KR20220127841A - 경질 조직의 재광화 및 강도를 강화하기 위한 레이저 시스템 - Google Patents
경질 조직의 재광화 및 강도를 강화하기 위한 레이저 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
경질 조직의 치료를 위한 레이저-기반 시스템 및 방법은 재광화 및 불소 흡수를 강화하여 탈광화에 대한 저항성을 개선한다. 시스템은 레이저 소스, 옵틱, 및 (예를 들어, 조직 표면을 손상시키지 않으면서 탄산염을 제거하기 위해) 바람직한 특성들로 치료 영역에 방사선을 전달하도록 레이저 소스 및/또는 옵틱을 제어하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 시스템은 교체가능한 카트리지 내에 장착되고 치료 영역으로의 레이저 빔의 전달 전에, 빔을 비절제성으로 만들기 위해 레이저 빔을 변조하도록 적응된 광학 요소(예를 들어, 렌즈)를 갖는 핸드피스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 레이저에 의한 치료는 강화된 치료상의 효과를 위해 불소 치료와 조합될 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 1월 3일 출원되고, 발명의 명칭이 "Laser System for Enhancing Remineralization and Strength of Hard Tissue"인 미국 가특허출원 제62/956,862호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 대체적으로 발광 디바이스(예를 들어, 레이저 소스)를 사용한 경질 조직의 치료에 관한 것으로, 특히 레이저 소스에 의해 방출된 방사선을 경질 조직으로 지향시킴으로써 경질 조직의 재광화 및 강도를 강화하는 것에 관한 것이다.
치아 우식(dental caries)은 치아 광물이 산에 의해 용해되고, 이것이 진행되면, 충치(cavity)가 형성되는 질환이다. 입안의 특정 박테리아는 설탕과 같은 발효가능한 탄수화물을 섭취할 때 유기산을 형성한다. 이러한 유기산은 치아 에나멜의 탄산 수산화인회석 광물을 쉽게 용해시켜 광물 손실(탈광화)을 야기하며, 이는 초기에는 충치가 아닌 "백색 스폿"으로서 나타나며 이 과정이 계속되면 결국 충치가 된다.
치아 에나멜의 약 95중량%를 포함하는 광물은 종종 인산 칼슘의 형태인, 수산화인회석으로서 설명된다. 그러나, 실제로, 치아 에나멜은 인체의 생물학적 유체 시스템에서 형성되는 결과로서 수많은 불순물과 포유물을 함유한다. 광물은 10개의 인산염 그룹 마다 약 1개가 탄산염으로 대체되어, 광물이 탄산염 포유물이 없는 순수 수산화인회석보다 산에 몇 배 더 용해되게 하는 탄산 수산화인회석으로서 더 잘 설명된다.
예를 들어, 부패된 조직을 절제(ablating)하여 이것이 충전재로 대체될 수 있도록 함으로써, 우식의 치료를 위해 레이저를 사용하는 것에 대해 연구가 수행되었다. Er:YAG 및 Nd:YAG 레이저와 같은 레이저는 수산화인회석보다는 치아 내에서 물에 의해 주로 흡수되며 가열 프로세스 동안 조직 표면에 원치 않는 손상을 야기할 수도 있다. 이는 부분적으로 수산화인회석이 내산성 효과에 필요한 고온에 도달하기 전에 그리고 또한 블라스팅 효과로부터, 표면 아래의 물이 증기로 변함에 따라, 상당한 양의 물이 제거되기 때문이다. 보다 최근의 연구는 소정의 CO2 레이저 파장이 수산화인회석에 더 잘 흡수되고 치아 조직을 절제하는데 효과적일 수 있음을 밝혔다.
그러나, 맨 처음에 우식 형성 및 산 용해를 방지하기 위한 레이저 사용에 관하여는 상당히 덜 알려져 있다. 예비 학술 연구는 에나멜 표면이 짧은 레이저 펄스로 가열하여 개질될 수 있고 이러한 가열이 개선된 우식 저항성으로 이어질 수도 있음을 제안하였다. 그러나, 이러한 레이저 치료에 대해 원하는 동작 파라미터를 결정하고 학술 연구를 환자와의 상업적 사용에 적합한 기능 시스템에 적응시키기 위해서는 상당히 많은 연구가 필요하다. 또한, 불소 도포와 같은 종래 우식 저항성 치료와 조합하는 이러한 레이저 치료의 효과에 관하여 알려진 바가 거의 없다.
본 명세서에 기재된 발명의 실시예들은 경질 치아 조직의 강도 및 재광화 양자 모두를 강화하는데 사용될 수 있는 레이저 치료 시스템에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 본 발명은 강화된 효과를 위해, 불소 도포와 같은 종래 치료 기법들과 레이저 치료 시스템의 조합된 사용을 포함한다. 본 발명자들은 수산화인회석으로부터 탄산염을 제거하는 치아 에나멜의 레이저 조사가 또한 불소의 흡수를 개선함으로써, 수산화인회석보다 산 공격에 훨씬 더 강한, 플루오르인회석으로서 알려진 덜 용해되는 형태의 인산 칼슘의 조성에 가까운 추가로 개질된 에나멜 표면이 됨을 발견하였다.
다양한 실시예들에서, 본 발명은 CO2 레이저와 같은 9 내지 11 ㎛ 파장 범위에서 동작하는 레이저 소스를 포함한다. CO2 레이저는 다른 타입의 경질 조직 레이저(예를 들어, Er:YAG 레이저)에 비해 여러 이점을 가지며, 예를 들어 수산화인회석에서의 흡수 계수가 약 2 팩터 더 높다. 본 발명은 바람직한 효율, 최소 기법 감도, 및 빠른 치료 시간으로 구강 충치의 경질 조직 표면으로 9 내지 11 ㎛ 레이저 빔을 지향시키기 위한 핸드피스를 특징으로 할 수 있다.
시스템은 다양한 스캐닝 기법들을 사용하여, 예를 들어 갈보 미러(galvo-mirror)를 사용하여 레이저 빔을 스캔하도록 적응될 수 있다. 레이저 빔은 특정한 패턴(들)을 사용하여 치료 영역을 가로질러 스캔되어 효율적인 에너지 전달을 허용하여, 조직을 손상(연소 또는 탄화)시키지 않으면서 콜라겐을 수축시키기에 충분한 국소화된 광열 효과를 생성할 수 있다. 일부 이러한 패턴들은 미국 특허 공개 제2017/0319277호에 더 상세히 기재되어 있으며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되고 부록 A로서 첨부된다.
