KR102373033B1 - 박테리아 제거 레이저 - Google Patents

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이보클라 비바덴트 아게
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Abstract

특히 자연 또는 보철 치아, 후자의 경우는 또한 악외에서의 충치 박테리아를 제거하기 위한 박테리아 제거 레이저이 제공되고, 파지 핸들과, 레이저 복사선 소스와, 사전 설정된 복사선 출구 표면, 특히 레이저 복사선에 의해 통과되는 복사선 가이드 로드를 갖는 작용 옵틱과, 전원 연결부 또는 축전지와 같은 에너지 소스를 포함한다. 레이저는 2200 nm 내지 4000 nm의 파장 범위에서 방출되며, 특히 Er:YAG 레이저로서 설계된다. 시간에 걸친 평균 에너지 출력은 복사선 출구 표면에서 1 mJ/mm2 미만이다.

Description

박테리아 제거 레이저 {BACTERIA REMOVAL LASER}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제에 따른 박테리아 제거 레이저 및 청구항 제 13 항에 따른 시스템에 관한 것이다.
인간 또는 동물의 경질 조직 및/또는 연질 조직을 공격한 박테리아의 제거를 위해, 살균 물질을 사용하는 것이 오랫동안 알려져왔다.
여기에는 특히 항생제가 포함된다. 항생제 투여에 의해 내성이 발생하는 것 외에도, 깊은 조직층에 영향을 줄 때 항생제는 부적절하거나 또는 효과적이지 않다. 이는 경질 조직의 경우 특히 그러하다.
경질 조직은 무엇보다도 인간 및 동물 치아를 포함한다. 이들은 종종 스트렙토코쿠스 무탄스(Streptococcus mutans)를 포함하는 충치 박테리아가 있는 충치에 감염된다.
일반적으로, 치아 충치는 표준 치과용 드릴을 사용하여 치아 충치 물질을 제거하도록 치료된다.
경질 치아 조직을 제거함으로써 치아가 손상된다. 그럼에도 불구하고, 충치 박테리아가 치과 의사가 후속적으로 제조하는 치아 수복물 아래에 남아있지 않도록 보장하기 위해, 예방 조치로 영향을 받는 충치 치아 물질보다 약간 더 제거하는 것이 요구된다.
충치를 회피하기 위해 다른 조치가 또한 알려져 있다. 여기에는 예를 들어 특수 플루오라이드 제제를 사용한 불소화 및 충치 침윤이 포함된다. 이러한 경우 저-점도 플라스틱은 충치 치아 조직에 도입되어, 확산 장벽을 형성해야 한다.
또한, 수산화칼슘 또는 유리 이오노머 시멘트에 의한 커버가 알려져 있다.
또한, 충치 치료를 위한 레이저 광의 사용은 20년 이상 알려져 왔다. EP 1 052 947 A1에 따르면, 충치 박테리아는 Nd:YAG 레이저로 기화되어야 한다. 원하는 효과를 구현하기 위해, 1 내지 10 와트의 레이저 파워가 사용되므로, 레이저 복사선에 의한 처리 표면의 집중적인 조사가 일어날 수 있다. 깊이 효과는 없다.
그러나 지난 20 년 동안이 기술을 테스트한 결과 장기적인 성공은 없었다. 충치의 확장이 표면적으로는 정지한 것처럼 보이지만, 충치는 이 기술을 사용할 때 장기적으로는 확장되어, 치아 충진, 온레이 또는 크라운 또는 근관 치료에 의해 영향을 받는 경질 치아 물질의 교체와 같은 짧거나 또는 긴 보다 급진적인 조치가 필요하다.
이러한 조치를 취하지 않으면, 해당 인접 치아 및 필요한 경우 길항자가 또한 충치화될 위험이 있다.
반면, 본 발명의 목적은 또한 장기적으로 작용하는, 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 박테리아 제거 레이저, 및 청구항 제 13 항의 전제부에 따른 박테리아 제거 레이저 및 처리 표면으로 이루어진 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따르면 청구항 제 1 항 또는 제 13 항에 의해 달성된다. 유리한 발전예는 종속 청구항에서 나온다.
