JP7330097B2 - 硬化監視システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は概して、重合性材料の硬化を監視する硬化監視システム及び方法に関する。
選択重合性材料が、例えば、歯の修復のための歯科医術におけるものを含む、例えば、印刷、コーティング、接着剤、及びその他のものを含む種々の適用物において用いられる。
少なくともいくつかの重合性材料の使用における１つの課題は、重合性材料が、いつ硬化プロセスを完了したか、又はその完了に近づいているかを判定することである。電磁放射線を用いて重合性材料を硬化させることができるいくつかの例では、硬化プロセスを評価するために、時間及び電磁放射線強度が用いられ得る。これは、１以上の波長内の特定の強度の電磁放射線に、特定の時間量にわたって重合性材料を曝露することで、重合性材料の硬化を生じさせ、特定の時間により、十分な硬化度がもたらされることになることを前提としている。
本明細書においては、重合性材料の硬化度を判定するための重合性材料を監視するための硬化監視システム及びその方法が説明される。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法を用いて硬化について監視され得る「重合性材料」は、重合反応に関与する能力を有する任意のモノマー、オリゴマー、及び／若しくはポリマー、並びにこれらの組み合わせを含み得る。概して、このようなモノマー、オリゴマー、及び／又はポリマーは、重合反応に関与する（例えば、消費される）少なくとも１つの反応性化学基を含むことになる。このような反応性化学基の例としては、限定するものではないが、（メタ）アクリレート基、ビニル基（例えば、スチリル基及び他のα－オレフィン基を含む）、及びアクリルアミド基などのエチレン性不飽和基；オキシラン（即ち、エポキシド）基及びアジリジン基などの開環基；カルボン酸基（及び限定するものではないが、酸ハロゲン化物基、エステル基、活性化エステル基、ラクトン基などを含む、これらの誘導体）、アミン基、アルコール基、及び同様のものなどの縮合反応基；並びにイソシアネートなどの他の反応性化学基が挙げられる。重合反応の例としては、限定するものではないが、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール等を形成するために用いられるものなどの、段階成長重合反応（縮合重合反応を含む）、並びに連鎖成長（即ち、付加）重合反応このような（メタ）アクリレート及びオレフィン重合反応が挙げられる。同様に挙げられるのは、ヒドロメタル化（例えば、ヒドロシリル化）、又はオレフィンメタセシス（例えば、開環メタセシス重合（ring opening metathesis polymerization、「ＲＯＭＰ」）などの他の方法を介して重合させることができる重合性材料である。重合反応から生じた重合材料はホモポリマー又はコポリマーであることができる。重合反応から生じた重合材料は架橋を含むことができる。
重合性材料は種々の１以上の条件下で硬化／重合することができ、これにより、重合性材料は、１以上の物理変化並びに／又は化学変化（例えば、硬さ、粘度、不透明度、色合い／色、粘着性、弾性率、可撓性、反応基（例えば、（メタ）アクリレート若しくはオキシラン）含有量など）を経験する。
重合性材料は、重合反応を促進するための開始剤を含み得る。開始剤の性質は、重合性材料の特定の構成要素に依存して変化し得、実際に変化することになる。例えば、重合性材料は、重合反応を促進するための、光開始剤（例えば、酸化ホスフィンなど）、熱開始剤（例えば、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、過酢酸塩、アゾ化合物など）、及び／又は他の開始剤（例えば、酸化剤及び還元剤などを含むレドックス開始剤系）を含み得る。（メタ）アクリレート系重合性材料においては、開始剤は通例、重合を開始するためのフリーラジカルの供給源を提供する役割を果たす。用いられる開始剤の特定の種類、又は用いられる開始剤の組み合わせに依存して、重合反応は、ラジカル種を発生するために、電磁放射（例えば、化学線）によって、加熱によって、及び／又は化学的に（例えば、２部分系における還元剤及び酸化剤の混合によって）開始され得る。いくつかのエポキシド系重合性材料の場合には、エポキシを硬化させるために様々な触媒が用いられ得る（例えば、アミン、酸、酸無水物、フェノール、アルコール、チオールなど）。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法を用いて硬化について監視され得る重合性歯科材料の形態の重合性材料の例としては、限定するものではないが、修復剤、複合材（例えば、充填材料）、接着剤、セメント（例えば、樹脂変成ガラスイオノマーセメント、合着用セメント）、シーラント、プライマー、窩洞裏層、クラウン・ブリッジ材料（永久的なもの若しくは一時的なもののいずれか）、コーティング、印象材、並びに同様のものが挙げられる。用語「重合性歯科材料」は、歯科矯正用プライマー、歯科矯正用接着剤、歯科矯正用セメント、歯科矯正用シーラントなどの、歯科矯正治療の一部として用いられ得る重合性材料、又は歯科矯正装置（例えば、ブラケット、バンドなど）を歯に接合するために用いられ得る他の重合性材料を更に含むことが理解される。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法は、可視監視光を用いて、重合性材料の選択された硬化度にいつ達したかを判定するように構成されている。本明細書で使用する時に、「硬化度」（及びその変形）は、硬化の結果としての重合性材料の１以上の物理特性並びに／又は化学特性（例えば、硬さ、粘度、不透明度、色合い／色、粘着性、弾性率、可撓性、反応基（例えば、（メタ）アクリレート若しくはオキシラン）含有量など）の変化量を意味する。本明細書において説明されるように、重合性材料の硬化度は、硬化の間、及び／又はその後に重合性材料から反射される可視監視光の強度の変化に基づいて判定することができる。
