JP2023065630A - レーザを用いた予防的な歯の硬組織の治療のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年5月12日に出願された米国仮特許出願第62/505,450号に対する優先権およびその利益を主張するものであり、該仮特許出願の全内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
et al.によって行われ、2011年に発表された研究は、9.6ミクロンレーザを用いて治療された患者のエナメル質に関して、12週間にわたって87%脱塩阻止を見出した。本主題に関連する研究の量および質により、具体的レーザ治療が虫歯の形成を阻止するという根拠が、現在、歯科研究界では広く普遍的と見なされている。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのシステムであって、前記システムは、
レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるためのレーザ源と、
前記レーザ源と光通信する少なくとも1つの光学系であって、前記少なくとも1つの光学系は、レーザビーム幅を画定し、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるように適合される、少なくとも1つの光学系と、
前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するように適合されるコントローラであって、前記レーザビームパルスは、
上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスであって、前記上限閾値フルエンスは、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義される、最大局所フルエンスと、
下限閾値フルエンスを上回る少なくとも1つの他の局所フルエンスであって、前記下限閾値フルエンスは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される、少なくとも1つの他の局所フルエンスと
を有する、フルエンスプロファイルを焦点において有する、コントローラと
を備える、システム。
(項目2)
前記表面改質は、融解およびアブレーションのうちの少なくとも1つを含む、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記融解は、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、項目2に記載のシステム。
(項目4)
前記アブレーションは、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、項目2に記載のシステム。
(項目5)
前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、項目1に記載のシステム。
(項目6)
前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、項目5に記載のシステム。
(項目7)
前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、項目1に記載のシステム。
(項目8)
前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、項目1に記載のシステム。
(項目9)
前記レーザ源は、8~12ミクロンの範囲内の波長を有するレーザビームを生成する、項目1に記載のシステム。
(項目10)
前記コントローラは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御し、前記パルスエネルギーを制御するように適合される、項目1に記載のシステム。
(項目11)
前記レーザパルスは、0.1~1,000マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目1に記載のシステム。
(項目12)
前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目1に記載のシステム。
(項目13)
前記場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、項目1に記載のシステム。
(項目14)
前記歯の硬組織の上に、およびそれを横断してのうちの少なくとも1つで流動するように流体を指向するための流体システムをさらに備える、項目1に記載のシステム。
(項目15)
前記流体は、空気、窒素、および水のうちの少なくとも1つを含む、項目14に記載のシステム。
(項目16)
前記流体は、液体を含む、項目14に記載のシステム。
(項目17)
前記流体は、フッ化物を含む、項目14に記載のシステム。
(項目18)
前記流体は、圧縮性流体を含む、項目14に記載のシステム。
(項目19)
前記流体システムはさらに、流体膨張要素を備える、項目18に記載のシステム。
(項目20)
前記流体が、前記レーザパルスと非同期的に、前記歯の硬組織の上に、およびそれを横断してのうちの少なくとも1つで指向されるように、前記流体システムを制御する流体コントローラをさらに備える、項目14に記載のシステム。
(項目21)
前記流体が、前記レーザパルスと同時に、前記歯の硬組織の上に、およびそれを横断してのうちの少なくとも1つで指向されるように、前記流体システムを制御する流体コントローラをさらに備える、項目14に記載のシステム。
(項目22)
いかなるレーザビームパルスも前記場所に向かって指向されていない間に、前記場所の表面温度を低下した温度まで減少させるために十分な前記流体の流率を調節するための流量コントローラをさらに備え、前記低下した温度および温度上昇量の合計は、最大でも上昇した温度に等しい、項目14に記載のシステム。
(項目23)
前記流体は、圧縮空気を含み、
前記流率は、1SLPM~100SLPMの範囲内である、
項目22に記載のシステム。
(項目24)
前記流体システムは、前記歯の硬組織を横断して前記流体を流動させる陰圧差を発生させるように適合される真空源を備える、項目14に記載のシステム。
(項目25)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療する方法であって、前記方法は、
レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
少なくとも1つの光学系を使用して、レーザビーム幅を画定し、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるステップと、
前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するステップであって、前記レーザビームパルスは、
上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスであって、前記上限閾値フルエンスは、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義される、最大局所フルエンスと、
下限閾値フルエンスを上回る少なくとも1つの他の局所フルエンスであって、前記下限閾値フルエンスは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される、少なくとも1つの他の局所フルエンスと
を有する、フルエンスプロファイルを焦点において有する、ステップと
を含む、方法。
(項目26)
前記表面改質は、融解およびアブレーションのうちの少なくとも1つを含む、項目25に記載の方法。
(項目27)
前記融解は、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記アブレーションは、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、項目26に記載の方法。
(項目29)
前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、項目25に記載の方法。
(項目30)
前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、項目25に記載の方法。
(項目32)
前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、項目25に記載の方法。
(項目33)
前記レーザビームパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を有する、項目25に記載の方法。
(項目34)
前記パルスエネルギーを制御するステップは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御するステップを含む、項目25に記載の方法。
(項目35)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
(項目36)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目35に記載の方法。
(項目37)
前記レーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目25に記載の方法。
(項目38)
前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目25に記載の方法。
(項目39)
前記場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、項目25に記載の方法。
(項目40)
前記歯の硬組織の上に、およびそれを横断してのうちの少なくとも1つで流動するように流体を指向するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
(項目41)
前記流体は、空気、窒素、および水のうちの少なくとも1つを含む、項目40に記載の方法。
(項目42)
前記流体は、液体を含む、項目40に記載の方法。
(項目43)
前記流体は、フッ化物を含む、項目40に記載の方法。
(項目44)
前記流体は、圧縮性流体を含み、前記方法はさらに、前記歯の硬組織上に前記流体を指向することに先立って、前記流体を膨張させるステップを含む、項目40に記載の方法。(項目45)
前記流体を指向するステップは、前記レーザパルスを生成するステップと非同期的である、項目40に記載の方法。
(項目46)
前記流体を指向するステップは、前記レーザパルスを生成するステップ中に起こる、項目40に記載の方法。
(項目47)
いかなるパルスバーストも前記場所に向かって指向されていない間に、前記場所の表面温度を低下した温度まで減少させるために十分な前記流体の流率を調節するステップをさらに含み、前記低下した温度および温度上昇量の合計は、最大でも上昇した温度に等しい、項目40に記載の方法。
(項目48)
前記流体は、圧縮空気を含み、
前記流率は、1SLPM~100SLPMの範囲内である、
項目47に記載の方法。
(項目49)
前記流体を指向するステップは、前記歯の硬組織を横断して前記流体を流動させる陰圧差を発生させるステップを含む、項目40に記載の方法。
(項目50)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目40に記載の方法。
(項目51)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目40に記載の方法。
(項目52)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのシステムであって、前記システムは、
レーザビームの複数のパルスを発生させるためのレーザ源と、
ビーム誘導システムであって、
初期場所の表面温度が、第1のレーザパルス中に初期表面温度から上昇した表面温度まで上昇され、前記上昇した温度が、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最低温度として定義される上限温度閾値を下回るように、前記第1のレーザパルスを前記歯の硬組織の治療領域内の前記初期場所に指向することと、
1つ以上の中間レーザパルスを前記治療領域内の1つ以上の中間場所に指向することと、
前記初期場所の冷却が前記表面温度と前記初期表面温度との間の差を前記上昇した温度の50%以下にさせる、冷却周期後に、別のレーザパルスを前記初期場所に指向することと
を行うように適合される、ビーム誘導システムと
を備える、システム。
(項目53)
前記初期表面温度は、摂氏20~40度の範囲内である、項目52に記載のシステム。(項目54)
前記上昇した表面温度は、摂氏300~1,800度の範囲内である、項目52に記載のシステム。
(項目55)
