DE19619067C2 - Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbenen Zahnrestaurationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbenen Zahnrestaurationen mit einer Laserquelle, an Welche eine erste Lichtleitfaser angeschlossen ist, deren freies Ende auf die Zahnsubstanz richtbar ist, und mit einer Einrichtung zum Auffangen des von der Zahnsubstanz nach Laserbestrahlung emittierten bzw. des an der Zahnsubstanz gestreuten, aus der Laserquelle stammenden Lichts, welche mit einer optischen Auswerteeinheit verbunden ist, wobei im Lichtweg des emit­ tierten bzw. gestreuten Lichts wenigstens ein optischer Fil­ ter angeordnet ist.

Aus DE 42 00 741 A1 ist eine derartige Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Laserquelle auf, die vorzugs­ weise der visuellen Erkennung von Zahnerkrankungen dient. Folgerichtig wird eine Laserquelle eingesetzt, die im sicht­ baren Spektralbereich arbeitet bzw. durch ultraviolette An­ regung sichtbare Fluoreszenz erzeugt. Die verwendete Laser­ quelle sendet dabei Licht im Wellenlängenbereich von 360- 580 nm aus, also im ultravioletten und sichtbaren Spektral­ bereich der Farben violett, blau, grün und gelb. Dies führt dazu, dass durch die von der Lichtquelle austretende Strah­ lung im sichtbaren Spektralbereich eine starke Fluoreszenz gesunder und kariöser Zahnhartsubstanzen angeregt wird.

Diese Fluoreszenzstrahlung läßt zwar in gewissem Maße eine Unterscheidung gesunder und kranker Zahnhartsubstanz zu, die Fluoreszenzstrahlung ermöglicht jedoch keine genaue Diagnose.

Auch aus DE 94 17 470 U1 ist eine Vorrichtung mit, einer Laserquelle bekannt, die sichtbares Licht aussendet. Auch diese Vorrichtung basiert auf der Fluoreszenzstrahlung der Zahnhartsubstanz. Ein unverzichtbarer Bestandteil dieser Vorrichtung ist außerdem ein Endoskop mit einer Abbildungsoptik zur visuel­ len Betrachtung oder Auswertung mit einer Kamera. Dies macht die Vorrichtung entsprechend aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der kariöse Zahnerkrankungen und zahnfarbene Restaurationen möglichst exakt erkannt und genau lokalisiert werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs be­ zeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Laserquelle als im nahen Infrarotbereich emittierender Laser ausgebildet und der optische Filter zur Unterdrückung reflektierten bzw. gestreuten Laserlichts mit unveränderter Wellenlänge eingerichtet ist.

Erfindungsgemäß wird in Abkehr vom Stand der Technik somit eine Laserquelle verwandt, die kein ultraviolettes oder sichtbares Licht emittiert, sondern Licht im nahen Infrarot­ bereich, d. h. bei Wellenlängen von etwa 700 nm bis 2.500 nm. Dieser Wellenlängenbereich wird üblicherweise als Nahinfra­ rotbereich bezeichnet.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß das Licht eines im nahen Infrarotbereich emittierenden Lasers geeignet ist, Zahnhartsubstanzen nach ihrer Beschaffenheit zu unterschei­ den. Es hat sich nämlich gezeigt, dass je nach Beschaffen­ heit der Zahnsubstanz das von der Zahnsubstanz emittierte bzw. gestreute Licht deutlich unterschiedliche Spektren auf­ weist. Dies wird insbesondere auf das Raman-Streulicht der in den Zahnhartsubstanzen (Schmelz, Zement, Dentin) in un­ terschiedlichen Anteilen enthaltenen anorganischen (vor allem Hydroxyapatit) und organischen (vor allem Kollagen) Komponenten sowie eine vergleichsweise breitbandige Emission aus kariösen Zahnhartsubstanzen (wahrscheinlich Fluoreszenz von mikrobiellen Stoffwechselprodukten) zurückgeführt. Die Verhältnisse der Raman-Intensitäten eignen sich bekannter­ maßen als Maß für Typ und Mineralgehalt der Zahnhartsubstan­ zen. Die Intensität der vergleichsweise breitbandigen Emis­ sion bzw. ihr Verhältnis zu derjenigen der Raman-Banden ist als Maß für den Erkrankungszustand der Zahnhartsubstanzen nutzbar. Es hat sich außerdem gezeigt, dass das Raman-Streu­ licht der Restaurationen sich hinsichtlich der spektralen Verteilung deutlich von den Raman-Signalen der Zahnhart­ substanzen und einer ausgesprochen breitbandigen Emission kariöser Substanzen unterscheidet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit eine objektive Zahnzustandsdiagnose möglich, es ist nicht länger erforderlich, allein auf die subjektive Beurteilung des Zahnarztes zu vertrauen. Die er­ findungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft insbesondere dann eingesetzt werden, wenn bereits als Zahnbehandlungs­ apparatur ein Laser zum Abtragen von Zahnsubstanz eingesetzt wird. Dieser muss dann lediglich noch mit einer entsprechen­ den Zusatzausrüstung versehen werden.