本明細書で使用する時に、「拡散反射率」（及びその変形）は、硬化光の入射角と等しくない反射角で重合性材料から反射されコリメート化された光、及び重合性材料の表面から正反射率のみを通した角度で可視光検出器へ返されないコリメート化されていない光を指すために広義に使用される。重合性材料へ送達された監視光は、重合性材料内で複数の散乱事象を経験した後に、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法における可視光検出器へ拡散反射され得、これにより、反射された監視光は、様々な幾何形状、サイズ、及び複素屈折率の数多くの外部及び内部界面及び領域と相互作用する。１以上の実施形態では、硬化の前及び後に可視光検出器によって検出された反射監視光の強度の変化は、重合性材料の任意の構成要素における特定の化学官能性又は部分に関連付けられる電子共鳴、振動共鳴、若しくは回転共鳴、並びに屈折率の対応する異常分散に起因するものではない（即ち、Ｃ＝Ｃ、エポキシ、Ｎ－Ｈ等などの、吸収発色団ではない）。
本明細書に記載されるシステム及び方法は、１以上の異なる可視波長における可視監視光を送出する監視光源と、硬化プロセスの間に重合性材料によって拡散反射された監視光を検出するように構成された可視光検出器とを含む。硬化の間に重合性材料から反射された監視光は、重合性材料において、いつ、選択された硬化度に達したかを判定するために用いられる。１以上の実施形態では、本明細書に記載されるシステムは、可視光検出器に動作可能に連結されたコントローラを含み得る。コントローラは、重合性材料が、選択された硬化度にいつ達するかを可視光検出器からの出力に少なくとも部分的に基づき、判定するように構成されている。１以上の実施形態では、本明細書に記載されるシステムは、重合性材料を硬化させるための硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源を含み得る。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態では、監視光源は、重合性材料の重合（硬化）を実効的に誘導しない１以上の最大放射波長λｍａｘ－ｍｏｎを有する（例えば、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における）可視監視光を放射する。本明細書で使用する時に、「重合を実効的に誘導しない」とは、監視光の１以上の最大放射監視波長λｍａｘ－ｍｏｎが、監視光を照射されない同じ条件下における同じ重合性材料と比べて、監視光が６０秒以下の期間にわたって入射する重合性材料の物理特性及び／又は化学特性の変化をさほど生じさせないことを意味する。
本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態では、監視光源によって放射される監視光における光の波長は、重合性材料におけるいかなる重合性化学部分（例えば、（メタ）アクリレート、エポキシ等などの、ＩＲ及び／又は近ＩＲ吸収発色団）によっても吸収されない。１以上の代替的な実施形態では、本明細書に記載されるようにシステム及び／又は方法に関連して用いられる任意の重合性材料の硬化を監視するために検出され、信頼される可視監視光の波長はいずれも、重合性材料におけるいかなる重合性化学部分によっても吸収されない波長である。その結果、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態の可視監視光を用いた重合性材料の硬化度は、可視監視光の１以上の波長の吸収度を検出することによって判定されない。むしろ、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法は、１以上の波長における重合性材料によって反射された可視光の強度の変化に基づいて、重合性材料が、選択された硬化度にいつ達したかを判定する。
本明細書に記載されるシステム及び方法を用いて対処され得る問題は、十分な硬化度を確実にすることを含み得る。硬化度を判定することは、例えば、歯の窩洞などの内部に配置された歯科用修復材料内など、重合性材料が比較的厚い（例えば、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上など）場合に、特に難しくなり得る。例えば、電磁放射線又は熱への曝露を通じて硬化する重合性材料とともに用いられるシステム及び方法における十分な硬化度を確実にするために、硬化電磁放射線及び／又は熱は、場合によっては、十分な硬化度に達するために必要とされるよりも長い時間にわたって、及び／又は高い強度で送出され得るが、その結果、処理が遅くなり、及び／又は無駄なエネルギーが生じる。更に他の場合には、例えば、硬化電磁放射線及び／又は熱が、必要とされるよりも短い時間にわたって、及び／又は低い強度で送出された場合には、重合性材料は十分に硬化し得ない。更に他の場合には、硬化電磁放射線及び／又は熱は誤って誘導される可能性があり、これにより、たとえ、硬化電磁放射線源を、必要とされる時間長にわたって活性化することができても、重合性材料に実際に入射する電磁放射線の強度は十分な硬化度のために足りない。
１以上の実施形態では、硬化レベルに応じて変化する重合性材料の屈折率のゆえに、反射監視光の強度は硬化度に応じて変化する。反射された可視監視光の強度を監視することは、例えば、監視光の透過率を測定するために可視監視光が入射する表面とは反対の重合性材料の側にアクセスすることが難しい、又は不可能である場合に、有用であり得る（例えば、歯の内部の歯科用複合材料、不透明基材上に配置された重合性材料など）。
１以上の実施形態では、本明細書に記載されるシステム及び方法は、硬化又は重合プロセスの間に生じる光散乱の変化を利用して重合性材料の硬化度を監視する能力を有し得る。光散乱の変化は、反射監視光の強度の検出可能な変化を生じさせる。例えば、硬化プロセスの間に化学構造の変化に起因する重合を経験するモノマーは、１以上の実施形態では、屈折率の変化を呈し得る。屈折率のその変化は、１以上の実施形態では、重合性材料中の反応組成物の重合の程度と直接相関し、更に、可視監視光を用いて、本明細書に記載されるように可視光検出器によって検出した時の反射監視光の強度の変化によって検出可能であり得る。