前記第1のレーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目52に記載のシステム。
(項目56)
前記第1のレーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目52に記載のシステム。
(項目57)
前記初期場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を有する、項目52に記載のシステム。
(項目58)
前記冷却周期は、少なくとも500マイクロ秒である、項目52に記載のシステム。
(項目59)
前記1つ以上の中間場所は、前記初期場所に重複しない、項目52に記載のシステム。(項目60)
前記1つ以上の中間場所は、規定閾値量を超えない量だけ前記初期場所に重複する、項目52に記載のシステム。
(項目61)
前記規定閾値量は、レーザパルスエネルギーおよびレーザビーム幅のうちの少なくとも1つの関数である、項目60に記載のシステム。
(項目62)
前記レーザビームは、8~12ミクロンの範囲内の波長を有する、項目52に記載のシステム。
(項目63)
前記波長は、9~10ミクロンの範囲内である、項目62に記載のシステム。
(項目64)
前記波長は、10~11ミクロンの範囲内である、項目62に記載のシステム。
(項目65)
前記上昇した温度は、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こす温度として定義される下限温度閾値と少なくとも等しい、項目52に記載のシステム。
(項目66)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療する方法であって、前記方法は、
第1のレーザパルスを前記歯の硬組織の治療領域内の初期場所に指向するステップと、
前記初期場所の表面温度を、前記第1のレーザパルス中に、初期表面温度から上昇した表面温度まで上昇させるステップであって、前記上昇した温度は、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最低温度として定義される上限温度閾値を下回る、ステップと、
1つ以上の中間レーザパルスを前記治療領域内の1つ以上の中間場所に指向するステップと、
前記初期場所の冷却が前記表面温度と前記初期表面温度との間の差を前記上昇した温度の50%以下にさせる冷却周期後に、別のレーザパルスを前記初期場所に指向するステップと
を含む、方法。
(項目67)
前記初期表面温度は、摂氏20~40度の範囲内である、項目66に記載の方法。
(項目68)
前記上昇した表面温度は、摂氏300~1,800度の範囲内である、項目66に記載の方法。
(項目69)
前記第1のレーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目66に記載の方法。
(項目70)
前記第1のレーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目66に記載の方法。
(項目71)
前記初期場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を有する、項目66に記載の方法。
(項目72)
前記冷却周期は、少なくとも500マイクロ秒である、項目66に記載の方法。
(項目73)
前記1つ以上の中間場所は、前記初期場所に重複しない、項目66に記載の方法。
(項目74)
前記1つ以上の中間場所は、規定閾値量を超えない量だけ前記初期場所に重複する、項目66に記載の方法。
(項目75)
前記規定閾値量は、レーザパルスエネルギーおよびレーザビーム幅のうちの少なくとも1つの関数である、項目74に記載の方法。
(項目76)
前記レーザビームは、8~12ミクロンの範囲内の波長を有する、項目66に記載の方法。
(項目77)
前記波長は、9~10ミクロンの範囲内である、項目76に記載の方法。
(項目78)
前記波長は、10~11ミクロンの範囲内である、項目76に記載の方法。
(項目79)
前記上昇した温度は、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こす温度として定義される下限温度閾値と少なくとも等しい、項目66に記載の方法。
(項目80)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目66に記載の方法。
(項目81)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目80に記載の方法。
(項目82)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのシステムであって、前記システムは、
レーザビームの複数のパルスを発生させるためのレーザ源と、
レーザビーム幅を画定するように適合される少なくとも1つの光学構成要素と、
前記レーザビームパルスが、前記歯の硬組織の表面にフルエンスプロファイルを有するように、前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するように適合されるコントローラであって、前記プロファイルは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される下限閾値フルエンスと少なくとも等しい局所フルエンスを備える、コントローラと、
前記複数のレーザビームパルスを前記歯の硬組織上の個別の場所に指向するように適合されるビーム誘導システムであって、
第1のレーザビームパルスは、第1の場所に指向され、
別のレーザビームパルスは、前記レーザビーム幅に基づく間隔によって前記第1の場所から分離される別の場所に指向される、
ビーム誘導システムと
を備える、システム。
(項目83)
前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、項目82に記載のシステム。
(項目84)
前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、項目83に記載のシステム。
(項目85)
前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、項目82に記載のシステム。
(項目86)
前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、項目82に記載のシステム。
(項目87)