Um eine möglichst optimale "Auffangung" des von der Zahnsub­ stanz emittierten bzw. gestreuten Lichts zu erreichen, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Einrichtung zum Auffangen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts eine zweite Lichtleitfaser aufweist, welche in die optische Auswerteeinheit mündet.

Nach einer ersten Ausführungsform ist dabei vorteilhaft vor­ gesehen, dass am freien Ende der ersten Lichtleitfaser und der zweiten Lichtleitfaser eine Optik zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet ist. Alternativ zur Verwendung der Optik können auch eine oder mehrere Lichtleitfasern für das emit­ tierte bzw. gestreute Licht beispielsweise konzentrisch um die erste Faser angeordnet sein, um eine einfache Handhabung und eine raumsparende Anordnung der in den Mundraum des Patienten einzuführenden Apparatur zu ermöglichen. Durch eine entsprechende Anordnung der freien Enden der Fasern für das emittierte bzw. gestreute Licht in der Nähe des freien Endes der ersten Faser kann das emittierte bzw. gestreute Licht aufgefangen werden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass am freien Ende der ersten und der zweiten Lichtleitfaser eine Optik zum An­ schließen des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser und zur Weiterleitung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. ge­ streuten Lichts aus der dritten Lichtleitfaser in die zweite Lichtleitfaser vorgesehen ist, wobei die dritte Lichtleit­ faser als Lichtweg für das Laserlicht und das emittierte bzw. gestreute Licht dient.

Eine so gestaltete Vorrichtung weist im Hinblick auf den in den Mundraum des Patienten einzuführenden Vorrichtungsteil einen noch geringeren Raumbedarf auf, da im Endbereich im Prinzip nur eine Lichtleitfaser erforderlich ist. Diese Lichtleitfaser ist zur Leitung des Lichtes in beide Strah­ lungsrichtungen geeignet, da das vom Laser kommende Licht und das (zur Detektion genutzte) emittierte bzw. gestreute Licht deutlich unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Optik(en) Elemente zur Filterung des Laserlichts und/oder des emittierten bzw. gestreuten Lichts enthält (enthalten).

Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass am freien Ende der dritten Lichtleitfaser eine weitere Optik zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet ist.

Die optische Auswerteeinheit weist vorzugsweise optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung des emittierten bzw. gestreuten Lichts (z. B. Filter oder licht­ zerlegende Bauteile, wie Prismen oder Gitter) und eine oder mehrere fotoelektrische Detektoren auf. Durch geeignete An­ ordnung einer oder mehrerer fotoelektrischer Detektoren in der Auswerteeinheit ist es auf einfache Weise möglich, für kariöse Zahnsubstanz gegenüber gesunder Zahnsubstanz charak­ teristische Intensitäten festzustellen und somit kariöse Zahnsubstanz zu erkennen.