시스템은 또한 선택된 치료의 타입 및/또는 치료되고 있는 조직의 타입에 따라 하나 이상의 치료 파라미터(예를 들어, 레이저 펄스 지속기간)를 조정할 수 있는 레이저 소스 제어기를 포함할 수도 있다. 다양한 치료 파라미터들은 하기에서 더 상세히 설명되고 또한 미국 특허 공개 제2018/0325622호에 기재되어 있으며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되고 부록 B로서 첨부된다.
대체적으로, 일 양태에서, 본 발명의 실시예들은 경질 치아 조직을 치료하기 위한 시스템을 특징으로 한다. 시스템은 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스, 레이저 빔을 경질 치아 조직의 치료 표면으로 지향시키도록 적응된 레이저 소스와 광 통신하는 옵틱, 및 제어기를 포함할 수 있고, 제어기는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여 0.4 J/㎠에서 1.2 J/㎠까지 범위의 플루언스로 10 ㎠/min 내지 20 ㎠/min 범위의 레이트에서 경질 치아 조직의 영역을 치료하여: (i) 경질 치아 조직을 손상시키지 않으면서 내산성 표면을 생성하기 위해 치료 표면으로부터 적어도 일부 탄산염을 제거하고, 그리고 (ii) 경질 치아 조직의 △Z 값을 치료되지 않은 경질 치아 조직에 비해 적어도 10% 만큼 감소시키기 위해, 레이저 소스 및 옵틱을 제어하도록 적응된다.
다양한 실시예들에서, 레이저 소스는 CO2 레이저 소스를 포함할 수 있다. 레이저 빔은 9 ㎛ 내지 11 ㎛ 범위의 파장을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 레이저 빔은 0.2 mm 내지 5 mm 범위의 치료 표면에서의 스폿 사이즈를 가질 수 있다. 옵틱은 갈바노미터(galvanometer) 및/또는 터닝 미러를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기는 레이저 빔을 일련의 펄스들로 치료 표면에 전달하기 위해 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응된다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.1 mJ 내지 50 mJ 범위의 펄스 에너지를 포함한다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 1 μsec 내지 100 μsec 범위의 펄스 지속기간을 포함한다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.05 Hz 내지 10 Hz 범위의 반복 레이트를 포함한다. 일련의 펄스들은 0.1 내지 10 범위의 듀티 사이클을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기는 일련의 펄스들을 패턴으로 치료 표면에 전달하도록 적응된다. 패턴은 1 mm 내지 5 mm 범위의 직경을 포함할 수 있다. 패턴은 1 내지 1,000 범위의 로케이션들의 수(예를 들어, 217개 로케이션)를 포함할 수 있다. 패턴에서 각각의 로케이션 사이의 간격은 0.1 mm 내지 5 mm 범위에 있을 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기는 또한 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 치아 조직의 △Z 값을 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 20% 만큼 감소시키기 위해, 레이저 소스를 제어하도록 적응된다. 일부 경우들에서, 시스템은 또한 불소 치료를 치료 표면에 전달하도록 적응된 불소 전달 시스템을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여 치아 조직의 △S 값을 치료되지 않은 치아 조직에 비해 적어도 68% 만큼 감소시키기 위해 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응된다. 일부 경우들에서, 제어기는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 치아 조직의 △S 값을 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 18% 만큼 감소시키기 위해, 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응된다.
대체적으로, 다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 경질 치아 조직을 치료하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 레이저 소스를 사용하여 레이저 빔을 생성하는 단계, 레이저 소스와 광 통신하는 옵틱을 사용하여 레이저 빔을 경질 치아 조직의 치료 표면으로 지향시키는 단계, 및 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여 0.4 J/㎠에서 1.2 J/㎠까지 범위의 플루언스로 10 ㎠/min 내지 20 ㎠/min 범위의 레이트에서 경질 치아 조직의 영역을 치료하여: (i) 경질 치아 조직을 손상시키지 않으면서 내산성 표면을 생성하기 위해 치료 표면으로부터 적어도 일부 탄산염을 제거하고, 그리고 (ii) 경질 치아 조직의 △Z 값을 치료되지 않은 경질 치아 조직에 비해 적어도 10% 만큼 감소시키기 위해, 제어기를 사용하여 레이저 소스 및 옵틱을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 레이저 소스는 CO2 레이저 소스를 포함한다. 레이저 빔은 9 ㎛ 내지 11 ㎛ 범위의 파장을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 레이저 빔은 0.2 mm 내지 5 mm 범위의 치료 표면에서의 스폿 사이즈를 가질 수 있다. 옵틱은 갈바노미터 및/또는 터닝 미러를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기는 레이저 빔을 일련의 펄스들로 치료 표면에 전달하기 위해 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응된다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.1 mJ 내지 50 mJ 범위의 펄스 에너지를 포함한다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 1 μsec 내지 100 μsec 범위의 펄스 지속기간을 포함한다. 일부 경우들에서, 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.05 Hz 내지 10 Hz 범위의 반복 레이트를 포함한다. 일련의 펄스들은 0.1 내지 10 범위의 듀티 사이클을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기는 일련의 펄스들을 패턴으로 치료 표면에 전달하도록 적응된다. 패턴은 1 mm 내지 5 mm 범위의 직경을 포함할 수 있다. 패턴은 1 내지 1,000 범위의 로케이션들의 수(예를 들어, 217개 로케이션)를 포함할 수 있다. 패턴에서 각각의 로케이션 사이의 간격은 0.1 mm 내지 5 mm의 범위에 있을 수 있다. 일부 경우들에서, 제어하는 단계는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 치아 조직의 △Z 값을 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 20% 만큼 감소시키도록 제어기를 사용하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 경우들에서, 방법은 불소 치료를 치료 표면에 전달하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여 치아 조직의 △S 값을 치료되지 않은 치아 조직에 비해 적어도 68% 만큼 감소시키기 위해 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응된다. 일부 경우들에서, 제어하는 단계는 치료 표면에 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 치아 조직의 △S 값을 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 18% 만큼 감소시키기 위해 레이저 소스를 제어하도록 제어기를 사용하는 단계를 추가로 포함한다.
도면들에서, 같은 참조 문자들은 대체적으로 상이한 뷰들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다. 다음의 설명에서는, 본 발명의 다양한 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명된다:
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른, 광학 카트리지를 포함하는 핸드피스의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 빔 사이즈 직경 대 핸드피스 출구 오리피스로부터의 거리의 예시의 플롯이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 예시의 치료 패턴의 도시이다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예들에 따른, 다양한 치료 조건들 하의 레이저처리된 조직 표면 및 레이저처리되지 않은 조직 표면을 도시한다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 성능을 입증하는데 사용된 실험 설정을 도시한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 성능을 입증하는데 사용된 다른 실험 설정을 도시한다.