前記複数のレーザビームパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を備える、項目82に記載のシステム。
(項目88)
前記コントローラは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御し、前記パルスエネルギーを制御するように適合される、項目82に記載のシステム。
(項目89)
前記間隔はさらに、治療フルエンス幅に基づく、項目82に記載のシステム。
(項目90)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療する方法であって、前記方法は、
レーザビームの複数のパルスを発生させるステップと、
少なくとも1つの光学構成要素を使用して、レーザビーム幅を画定するステップと、
前記レーザビームパルスが、前記歯の硬組織の表面にフルエンスプロファイルを有するように、前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するステップであって、前記プロファイルは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される下限閾値フルエンスと少なくとも等しい局所フルエンスを備える、ステップと、
第1のレーザビームパルスを前記歯の硬組織上の第1の場所に指向するステップと、
別のレーザビームパルスを、前記レーザビーム幅に基づく間隔によって前記第1の場所から分離される別の場所に指向するステップと
を含む、方法。
(項目91)
前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、項目90に記載の方法。
(項目92)
前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、項目91に記載の方法。
(項目93)
前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、項目90に記載の方法。
(項目94)
前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、項目90に記載の方法。
(項目95)
前記複数のレーザビームパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を備える、項目90に記載の方法。
(項目96)
前記パルスエネルギーを制御するステップは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御するステップを含む、項目90に記載の方法。
(項目97)
前記間隔はさらに、治療フルエンス幅に基づく、項目90に記載の方法。
(項目98)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目90に記載の方法。
(項目99)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目98に記載の方法。
(項目100)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織の治療領域を治療するためのシステムであって、前記治療領域は、前記治療領域に付着した染色薄膜を備え、
前記治療領域内の場所に向かって指向されるレーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるためのレーザ源と、
前記場所の表面温度が、前記レーザパルス中に、少なくとも、前記染色薄膜の少なくとも一部の除去のために必要な温度まで上昇されるように、前記レーザ源を制御するように適合される、コントローラと
を備える、システム。
(項目101)
前記染色は、エリスロシン、フロキシン、ビスマルクブラウン、ムチカルミン、および食品着色料のうちの少なくとも1つを含む、項目100に記載のシステム。
(項目102)
前記コントローラはさらに、前記レーザパルス中に、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こす温度として定義される下限治療閾値温度を上回って、前記場所の表面温度を上昇させるように適合される、項目100に記載のシステム。
(項目103)
前記下限治療閾値温度は、摂氏300度を上回る、項目102に記載のシステム。
(項目104)
前記レーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目100に記載のシステム。
(項目105)
前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目100に記載のシステム。
(項目106)
前記場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、項目100に記載のシステム。
(項目107)
前記レーザビームは、8~12ミクロンの範囲内の波長を有する、項目100に記載のシステム。
(項目108)
前記波長は、9~10ミクロンの範囲内である、項目107に記載のシステム。
(項目109)
前記波長は、10~11ミクロンの範囲内である、項目108に記載のシステム。
(項目110)
前記染色は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目100に記載のシステム。
(項目111)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織の治療領域を治療する方法であって、前記治療領域は、前記治療領域に付着した染色薄膜を備え、前記方法は、
レーザ源からレーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
前記治療領域内の場所に向かって前記レーザパルスを指向するステップと、
前記場所の表面温度が、前記レーザパルス中に、少なくとも、前記染色薄膜の少なくとも一部の除去のために必要な温度まで上昇されるように、前記レーザ源を制御するステップと
を含む、方法。
(項目112)
前記染色は、エリスロシン、フロキシン、ビスマルクブラウン、ムチカルミン、および食品着色料のうちの少なくとも1つを含む、項目111に記載の方法。
(項目113)
前記レーザパルス中に、下限治療温度を上回って前記場所の表面温度を上昇させるステップをさらに含む、項目111に記載の方法。
(項目114)
前記下限治療閾値温度は、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こす温度として定義される、項目113に記載の方法。
