DE9417470U1 - Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen - Google Patents

Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen

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Description

Laser-Labor Adlershof e.V.
Rudower Chaussee 6
12484 Berlin
LLAlOl
Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Ermittlung kariöser Stellen insbesondere am menschlichen Zahn ist es bekannt, daß durch einen Zahnarzt eine entsprechende Sichtkontrolle unter Verwendung einer in Zahnarztpraxen üblichen Beleuchtung durchgeführt wird. Diese Art der Ermittlung von kariösen Stellen weist jedoch mehrere Nachteile auf. Einerseits können die kariösen Stellen in der Regel erst dann ermittelt werden, wenn der Zahn äußerlich bereits geschädigte Stellen erkennen läßt, andererseits können mit den vorhandenen Hilfsmitteln kariöse Stellen an verdeckten Stellen nur schwer erkannt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere kariöse Stellen an Zähnen, bereits in frühen Stadien in ihrer Entstehung sichtbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird das entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Die Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen, weist erfindungsgemäß ein Endoskop auf, dem als Lichtquelle eine schmalbandige Anregungslichtquelle hoher spektraler Leistungsdichte, z.B. ein Laser, zugeordnet ist. Ein Endoskop besteht im wesentlichen aus einer lichtzuführenden Einrichtung, einer Abbildungsoptik in einer dem Untersuchungsgegenstand angepaßten Hülse und einem Okular und/oder Kameraansatz. Licht wird durch das Endoskop meist mittels Lichtleitfasern an die zu untersuchende Stelle geleitet. Die eingebaute optische Anordnung bildet das beleuchtete Objekt in einer Zwischenbildebene ab. Dort kann es durch ein Okular direkt oder mittels einer Kamera betrachtet werden. Die Anwendung eines Endoskops mit der üblichen Beleuchtung allein bringt jedoch keine neuen Ergebnisse gegenüber der normalen visuellen Betrachtung, da auch nur solche Strukturveränderungen wahrgenommen werden, die mit veränderten Streu- oder Reflexionseigenschaften an der Objektoberfläche einhergehen. Durch die Verbindung eines Endoskops mit einer schmalbandigen Anregungslichtquelle hoher spektraler Leistungsdichte ist es erstmals möglich, die induzierte insbesondere die laserinduzierte Fluoreszenz für das Sichtbarmachen bestimmter strukturverändernder Prozesse insbesondere an Zähnen zu nutzen. Damit wurde es überraschend möglich, frühkariöse Veränderungen in der Zahnhartsubstanz festzustellen. Kariöse Stellen treten bei Anwendung dieser Vorrichtung als helle leuchtende Flecke hervor.
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Außer zur Karieserkennung, insbesondere zur Kariesfrüherkennung, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung z.B. zum Nachweis von Strukturveränderungen an Hautoberflächen und Organoberflächen eingesetzt werden. In den letzten beiden Fällen können mit Hilfe des Laser-Video-Endoskopes über die laserinduzierte Fluoreszenz Strukturveränderungen bildhaft dargestellt werden, die für tumoröses Gewebe charakteristisch sind.
Das Endoskop weist vorzugsweise mehrere Lichtleitfasern auf, die um eine Beobachtungsoptik herum angeordnet sind.
In einer anderen Ausführungsform weist das Endoskop eine Lichtleitfaser auf, die neben der Endoskopoptik angeordnet ist.
Vorzugsweise ist bzw. sind die objektseitige Austrittsachse der einzelnen Lichtleitfaser oder der Lichtleitfasern zur optischen Achse der Endoskopoptik geneigt. Dabei weisen die objektseitigen Austrittsachsen unterschiedliche Winkel bezüglich der optischen Achse der Endoskopoptik auf. Dadurch wird erreicht, daß die aus einer Lichtleitfaser austretende Strahlung, die bei Verwendung von Quarzglas als Kernmaterial der Lichtleitfaser eine geringe Divergenz aufweist, unterschiedliche Beobachtungsebenen des Objektives beleuchtet.
Bei Verwendung der einzelnen Lichtleitfaser zur Beleuchtung der Objektebene ist die Faser zur optischen Achse so geneigt, daß das Objekt im Zentrum des Gesichtsfeldes des Endoskops beleuchtet wird.
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In einer dritten Ausfuhrungsform verlaufen die Lichtleitfasern parallel zur optischen Achse der Endoskopoptik· Zur Ablenkung der Beleuchtungsstrahlung sind eine ringförmige Linse bzw. ein ringförmiger Keil nachgeordnet.
Bei Verwendung einer Lichtleitfaser kann das Ende der Lichtleitfaser im Zentrum der Endoskopoptik angeordnet sein.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen der Lichtquelle und dem zu untersuchenden Objekt ein lichtstreuendes Medium im Strahlengang vorgesehen ist. Vorzugsweise ist ein bewegtes lichtstreuendes Medium, insbesondere eine um die eigene Achse rotierende Streuscheibe, vorgesehen. Bekanntlich ist die Laserstrahlung neben ihrer hohen spektralen Leitungsdichte durch eine große Kohärenzlänge gekennzeichnet. Dies äußert sich infolge von Interferenzeffekten störend in der nachfolgenden Abbildung. Durch das genannte Streumedium wird dieser unerwünschte Effekt gemindert.
Vorzugsweise sind Lichtwellenleiter aus Quarz vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Anregungsstrahlengang einschiebbarer und diesen abdeckender Strahlunterbrecher vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieser Strahlunterbrecher auf einem Drehmagneten befestigt. Der Strahlunterbrecher stellt eine Schutzmaßnahme dar. Er vermeidet ein unbeabsichtigtes Eindringen der Laserstrahlung in das Auge. Die Anregungsstrahlung ist durch den Strahlunterbrecher so lange