１以上の実施形態では、硬化プロセスの間に光学特性を比例的に変える重合性材料が、比較的一定の屈折率を維持する１種以上の材料（例えば、１種以上の充填材）と組み合わせられ得る。このような場合には、光散乱の量は、重合性材料中の重合するマトリクスの屈折率における増大又は減少変化に応じて増大又は減少し得る。同様に、硬化プロセスの間に、相分離が重合性材料中で生じた場合には、この時も、監視光の光散乱は硬化プロセスの間に変化し得る。散乱の変化の結果、可視光検出器によって検出された時の反射監視光の強度の変化が生じる。
本明細書に記載されるシステムとともに、及び／又は方法において用いられ得る重合性材料の１つの例示的な例は、例えば、およそ４００～５００ｎｍの範囲内の青色光によって光重合させられる歯科用複合材である。１以上の実施形態では、通例、１種以上の充填材を含む、重合性歯科用複合材料は、硬化プロセスの間に、サンプルの上方の臨床的に意義のある短い距離において、硬化時間に応じた可視監視光の散乱の変化について探査又は監視されることになるであろう。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法において用いられる監視光源は、１以上の実施形態では、波長（単数又は複数）とは異なる、及び／又はそれよりも大きい１つ又はそれ以上の波長における光を送出し得、重合性材料を硬化させるために必要とする。硬化波長とは異なる、及び／又はそれらよりも長い波長における監視光を用いることについてのいくつかの潜在的利点が存在する。
潜在的利点のうちの１つは、入射硬化波長とは異なる波長における光散乱を検出する能力が検出感度の増大をもたらし得ることである。入射硬化波長における光散乱の小さな変化を検出する能力は、例えば、重合性材料が光硬化性であり、硬化光が高強度のものである場合には、難易度が高くなり得る。このような状況では、戻って来る散乱監視光は入射硬化光自体の背景雑音中に埋没し得る。監視光のための別個の異なる波長（単数又は複数）を（好適な検出器とともに）用いることは、監視光の散乱の小さなリアルタイムの変化の検出感度を高め得る。硬化光が４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の青色光である１以上の実施形態では、赤色光源（例えば、およそ６５０ｎｍにおける光を放射するレーザ又はＬＥＤ）が、例えば、明瞭で青色硬化光とは異なる有用な監視光になり得る。
硬化光の波長とは異なる波長における可視監視光を用いる第２の潜在的利点は監視光の可視化である。例えば、６００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の監視光は、４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の青色硬化光によって生じるグレアから眼を保護する黄色／オレンジ色青色光フィルタの存在下において容易に肉眼で見ることができる。監視光を見ることができると、例えば、監視光が硬化電磁放射線と整列している場合には、ユーザが硬化電磁放射線の場所及び配置を見ることが可能になる。換言すれば、監視光は、硬化させるべき重合性材料への硬化電磁放射線の正確な送達を助けるための照準インジケータを提供し得る。１以上の波長の電磁放射線の照射を通じて硬化しない重合性材料（例えば、加熱、ラジカル種を発生するための（例えば、２部分系における）還元剤及び酸化剤の混合、触媒などによって硬化する重合性材料）と共に用いられる時には、ユーザは、可視監視光を用いて重合性材料のどの部分／部分群が硬化度について監視されているのかを判定することが可能であり得るため、可視監視光は依然として潜在的利点をもたらす。
例えば、任意の硬化波長の範囲内、又はその付近の波長における光を吸収する重合性材料についての第３の潜在的利点は、監視光が吸収されず、それゆえ、監視光を、例えば、反射率測定のために利用可能になるであろうということである。例えば、大抵の重合性歯科用複合材料は、歯牙構造と同様の光学特性を有する審美的修復をもたらすことが意図される。このため、重合性歯科用複合材料は、多くの場合、およそ４００～５５０ｎｍの間の波長における光を吸収する様々な量の黄色及び赤色の有色充填材／材料を含む。より長い（例えば、約５５０ｎｍよりも大きい）波長における監視光を送出する監視源はこれらの顔料添加剤によって吸収されない、又は損なわれないであろう。
第４の潜在的利点は、例えば、硬化プロセスを開始する波長よりも大きい波長における監視光を用いると、監視光による硬化を誘導することがないということである。例えば、４００～５００ｎｍの光を吸収する歯科用複合材は、多くの場合、約５００ｎｍを上回る光を吸収しない、通例、黄色の化合物である光開始剤を含む。このような状況では、可視光スペクトルの赤色から黄色の部分内の可視監視光は吸収されにくく、したがって、可視光検出器への反射のために利用可能であり得る。
一態様では、本明細書に記載されるように重合性材料の硬化度を監視するためのシステムの１以上の実施形態は、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視監視光を放射し、監視光が重合性材料の重合を実効的に誘導しない最大放射波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する、監視光源と、監視光が重合性材料によって拡散反射された後に４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における監視光を検出するように構成された可視光検出器と、可視光検出器に動作可能に連結されたコントローラと、を備え、このコントローラは、重合性材料が、選択された硬化度にいつ達するかを可視光検出器によって検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づき判定するように構成されている。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源を更に備える。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、コントローラは硬化電磁放射線源に動作可能に接続されており、コントローラは、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、硬化電磁放射線源が硬化電磁放射線を放射するのを停止するように構成されている。