DE2308554A1

DE2308554A1 - Zahnbehandlungsgeraet zur kariesprophylaxe

Info

Publication number: DE2308554A1
Application number: DE19732308554
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Nath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1974-08-22

Description

Zahnbehandlungsgerät zur Kariesprophylaxe Es ist bekannt, daß die Widerstandsfähigkeit von Zahnschmelz gegen Kariesbefall durch Bestrahlung des Zahnschmelzes mit einem Laser erhöht werden kann (Journal of Dental Research 51 (1972) 455-460). Die diesbezüglichen Untersuchungen wurden in vitro unter Verwendung von Rubin- und C02-Lasern durchgeführt.
Die Anwendung dieser Erkenntnisse für die Behandlung von Zähnen in vivo ist bisher aus verschiedenen Gründen nicht oder zumindest nicht in grösserem Umfang möglich gewesen. Bei Verwendung eines Rubinlasers, der bei einer Wellenlänge von etwa 0,7 um emittiert, sind nämlich sehr hohe Bestrahlungsstärken erforderlich, um die gewünschte Kariesresistenz zu erreichen, Der C02-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 10 um gestattet zwar den gewünschten Effekt mit einer wesentlich geringeren Bestrahlungsstärke zu erreichen, hier ist jedoch die Dosierung der Bestrahlung sehr kritisch, da der Zahnschmelz durch zu starke Bestrahlung leicht beschädigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein einen Laser enthaltendes Zahnbehandlungsgerät zur Kariesprophylaxe anzugeben, bei dem sich die gewünschten Wirkungen mit relativ kleinen Bestrahlungsstärken und relativ unkritischer Dosierung erreichen lassen und bei dem keine nennenswerte Gefahr einer Schädigung des Schmelzes oder anderer Teile des behandelten Zahnes auftritt.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Zahnbehandlungsgerät zur Kariesprophylaxe mit einem Laser, der ein Bündel elektromagnetischer Strahlung einer vorgegebenen spektralen Verteilung liefert, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Laser Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 3,8 /um, vorzugsweise zwischen 2,85 und 3,35Xumr insbesondere um 3,1/um liefert und mit einer optischen Lichtleitvorrichtung versehen ist, die es gestattet, die Laserstrahlung auf eine gewünschte freiliegende Oberfläche eines Zahnes im Mund einer zu behandelnden Person zu richten.
Der Laser und/oder die Lichtleitvorrichtung sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die Laserstrahlung, die auf die zu behandelnde Oberfläche des Zahnes fällt, im Spektralbereich zwischen 6 und 13/um, insbesondere im Bereich um etwa 10 /um keine oder zumindest keine nennenswerte Energie hat.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung eines Lasers, der Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 3,8an, insbesondere um 3,1/um emittiert, die Dosierung der Bestrahlungsstärke relativ unkritisch ist. Die Strahlung in diesem Wellenlängenbereich wird nämlich bevorzugt von unbehandeltem, kariesanfälligen Zahnschmelz absorbiert und in wesentlich geringerem Maße vom behandelten und in der gewünschten Weise kariesreststent gemachten Zahnschmelz. Nachdem der gewünschte Effekt eingetreten ist, wird bei zusätzlicher Einstrahlung auf dieselbe Zahnschmelzfläche die Strahlung in zunehmendem Maße gestreut und in wesentlich geringerem Maße absorbiert, so daß eine Schädigung des Zahnschmelzes durch zuviel Energieabsorption leicht verhindert werden kann. Bei Verwendung von Strahlung im Wellenlängenbereich um 10/um, wie sie der CO2-Laser liefert, sind die Absorptionseigenschaften von bestrahltem und unbestrahltem Zahnschmelz im wesentlichen gleich. Ausserdem ist es bei der relativ langwelligen Strahlung des CO2-Lasers relativ schwierig, Lichtleitvorrichtungen zu bauen, die eine bequeme Applikation der Strahlung an die besonders kariesgefährdeten Stellen der Zähne im Mund eines Patienten ermöglichen. Die Verwendung eines fiberoptischen Ubertragungssystems, das wegen seiner hohen Beweglichkeit zur Strahlapplikation an die kariesgefährdeten Stellen besonders geeignet wäre, ist bei der Wellenlänge von 10 /um nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht möglich. Bei dem vorliegenden Zahnbehandlungsgerät können dagegen spezielle, insbesondere wasserfreie Quarzgläser verwendet werden, die feuchtigkeitsunempfindlich sind und die Herstellung einer Optik zur Fokussierung der Strahlung auf kleine Flächenbereiche ermöglichen. Insbesondere ist es bei dem vorliegenden Zahnbehandlungsgerät möglich, ein fiberoptisches Ubertragungssystem mit einer massiven Ouarzfaser von kurzer Länge oder eine mit einer für Strahlung des interessierenden Wellenlängenbereiches durchlässigen Flüssigkeit gefüllte dünnwandige Quarzkapillare, zu verwenden.
Die Strahlung des angegebenen Wellenlängenbereiches kann z.B.
mittels eines HF-Lasers (siehe z.B. Rev.Sci. Instr. 42 (1971) 1174-1176), mittels eines CF3Br-Photodissoziationslasers (siehe z.B. Chemical Physics Letters 10 (15.August 1971) 436-437) oder durch Frequenzverdopplung der Strahlung eines CO-Lasers erzeugt werden.
Das vorliegende Zahnbehandlungsgerät kann einen gepulsten Laser oder einen kontinuierlich arbeitenden Laser, der mit einer Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten der Strahlung oder einem optischen Verschluss versehen ist, enthalten.
Das vorliegende Zahnbehandlungsgerät ist vorzugsweise so gebaut, daß die Strahlung in Impulsen, deren Länge im Bereich von 10 4 bis 10 1 Sekunden liegt, auf den zu behandelnden Zahnschmelz zur Einwirkung gebracht werden kann. Aus apparativen Gründen wird man bei gepulsten Lasern im allgemeinen mit Impulsdauern von einigen Millisekunden und bei kontinuierlich arbeitenden Läsern mit Strahlungsimpulsen, deren Dauer in der Grössenordnung von Zehntel-Sekunden liegt, arbeiten.
Wenn der Laser von Natur aus nur relativ kurze Strahlungsimpulse emittiert, wie es z.B. bei den meisten der oben erwähnten HF-Lasern der Fall ist, wird die Pulsemission vorzugsweise so gesteuert, daß eine Impulsreihe ausreichender Dauer, z.B.
einer oder mehrerer Millisekunden, emittiert wird, wobei der Abstand zwischen den Einzelimpulsen sehr klein gegen die thermische Relaxationszeit des Zahnschmelzes ist.
Bei der Behandlung arbeitet man vorzugsweise mit Energiedichten, die mindestens etwa 2 Joule/cm2 pro Impuls bzw. Impulsfolge bis hinauf zu etwa 20 oder mehr Joule/cm2 pro Impuls bzw. Impulsfolge betragen können.
Der verwendete Laser soll vorzugsweise ein Strah'lungsbündel geringer Divergenz und homogener Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt liefern, was bei den oben erwähnten Lasern nicht immer ohne besondere Maßnahmen, die in der Lasertechnik jedoch bekannt sind, erreicht werden kann. Die Divergenz des verwendeten Laserstrahlungsbündels sollte im Hinblick auf eine gute Transmission von Faseroptik-Lichtleitern möglichst die beugungsbegrenzte Divergenz erreichen.
Wenn der verwendete Laser ein Spektrum von Linien mit verschiedenen Wellenlängen emittiert, z.B. ein Rotationsschwinsungsspektrum, wie der HF-Laser, wird im optischen Resonator des Lasers vorzugsweise ein dispergierendes Element angeordnet, wie z.B. ein Prisma, Gitter oder Filter, das den Laser bevorzugt auf dem für den gewünschten Effekt optimalen Wellenlängenbereich emittieren lässt.
Es können verschiedene Arten von Lichtleitvorrichtungen verwendet werden, z.B. Lichtleitvorrichtungen des Typs, wie sie in der DT-OS 2 145 921 beschrieben sind. Im Gegensatz zu den dort beschriebenen Lichtleitvorrichtungen wird bei dem vorliegenden Zahnbehandlungsgerät jedoch vorzugsweise der in Luft verlaufende Teil des Strahlungsganges möglichst lang und der in festen Materialien (Lichtleitfasern, Linsen, Prismen u.dgl.) verlaufende Teil des Strahlungsganges möglichst kurz bemessen.
Für die erforderlichen festen optischen Elemente, wie Linsen und Lichtleitfasern, wird vorzugsweise Quarzglas verwendet, das weitestgehend frei von Wasser und anderen Verunreinigungen ist, da dieses Material in dem angegebenen Wellenlängenbereich noch eine verhältnismässig gute Transmission aufweist. Wasser- und verunreinigungsarme Quarzgläser sind im Handel erhältlich und der Wassergehalt kann durch Nachbehandlung (Erhitzen) noch weiter verringert werden.