Zweckmäßigerweise zeichnet sich die Vorrichtung weiterhin dadurch aus, dass die optische Auswerteeinheit eine Anzeige- bzw. Registrierungseinrichtung für für detektierte gesunde Zahnsubstanz unübliche Lichtintensitäten aufweist, wodurch dem Zahnarzt eine Anzeige- und außerdem eine automatische Registrierungsmöglichkeit des Zahnbildes gegeben wird.

In ganz besonders vorteilhafter weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die optische Auswerteeinheit mit einer Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes für kariöse Zahnsubstanz eingerichtet ist. Ist die Vorrichtung auf diese Weise ausgerüstet, ist es möglich, automatisch, d. h. unab­ hängig von etwaigen Benutzungsfehlern, das Abtragen von Zahnhartsubstanz von der jeweils gleichzeitig oder zeitnah durchgeführten Zahnsubstanzdiagnose abhängig zu machen. Das Gerät zum Abtragen ist nur bei kariöser Zahnsubstanz akti­ vierbar bzw. wird deaktiviert, sobald keine kariöse Zahnsub­ stanz mehr vorhanden ist. Dadurch läßt sich erkennbar ein unnötiges Abtragen von gesunder Zahnsubstanz vermeiden.

Besonders vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Laserquelle selbst als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz ausgebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz eine weitere, an eine weitere Lichtleitfaser angeschlossene Laserquelle vor­ gesehen ist. Mit einer solchen Ausrüstung ist nur ein opti­ sches Vorrichtungsteil für die Detektion und den Abtrag und keine mechanische Abtragvorrichtung in den Mundraum des Pa­ tienten einzuführen. Außerdem läßt sich der Abtraglaser mit der Steuerschaltung sehr rasch abschalten, wodurch unnötiger Abtrag noch besser vermieden werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Darstellung der Spektren von an gesunden und kariösen Zahnhartsubstanzen emittierten bzw. gestreuten Licht bei Anregung mit Laserstrahlen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz weist zunächst eine Laserquelle 1 auf, wobei bevorzugt ein solcher Laser eingesetzt wird, der eine im nahen Infrarotbereich liegende Strahlung emittiert. Eine derartige oder ähnliche Laserquelle 1 wird beispiels­ weise schon bisher zum Abtragen von Zahnhartsubstanz be­ nutzt. Am Ausgang der Laserquelle 1 ist eine erste Licht­ leitfaser 2 angeordnet, welche eine gezielte Zuführung des aus der Laserquelle 1 stammenden Laserlichts auf die mit 10 angedeutete Zahnhartsubstanz eines Patienten ermöglicht.

Diese erste Lichtleitfaser 2 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 am freien Ende mit einer Optik 3 zur Fokussie­ rung des Laserstrahls auf das nicht dargestellte Zahnmate­ rial versehen. Gleichzeitig ist diese Optik 3 mit optischen Elementen versehen, welche sie zur Sammlung des vom Zahnma­ terial emittierten bzw. gestreuten Lichts geeignet macht, wobei die Optik zusätzlich auch noch mit Filtern zur Aus­ filterung störender Lichtkomponenten ausgerüstet sein kann. An die Optik 3 ist eine zweite Lichtleitfaser 4 angeschlos­ sen, welche zur Rückführung des von der Zahnsubstanz emit­ tierten bzw. gestreuten Lichts dient. Diese zweite Licht­ leitfaser 4 mündet endseitig in eine allgemein mit 5 be­ zeichnete optische Auswerteeinheit. Die optische Auswerte­ einheit 5 weist nicht dargestellte optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung, d. h. zur wellen­ längenselektiven Detektion des emittierten Lichts, auf (Wellenselektion z. B. durch Filter oder lichtzerlegende Bauteile, wie Prismen oder Gitter). Außerdem sind ein oder mehrere fotoelektrische Detektoren geeignet angeordnet, um die wellenlängenselektive Detektion durchführen zu können.