본 발명에 따르면, 박테리아 제거 레이저는 핸드 헬드 장치로서 설계된다. 따라서, 레이저 복사선 소스의 레이저 복사선 방출의 방향 및 공간 위치가 제어될 수 있게 하는 핸들을 포함한다.
레이저 복사선 소스는 또한 핸드 피스 내에 있거나, 또는 필요한 경우 가요성 복사선 가이드 로드에 의해 파지 핸들에 연결된 고정 베이스 스테이션에 있을 수 있다. 파지 핸들은 또한 복사선 출구 표면을 가지며, 이 지점에서 레이저 복사선 소스에 의해 방출된 복사선은 레이저를 떠난다.
작용 옵틱이 복사선 안내 로드의 상류 또는 하류에 연결되거나 또는 양 측면에 제공된다. 이것은 예를 들어 복사선 균질화를 위해 사용되거나, 또는 필요한 경우 방출된 복사선의 번들링을 위해 사용될 수 있다.
레이저는 2200 nm 내지 4000 nm의 파장 범위에서 방출된다. 이와 관련하여, 최대 약 2940 nm의 방출을 갖는 Er:YAG 레이저가 적합하다.
대안적으로, 2100 nm 내지 4000 nm 사이에서 방출되는 GaInAsSb 레이저, GaInSn 레이저 또는 GaInSb/GaSb 레이저가 또한 가능하다.
레이저는 또한 예를 들어 마이크로파 이미터에 의해, 예를 들어 2 내지 3 GHz의 주파수 범위에서 작동하고, 메이저(Maser)를 형성한다.
장파장을 갖는 레이저는 즉 긴 적외선 영역에서, 일반적으로 인체에 사용하기 위해 추천되지 않는데, 예를 들어 피부는 이 파장에서 강한 레이저 광선 작용으로 화상을 입는 경향이 있기 때문이다.
또한, 표준 문헌에서는, 더 큰 파장을 갖는 레이저 복사선은 거기에 존재하는 물의 최대 흡수로 인해 통과 깊이가 더 낮다는 것이 지적된다.
그러나, 본 발명에 따르면, 본 박테리아 제거 레이저는 이러한 파장 및 1 mJ/mm2 미만의 시간에 걸친 평균 에너지 출력을 갖는다.
놀랍게도, 이러한 레이저 작용에 의해 박테리아의 지속 가능한 제거가 발생한다. 작용 시간은 상응하는 높은 통과 깊이에 대해 적어도 몇 분, 바람직하게는 10 내지 15 분이다.
약 3000 nm에서 물의 높은 흡수 능력이 이용된다. 레이저를 작용하면 처리 표면 상에 그리고 그 아래에서 물이 섭씨 100도보다 훨씬 낮은 온도에서 증발한다.
그곳에 위치한 박테리아는 공동 증발되거나 또는 적어도 손상을 입는 것으로 나타난다.
예를 들어 층 두께가 1mm인 제 1 층의 물이 증발되면, 더 이상 물에 의해 흡수되지 않는 레이저 복사선은 더 깊이 통과하여, 다음 밀리미터에 작용한다.
이러한 방식으로, 박테리아 제거를 위한 본 발명에 따른 레이저 복사선에 의한 작용은 처리 표면 아래의 더 깊은 층에 존재하는 충치 박테리아가 손상될 때까지 발생한다.
본 발명에 따르면, 박테리아 제거 레이저의 에너지 밀도 및 전력을, 치아에서 단지 몇 도, 예를 들어 최대 8도 또는 최대 15 도의 온도 증가만이 발생하도록, 선택하는 것이 유리하다. 조사 결과, 치아 표면의 응력 균열 위험을 제거하기 위해, 온도가 천천히 상승하는 것이 중요하다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 온도 증가는 20 도/분 미만, 보다 바람직하게는 15도/분 미만이다.
처리 표면의 바람직한 최대 온도는 섭씨 45도이다. 여기서, 적절한 펄스/정지 비의 선택은 유리한 효과가 있다. 예를 들어, 펄스/정지 비는 1 내지 20 또는 1 내지 30일 수 있다. 이것은 유리한 타협을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 박테리아가 더 이상 번식할 수 없고 더 이상 "산/대사산물"을 생성할 수 없을 정도로 박테리아가 손상되면 충분하다.