도 8a는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 누프(knoop) 경도 수 측정들을 나타내는 예시의 차트이다.
도 8b는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 경도 변화들을 도시하는 예시의 플롯이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료들을 받는 다양한 조직 표면들의 △Z 측정들을 나타내는 예시의 차트이다.
도 10a 내지 도 10c는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료들을 받는 다양한 조직 표면들의, △S 측정들, 표면 손실 측정들, 및 표면 미세경도 측정들을 각각 나타내는 예시의 차트들이다.
도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따른, 예시의 △Z 대 △S 측정들을 나타내는 그래프들이다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료를 받는 다양한 조직 표면들에 대한 예시의 △S 및 △Z 측정들을 나타내는 표 및 그래프들이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른, 예시의 레이저 및 치료 파라미터 값들을 제공하는 차트이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른, 광학 카트리지를 포함하는 핸드피스의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 빔 사이즈 직경 대 핸드피스 출구 오리피스로부터의 거리의 예시의 플롯이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 예시의 치료 패턴의 도시이다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예들에 따른, 다양한 치료 조건들 하의 레이저처리된 조직 표면 및 레이저처리되지 않은 조직 표면을 도시한다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 성능을 입증하는데 사용된 실험 설정을 도시한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른, 레이저 치료 시스템의 성능을 입증하는데 사용된 다른 실험 설정을 도시한다.
도 8a는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 누프(knoop) 경도 수 측정들을 나타내는 예시의 차트이다.
도 8b는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 경도 변화들을 도시하는 예시의 플롯이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료들을 받는 다양한 조직 표면들의 △Z 측정들을 나타내는 예시의 차트이다.
도 10a 내지 도 10c는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료들을 받는 다양한 조직 표면들의, △S 측정들, 표면 손실 측정들, 및 표면 미세경도 측정들을 각각 나타내는 예시의 차트들이다.
도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따른, 예시의 △Z 대 △S 측정들을 나타내는 그래프들이다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 플루언스 레벨들에서 치료를 받는 다양한 조직 표면들에 대한 예시의 △S 및 △Z 측정들을 나타내는 표 및 그래프들이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른, 예시의 레이저 및 치료 파라미터 값들을 제공하는 차트이다.
다양한 실시예들에서, 본 발명은 개선된 레이저 치료 시스템(100)에 관련된다. 시스템(100)은 종래 디바이스들과 비교될 때 치료된 경질 치아 조직의 우식 형성 및 산 용해를 감소시킬 수 있다. 시스템(100)은 조직을 손상시키지 않으면서 수산화인회석으로부터 탄산염 불순물들을 제거하기 위해(그리고 이에 의해 재광화/탈광화를 강화하기 위해) 경질 조직을 가열하는 레이저 펄스들을 전달하는 핸드피스(1)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구절 "조직을 손상시키는 것"은 조직의 연소, 탄화 또는 용융 중 하나를 지칭한다. 탄산염만의 제거는 본 명세서에 사용된 정의 하에서 "조직을 손상시키는" 것으로 간주되지 않는다. 조직을 손상시키지 않으면서 탄산염을 제거하는 것은 추가로 미국 특허 공개 제2018/0325622호에 기재되어 있으며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되고 부록 B로서 첨부된다.
다양한 실시예들에서, 시스템(100)은 또한 (i) (하기에 정의된) 긴 작동 범위를 갖는 레이저 빔, (ii) 냉각제(공기, 물, 미스트 등)를 구강 치료 영역에 전달하기 위한 냉각제 전달 시스템, 및 옵션으로 (iii) 불소를 치료 영역에 도포하기 위한 불소 전달 시스템을 특징으로 할 수 있다. 본 출원은 종종 경질 치아 조직의 치료를 설명할 것이지만; 대체적으로, 본 명세서에 기재된 발명들은 임의의 적합한 경질 조직(예를 들어, 턱, 두개골, 및 다른 뼈 영역들)과 함께 사용되도록 적응될 수 있다.
일부 실시예들에서, 레이저 치료 시스템(100)은 9 내지 11 ㎛(예를 들어, 9.3 ㎛) 범위의 파장에서 동작하는 CO2 레이저 소스(102) 및 기법 감도의 최소 변화로 모든 치아의 균일한 치료를 가능하게 하도록 구성된 핸드피스(1)를 포함한다. 시스템(100)은 마취에 대한 필요성 없이 그리고 빠른 치료 시간으로 효율적으로 치료를 달성할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 핸드피스(1)는 광학 카트리지(2)를 수용하도록 구성 및 설계될 수도 있다. 광학 카트리지(2)는 이를 통과하는 레이저 빔을 변조하기 위해(예를 들어, 시준된 레이저 빔을 생성하기 위해) 적어도 하나의 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광학 카트리지는 상류 광학 렌즈(3) 및 하류 광학 렌즈(4)를 포함할 수 있다. 광학 카트리지(2)는 임의의 알려진 기법을 사용하여, 예를 들어 스레딩(threading)(6)으로, 핸드피스(1)내에 유지될 수 있다. 광학 카트리지(2)를 교체하거나 제거하는 능력은 절제 모드로부터 비절제 치료 모드로, 그리고 그 반대로와 같은, 치료 모드들 사이에서 레이저 스위칭을 허용한다. 또한, 핸드피스(1)는 내산성을 강화하고 불소 흡수를 개선하기 위해 불소계 유체 및/또는 냉각 유체들(예를 들어, 공기, 물, 및 이들의 미스트 조합들)과 같은, 비-레이저 물질들을 치료 영역에 전달하기 위한 채널들 또는 튜빙(5)을 포함할 수 있다. 핸드피스는 일부 실시예들에서, 터닝 미러(7)를 통해 레이저 빔이 지향되는 출구 오리피스(8)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔은 광학 카트리지(2)의 상류에 배치된 갈바노미터를 사용하여 핸드피스를 통해 그리고 치료 영역을 가로질러 스캔될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 카트리지(2)는 비교적 긴 작동 범위를 갖는 레이저 빔을 제공할 수 있다. 도 3은 빔 직경(1/e2) 대 광학 카트리지(2)로 생성된 1.0 mm 빔에 대한 그리고 광학 카트리지(2) 없이 생성된 네이티브 빔에 대한 핸드피스(1)의 출구 오리피스(8)로부터의 거리의 플롯이다. 예시의 데이터는 원래 빔 사이즈(0.4 mm)보다 시준되고 더 큰 빔 사이즈(1 mm)를 생성하고 긴 작동 범위(예를 들어, 5 내지 20 mm)에 걸쳐 균일한 광학 카트리지의 능력을 입증한다. 플루언스는 단위 면적당 에너지의 척도이기 때문에, 시준된 빔을 생성하고 레이저 빔의 길이를 따라 균일한 빔 영역(스폿 사이즈)을 유지하면 (초점에 대해 수렴 및 발산하는 비-시준된 빔과는 대조적으로), 일부 경우들에서, 레이저 빔의 비-절제성을 초래할 수도 있는 더 낮은 플루언스를 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있다. 더 큰 스폿 사이즈는 또한 치료 영역(예를 들어, 치아)의 더 많은 표면 영역에 대해 더 신속하게 커버되는 것을 가능하게 하여, 치료 시간을 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예들에서, 레이저는 원하는 레벨들의 탄산염 제거를 달성하기 위해 소정의 패턴들에 따라 펄싱되고 스캔된다. 더욱이, 레이저 소스는 도 4에 나타낸 바와 같이 상이한 로케이션들에서 상이한 펄스 에너지들을 제공하기 위해 공간적으로 스캔될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, (예를 들어, 도 13에 나타낸 바와 같이) 레이저 및 치료 파라미터들은 효율을 최적화하고 손상 없이 조직을 치료하도록 선택될 수도 있다. 예시의 치료 패턴들은 미국 특허 공개 제2017/0319277호 및 미국 특허 공개 제2018/0325622호에 더 상세히 기재되어 있으며, 이들 양자 모두는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되고 부록 A 및 부록 B로서 첨부된다.
