の少なくとも一部が光放出面（１０）を迂回してその外側を誘導されかつセンサによって捕捉されない場合に光硬化装置の出力を高めるか、および／または重合サイクルを延長するか、または場合によって光硬化装置が停止することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光硬化装置。
12. 制御装置が重合サイクルの開始後の所与の時点、特に開始から５０ミリ秒後にセンサの出力信号の数値を検出して目標値と比較し、目標値を所与の度合いで上回ったおよび／または下回った場合に光硬化装置を停止することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の光硬化装置。
13. 出力信号の上昇に際して制御装置が光出力を変更および／または重合時間を短縮することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の光硬化装置。
14. センサの出力信号が重合サイクルの間にのみ制御装置によって検出され、異なった放射極大を有する複数チップが使用された場合でもセンサの感応性スペクトルのガウス分布が光源の放射極大をカバーするようにすることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の光硬化装置。
15. 制御装置が、センサによって検出された有効光出力が所与の度合未満で逸脱している際に、必要に応じて光出力および／または重合時間を調節した後に、重合サイクルを継続することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光硬化装置。
16. 重合サイクルの開始時および／または重合サイクル開始前の校正サイクル中に少なくとも１個のセンサの出力信号を検出して基準値として記憶し、出力信号が前記基準値に対して変動した場合に光出力および／または重合時間を調節し、特に変動のヒステリシスあるいは閾値に基づいて調節することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の光硬化装置。
17. 少なくとも１個のセンサが１つの波長におけるスペクトル感応性極大を有するとともに少なくとも１個の別のセンサが別の１つの波長においてスペクトル感応性極大を有し、それら両センサの出力信号の変化から照射される歯科材料の色変化を制御装置によって検出することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の光硬化装置。

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