증기압에 의해 세포벽을 파괴하는 것, 즉 100 ℃에서 증발에 의해 이를 배치하는 것이 필요하지 않고, 저온 살균과 유사하게 실질적으로 보다 낮은 온도로 가열하는 것으로 충분하다.
본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저의 사용은 또한 별도의 냉각제를 사용할 필요성을 회피한다. 이를 통해 치아 표면에서의 열 응력 및 미세 균열의 위험이 제거된다. 수냉각이 제거되면 레이저의 높은 이동 가능성이 가능하다.
치과 보철물이 물론 충치화되지는 않지만, 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저가 이것을 "살균"하는데 사용될 수 있는데, 왜냐하면 여기에 존재하는 예를 들어 스트렙토코커스 무탄스일 수 있는 박테리아도 본 발명에 따라 손상될 수 있기 때문이다.
구강 위생이 특히 중요하기 때문에, 이것은 부분 의치의 경우에 특히 권장된다.
약 3000 나노미터의 레이저 복사선을 사용할 때의 특별한 장점은 상아질과 법랑질 모두가 이 파장에 대해 실질적으로 투과성이라는 것이다. 물론 이것은 젖은 치과 경질 조직에는 적용되지 않는다. 물 및 이에 따라 박테리아도 언급된 파장에서는 특히 잘 흡수된다.
이들 특징의 조합은 레이저의 작용 시간을 연장함으로써, 본 발명에 따라 깊이 존재하는 박테리아도 쉽게 접근할 수 있다는 사실에 의해 이용될 수 있다.
물과 박테리아가 관련 부위에 존재할 경우, 통과 깊이가 증가함에 따라 도입된 레이저 복사선이 약해진다. 흡수는 예를 들어 mm 당 15 % 내지 25 %, 또는 예를 들어 mm 관통 깊이 당 20 % 내지 35 %로 이루어진다.
그러나 경질 치아 조직의 박테리아 제거 및 건조가 증가함에 따라 통과 깊이가 증가하므로, 레이저 복사선이 약해진 영역은 치아 내부까지, 즉 상아질로 변위된다.
이러한 바람직한 효과를 통해, 깊이 위치하는 박테리아의 제거를 보장할 수 있다.
놀랍게도, 이러한 깊이 위치하는 박테리아도 무해하게 만들 수 있다.
박테리아 제거 레이저가 처리 표면에 의해 반사된 복사선 또는 처리 표면 및 하부 영역을 통해 투과된 복사선을 검출하도록 의도된 센서를 갖는 것이 유리하다.
두 가지 유형의 검출을 결합할 수도 있다.
특히, 투과 센서는 어떤 복사선이 처리 표면과 하부 영역, 즉 처리 표면을 통과하는지를 검출할 수 있다.
예를 들어, 센서의 출력 신호의 증가로부터, 충분한 수분 및 박테리아가 제거되어 처리가 완료될 수 있다고 추론될 수 있다.
펄스 레이저 복사선의 복사 정지에서 측정하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 센서는 예를 들어 1000 내지 14000 nm의 적절한 파장 범위에서, 예를 들어 치아의 온도까지 3000 nm에서 처리 표면의 방출을 검출한다.
온도는 바람직하게는 조사 동안, 유리하게는 1-2.8 마이크로미터 또는 3.5-14 마이크로미터의 파장 범위에서, 즉 Er:YAG 레이저의 방출 최대 범위 밖에서 측정된다.
박테리아 제거 레이저는 바람직하게는 제어 장치를 갖는다. 이것은 레이저를 켜고 미리 결정되지만 바람직하게는 선택 가능한 시간 동안 복사하거나 또는 충치 박테리아 제거가 완료되면 레이저를 끄는 역할을 한다.
예를 들어, 센서와 관련하여 처리 표면이 너무 따뜻해지면 복사선을 감소시킬 수 있다. 이 경우, 치료는 바람직하게는 자동으로 연장된다.
복사선 출구 표면은 치아보다 작은 것이 바람직하다. 직경은 1 내지 7 mm일 수 있고, 바람직하게는 원형이고 바람직하게는 4 mm의 직경을 갖는다.