다양한 실시예들에서, 레이저 치료 시스템(100)은 우식 형성의 감소를 개선하고 재광화를 강화하는 방식으로 동작할 수 있다. 특히, 이러한 개선된 성능을 입증하기 위해 레이저 치료 시스템(100)을 사용하여 실험들이 수행되었다.
제1 예의 실험에서는, 9.3 ㎛ Solea CO2 레이저(Convergent Dental, Inc., Needham, MA)가 5 센티미터 범위에 걸쳐 핸드피스의 출력에서 시준된 1 mm의 빔 직경(1/e2 방법에 의해 측정됨)으로 사용되었다. 빔은 0.2 mm의 인접 히트들의 중심들 사이의 균일한 간격 및 25 Hz의 인접 히트들 사이의 최대 주파수를 갖는 패턴으로 한 쌍의 제어가능한 미러(갈바노미터)를 사용하여 750 Hz의 반복 레이트로 스캔되었다. 이러한 히트들의 분포는 에너지가 펄프에서 열의 축적 없이 소산될 수 있도록 하였다. 냉각을 돕기 위해, 핸드피스로부터의 조절된, 시스템-전달 공기 흐름이 레이저로 조사하는 동안 샘플들에 대해 사용되었다. 레이저 플루언스는 17 내지 27 μs 사이에서 광학 펄스 지속기간을 변화시키는 것에 의해서만 달라졌다. 17 μs 에서, 평균 전력은 3.5 W이고 펄스당 플루언스는 0.6 J/㎠ 이다. 27 μs에서, 평균 전력은 5.7 W이고 펄스당 플루언스는 1.0 J/㎠이다. 핸드피스로부터 치아 샘플들까지의 거리는 치료 표면으로의 에너지 및 공기의 균일한 전달을 추가로 보장하기 위해 10 mm의 설정 위치에서 유지되었다.
내산성 층의 형성 및 특성들을 조사하기 위해, 아크릴 수지에 장착되고 1 ㎛ 다이아몬드 그릿 피니시(grit finish)(Therametrics, Inc., Indianapolis, IN) 로 연마된 5개 사운드 인간 에나멜 샘플이 사용되었다. 레이저 치료된 블록들은 수동 동안에만 티몰 용액에 노출되었으며 추출로부터 3개월 미만이었다. Solea CO2 9.3 ㎛ 레이저는 0.6 내지 1 J/㎠의 펄스 플루언스 범위로 사용되었다. 블록들은 측면으로부터 6 ㎛ 그릿까지 연속적으로 연마되어 레이저 조사된 영역과 조사되지 않은 영역 양자 모두의 단면을 노출시켰다. 레이저 조사된 원래 표면은 내산성 테이프로 마스킹되었다. 단면 표면은 1분 동안 1N HCl에 노출되어 기저의 일반 에나멜을 침식시키고 내산성 층을 노출시킨 후, 물로 철저히 린싱되었다. 블록들은 교차-편광으로 3D 디지털 반사 현미경(Hirox RH-2000) 하에서 이미징되어 서브표면 특성들을 캡처하였다. 현미경이 사용되어 50 ㎛ 깊이 범위에 걸쳐 이미지들의 3D 스택들을 획득하였다.
도 5a는 염산에 노출된 에나멜의 단면 이미지이다. 이 예에서는, 약 15 ㎛ 범위의 내산성 층이 0.8 J/㎠의 플루언스에서 레이저 조사에 의해 생성되고 급속 용해를 경험하였고 현미경 이미지에서 초점이 맞지 않는 기저 에나멜 위에 용해되지 않은 돌출부로서 나타난다. 도 5b는 내산성 층이 관찰되지 않고 균일하게 용해된 조사되지 않은 섹션에 대한 에나멜의 단면을 나타낸다. 이것은 위의 실험에서 사용된 레이저 파라미터들이 에나멜 표면 상에 내산성 층을 성공적으로 형성하여 탈광화를 억제하였다는 검증의 역할을 하였다. 도 5c 및 5d는 레이저 조사된 샘플에 대한 표면 근방의 에칭되지 않은 영역과, 레이저 조사되지 않은 샘플에 대한 평탄하고 균일하게 에칭된 영역으로서 내산성 층을 드러내는 에나멜 샘플들의 3차원 이미지 스택들이다.
제2 예의 실험에서, 우식 및 우식-유사 병변의 감소 및 표면 광물 손실의 억제와의 상관관계를 조사하기 위해, 우식 또는 불소증의 징후가 없고 추출 이후 3개월 미만인 74개의 인간 어금니가 획득되고 티몰 용액에만 저장되었다. 어금니들은 전체 크라운이 노출되어 (모든 측면 및 교합 표면) 1" 아크릴 실린더에 장착되었다 (Therametrics, Inc., Indianapolis, IN). 샘플들은 증류수에서 5분 동안 초음파처리되었다. 그 후 샘플들은 공기 건조되고 6개의 그룹으로 분할되었다. 그룹들 1 내지 3은 부가 불소 없이 pH 사이클링을 겪었고 그룹들 4 내지 6에는 부가 불소가 있다. 그룹들 1 및 4는 0.6 J/㎠의 플루언스로, 그룹들 2 및 5 는 0.8 J/㎠로, 그리고 그룹들 3 및 6는 1.0 J/㎠로 도 6에 나타낸 바와 같이, 크라운 측면의 가장 평평한 영역(최소 곡률)의 양 측면에서 레이저 조사되었다. 예시의 수집된 데이터는 하기 표 1 및 표 2에 나타낸다(샘플의 연마 손상 또는 다른 측정불가능성으로 인해 샘플들의 일부 손실이 발생하였다). 레이저 조사된 영역들 사이에 조사되지 않은 제어 영역이 유지되었다. 장착된 베이스로부터 교합 표면까지 어금니의 전체 높이를 따라 레이저 조사된 영역과 조사되지 않은 영역 사이의 경계들을 마스킹하기 위해 내산성의 신속한 경화 매니큐어가 사용되었다. 도 6은 아크릴 수지 마운트에서의 인간 어금니를 도시한다. 레이저 조사된 영역들(L1 및 L2)은 조사되지 않은 대조군, C와 함께 도시된다. 스트라이프들은 노출된 치아의 전체 높이에 걸쳐 마스킹된 영역들이다.