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）は、硬化電磁放射線源によって放射された硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも５０ｎｍ異なる。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）は、硬化電磁放射線源によって放射された硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも１００ｎｍ異なる。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は、赤外スペクトル及び紫外スペクトルのうちの少なくとも一方の内部の電磁放射線を含む。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、可視監視光は５００ｎｍ～７００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は、１００ｎｍ以下の硬化電磁放射線の半値全幅放射を有する硬化波長半値範囲を規定する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、監視光は、１００ｎｍ以下の監視光の半値全幅放射を有する監視波長半値範囲を規定する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、監視光源によって放射される監視光は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）において、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における硬化電磁放射線源によって放射される硬化電磁放射線の強度の０．１以下の強度を有する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、監視光源は最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における電磁放射線を放射しない。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する光を透過させ、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を透過させないフィルタを更に備え、可視光検出器に向けられた光及び電磁放射線は、可視光検出器に到達する前にフィルタに入射する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、重合性材料の重合を実効的に誘導しない電磁放射線のみが可視光検出器に到達するのを可能にするように構成されたフィルタを備える。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、可視光検出器は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を検出しない。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源と監視光源とは同軸である。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、監視光源は、監視光が、重合性材料を通過した後に人間の肉眼で見えるような強度を有する監視光を放射する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、硬化電磁放射線源及び監視光源に光学的に連結されたミキシングロッドを備え、硬化電磁放射線及び監視光は、重合性材料に到達する前にミキシングロッドを通過する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、可視光検出器はミキシングロッドに光学的に連結されており、反射された監視光は、可視光検出器に到達する前にミキシングロッドを通過する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、コントローラに動作可能に連結されたフィードバック発生器を更に備え、コントローラは、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、フィードバック発生器に、感覚フィードバックをユーザに提供させるように構成されている。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、フィードバック発生器は視覚インジケータ及び可聴／触覚インジケータのうちの一方又は双方を含む。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、人間の口内への挿入のために構成されたプローブを含む手持ち式デバイスを備え、可視監視光はプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光は、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、システムは、人間の口内への挿入のために構成されたプローブを含む手持ち式デバイスを備え、可視監視光及び硬化電磁放射線はプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光は、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する。