본 발명에 따른 레이저는 바람직하게는 살균수 소스에 결합된다. 이것에 의해, 처리 후의 처리 표면을 헹구고, 동시에 적셔서, 처리 표면의 우발적인 과건조를 회피할 수 있다. 살균수 소스는 또한 다운스트림에 연결되어 사용될 수 있으며, 이 경우 레이저가 설치되어 있지 않더라도, 어떤 경우에도 기능적으로 레이저에 할당된다.
본 발명은 또한 박테리아 제거 레이저 및 처리 표면으로 이루어진 시스템에 제시된다. 본 발명에 따르면, 레이저는 1500 내지 4500 nm, 특히 2200 nm 초과의 파장 범위에서 복사선을 방출하여 이를 처리 표면에 공급하는 것이 제공된다.
복사선 전달의 시작 동안, 레이저 복사선은 mm 통과 깊이 당 20 내지 35 %로 흡수된다. 따라서 박테리아를 손상시키거나 또는 파괴한다.
일 실시예에서, 복사선은 0.01 mJ/mm2 내지 10 mJ/mm2의 시간에 따른 평균 에너지 밀도로 처리 표면에 도달한다.
본 발명은 충치 박테리아의 제거, 특히 이들의 대사, 그들의 유전적 구성 및/또는 치명적인 제거를 위한 충치 박테리아의 제거를 위한 박테리아 제거 레이저의 사용을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 1000 nm 내지 15000 nm의 파장 범위에서 복사선에 반응하고 특히 그 최대 감도가 레이저의 방출 최대값 이상 또는 이하인 센서를 포함한다.
본 발명에 따르면, 레이저의 센서는 처리 표면 원 위치에서의 온도를 검출하며, 특히 55 ℃ 초과, 특히 45 ℃ 초과의 온도에서, 레이저를 위한 제어 장치가 그 에너지 출력을 감소시키거나 또는 0으로 감소시킨다.
본 발명에 따르면, 레이저 복사선 소스는 1:1 내지 1:1000, 특히 1:5 내지 1:200, 바람직하게는 약 1:25의 펄스/정지 비로 펄스 레이저 복사선을 방출하며, 시간에 따른 전력 평균은 2 W 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.8 와트이다.
본 발명에 따르면, 레이저 복사선 소스에 의해 0.02 초 내지 0.002 초의 주기로 펄스 레이저 복사선이 방출되며, 평균 전력이 2 W 미만이고, 1 Hz 미만, 바람직하게는 약 0.3 Hz의 주파수로 레이저 복사선 소스를 스위칭 온하고 스위칭 오프하기 위한 스위칭 장치 및/또는 복사선 출구 표면 앞에서 움직일 수 있고 복사선으로부터 처리 표면을 보호하고, 처리 표면이 미리 결정된 또는 조정 가능한 또는 제어 가능한 시간 동안 복사선으로부터 보호될 수 있게 하는 처리 표면 보호 장치, 예를 들어 조리개 또는 거울이 제공된다.
본 발명에 따르면, 박테리아 제거 레이저의 제어 장치는, 처리 표면의 온도를 측정할 수 있고 측정된 온도 증가(
Figure 112021080074893-pat00011
)가, 특히 습식 처리 부피에서의 온도 증가보다 크고 최대 건조 처리 부피에서의 온도 증가만큼 큰 미리 결정된 임계값보다 큰 경우, 박테리아 제거 레이저를 스위칭 오프하는 온도 센서에 연결된다.
본 발명에 따르면, 복사선 출구 표면 및/또는 처리 표면은 3 내지 5 mm의 직경을 포함하고 그리고/또는 상기 박테리아 제거 레이저는 가시 광을 갖는 광원을 포함하며, 상기 광원은 레이저 복사선 소스에 추가하여 방출되고, 다시 가시 광에 의해 복사선 출구 표면을 통해 안내될 수 있고, 특히 상기 처리 표면에 투사되어, 이를 조명한다.
다른 장점, 세부 사항 및 특징은 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 제 1 실시예에서 충치 박테리아를 제거하기 위한 작용으로 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저를 개략적인 사시도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서를 갖는 박테리아 제거 레이저의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저의 제 3 실시예를 도시한다.