탈광화 용액은 2 mM 칼슘 및 인산염으로 75 mM 아세테이트 버퍼의 형태로 제조되었고, 필요에 따라 NaOH 또는 HCl을 사용하여 pH 가 4.4로 균형을 이루었다. 재광화 용액은 0.1 M 트리스, 0.8 mM 칼슘 및 2.4 mM 인산염으로부터 제조되었고, pH 는 7.1로 균형을 이루었다. 위에 언급된 용액들에 의한 9-pH-사이클 요법은, 탈광화 6 시간 및 재광화 18 시간의 단계들로, Rechmann P, Rechmann BMT, Groves WH, et al., "Caries inhibition with a CO2 9.3 ㎛ laser: An in vitro study," Lasers Surg Med. 2016;554(February):1-9, doi:10.1002/lsm.22497에 기재된 것과 유사하게 수행되었다. 샘플들 중 대략 절반은 1:3 비율의 크레스트 충치 (Crest cavity) 보호 1,100 ppm F 치약(Proctor and Gamble, Inc.) 대 증류수를 사용하여, 사이클에서 각각의 단계 후 1 분 동안 불소-치약 슬러리에 노출되었다. 5 사이클 후, 용액들은 동일한 뱃치(batch)로부터의 새로운 용액들로 대체되었다. 사이클링 후, 샘플들은 측정들이 수행될 때까지 2주 이내로 증류수에 저장되었다.
샘플들은 600 그릿 연마 패드를 갖는 자동화된 연마기(Metkon Forcipol 1V)를 사용하여 한번에 6개까지 레이저 조사된 영역의 평평한 단면에 도달될 때까지 연마되었다. 샘플들은 개별적으로 다이아몬드 현탁액으로 핸드 연마되어 미세경도 테스팅을 위한 연마 마크들을 제거하였다. 샘플들은 외부 표면으로부터 15 ㎛에서 시작하여 200 ㎛의 깊이에 도달될 때까지 표면 아래에서 25 ㎛ 마다 10초 동안 25 g 하중을 사용하여 연속적으로 압입되었다(Matsuzawa Seiki DMH-2). 부피% 미네랄 함량은 식 
을 사용하여 각각의 압입 위치에서 계산되었고, 깊이 미네랄 손실의 척도인 △Z 는 Stookey GK, Featherstone JDB, Rapozo-Hilo M, et al., "The Featherstone laboratory pH cycling model: A prospective, multi-site validation exercise," Am J Dent. 2011;24(5):322-328에 기재된 바와 같이, 곡선 아래의 영역으로서 계산되었다(사운드 에나멜에 대한 표준화된 레벨로서 85%).
△Z가 결정된 후, 각각의 샘플은 레이저 조사된 영역들이 위를 향하도록 측면으로 돌려졌다. 그 후 샘플들은 샘플의 절반이 제거될 때까지 동일한 측면 상에서 연마되었다. 표면에 대해 예상되지 않은 손상이나 취급 부주의로 인해 가끔 샘플의 손실이 발생하였다. 동일한 압입자(indenter)를 사용하여, 샘플들은 각각의 영역 상에서 레이저 조사된 및 조사되지 않은 대조군 표면들 상에서 10회 압입되었다. 현미경 하에서 각각의 압입의 대칭성 및 품질이 체크되며 압입의 길이가 측정되었다. 그 후 현미경 상에 내장된 3D 스테이지를 사용하여 매니큐어의 에지에서 표면 손실이 측정되었다. 이것은 마스킹된 표면의 에지로부터 인접한 마스킹되지 않은 에나멜 표면의 상단까지의 높이 변화로서 결정되었다. 적어도 50㎛ 마다 경계 영역의 전체 길이를 따라 측정들이 취해져서, 각각의 경계 영역에 대해 적어도 10개의 측정들을 획득하였다. 표면 손실 및 경도 측정들은 도 7에 도시된 바와 같이 
로서 조합되었으며, 여기서 vol%는 상술한 바와 같이 압입들로부터 계산된다. 도 7은 에나멜 상에 압입를 생성하는 다이어그램(좌측) 및 압입 부위의 단면도(우측)를 도시한다. △S의 계산에 대해, h1 = 표면 손실, h2 = 미세경도 압입 높이이며, vol%는 표면 상의 압입의 사이즈로부터 계산된다. △S는 느린 표면 광물 손실과 관련된 표면 상의 광물 손실의 양의 표현인 반면; △Z는 표면 아래의 우식-유사 형성과 관련된 깊이에서의 광물 손실의 척도이다. 데이터는 그룹들 사이의 Welch's ANOVA 및 post-hoc Games-Howell 테스트들을 사용하여 로그-스케일로 분석되었다. 도 8a는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 누프(knoop) 경도 수 측정들을 나타내는 예시의 차트이다. 도 8b는 다양한 실시예들에 따른, 상이한 pH 사이클 테스트들을 받는 다양한 조직 표면들의 경도 변화들을 도시하는 예시의 플롯이다.
표 1 및 도 9에 나타낸, △Z 값들은 우식-유사 병변 형성의 척도를 제공하며 상이한 레이저 설정들을 갖는 치료들을 비교하기 위한 메트릭으로서 작용한다. 사용된 플루언스들의 범위에 대해서는, 관찰된 피상적인 구조적 변화가 없었다. 그러나, 가능하게는 표면 서브표면 열 균열과 관련되는, 1.0 J/㎠로 조사된 영역들에 대해 표면 아래에서 약간의 균열과 같은 구조적 변화들에 대한 가끔의 징후들이 있었다.