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verdeckt, bis die das Endoskop bedienende Person mittels eines Schalters, z.B. mittels eines Fußtasters, die Betrachtung beginnt. Sobald der Fußtaster nicht mehr betätigt wird, schließt der Drehmagnet den Strahlunterbrecher selbsttätig wieder.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin mindestens ein Spektralfilter, insbesondere ein austauschbares Spektralfilter, zwischen dem Endoskop und der Videokamera angeordnet. Das Spektralfilter dient der Trennung des Anregungslichts von dem im Untersuchungsobjekt induzierten Fluoreszenzlicht. Durch die Austauschbarkeit des Spektralfilters wird erreicht, daß die Trenngrenze dem konkreten Untersuchungsobjekt angepaßt wird, d.h., daß ein optimales Verhältnis von primär interessierender Fluoreszenzstrahlung und dem Gesamtbild des Untersuchungsgegenstandes so eingestellt wird, daß die interessierenden Strukturdetails vor dem Hintergrund des Gesamtobjekts sichtbar werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß ein Spektralfilter zur Trennung von Anregungs- und Fluoreszenzlicht verwendet wird, das bei der Wellenlänge der Anregungsstrahlung eine geringe Transmission und im übrigen Spektralbereich eine hohe Transmission hat. Dadurch wird erreicht, daß neben den Fluoreszenzlichtregionen der gesamte Untersuchungsgegenstand in einer natürlichen Farbe abgebildet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß weitere optische Filter aus dem gesamten nachweisbaren Spektrum einzelne Spektralbereiche, in denen unerwünschte Emissionen auftreten, vom weiteren Nachweis teilweise oder vollständig ausschließen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß zwischen dem Objektiv des Endoskops und der Videokamera zwei gegeneinander verdrehbare Polarisatoren, die vorzugsweise aus Polarisationsfolien bestehen, z.B. ein fester und ein senkrecht um seine Durchlaßrichtung drehbarer Polarisator, angeordnet sind. Dadurch kann die auf die Videokamera gelangende Bestrahlungsstärke stufenlos reguliert werden.
Wie bei gewöhnlichen Endoskopen üblich, kann das Objekt durch ein Okular oder mittels einer Videokamera und eines Monitors betrachtet werden. Erfindungsgemäß kann die Videokamera zur Verstärkung des Bildkontrastes zwischen den Regionen verstärkter laserinduzierter Fluoreszenz und dem Gesamtbild auch im nichtlinearen Empfindlichkeitsbereich betrieben werden. Als Videokamera können erfindungsgemäß sowohl Schwarz-Weiß-Kameras als auch Farbkameras eingesetzt werden. Zur Kontrolle des Verlaufs von Strukturveränderungen ist es neben der direkten Betrachtung wünschenswert, die gewonnenen Bilder speichern, archivieren und vergleichen zu können. Erfindungsgemäß wird deshalb das Videosignal der Kamera in einem gebräuchlichen Personalcomputer mit geeigneter Hardware digitalisiert, dargestellt und gespeichert. Neben der Verwendung eines Personalcomputers ist die Speicherung und Archivierung der Bilder mit einem Videorecorder möglich.
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Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung;
Fig. 2 ein Schema des verwendeten Endoskops.
Fig. 3 ein Schema des Endoskops mit mehreren Fasern
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Endoskop 7 auf, dem als Lichtquelle ein frequenzverdoppelter YAG-Laser 1 zugeordnet ist, der über ein Lichtleitkabel 5 mit dem Endoskop 7 verbunden ist. Der YAG-Laser beleuchtet über das Endoskop 7 einen Zahn Z, der auf kariöse Stellen untersucht werden soll. Auf dem mittels des Endoskops zu betrachtenden Bild erscheinen kariöse Stellen des Zahnes als helle leuchtende Flecke. Dabei kann die Karies bereits in einem frühen Stadium erkannt werden, in dem am Zahn bei der Betrachtung unter der bei Zahnärzten üblichen Beleuchtung noch keine Karies erkennbar ist. Durch Anwendung des Endoskops können auch solche Stellen im Zahnbereich untersucht werden, die nicht direkt beobachtet werden können.
Die Betrachtung des Endoskopbildes kann in herkömmlicher Weise mittels eines Okulars erfolgen. Zweckmäßiger ist jedoch die Anwendung einer Videokamera 12 in Verbindung mit einem Personalcomputer 13, der wiederum mit einem Videorecorder 14 verbunden ist. Das Endoskop ist über ein Objektiv 8 mit der Videokamera 12 verbunden. Zwischen dem Objektiv 8 und der Videokamera 12 sind optische Filter 9
LLAlOl Seite 8
zur Unterdrückung des Laserlichtes und Polarisatoren 10, 11 zur Regulierung der Bestrahlungstärke des Fluoreszenzlichtes bzw. des Umgebungslichtes angeordnet.
Das Laserlicht kann über einen Fußschalter 6, der einen Strahlunterbrecher 2 aktiviert, ein- und ausgeschaltet werden. Zwischen dem YAG-Laser 1 und einer Einkoppeloptik 4 ist eine rotierende Streuscheibe 3 vorgesehen.
Die optischen Filter 9 haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine starke Absorption der Strahlung um 532 nm und ab 536 mm eine über lOnm bis zum Maximalwert zunehmende Transmission.
In Fig. 2 ist die Variante des Endoskops mit einer Beleuchtungsfaser 15 dargestellt. Verwendet wird eine Quarzfaser, deren Ende zur optischen Achse 16 des Endoskops derart geneigt ist, daß der Zahn in einem üblichen Beobachtungsabstand von 10 bis 2 0 mm ausgeleuchtet wird.
In dieser Ausführungsform liegt ein Laser-Video-Endoskop
vor, das sowohl die aktuelle Beurteilung als auch die
Kontrolle des Verlaufs von Veränderungen am Zahn ermöglicht.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit vier Lichtleitfasern 15.1 bis 15.4 für die Beleuchtung . Deren Austrittsstrahlen weisen unterschiedliche Winkel a-\ - Ct2 zur optischen Achse der Endoskopoptik 17 auf. Dadurch wird erreicht, daß das von einem CCD-Empfänger 22 registrierte Objektfeld 18 bis 21 gleichmäßig ausgeleuchtet wird.