도 4는 도시된 박테리아를 갖는 경질 조직의 개략도를 도시한다.
도 5는 경질 조직 내로의 레이저 복사선의 통과 깊이의 증가를 나타낸다.
도 6은 건조 치아와 비교하여 습식에서의 측정된 온도 증가의 그래프이다.
도 7은 건조 치아 및 젖은 치아에서의 온도 센서에 의해 측정된 온도를 나타낸다.
도 1로부터, 제 1 실시예의 박테리아 제거 레이저를 볼 수 있다. 박테리아 제거 레이저(10)는 복사선 소스(12)를 가지며, 이는 베이스 스테이션에 수용되고 특히 열 투과성 광 가이드를 통해 핸드 헬드 장치에 연결된다. 필요한 경우, 핸드 헬드 장치의 헤드 영역에서도 모든 것을 실현할 수 있다. 핸드 헬드 장치는 파지 핸들(14)을 가지며, 이를 통해 조작자가 원하는 위치로 가져올 수 있다.
핸드 헬드 장치의 헤드 영역에는, 복사선 소스(12)가 생성하는 레이저 빔이 통과하는 작용 옵틱(16)이 배치된다.
복사선 출구 표면(20)에서 끝나는 복사선 가이드 로드(18)가 배치된다.
핸드 헬드 장치는 전원을 형성하는 전원 연결부(19) 및 제어 장치(21)를 갖는다.
복사선 소스는 Er:YAG 레이저로 설계되며, 최대 2940 나노 미터의 방출로 레이저 복사선을 방출한다.
레이저 복사선(22)은 처리 표면(24)에 부딪친다. 이것은 본 실시예에서 어금니(25)에 형성되며, 그 교합면이 충치(26)에 감염되어 있다.
본 실시예에서 처리 표면은 직경이 1 mm인 원형 영역이다. 이 영역의 크기는 많은 영역에서 요구 사항에 맞게 조정될 수 있다. 예를 들어, 직경은 5 mm일 수 있다.
처리 표면의 크기도 조절 가능하다. 이를 위해, 작용 옵틱(16)이 해당 조정 가능성을 갖는다.
바람직하게는, 처리 표면의 크기는 전형적으로 충치에 의해 감염된 영역, 즉 직경 3 mm만큼 크다. 직경이 충치로 감염된 영역보다 작으면, 조작자는 치료가 연장되도록 충치로 감염된 영역 전체를 통해 처리 표면을 이동시켜야 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 레이저의 조작자는 먼저 치아(25)의 어느 영역이 충치에 의해 감염되었는지를 검사한다. 그는, 광 경화 장비에서 일반적인 것과 마찬가지로, 공지된 방식으로 레이저 복사선을 이러한 영역으로 지향시키고, 핸드 헬드 장치를 켠다.
레이저 복사선은 1:30의 펄스 정지 비로 펄싱되어 출력된다.
에너지 밀도가 1 mJ/mm2 미만인 레이저 복사선은 시간이 지남에 따라 평균화되어 출력된다. 이것은 처리 표면(24)에 부딪친다.
조작자는 이 위치를 몇 분 동안 유지한다.
펄스 레이저 복사선은 처리 표면(24) 영역의 충치 박테리아를 손상시킨다. 우선, 처리 표면의 표면 영역, 즉 표면 바로 아래가 주로 영향을 받는다. 거기에 존재하는 액체, 본질적으로 타액이 증발하여, 레이저 복사선이 더 깊이 통과한다. 원하는 통과 깊이에 따라, 복사선 적용을 15 분 또는 20 분 동안 유지할 수도 있다.
처리 표면(24) 바로 아래에서, 치아(25)는 치아 법랑질을 갖는다. 여기에 충치 박테리아가 전형적으로 1 내지 3 mm로 통과하여, 여기에서 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저(10) 없다면 충치가 유발될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 환자의 아래턱 또는 턱에 지지 장치를 사용하여 박테리아 제거 레이저를 지지하는 것이 제공된다.
도시되지 않은 지지 장치는 조정 가능하며, 레이저 빔(22)이 원하는 처리 표면(24)에 부딪치는 위치를 특정할 수 있게 한다.