Wie Fig. 4 zeigt, hat sich nämlich herausgestellt, daß sich die Spektren des von gesunder und kariöser Zahnhart­ substanz emittierten bzw. gestreuten Lichts deutlich von­ einander unterscheiden. Vergleicht man beispielsweise die jeweiligen Spektren (auf der Y-Achse aufgetragen Intensität in willkürlichen Einheiten, auf der X-Achse aufgetragen Energiedifferenz der Lichtquanten relativ zur Anregung), so zeigt sich, daß insbesondere im Bereich von 1000 bis etwa 2500 cm^-1 sehr unterschiedliche Verläufe zwischen den Kurven für gesunde und kariöse Zahnhartsubstanz erhalten werden. Werden in diesem Bereich verteilt beispielsweise ein oder zwei Detektoren in der optischen Auswerteeinheit 5 angeord­ net, so läßt sich aufgrund der von diesen Detektoren er­ mittelten Werte auf einfachste Weise feststellen, ob die jeweils aktuelle untersuchte Zahnsubstanz gesund oder er­ krankt ist, ohne daß es dazu aufwendiger Auswerteelemente bedarf. Evtl. könnten die Detektoren auch so angeordnet oder ausgelegt sein, daß Signale von gesunder und kariöser Zahnhartsubstanz getrennt gemessen und deren Verhältnis(se) zur Ermittlung des Erkrankungszustandes genutzt werden. Selbstverständlich kann die optische Auswerteeinheit 5 auch aufwendiger ausgestaltet werden, wenn eine ganz exakte Dia­ gnose gewünscht wird.