(項目115)
前記下限治療閾値温度は、摂氏300度を上回る、項目113に記載の方法。
(項目116)
前記レーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、項目111に記載の方法。
(項目117)
前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、項目111に記載の方法。
(項目118)
前記場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、項目111に記載の方法。
(項目119)
前記レーザビパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を備える、項目111に記載の方法。
(項目120)
前記波長は、9~10ミクロンの範囲内である、項目111に記載の方法。
(項目121)
前記波長は、10~11ミクロンの範囲内である、項目120に記載の方法。
(項目122)
前記染色は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目111に記載の方法。
(項目123)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目111に記載の方法。
(項目124)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目123に記載の方法。
(項目125)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのシステムであって、前記システムは、
レーザビームの複数のパルスを発生させるためのレーザ源と、
前記レーザ源と光通信する少なくとも1つの光学系であって、前記少なくとも1つの光学系は、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるように適合される、少なくとも1つの光学系と、
前記複数のレーザパルスの少なくとも一部のエネルギーを測定するために適合されるレーザエネルギーセンサと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記複数のレーザビームパルスのうちの各1つが、上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義されるように、前記測定されたエネルギーに応答して、前記レーザ源を制御するように適合される、コントローラと
を備える、システム。
(項目126)
前記レーザエネルギーセンサは、ヒ化インジウムセンサ、水銀カドミウムテルルセンサ、熱電対列、フォトダイオード、および光検出器のうちの少なくとも1つを備える、項目125に記載のシステム。
(項目127)
前記レーザエネルギーセンサに向かって前記複数のレーザパルスの一部を指向するように適合されるビームピックオフをさらに備える、項目125に記載のシステム。
(項目128)
前記ビームピックオフは、反射性減光フィルタ、部分的透過性ミラー、およびビーム合成器のうちの少なくとも1つを備える、項目127に記載のシステム。
(項目129)
前記ビームピックオフは、前記レーザエネルギーセンサの損傷閾値に基づいて選択される、項目127に記載のシステム。
(項目130)
前記コントローラは、パルスあたりのレーザエネルギーに従って、焦点における前記レーザビームの幅および前記レーザビームのテーパ化を制御するように適合される、項目125に記載のシステム。
(項目131)
前記コントローラは、前記焦点における前記レーザビームの幅に従って、(i)レーザ電力と、(ii)パルス持続時間とのうちの少なくとも1つを制御するように適合される、項目125に記載のシステム。
(項目132)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療する方法であって、前記方法は、
レーザ源からレーザビームの複数のパルスを発生させるステップと、
前記レーザ源と光通信する少なくとも1つの光学系を使用して、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるステップと、
前記複数のレーザビームパルスの少なくとも一部のエネルギーを測定するステップと、
前記複数のレーザビームパルスのうちの各1つが、
上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義される
ように、前記測定されたエネルギーに応答して、前記レーザ源を制御するステップと
を含む、方法。
(項目133)
前記測定されたエネルギーは、(i)各レーザビームパルスからのエネルギーの一部と、(ii)各レーザビームパルスからの前記エネルギーの実質的に全てとのうちの少なくとも1つを備える、項目132に記載の方法。
(項目134)
前記複数のレーザビームパルスの少なくとも一部の測定されたエネルギーを感知するステップをさらに含む、項目132に記載の方法。
(項目135)
前記複数のレーザビームパルスからエネルギーの信号部分を取り出すステップをさらに含み、前記複数のレーザビームパルスの少なくとも一部の測定されたエネルギーを感知するステップは、前記エネルギーの信号部分の測定されたエネルギーを感知するステップを含む、項目134に記載の方法。
(項目136)
焦点における前記レーザビームの幅を制御するステップと、
パルスあたりのレーザエネルギーに従って、前記レーザビームをテーパ化するステップと
をさらに含む、項目132に記載の方法。
(項目137)
前記焦点における前記レーザビームの幅に従って、(i)レーザ電力と、(ii)パルス持続時間とのうちの少なくとも1つを制御するステップをさらに含む、項目132に記載の方法。
(項目138)
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するステップをさらに含む、項目132に記載の方法。
(項目139)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目138に記載の方法。
(項目140)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのシステムであって、前記システムは、
レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるためのレーザ源と、