지지 장치에 의해, 복사선 출구 표면(20)과 처리 표면(24) 사이의 거리도 조절될 수 있다. 이것은 바람직하게는 1 mm 내지 2 cm이다.
레이저 처리가 완료된 후, 충치 박테리아에 의해 원래 감염된 영역은 바람직하게는 살균수 소스(27)에 의해 살균수로 헹구어진다. 이를 통해, 한편으로는 치료 중 타액 손실이 보상되고, 다른 한편으로는 죽은 박테리아가 씻겨 나온다.
도 2는 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저의 다른 구체예를 도시한다. 여기서, 센서(30)는 치아(25)에서의 레이저(10)에 대향하는 측면에 부착된다. 센서는 치아(25)를 투과하는 레이저 복사선을 검출한다. 특히, 레이저 복사선의 변화가 검출된다.
레이저 복사선이 처리 표면(24)의 영역에서 흡수된 후, 처리 과정에서 거기에 위치한 물 또는 거기에 위치한 액체의 증발로 인해 흡수는 더 낮고, 센서의 출력 신호는 증가한다.
출력 신호의 증가로부터 치료가 진행되었다고 추론될 수 있다. 예를 들어, 3 %의 증가는 이제 1 밀리미터의 통과 깊이에 생명 박테리아가 없다는 것을 의미할 수 있으며, 따라서 람베르트-비어 법칙
Figure 112019099071448-pat00001
에 따라 증가하여, 통과 깊이는 이제 그에 상응하게 증가한다.
도 2에 따르면, 센서(30)는 레이저(10)의 광축 외부에 배치된다. 결과적으로, 치아(25)에서의 레이저 복사선의 산란이 고려된다.
도 3에 따르면, 레이저는 적절한 흡수 후에 레이저 복사선이 센서(30)에 직접 충돌하도록 광축에 배치된다.
도 2 내지 도 3에 따른 센서(30)는 투과 센서로 설계되었다. 또한, 반사 센서를 실현하는 것도 가능하다.
이러한 반사 센서는 처리 표면(24)으로 직접 향한다. 습한 처리 표면(24)이 건조된 것보다 더 강하게 반사하기 때문에, 반사 센서는 레이저 복사선에 의한 처리 표면의 건조를 검출한다.
도 4에서, 경질 조직(42)에서의 충치 박테리아(40)의 저장을 예로서 볼 수 있다. 이 예에서, 경질 조직은 치아 법랑질이며, 여기서 액체와 박테리아가 모두 통과할 수 있다. 치아 법랑질의 결정 구조는 충치 박테리아가 3 차원으로 분포되게 하며, 여기서 일반적으로 치아 표면의 통과를 시작한다.
전형적으로, 박테리아 밀도는 이에 따라 치아 표면에서 더 높지만, 그러나 성공적인 충치 제거를 위해서는, 적어도 더 적은 깊이에 존재하는 박테리아조차도 더 이상 번식할 수 없을 정도로 손상시킬 필요가 있다. 이것은 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저로 실현될 수 있다.
도 2 내지 도 3에 도시된 센서(30)는 레이저(10)의 파장에서 측정될 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게는, 이들은 펄스 간격 및/또는 레이저 파장 이상 또는 이하의 파장에서 측정하는 임의의 적합한 위치에 배치된 온도 센서(30)이다. 온도 센서는 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다.
적합한 저렴한 온도 센서는 1200 ~ 2500 nm의 파장을 검출한다.
도 5에서 박테리아 손상 파장에 의한 작용이 어떻게 진행되는지 볼 수 있다. 먼저, 처리 표면(24)에 바로 인접한 제 1 층(44)이 레이저 빔(22)에 의해 타격된다. 여기에 존재하는 박테리아가 손상된다.
세포벽이 파괴되도록 손상을 가할 수 있지만, 그러나 다른 임의의 제거도 가능한데, 예를 들어 레이저 복사선에 의해 세포 내에 존재하는 액체를 완전히 제거하는 것도 가능하다.