第２の態様では、本明細書に記載されるように重合性材料の硬化度を監視する方法の１以上の実施形態は、重合性材料に、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視監視光を照射することであって、監視光は、重合性材料の重合を実効的に誘導しない最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する、照射することと、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出することと、重合性材料が選択された硬化度にいつ達したかを検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づき、判定することと、を含み得る。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、重合性材料に硬化電磁放射線を照射することを更に含み、硬化電磁放射線は、重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、硬化電磁放射線による重合性材料の照射を停止することを更に含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、可視光検出器を用いて、拡散反射された監視光を検出することと、可視光検出器からの出力に少なくとも部分的に基づいて硬化電磁放射線による重合性材料の照射を停止することと、を更に含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、可視光検出器からの出力は、可視光検出器によって検出されたときの拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づく。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、重合性材料が選択された硬化度に達したことを指示する感覚フィードバックをユーザに提供することを更に含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、感覚フィードバックは、可聴フィードバック、視覚フィードバック、及び触覚フィードバックのうちの１以上を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）は硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも５０ｎｍ異なる。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）は硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも１００ｎｍ異なる。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は、赤外スペクトル及び紫外スペクトルのうちの少なくとも一方の内部の電磁放射線を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、可視監視光は５００ｎｍ～７００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、硬化電磁放射線は１００ｎｍ以下の半値全幅放射を有する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は１００ｎｍ以下の半値全幅放射を有する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性材料に照射する硬化電磁放射線と監視光とは同軸である。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は、硬化電磁放射線よりも重合性材料の表面の小さい領域を照射する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光によって照射される重合性材料の表面上の監視領域と、硬化電磁放射線によって照射される重合性材料の表面上の硬化領域とは同じである。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性歯科材料に照射する可視監視光は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）において、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における硬化電磁放射線の強度の０．１以下の強度を有する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における光を含まない。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出する可視光検出器に到達する光を、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線が可視光検出器に到達しないよう、フィルタリングすることを更に含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、本方法は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を検出しない可視光検出器を用いて、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出することを更に含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は重合性材料の全厚さを貫通する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は、重合性材料を通過した後に人間の肉眼で見える。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は重合性材料の少なくとも４ｍｍを通過する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、監視光は重合性材料の１０ｍｍ以下を通過する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、可視監視光は、人間の口腔内に挿入されたプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光は、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、可視監視光及び硬化電磁放射線は、人間の口腔内に挿入されたプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光は、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性材料は歯科材料である。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性材料は、光開始剤、熱開始剤、化学開始剤、及び触媒の群から選択される少なくとも１つを含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性材料は充填材を含む。