데이터에 적용된 Welch's ANOVA는 그룹들 사이에 유의한 차이들이 있음을 보였다(F11,40 = 81.0, p < 0.001). 레이저 조사 없이 부가 불소(그룹들 4 내지 6)의 사용으로부터 △Z의 평균 감소는 ~65% (p < 0.001)이었다. 레이저 조사 단독으로부터 △Z의 감소가 관찰되었으며(표 1 에서 그룹들 1 내지 3 참조), 이는 효과적인 재광화가 부가 불소의 존재로 또는 이의 부재로 발생할 수 있으며 발생한다는 것을 표시한다. Post-hoc Games-Howell 테스트들은 레이저 조사 및 부가 불소의 조합 치료가 사용된 레이저 플루언스들 각각에 대해 △Z를 감소시키는데 가장 유의한 이익을 제공하였음을 보였다 (모두에 대해 p < 0.01). 불소 치약 단독으로 pH-사이클링이 우식 억제의 이점을 드러냈지만, 본 명세서에 기재된 바와 같이 조사된 영역에서 불소 치약의 도포는 치료되지 않은 대조군 영역들과 비교하여 △Z에서 ~ 92%(p = 0.001)만큼 높은 감소로, 우식 형성에서 가장 유의하고 예상외로 높은 감소를 초래하였다.
표 2 및 도 10a 내지 도 10c는 표면 메트릭들의 조합을 △S의 형태로 나타낸다. △Z와 마찬가지로, △S 값들에 적용된 Welch's ANOVA는 그룹들 사이에 유의한 차이들이 있음을 보였다(F11,36 = 39.5, p < 0.001). ANOVA는 부가 불소가 없거나(F2,12 = 1.16, p > 0.05) 부가 불소가 있는(F2,16 = 0.22, p > 0.05) 조사되지 않은 그룹들 내에서 차이가 없음을 보였다. △S에 대한 일반적인 경향은 레이저 플루언스와 관련하여 △Z에 대해 관찰된 것과 유사하였다. △S 값들은 post-hoc Games-Howell 테스트(p > 0.05)를 통해 치료되지 않은 대조군들에 비해 불소 단독 사용에 대해 유의성이 없음을 보였다. 그러나, Student's t-테스트를 사용하여 부가 불소가 없는 모든 데이터를 부가 불소가 있는 것과 비교하면, ~18%(p < 0.001)만큼 △S의 유의한 감소가 발견되었다. △S는 9.3 ㎛에서의 레이저 조사만으로 표면 광물 손실이 ~64%(p = 0.004)만큼 많이 억제됨을 드러냈다. 또한, 치약으로부터의 불소 도포와 결합된 1 J/㎠ 레이저 조사의 조합은 치료되지 않은 대조군과 비교하여 예상외로 높은 ~72%(p < 0.001)의 표면 광물 손실의 감소를 보였다.
도 11a는 상술한 실험에서 수집된 측정들에 대한 △S 값들의 함수로서의 △Z 값들의 플롯이다. △Z 및 △S 값들은 로그 정규 분포를 따랐고, 이들 사이의 선형 경향은 0.63(p < 0.001)의 Spearman rho로 관찰되었다. 도 11b는 치료 그룹에 따라 데이터 포인트들이 평균화되었을 때 선형 회귀 피트들을 (로그 스케일로) 나타낸다. 대조군 및 치약-사이클링된 세트들은 방법론이 상이하기 때문에, 이들은 별개의 세트들로서 치료된다. 이 2개의 세트에 대한 선형 피트들은 매우 유사한 기울기 ~1.3를 가지며, 양자 모두 R2 ≥ 0.95이다. 이러한 발견은 두 가지 매우 중요한 정보를 제공한다. 하나는 우식 및 내산성에 대한 불소의 전체적인 효과가 곡선에서 수직 시프트에 의해 정량화될 수 있다는 것이며, 이는 불소가 우식 형성/산 침투에서 50-60% 억제를 제공함을 드러낸다. 다른 하나는 레이저의 이익이 각각의 펄스 플루언스에 대해 정량화될 수 있다는 것이다. 부가 불소의 존재 및 부재 양자 모두를 평균화하면, △Z 및 △S는 레이저 조사가 없는 영역들과 비교하여, 각각 0.6, 0.8 및 1.0 J/㎠의 레이저 조사 후 ~39%, 59% 및 72%로 현저하게 개선되었다.
도 12a는 다양한 플루언스들에서 그리고 불소의 도포 유무로 레이저처리된 조직들에 대해, △Z 및 △S 측정들을 포함하는 예시의 데이터를 제공한다. 도 12b는 예시의 유효 치료 구역의 표시뿐만 아니라, 불소 유무와 조합된 치료들에 대한 다양한 플루언스들에 대해 측정된 △Z 값들의 그래프이다. 도 12c는 예시의 유효 치료 구역의 표시뿐만 아니라, 불소 유무와 조합된 치료들에 대한 다양한 플루언스들에 대해 측정된 △S 값들의 그래프이다.
다양한 실시예들에서, 9.3 ㎛의 레이저 조사는 치아 에나멜의 탄산-수산화인회석 광물에서 다량의 탄산염 기들이 제거되는 온도에서 발생하는 내산성 형태의 수산화인회석을 생성한다. 이는 이러한 약한 영역들에서 불소-함유 수산화인회석의 결정화가 발생할 수 있도록 함으로써, 저항성 층 아래에서 산의 침투를 감소시킬 수 있다. 인접 로드(rod)들을 함께 유지하는 접착제-유사 네트워크로서 주로 존재하는 다른 유기 성분들이 또한 조사 동안 표면 근방에서 제거될 수도 있다. 이러한 표면 변화는 표면의 "글레이징"으로서 이전에 설명되었다.
다양한 실시예들에서, 불소의 사용이 없더라도, 테스트된 레이저 조건들 하에서 레이저 조사의 이익은 유의하다. 표면의 연화 및 기저 병변의 형성이 상당히 느려질 수 있다. 이는 초기 산 노출에도 불구하고, 용해된 미네랄(주로 칼슘 및 인산염)로부터 "약화된" 부위의 결정화가 발생한다는 표시일 수도 있다. 이러한 재광화 효과로 인해, 레이저 유도 내산성의 이익은 표면에 대한 구조적 변경과 연관된 위험성보다 중대할 수 있다. 일부 실시예들에서, 사이클링 프로세스에서 불소의 도입은 층의 내산성 특성들을 강화할 수 있으며, 이는 용해에 대한 플루오로인회석의 고유 저항성에 적어도 부분적으로 기인할 수도 있다. 레이저 치료 영역은 칼슘 및 인산염과 함께, 표면에 의한 불소의 흡수를 조장하여, 조합에 있어서 치료 쌍의 유익한 효과가 관찰되었다. 하기에 설명되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 불소의 도포는 레이저 치료 시스템(100)으로 냉각제의 전달과 함께 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명은 또한 치과 진료 방문의 일부로서 또는 다른 곳에서(예를 들어, 집에서의 양치질이나 구강세척제 사용), 예를 들어 레이저 치료 시스템(100)을 통한 전달과는 별도로, 다른 소스들로부터 불소의 전달을 고려한다.