前記レーザ源と光通信する少なくとも1つの光学系であって、前記少なくとも1つの光学系は、レーザビーム幅を画定し、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるように適合される、少なくとも1つの光学系と、
コントローラであって、前記コントローラは、前記レーザビームパルスが、上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義されるように、前記定義されたビーム幅に基づいてパルスエネルギーを制御するように適合される、コントローラと、
治療後溶液を前記歯の硬組織に適用するように適合される治療後送達システムと
を備える、システム。
(項目141)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目140に記載のシステム。
(項目142)
前記コントローラは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御し、前記パルスエネルギーを制御するように適合される、項目140に記載のシステム。
(項目143)
酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療する方法であって、前記方法は、
レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
少なくとも1つの光学系を使用して、レーザビーム幅を画定し、前記歯の硬組織の表面またはその近傍において前記レーザビームを集束させるステップと、
前記レーザビームパルスが、上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面改質を引き起こす最小フルエンスとして定義されるように、前記定義されたビーム幅に基づいてパルスエネルギーを制御するステップと、
治療後溶液を前記歯の硬組織に送達するステップと
を含む、方法。
(項目144)
前記治療後溶液は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、項目143に記載の方法。
(項目145)
前記パルスエネルギーを制御するステップは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御するステップを含む、項目144に記載の方法。
現在、予防的レーザ治療の有効性を実証する、20年以上もの科学研究にかかわらず、齲蝕形成または歯牙酸蝕症を阻止するためにレーザを利用する、製品または手技が存在しない。これの理由は、多種多様であり、以下を含む。
1.)レーザサイズ 予防的歯科治療のための最も有用なレーザは、典型的には大きい、二酸化炭素またはTEAレーザである。歯科治療室は、典型的には、小さい。いくつかは、小さすぎて、部屋の中に患者、歯科医、および歯科助手がいなくても、初期研究の大部分で使用されるレーザを物理的に収納することができない。
2.)治療範囲
表面の加熱は、概して、効果的であるために、下限治療閾値を上回り、上限融解/アブレーション閾値を下回る、治療範囲内で、表面温度を生じなければならない。本明細書は、時として、例えば、治療パラメータが上限融解/アブレーション閾値を超えさせる場合に、歯系組織の融解および/またはアブレーションを表すために用語「表面改質」を使用する。本明細書で使用されるように、表面改質は、歯系組織の表面のどのような観察可能または測定可能な改質も指すわけではなく、むしろ、歯系組織の融解および/またはアブレーションのみを指す。例えば、歯系組織の表面からの炭酸塩の除去は、観察可能または測定可能であり得るが、歯系組織が融解または切除されたかのいずれかではない限り、その用語が本明細書で定義されるため、「表面改質」と見なされないであろう。
典型的には、二酸化炭素レーザは、ガウスまたは近ガウスエネルギープロファイルを有する、レーザビームを生成する。その結果は、レーザビーム内のエネルギー密度がビームの断面にわたって変動し、最高エネルギー密度がビームの中心にあることである。また、最低エネルギー密度は、ビームの周辺にある。これは、単一のレーザパルスが、治療範囲を下回る、範囲内である、および範囲を上回るエネルギー密度(局所フルエンス)を有することが可能である理由である。大部分の研究は、治療のために要求される「[大域的]フルエンス」に焦点を当てている。大域的フルエンスは、全パルスエネルギーによって除算される全ビーム面積である。レーザビームの非一定エネルギー密度は、歯の表面上に可変加熱を生じ、あまり効果的ではない治療および/または表面融解/アブレーション(すなわち、本明細書で定義されるような表面改質)を引き起こす。これは、概して、治療された表面の顕微鏡画像を含む、歯のエナメル質へのレーザの耐酸性効果についての研究論文が、ある程度の歯の表面融解またはアブレーションを示すであろう理由である。
3.)治療速度
治療は、歯の外面を加熱する。これは、歯内の歯髄組織の過熱および壊死を予防するために、典型的な歯科医の診察よりも長い治療時間を要求する。例えば、John Featherstone et al.による著作の「Rational choice of laser conditions for inhibition of caries progression」と題された論文は、約10Hzの繰り返し率が歯髄加熱を予防するように選択されるべきであると示唆している。Featherstoneは、「最低10回のパルスが治療[場所]毎に使用されるべきであり」、「25回のパルスが最適であった」と続けて示唆している。直径が1mm未満であり得る、歯の単一の場所の治療は、したがって、1~2.5秒かかるであろう。寸法10mm×10mm×5mmの5角形の箱からヒト臼歯の表面積を概算することは、約300mm2の表面積を生じさせる。直径が1mmのレーザ治療スポットは、約0.8mm2の面積を有する。円形治療スポットを用いて表面全体を治療することと関連付けられる、円充塞問題を無視し、治療スポットの重複がないと仮定することは、臼歯あたり約375の治療場所を要求する。場所あたり1~2.5秒の速度で、単一の完全に露出した臼歯を完全に治療することは、6~16分かかるであろう。患者の口の中の露出エナメル質表面の全体、または咬合表面だけでも治療することは、したがって、これらのレーザ設定を考慮すると、通常の歯科診察中に実行可能ではない。
4.)レーザ治療の適応