제 1 층(44)의 수분의 정도가 현저히 감소되자마자, 레이저 복사선(22)의 대부분이 제 2 층(46)의 영역에 도달한다. 이것은 충치(26)의 전체 영역에서의 박테리아가 파괴되거나 또는 손상될 때까지, 제 3, 제 4 및 제 5 층(48, 50 및 52)에 대해 반복된다.
제어 장치(21)는 충치 박테리아가 치아(25)의 상부 층에서 먼저 손상되도록 복사선 소스(12)를 제어한다. 이것은 가열되어 건조되므로, 동일한 레이저 출력으로 온도 증가가 더 커진다.
바람직하게는, 복사선 소스(12)는 펄스 방식으로 작동된다. 또한 이는 주기적으로 켜지고 꺼지는데, 예를 들어 3 초마다 이루어진다.
일정 시간이 지나면 층(44)에서의 모든 충치 박테리아가 파괴된다. 그 시점부터, 제 2 층(46) 등을 제거하는데 초점이 있을 것이다.
치아(25), 특히 처리 표면(24)의 온도는 센서(30) 또는 다른 센서에 의해 영구적으로 측정된다.
온도 증가가 임계값을 초과하면, 이는 충치 박테리아가 거기에서 제거된다는 것을 의미한다. 이것은 온도 구배로부터 추론될 수 있으며, 이는 온도 제어 장치(21)에 의해 모니터링된다.
아래는 본 발명에 따른 박테리아 제거 레이저(10)의 예시적인 작동 데이터이다:
Figure 112019099071448-pat00002
본 발명의 다른 실시예에서, 다음의 작동 데이터가 사용되었다:
레이저 매개 변수
파장 2.94 μm
I 300 A
주파수 150 Hz
tp 150 μs
직경 초점 4 mm
면적 12.6 mm2
레이저 에너지 0.72W
에너지 밀도
기간 6.67 ms
듀티 사이클 2.25 %
피크 전력 0.0048 W*s
면적당 최대 전력 0.000382 J/mm2
0.3820 mJ/mm2
에너지 밀도
에너지 밀도 0,00038197 J/mm2
0.382 mJ/mm2
피크 전력
최대 전력 32 W*s
피크 당 에너지
피크 당 에너지 0.0048 J
전력 밀도
전력 밀도 0.0573 W/mm2
평균 전력
Paverag(풀 타임) 0.72W
또한, 충치 박테리아의 이론적 제거 또는 사멸률이 계산되었다:
그 직경은 약 0.1 내지 700 μm이고, 가장 알려진 유형에서는 약 0.6 내지 1.0 μm이다. 그들의 길이는 더 넓은 범위에 있다: 약 0.6 μm(구균)과 700 μm 사이의 단일 세포에서, 균사는 더 길 수 있으며, 대부분의 박테리아는 1 ~ 5 μm 길이이다. 대부분의 박테리아의 부피는 약 1 μm³이다.
박테리아 가정
부피 1 μm3
반경 0.620 μm
직경 1.24 μm
물의 밀도 1 g/cm3
질량 1E-12 g
질량 박테리아 1.0E-06 μg
온도 298K
Hv 44.0 kJ/몰
100 % 물 10-6 μg 2.45E-09 J
1 W에 의해 408'869'870 박테리아/초
즉, 박테리아를 증발시키기 위해, 약 2.5E-09 W*s = 2.5E-09 줄이 필요하다는 것을 의미한다. 가정: 100 % 물 및 100 %의 에너지가 증발 엔탈피로 전환된다. 따라서 1 와트로 초당 약 4 억 개의 박테리아를 증발시킬 수 있다.
도 6에서, 박테리아 제거 레이저(10)의 작동에서 측정된 온도 증가는 "습식"과 "건식"의 비교로 도시되어 있다.
건조 치아가 취해지고, 일반적인 레이저 매개 변수로 작용되었다(위 참조). 동시에 온도가 측정되었다. 스위칭 온 후 첫 1 분 동안 분당 도 단위의 가열 속도(기울기)는 선형 피팅으로부터 결정되고, 도 6에 도시되었다. 건조 치아는 물의 증발에 에너지가 필요하지 않기 때문에 더 빠른 가열을 보여준다. 이러한 효과는 청구항 8에 청구된 바와 같이 처리의 종료에 대한 지능적이고 개별적인 결정에 사용될 수 있다.