Die optische Auswerteeinheit 5 weist darüber hinaus vor­ zugsweise eine Anzeige- bzw. Registrierungseinrichtung 6 für für detektierte gesunde Zahnsubstanz unübliche Lichtin­ tensitäten auf, um dem Zahnarzt das Diagnoseergebnis mitzu­ teilen bzw. dieses automatisch zu registrieren. Darüber hinaus kann die Einrichtung 6 auch noch mit einer elektri­ schen Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes 11 ausge­ rüstet sein, wenn eine automatische Steuerung des Abtragge­ rätes 11 derart gewünscht wird, daß nur bei erkannten ka­ riösen Defekten das Gerät 11 zum Abtragen kariöser Zahnsub­ stanz aktivierbar ist, d. h. es ist dann möglich, das Gerät 11 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch so zu steuern, daß im wesentlichen nur kariöse Zahnsubstanz von dieser entfernt wird. Das Abtraggerät kann dabei be­ sonders vorteilhaft ein Laser, insbesondere die Laserquelle 1 selbst sein.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vor­ richtung nach Fig. 1 dargestellt, wobei dieselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 verwandt sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Optik 8 zum Anschluß des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser 9 und zur Weiter­ leitung des emittierten bzw. gestreuten Lichts aus der dritten Faser 9 in die zweite Faser 4 am freien Ende der ersten und zweiten Lichtleitfaser 2, 4 vorgesehen. Die dritte Lichtleitfaser 9 dient als Lichtweg sowohl für das aus der Laserquelle 1 kommende Laserlicht als auch für das von der Zahnsubstanz emittierte bzw. gestreute Licht, wel­ ches in der Optik 8 in die zweite Lichtleitfaser 4 gelenkt wird. Am freien Ende der dritten Lichtleitfaser 9 kann eine Linse 7 angeordnet sein.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei wiederum dieselben Bezugs­ zeichen wie in den vorangehenden Figuren verwandt sind, sofern gleiche Teile betroffen sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist bei dieser Variante keine Optik 3 erforderlich, vielmehr sind vorzugsweise konzen­ trisch um das freie Ende der ersten Lichtleitfaser 2 eine oder mehrere Lichtleitfasern 4 für das von der Zahnsubstanz 10 emittierte bzw. gestreute Licht angeordnet. Die Licht­ leitfasern 4 münden dabei direkt in die optische Auswerte­ einheit 5. Diese Ausführungsform führt zu einer besonders raumsparenden Anordnung der in den Mundraum des Patienten einzuführenden Apparatur. Das von der Zahn­ substanz 10 emittierte bzw. gestreute Licht wird dabei von den Lichtleitfasern 4 durch geeignete Anordnung ihrer freien Enden nahe dem freien Ende der ersten Lichtleitfaser 2 aufgefangen.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist insbesondere vorteilhaft noch vorgesehen, daß in den Opti­ ken 3 bzw. 8 und/oder der optischen Auswerteeinheit 5 nicht dargestellte Filter vorgesehen sind, die im Lichtweg des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet sind. Diese Filter dienen zur Unterdrückung reflektierten bzw. gestreu­ ten Laserlichts mit unveränderter Wellenlänge, um eine bes­ sere Auswertung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts zu erreichen, da das zurückgeworfene La­ serlicht normalerweise erheblich intensiver als die auszu­ wertenden Signale ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Detektion von kariöser Zahnsubstanz und/oder von insbesondere zahnfarbenen Zahnrestaurationen mit einer Laserquelle (1), an welche eine erste Lichtleitfaser (2) an­ geschlossen ist, deren freies Ende auf die Zahnsubstanz richtbar ist, und mit einer Einrichtung (3, 4) zum Auffangen des von der Zahnsubstanz nach Laserbestrahlung emittierten bzw. des an der Zahnsubstanz gestreuten, aus der Laserquelle stammenden Lichts, welche mit einer optischen Auswerteein­ heit (5) verbunden ist, wobei im Lichtweg des emittierten bzw. gestreuten Lichts wenigstens ein optischer Filter ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (1) als im nahen Infrarotbereich emit­ tierender Laser ausgebildet und der optische Filter zur Un­ terdrückung reflektierten bzw. gestreuten Laserlichts mit unveränderter Wellenlänge eingerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts eine zweite Lichtleitfa­ ser (4) aufweist, welche in die optische Auswerteeinheit (5) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der ersten Lichtleitfaser (2) und der zweiten Lichtleitfaser (4) eine Optik (3) zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der ersten (2) und der zweiten Lichtleit­ faser (4) eine Optik (8) zum Anschließen des Lasers an eine dritte Lichtleitfaser (9) und zur Weiterleitung des von der Zahnsubstanz emittierten bzw. gestreuten Lichts aus der dritten Lichtleitfaser (9) in die zweite Lichtleitfaser (4) vorgesehen ist, wobei die dritte Lichtleitfaser (9) als Lichtweg für den Laserstrahl und das emittierte bzw. ge­ streute Licht dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (3) und/oder die Optik (8) Elemente zur Filte­ rung des Laserlichts und/oder des emittierten bzw. gestreu­ ten Lichts enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der dritten Lichtleitfaser (9) eine wei­ tere Optik (7) zur Fokussierung des Lasers und zur Sammlung des emittierten bzw. gestreuten Lichts vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) optische Elemente zur Filterung und/oder spektralen Zerlegung des emittierten bzw. gestreuten Lichts und eine oder mehrere photoelektrische Detektoren aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) eine Anzeige bzw. Regi­ strierungseinrichtung (6) für für detektierte gesunde Zahn­ substanz unübliche Lichtintensitäten aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Auswerteeinheit (5) mit einer Schaltung zur Steuerung eines Abtraggerätes für kariöse Zahnsubstanz ein­ gerichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (1) als Abtraggerät für kariöse Zahn­ substanz ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtraggerät für kariöse Zahnsubstanz eine weitere, an eine weitere Lichtleitfaser angeschlossene Laserquelle vorgesehen ist.