レーザ治療は、治療された歯の表面に可視的変化を起こさない。したがって、臨床医は、治療されている領域および治療されていない領域を認識するためには能力が不十分である。レーザ治療がレーザビームによって照射される領域に局限されると、レーザビームによって照射されていない任意の場所は、治療されていないままとなり、酸の影響を受けやすいであろう。手技が効果的であろうことを確実にすることは、医療手技および医療デバイスの重要な要件である。治療された歯の硬組織と治療されていないものとを区別する手段がないと、全治療が効果的であろうことを確実にすることが可能ではない。
レーザパラメータ選択
Enamel」と題されたその論文の中で、「表面からの完全な炭酸塩損失を引き起こした[レーザ]フルエンスは、最適な齲蝕阻止と一致した」と結論付けた。エナメル質からの(典型的にはFTIRによって測定される)炭酸塩の除去は、増加した耐酸性を有するエナメル質と相関することが、繰り返し見出されている。広く支持されている理論は、(特に酸の中で可溶性であることが公知である)炭酸塩の欠如が炭酸塩低減エナメル質表面をより耐久性にすることを断定する。炭酸塩は、加熱を通して歯の硬組織から除去される。図2を参照すると、炭酸塩が、加熱炉に入れられ、加熱される前および後の研磨ヒト臼歯において(FTIR-ATRによって)測定された。グラフ200は、垂直軸202に沿って除去される炭酸塩をパーセントで示し、および水平軸204に沿って加熱炉温度を摂氏度で示す。第1の試験206および第2の試験208が、両方ともグラフ200の中に含まれる。グラフ200に示される結果は、エナメル質が約300℃または400℃で炭酸塩損失を開始し、約800℃または900℃を超過する温度でほぼ全ての炭酸塩を失うことを示す、初期研究を裏付ける。
E-150iと類似するモデル化された結果を生じる、レーザパラメータを決定するために使用された。図4Aを参照すると、モデルは、摂氏983度のピーク表面温度、摂氏606度のビーム直径内の平均表面温度、および摂氏400度を上回る温度を有する4ミクロンの最大深度を生じるように、9マイクロ秒のパルス幅および0.261/e2ビーム直径を予測する。温度軸402と、半径方向軸404と、深度軸406とを有する、プロット400が、図4Aに示される。C30の有用性を実証するために、49箇所走査レーザパターンが、上記のモデル化された結果に応答して開発された。49の場所は、六角形の充塞配列で配列され、隣接する場所は、0.15mmだけ分離された。走査レーザパターンは、下記でさらに解説される。上記に説明されるパターンとC30レーザを併用して、9マイクロ秒のパルス持続時間および0.26ビーム幅は、炭酸塩の約50%をウシエナメル質サンプルから除去させた。治療されていない408、および治療された410、ウシエナメル質サンプルのFTIRスペクトルが、図4Bに示される。
歯の硬組織の冷却
治療識別溶液
例示的治療仕様
E-150iレーザは、典型的には、5マイクロ秒以上の光学パルス持続時間で動作されなければならない。
Claims (37)
- 酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのデバイスの作動方法であって、前記デバイスは、レーザ源と、少なくとも1つの光学系と、コントローラと、前記少なくとも1つの光学系のビームの下方に配置されたビーム誘導システムとを備え、前記方法は、
前記レーザ源が、レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
前記少なくとも1つの光学系が、レーザビーム幅を画定するステップと、
前記コントローラが、前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するステップであって、前記レーザビームパルスは、
上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスであって、前記上限閾値フルエンスは、前記歯の硬組織の表面の融解および/またはアブレーションを引き起こす最小フルエンスとして定義される、最大局所フルエンスと、
下限閾値フルエンスを上回る少なくとも1つの他の局所フルエンスであって、前記下限閾値フルエンスは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される、少なくとも1つの他の局所フルエンスと
を有する、フルエンスプロファイルを焦点において有する、ステップと、
前記ビーム誘導システムを用いて前記レーザビームのレーザパルスを誘導するステップと
を含む、方法。 - 前記融解は、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記アブレーションは、200倍、500倍、および1,000倍のうちの少なくとも1つの倍率において、治療された表面の目視検査によって決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、請求項1に記載の方法。
- 前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザビームパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記コントローラが、前記パルスエネルギーを制御することは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記歯の硬組織の表面上の場所または前記場所の近傍におけるレーザビーム幅は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、請求項1に記載の方法。
- 酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのデバイスの作動方法であって、前記デバイスは、レーザ源と、少なくとも1つの光学系と、コントローラと、前記少なくとも1つの光学系のビームの下方に配置されたビーム誘導システムとを備え、前記方法は、
前記レーザ源が、レーザビームの複数のパルスを発生させるステップと、
前記少なくとも1つの光学系が、少なくとも1つの光学構成要素を使用して、レーザビーム幅を画定するステップと、
前記レーザビームパルスが、前記歯の硬組織の表面にフルエンスプロファイルを有するように、前記コントローラが、前記画定されたビーム幅に基づいて、パルスエネルギーを制御するステップであって、前記プロファイルは、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こすフルエンスとして定義される下限閾値フルエンスと少なくとも等しい局所フルエンスを備える、ステップと、