Die Lichtleitvorrichtung kann ausserdem Gelenksysteme mit dreh-oder schwenkbaren Spiegeln oder innen hochglänzend verspiegelte biegsame Hohlleiter oder Quarz-Kapillaren, die mit einer im nahen IR gut durchlässigen Flüssigkeit gefüllt ist, oder Kombinationen der erwähnten Lichtleitertypen enthalten.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Zahnbehandlungsgerätes gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Figur 2 eine Ansicht eines Lichtleiters, der anstelle des in Figur 1 dargestellten Lichtleiters verwendet werden kann.
Das in Figur 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Zahnbehandlungsgerät enthält einen Fluorwasserstoff-Laser 10 mit einem optischen Resonator aus zwei Spiegeln 12,14, von denen der letztere teildurchlässig verspiegelt ist. In dem den Fluorwasserstofflaser aufnehmenden Gehause 16 ist ferner noch ein Helium-Neon-Laser 18 kleiner Leistung untergebracht, der im sichtbaren Spektralbereich emittiert. Das vom Fluorwasserstofflaser emittierte infrarote Strahlungshündel und das vom Helium-Neon-Laser emittierte sichtbare Strahlunsbündel, das als Pilotlicht dient, werden durch einen Spiegel 20 und einen halbdurchlässigen Spiegel 22 vereinigt. Das vereiniqte Strahlungsbündel 24 tritt durch eine Rohre 26 aus da Gehause 1£ aus auf die eine zweite Röhre 28 aufgeschoben fct, die sich ;,ezi<lich der Röhre 26 teleskopartig verschieben lasse und durch eine nicht dargestellte schwache Druckfeder in den zu@ammengeschobenen -.r.e.nqeschobenen Zustand der beiden Röhren 26,28 vorgespannt Is, An das dem Gehäuse 16 abgewandte Ende der Röhre 28 schliesst sich eine flexible Lichtleiteranordnung 30 an, die gemäss den Lehren der VT-0c 2 145 921 aufgebaut sein kann, vorzugsweise jedoch anstelle einer massiven Lichtleitfaser eine aus wasser- und verunreinigungsfreiem Quarz bestehende, dünnwandige und biegsame, an ihren Enden flüssigkeitsdicht abgeschlossene Kapillare enthält, die mit einer für Strahlung im Wellenlängenbereich um 3,i um djrchlässigen Flüssigkeit gefüllt ist. Als Flüssigkeit eignet sich z.B. CCl4, dem soviel CSZ zugemischt ist, daß der Brechungsirsdex der Mischung für Strahlung von etwa 3/um ca. 5-10% grösser ist als der Brechungsindex der Ouarzkapillare bei dieser Wellenlänge Die Lichtleiteranordnung 30 enthält ferner eine Linse 32, die das vereinigte Laserstrahlungsbündel 24 in das sich konisch verjüngende Eintritts ende 34 der, wie erwähnt, vorzugsweise als flüssigkeitsgefüllte Kapillare ausgebildeten Lichtfaser 36 fokussiert, deren anderes Ende 38 sich konisch erweitert. Die Lichtleitfaser 36 ist mit einem Schutzmantel 40 umgeben. Das aus dem Ende 38 austretende Strahlungsbündel wird durch ein Prisma oder einen Spiegel 42 um 900 umgelenkt. Das Ende 38 und der Spiegel 42 sind in einem nicht dargestellten Griffstück so untergebracht, daß der Spiegel gegenüber dem Ende 38 der Lichtleitfaser verdreht werden kann, wie durch den gebogenen Pfeil 44 angedeutet ist, so daß das austretende Strahlungsbündel 46 auch auf sonst schwer zugängliche Bereiche der Zähne einer zu behandelnden Person gerichtet werden kann.
Die in Figur 2 dargestellte Lichtleitvorrichtung unterscheidet sich von der anhand von Figur 1 beschriebenen Lichtleitvorrichtung darin, daß die Röhre 28 nicht direkt mit dem Eintrittsende des Lichtleiters 30 verbunden ist, sondern einen Spiegelgelenk-. Lichtleiter 48 bekannter Bauart enthält. Der Spiegelgelenklichtleiter enthält eine Reihe von Rohrabschnitten 28a bis 28f, die über jeweils einen Umlenkspiegel 50 enthaltende Kniestück 52 verdrehbar miteinander verbunden sind, wie es durch die kreisartig gebogenen Pfeile angedeutet ist. Bei Verwendung eines solchen Spiegelgelenklichtleiters kann eine relativ kurz bemessene, z.B. nur etwa 20 bis 40 cm lange massive Lichtleitfaser 36 verwendet werden und man erreicht geringe Strahlungsverluste ohne die Beweglichkeit nennenswert einzuschränken.