도 7은 치아의 가열 곡선을 보여준다. 여기서는 젖은 치아와 건조 치아의 온도 증가를 보여준다.
건조 치아의 시간적 온도 구배가 상당히 높다는 것을 알 수 있고, 여기서 약 1 분 후에 통전이 중단되었으며, 평가 후, 박테리아를 포함한 모든 수분이 사라진 것으로 나타났다.
다른 바람직한 실시예에서, 가시광을 갖는 목표 빔이 레이저 빔에 평행하게 제공된다. 이를 통해 그가 치료받는 치과 의사에게 보여질 수 있다.

Claims (15)

  1. 자연 또는 보철 치아에서 충치 박테리아를 제거하기 위한 박테리아 제거 레이저로서, 보철 치아에서 충치 박테리아를 제거하는 것은 또한 구강 외에서 수행될 수도 있고, 상기 박테리아 제거 레이저는 파지 핸들과, 레이저 복사선 소스와, 사전 설정된 복사선 출구 표면, 레이저 복사선에 의해 통과되는 복사선 가이드 로드를 갖는 작용 옵틱과, 전원 연결부 또는 축전지를 포함하는 에너지 소스를 갖는, 상기 박테리아 제거 레이저에 있어서,
    상기 레이저는 2200 nm 내지 4000 nm의 파장 범위에서 방출되며, 복사선 출구 표면에서 시간에 걸친 평균 에너지 출력이 1 mJ/mm2 미만인 Er:YAG 레이저로서 설계되고,
    복사선 출구 표면 및 처리 표면 중 적어도 하나는 3 내지 5 mm의 직경을 포함하고, 상기 박테리아 제거 레이저는 가시 광을 갖는 광원을 포함하며, 상기 광원은 레이저 복사선 소스에 추가하여 가시 광을 방출하여 복사선 출구 표면을 통해 안내할 수 있고, 상기 처리 표면에 투사하여, 이를 조명하는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1000 nm 내지 15000 nm의 파장 범위에서 복사선에 반응하고 최대 감도가 레이저의 방출 최대값 이상 또는 이하인 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 반사 검출 센서로 설계되고, 처리 표면에 의해 반사되는 복사선이 상기 센서에 의해 검출되며, 상기 반사된 복사선은 작용 옵틱을 통과하는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 투과 검출 센서로 설계되어, 처리 표면을 통과하는 복사선을 검출하는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저의 센서는 처리 표면 원 위치에서의 온도를 검출하며, 45 ℃ 초과의 온도에서, 레이저를 위한 제어 장치가 에너지 출력을 감소시키거나 또는 0으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사선 소스는 1:1 내지 1:1000의 펄스/정지 비로 펄스 레이저 복사선을 방출하며, 시간에 따른 전력 평균은 2 W 미만인 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사선 소스에 의해 0.02 초 내지 0.002 초의 주기로 펄스 레이저 복사선이 방출되며, 평균 전력이 2 W 미만이고,
    1 Hz 미만의 주파수로 레이저 복사선 소스를 스위칭 온하고 스위칭 오프하기 위한 스위칭 장치, 및 복사선 출구 표면 앞에서 움직일 수 있고 복사선으로부터 처리 표면을 보호하고 처리 표면을 미리 결정된 또는 조정 가능한 또는 제어 가능한 시간 동안 복사선으로부터 보호할 수 있는 조리개 또는 거울을 포함하는 처리 표면 보호 장치 중 적어도 하나가 제공되는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박테리아 제거 레이저의 제어 장치는 처리 표면의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서에 연결되고, 박테리아 제거 레이저는, 측정된 온도 증가가 습식 처리 부피에서의 온도 증가보다 크고 건조 처리 부피에서의 온도 증가 이하인 경우, 스위칭 오프되는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서에 의해, 펄스 정지 시에 처리 표면의 반사, 투과 또는 방출된 복사선을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  10. 삭제
  11. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저에는 살균수 소스가 할당되고, 상기 살균수 소스에 의해, 레이저를 스위칭 오프한 후 - 레이저의 스위칭 온 상태 동안에는 아님 - 상기 처리 표면은 살균수로 적셔질 수 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 제거 레이저.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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