前記ビーム誘導システムを用いて前記レーザビームのレーザパルスを誘導するステップと
を含む、方法。 - 前記酸溶解抵抗は、酸性負荷およびpH循環研究のうちの少なくとも1つによって決定される、請求項13に記載の方法。
- 前記酸性負荷は、クエン酸、酢酸、および乳酸のうちの少なくとも1つを使用することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記表面炭酸塩の量は、反射率FTIR、FTIR-ATR、ラマン分光法、およびXRDのうちの少なくとも1つによって測定される、請求項13に記載の方法。
- 前記フルエンスプロファイルはさらに、ガウスプロファイル、近ガウスプロファイル、およびトップハットプロファイルのうちの少なくとも1つを備える、請求項13に記載の方法。
- 前記複数のレーザビームパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を備える、請求項13に記載の方法。
- 前記コントローラが、前記パルスエネルギーを制御することは、パルス持続時間、平均レーザ入力電力、および平均レーザ出力電力のうちの少なくとも1つを制御することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記間隔はさらに、治療フルエンス幅に基づいている、請求項13に記載の方法。
- 酸溶解に抵抗するように歯の硬組織の治療領域を治療するためのデバイスの作動方法であって、前記デバイスは、レーザ源と、コントローラと、ビーム誘導システムとを備え、前記治療領域は、前記治療領域に付着した染色薄膜を備え、前記方法は、
前記レーザ源が、レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
前記治療領域内の場所の表面温度が、レーザパルス中に、少なくとも、前記染色薄膜の少なくとも一部の除去のために必要な温度まで上昇させられるように、前記コントローラが、前記レーザ源を制御するステップと、
前記ビーム誘導システムを用いて前記レーザビームのレーザパルスを誘導するステップと
を含む、方法。 - 前記染色は、エリスロシン、フロキシン、ビスマルクブラウン、ムチカルミン、および食品着色料のうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記レーザパルス中に、下限治療温度を上回って前記場所の表面温度を上昇させることをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記下限治療閾値温度は、(i)前記歯の硬組織の酸溶解抵抗の最小限の増加と、(ii)前記歯の硬組織の表面炭酸塩の量の最小限の減少とのうちの少なくとも1つを引き起こす温度として定義される、請求項23に記載の方法。
- 前記下限治療温度は、摂氏300度を上回る、請求項23に記載の方法。
- 前記レーザパルスは、0.1~100マイクロ秒の範囲内のパルス持続時間を備える、請求項21に記載の方法。
- 前記レーザパルスは、0.05~100mJの範囲内のパルスエネルギーを備える、請求項21に記載の方法。
- 前記場所は、0.1~10ミリメートルの範囲内の幅を備える、請求項21に記載の方法。
- 前記レーザパルスは、8~12ミクロンの範囲内の波長を備える、請求項21に記載の方法。
- 前記波長は、9~10ミクロンの範囲内である、請求項21に記載の方法。
- 前記波長は、10~11ミクロンの範囲内である、請求項30に記載の方法。
- 前記染色は、過酸化水素、フッ化物、キトサン、キシリトール、カルシウム、およびリン酸塩のうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載の方法。
- 酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのデバイスの作動方法であって、前記デバイスは、レーザ源と、レーザ電力検出器と、コントローラと、ビーム誘導システムとを備え、前記方法は、
前記レーザ源が、レーザビームの複数のパルスを発生させるステップと、
前記レーザ電力検出器が、前記複数のレーザビームパルスの少なくとも一部のエネルギーを測定するステップと、
前記複数のレーザビームパルスのうちの各1つが、
上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面の融解および/またはアブレーションを引き起こす最小フルエンスとして定義される
ように、前記コントローラが、前記測定されたエネルギーに応答して、前記レーザ源を制御するステップと、
前記ビーム誘導システムを用いて前記レーザビームのレーザパルスを誘導するステップと
を含む、方法。 - 前記測定されたエネルギーは、(i)各レーザビームパルスからのエネルギーの一部と、(ii)各レーザビームパルスからの前記エネルギーの実質的に全てとのうちの少なくとも1つを備える、請求項33に記載の方法。
- 前記コントローラが、焦点における前記レーザビームの幅を制御することと、
前記コントローラが、パルスあたりのレーザエネルギーに従って、前記レーザビームをテーパ化することと
をさらに含む、請求項33に記載の方法。 - 前記コントローラが、焦点における前記レーザビームの幅に従って、(i)レーザ電力と、(ii)パルス持続時間とのうちの少なくとも1つを制御することをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- 酸溶解に抵抗するように歯の硬組織を治療するためのデバイスの作動方法であって、前記デバイスは、レーザ源と、少なくとも1つの光学系と、コントローラと、前記少なくとも1つの光学系のビームの下方に配置されたビーム誘導システムとを備え、前記方法は、
前記レーザ源が、レーザビームの少なくとも1つのパルスを発生させるステップと、
前記少なくとも1つの光学系が、レーザビーム幅を画定するステップと、
前記レーザビームパルスが、上限閾値フルエンス未満の最大局所フルエンスを有するフルエンスプロファイルを焦点において有し、前記上限閾値フルエンスが、前記歯の硬組織の表面の融解および/またはアブレーションを引き起こす最小フルエンスとして定義されるように、前記コントローラが、前記定義されたビーム幅に基づいてパルスエネルギーを制御するステップと、
前記ビーム誘導システムを用いて前記レーザビームのレーザパルスを誘導するステップと
を含む、方法。
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