Claims

Patentansprüche

Zahnbehandlungsgerät zur Kariesprophylaxe mit einem Laser der ein Bündel elektromagnetischer Strahlung einer vorgegebenen spektralen Verteilung liefert, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Laser (10) Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 3,8 ,um liefert und mit einer optischen Lichtleitvorrichtung (16) versehen ist, die es gestattet, die Laserstrahlung auf eine gewünschte freiliegende Oberfläche eines Zahnes im Mund einer zu behandelnden Person zu richten.
2.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,85 und 3,35 /um liefert.
3.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Laser Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 3,0 und 3,2 /um , insbesondere um 3,1/um liefert.
4.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser Strahlungsimpulse einer Dauer in der Grössenordnung vonl63b;S Sekunden liefert.
5.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser Strahlungsimpulse liefert, deren Energieinhalt in dem angegebenen Wellenlängenbereich mindestens 2 Joule/cm2 pro Strahlungsimpuls, insbesondere mindestens 5 Joule/cm2 pro Strahlungsimpuls liefert.
6.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser Strahlungsimpulse mit einem Energieinhalt von höchstens 20 Joule/ 2 Strahlungsimpuls liefert.
7.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser Strahlungsimpulse liefert, die aus einer Folge kurzer, mit geringen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgender Einzelimpulse bestehen, deren Abstand wesentlich kleiner als die thermische Relaxationszeit des bestrahlten Zahnmaterials ist.
8.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser ein Fluorwasserstoff-Laser ist.
9.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optische Lichtleitvorrichtung eine Anordnung aus in Bezug aufeinander beweglichen Rohren (18,22; 28a bis 28f) und einen sich hieran anschliessenden biegsamen Faserlichtleiter (36) enthält.
10.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtleitvorrichtung (16) mindestens zwei mit Spiegeln versehene Gelenke (20,24) enthält, die gegeneinander um eine in Richtung ihrer Verbindungslinie verlaufende Achse verdrehbar sind.
11.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 9,10 oder 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle von der Laserstrahlung durchsetzten festen optischen Bauteile aus weitestgehend wasserfreiem Quarzglas bestehen.
12.) Zahnbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Licht leitvorrichtung eine an den Enden flüssigkeitsdichtverschlossene biegsame Quarzglas-Kapillare enthält, die mit einer für die verwendete Laserstrahlung durchlässigen Flüssigkeit gefüllt ist.
13.) Zahnbehandlungsgerät nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeit überwiegend aus CCl4 besteht, dem soviel CS2 zugemischt ist, daß der Brechungsindex der Mischung bei der verwendeten Wellenlänge 5 bis 10% grösser ist als der des Quarzglases der Kapillare.

L e e r s e i t e