본 명세서에 설명된 발명들은 표면 광물 손실(△S)과 우식 병변의 사이즈(△Z) 사이의 직접적인 상관관계를 입증한다. 일부 실시예들에서, 이에 대한 하나의 설명은, 결정화가 랜덤이고 불충분하게 패킹된 결정들을 도입할 수도 있기 때문에, 원래 밀도로 다시 완전한 재광화가 가능하지 않을 수도 있다는 것이다. 표면의 레이저 조사를 통해, 산 노출로부터 에나멜의 연화가 상당히 감소될 수도 있으며, 이는 표면(침식) 또는 깊이(우식) 광물 손실 양자 모두의 측정에서 명백하였다. 산에 대한 저항성은 추가로 레이저 조사된 영역이 불소 흡수 레이트를 증가시킬 수 있기 때문에, 가능하게는 환자가 치료 클리닉을 떠나기 전에도, 플루오로인회석으로 임의의 약한 부위를 신속하게 재광화하는 것을 또한 돕게 될, 처방 구강세정제 또는 바니시와 같은, 고농도 불소 도포의 사용에 의해 강화될 수도 있다. 이러한 작업에서, 침식 및 우식 저항성은 불소-함유 치약을 사용하여 약 50-60% 강화될 수도 있고, 9.3 ㎛ CO2 레이저에 의한 레이저 치료를 사용하여 추가로 40-80% 증가될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "작동 범위"는 레이저 빔이 조직을 치료(예를 들어, 탄산염을 제거)할 수 있는 플루언스를 갖는 레이저 빔의 길이를 따른 거리를 의미한다. 종래의 디바이스들은 레이저의 길이를 따라 어떠한 에너지도 낭비하지 않으려는 요망에 기초하여 통상적으로 레이저 빔의 초점 주위에 타이트하게 포커싱된, 비교적 짧은 작동 범위를 갖는다. 본 발명의 레이저 치료 시스템은, 일부 실시예들에서, 더 긴 작동 범위를 견딜 수 있으므로, 조작자가 그의 손(및, 이에 대응하여, 레이저 빔)을 이동하는 것을 가능하게 하면서, 여전히 치료 영역을 효과적으로 치료할 수 있다. 즉, 소정의 실시예들에서, 타겟 조직에 전달되는 에너지의 양은 손 움직임, 핸드피스 스탠드오프 및 다른 인간 팩터들에 대한 사용자의 홀딩에서의 가변성을 수용하기 위해 출구 오리피스(8)와 경질 조직 사이의 축을 따라 비교적 긴 거리(예를 들어, 0.5 cm 초과, 1 cm 초과, 1.5 cm 초과, 2 cm 초과, 3 cm 초과, 4 cm 초과 등)에 걸쳐 변화하지 않는다. 작동 범위의 개념은 미국 특허 공개 제2016/0143703호에서 구절 "치료 깊이(depth of treatment)" ("작동 범위" 와 상호교환될 수 있음)를 참조하여 더 상세히 설명되며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되고 부록 C로서 첨부된다.
일부 실시예들에서, 핸드피스(1)는 또한 예를 들어, 냉각 유체 및/또는 불소계 유체와 같은 유체를 치료 영역으로 전달하도록 적응될 수 있다. 유체는 임의의 공지된 기법을 사용하여, 예를 들어 핸드피스(1)를 따라 흐르고 광학 카트리지(2)를 우회하는 유체 튜빙(5)을 통해 수송될 수 있다. 냉각 유체는 조직의 과도한 가열을 최소화하고 회피하는데 유용할 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 불소계 유체는 개선되고 더 효과적인 치료를 초래할 수도 있다. 일부 경우들에서, 냉각 및 불소계 유체 양자 모두가 동일한 튜빙들(5)을 통해 전달될 수 있다. 다른 경우들에서, 핸드피스(1)는 냉각 유체 및 불소계 유체 각각을 위한 별도의 튜빙을 포함할 수 있다. 다른 바람직한 유체들이 또한 핸드 피스(1)를 통해 수송될 수도 있다.
소정의 실시예들에서, 레이저 빔은 타겟 조직 상의 레이저 빔의 로케이션의 안내로서 작용하는 마킹 빔(예를 들어, 녹색의 색상)과 동반된다. 일부 경우들에서, 레이저의 조사는 패턴으로 발생할 수도 있다. 시각적 또는 음파 피드백은 새로운 타겟 영역으로 이동할 필요성을 사용자에게 표시하기 위해 시스템(100) 내에 선택적으로 통합될 수 있다. 새로운 타겟 영역을 표시하는 시각적 피드백은 고정 안내 빔(예를 들어, 조직 상에 투영된 녹색 지점)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조직이 레이저에 노출되는 동안, 조직 상에 패턴이 디스플레이될 수 있다. 충분한 에너지가 전달되었을 때, 레이저는 스캐닝을 중단할 수 있고 포인트 오브젝트가 타겟 조직 상에 투영되고 있을 수 있다. 대안으로, 에너지 전달의 패턴 및/또는 양을 표시하기 위해 음파 피드백이 제공될 수 있다.
도 13은 레이저 치료 시스템(100)에 대한 예시의 레이저 및 동작 파라미터들을 포함하는 차트이다. 파라미터들은 치료 표면 재료를 손상시키지 않으면서 탄산염을 제거하기 위한 원하는 결과 효율을 갖도록 설계될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔은 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 알게 될 바와 같이, 상이한 로케이션들에서 상이한 펄스 에너지들을 제공하기 위해 공간적으로 스캔될 수도 있다.
본 명세서에 제시된 각각의 수치 값은 대응하는 파라미터에 대한 범위의 최소값 또는 최대값을 나타내는 것으로 고려된다. 따라서, 청구항들에 부가될 때, 수치값은 본 명세서의 교시들에 따라, 수치값 위 또는 아래에 놓일 수도 있는 범위를 청구하기 위한 명백한 지원을 제공한다. 본 명세서에 제시된 각각의 수치 범위 내의 최소값과 최대값 사이의 모든 값(도 13 에 나타낸 차트에서 보여지는 낮은, 명목상, 및 높은 값들을 포함함)이, 각각의 특정 범위에서 표현된 유효 자릿수의 수에 따라, 본 명세서에서 고려되고 분명히 지지된다.