Claims (1)

  1. LLAlOl Seite 9
    Schutzansprüche
    1. Vorrichtung zur Ermittlung von Strukturveränderungen an Objekten mit Hilfe der laserinduzierten Fluoreszenz, insbesondere von kariösen Stellen an Zähnen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorrichtung ein Endoskop (7) aufweist, dem eine Anregungslichtquelle hoher spektraler Leistungsdichte zugeordnet ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anregungslichtquelle ein Laser (1) verwendet wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop (7) mehrere Lichtleitfasern (15.1 - 15.4) aufweist, die um eine Endoskopoptik (17) herum angeordnet sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop eine Lichtleitfaser (15) aufweist, die neben der Endoskopoptik (17) angeordnet ist.
    - 10 -
    LLAlOl Seite 10
    Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die objektseitige Austrittsachse der einzelnen Lichtleitfaser (15) oder der Lichtleitfasern (15.1 - 15.4) zur optischen Achse der Endoskopoptik (17) geneigt ist bzw. sind.
    6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die objektseitigen Austrittsachsen unterschiedliche Winkel a-\ - &agr;-&khgr; bezüglich der optischen Achse der Endoskopoptik (17) aufweisen.
    7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (15, 15.1 - 15.4) parallel zur optischen Achse der Endoskopoptik verlaufen und daß den Lichtleitfasern eine Linse oder ein Keil nachgeordnet ist.
    8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Lichtleitfaser im Zentrum der Endoskopoptik angeordnet ist.
    9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle (1) und Objekt (Z) ein lichtstreuendes Medium im Strahlengang vorgesehen ist.
    - 11 -
    LLAlOl Seite 11
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegtes lichtstreuendes Medium vorgesehen ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine um die eigene Achse rotierende Streuscheibe (3) vorgesehen ist.
    12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtwellenleiter aus Quarzglas vorgesehen sind.
    13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Anregungsstrahl einschiebbarer Strahlunterbrecher (2) vorgesehen ist.
    14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlunterbrecher (2) mit einem Drehmagneten, dem ein Taster (6) zugeordnet ist, verbunden ist.
    15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Spektralfilter (9) zwischen dem Endoskop (7) und der Videokamera (12) angeordnet ist.
    - 12 -
    LLAlOl Seite 12
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektralfilter austauschbar ist.
    17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Endoskop (7) und der Videokamera (12) ein fester (11) und ein senkrecht um seine Durchlaßrichtung drehbarer Polarisator (10) angeordnet sind.
    18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Videokamera (12) mit nichtlinearer Empfindlichkeitskennlinie vorgesehen ist.
    19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Videokamera (12) eine Färb- oder Schwarz-Weiß-Kamera vorgesehen ist.
    20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Videokamera (12) ein Personalcomputer (13) zugeordnet ist.
    - 13 -
    LLAlOl Seite 13
    21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Videokamera (12) ein Monitor und ein Videorecorder (14) zugeordnet sind.
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