본 명세서에는 본 발명의 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자들은 위에서 구체적으로 설명된 것들과는 별개로 본 발명의 다양한 다른 특징들 및 이점들을 알 것이다. 따라서, 전술한 것은 본 발명의 원리들을 예시하는 것일 뿐이고, 본 명세서에 인용된 다양한 요소들 및 컴포넌트들의 모든 조합들 및 치환들뿐만 아니라 다양한 수정들 및 부가들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 관련 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 첨부된 청구항들은 나타내고 설명된 특정한 특징들에 의해 제한되지 않아야 하며 또한 임의의 명백한 수정들 및 그 균등물들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (38)
- 경질 치아 조직을 치료하기 위한 시스템으로서,
레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스;
상기 레이저 빔을 상기 경질 치아 조직의 치료 표면으로 지향시키도록 적응된 상기 레이저 소스와 광 통신하는 옵틱; 및
상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여 0.4 J/㎠에서 1.2 J/㎠까지 범위의 플루언스로 10 ㎠/min 내지 20 ㎠/min 범위의 레이트에서 상기 경질 치아 조직의 영역을 치료하여:
상기 경질 치아 조직을 손상시키지 않으면서 내산성 표면을 생성하기 위해 상기 치료 표면으로부터 적어도 일부 탄산염을 제거하고; 그리고
상기 경질 치아 조직의 △Z 값을 치료되지 않은 경질 치아 조직에 비해 적어도 10% 만큼 감소시키기 위해,
상기 레이저 소스 및 상기 옵틱을 제어하도록 적응된 제어기
를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 소스는 CO2 레이저 소스를 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔은 9 ㎛ 내지 11 ㎛ 범위의 파장을 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 빔은 0.2 mm 내지 5 mm 범위의 상기 치료 표면에서의 스폿 사이즈를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 옵틱은 갈바노미터 및 터닝 미러 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 레이저 빔을 일련의 펄스들로 상기 치료 표면에 전달하기 위해 상기 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응되는, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.1 mJ 내지 50 mJ 범위의 펄스 에너지를 포함하는, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 1 μsec 내지 100 μsec 범위의 펄스 지속기간을 포함하는, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 일련의 펄스들은 0.05 Hz 내지 10 Hz 범위의 반복 레이트를 포함하는, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 일련의 펄스들은 0.1 내지 10 범위의 듀티 사이클을 포함하는, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제어기는 상기 일련의 펄스들을 패턴으로 상기 치료 표면에 전달하도록 적응되는, 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 패턴은 1 mm 내지 5 mm 범위의 직경을 포함하는, 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 패턴은 1 내지 1,000 범위의 로케이션들의 수를 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 패턴은 217개의 로케이션을 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 패턴에서 각각의 로케이션 사이의 간격은 0.1 mm 내지 0.5 mm의 범위에 있는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 상기 치아 조직의 △Z 값을 상기 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 20% 만큼 감소시키기 위해, 상기 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응되는, 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 불소 치료를 상기 치료 표면에 전달하도록 적응된 불소 전달 시스템을 추가로 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여 상기 치아 조직의 △S 값을 치료되지 않은 치아 조직에 비해 적어도 68% 만큼 감소시키기 위해 상기 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응되는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 제어기는 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 상기 치아 조직의 △S 값을 상기 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 18% 만큼 감소시키기 위해, 상기 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응되는, 시스템. - 경질 치아 조직을 치료하기 위한 방법으로서,
레이저 소스를 사용하여 레이저 빔을 생성하는 단계;
상기 레이저 소스와 광 통신하는 옵틱을 사용하여 상기 레이저 빔을 상기 경질 치아 조직의 치료 표면으로 지향시키는 단계; 및
상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여 0.4 J/㎠에서 1.2 J/㎠까지 범위의 플루언스로 10 ㎠/min 내지 20 ㎠/min 범위의 레이트에서 상기 경질 치아 조직의 영역을 치료하여:
상기 경질 치아 조직을 손상시키지 않으면서 내산성 표면을 생성하기 위해 상기 치료 표면으로부터 적어도 일부 탄산염을 제거하고; 그리고
상기 경질 치아 조직의 △Z 값을 치료되지 않은 경질 치아 조직에 비해 적어도 10% 만큼 감소시키기 위해,
제어기를 사용하여 상기 레이저 소스 및 상기 옵틱을 제어하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 레이저 소스는 CO2 레이저 소스를 포함하는, 방법. - 제21항에 있어서,
상기 레이저 빔은 9 ㎛ 내지 11 ㎛ 범위의 파장을 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 레이저 빔은 0.2 mm 내지 5 mm 범위의 상기 치료 표면에서의 스폿 사이즈를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 옵틱은 갈바노미터 및 터닝 미러 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어기는 상기 레이저 빔을 일련의 펄스들로 상기 치료 표면에 전달하기 위해 상기 레이저 소스를 제어하도록 추가로 적응되는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 0.1 mJ 내지 50 mJ 범위의 펄스 에너지를 포함하는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 일련의 펄스들에서의 각각의 펄스는 1 μsec 내지 100 μsec 범위의 펄스 지속기간을 포함하는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 일련의 펄스들은 0.05 Hz 내지 10 Hz 범위의 반복 레이트를 포함하는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 일련의 펄스들은 0.1 내지 10 범위의 듀티 사이클을 포함하는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 제어기는 상기 일련의 펄스들을 패턴으로 상기 치료 표면에 전달하도록 적응되는, 방법. - 제30항에 있어서,
상기 패턴은 1 mm 내지 5 mm 범위의 직경을 포함하는, 방법. - 제30항에 있어서,
상기 패턴은 1 내지 1,000 범위의 로케이션들의 수를 포함하는, 방법. - 제32항에 있어서,
상기 패턴은 217개의 로케이션을 포함하는, 방법. - 제32항에 있어서,
상기 패턴에서 각각의 로케이션 사이의 간격은 0.1 mm 내지 0.5 mm의 범위에 있는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 상기 치아 조직의 △Z 값을 상기 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 20% 만큼 감소시키기 위해 상기 레이저 소스를 제어하도록 상기 제어기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제35항에 있어서,
상기 불소 치료를 상기 치료 표면에 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여 상기 치아 조직의 △S 값을 치료되지 않은 치아 조직에 비해 적어도 68% 만큼 감소시키기 위해 상기 레이저 소스를 제어하도록 상기 제어기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 치료 표면에 상기 레이저 빔을 전달하여, 불소 치료와 조합될 때, 상기 치아 조직의 △S 값을 상기 불소 치료를 받는 경질 치아 조직에 비해 적어도 18% 만큼 감소시키기 위해, 상기 레이저 소스를 제어하도록 상기 제어기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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