本明細書に記載される方法の１以上の実施形態では、重合性材料は重合性化学部分を含み、この重合性化学部分は監視光を吸収しない。
上述の概要は、本明細書に記載されるシステム及び方法の各実施形態又は全ての実装形態を説明することを意図されていない。むしろ、本発明のより完全な理解は、添付図面の図を考慮して以下の詳細な説明及び添付の請求項を参照することによって明らかになり、認識されるであろう。
以下の本発明の種々の実施形態の詳細な説明を、添付図面と併せて考慮することで、本発明をより完全に理解し、認識することができる。
本明細書に記載される硬化監視システムの例示的な一実施形態の概略ブロック図である。 本明細書に記載される手持ち式硬化監視システムの例示的な一実施形態を示す。 本明細書に記載される硬化監視システムの例示的な別の実施形態を示す。 硬化電磁放射線及び可視監視光が表面に入射する相対的領域の例示的な一実施形 態を示す。 硬化電磁放射線及び可視監視光が表面に入射する相対的領域の例示的な別の実施 形態を示す。 ｘ軸に沿った、選択された重合性材料についての硬化度、及び時間、並びにｙ軸 に沿った拡散反射率の１つの例示的な例を示す。 本明細書に記載される硬化監視システムの例示的な一実施形態における、硬化電磁放射線及び可視監視光を重合性材料へ送るための構造、並びに反射された監視光を検出器へ送るための構造の１つの例示的な配置を示す。 硬化電磁放射線及び可視監視光の双方を重合性材料へ送り、反射された監視光を検出器へ戻すように構成されたミキシングロッドを含む、本明細書に記載される硬化監視システムの例示的な別の実施形態を示す。 図８の硬化監視システムにおける硬化電磁放射線源及び可視監視光源の１つの例示的な配置を示す。 実施例１～４及び比較例において使用される硬化監視システムを示す。 光検出器によって測定された監視光の反射率、及び実施例１において説明される表１のＢ／Ｔ硬さデータのプロットである。 実施例１についてのＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。 実施例２についての、光検出器によって測定された監視光の反射率、及びＢ／Ｔ硬さデータのプロットである。 実施例２についてのＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。 実施例３についての、光検出器によって測定された監視光の反射率、及びＢ／Ｔ硬さデータのプロットである。 実施例３についてのＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。 実施例４において収集された正規化監視光反射率データ及びＢ／Ｔ硬さデータを示す。 光検出器によって測定された青色４５０ｎｍ硬化電磁放射線の反射率、及び比較例において収集されたときのＢ／Ｔ硬さデータのプロットである。 比較例についてのＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。
以下の説明では、本明細書の一部を形成し、特定の諸実施形態が例として示される添付図面の図を参照する。他の実施形態を利用することもでき、また、構造的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。
図１に、重合性材料の硬化度を監視するためのシステムの例示的な一実施形態が示される。図示のシステム１０は、硬化電磁放射線源２０と、監視光源３０と、可視光検出器４０と、図示の実施形態では、硬化電磁放射線源２０、監視光源３０、及び可視光検出器４０の各々に動作可能に接続されたコントローラ５０とを含む。本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源２０は任意選択的なものであってもよい。図示のシステム１０はまた、可視光検出器４０に到達するのを可能にされた光／電磁放射を制御するように構成された任意選択的なフィルタ６０を含む。システム１０のコントローラ５０はまた、任意選択的な感覚フィードバック発生器７０に動作可能に接続されている。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態において用いられる硬化電磁放射線源２０は、選択された重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅを有する硬化電磁放射線を放射するように構成され得る。換言すれば、硬化電磁放射線源２０によって放射される硬化電磁放射線は、そのλｍａｘ－ｃｕｒｅにおいて、選択された重合性材料の重合を開始する。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線による選択された重合性材料の重合開始は、最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅの一方又は双方の側の１以上の波長においても生じ得る。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源２０は比較的狭い波長範囲内の電磁放射線を放射し得る。
１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源２０によって放射される硬化電磁放射線は、例えば、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、又は更に１ｎｍ以下の、半値全幅放射の波長を有し得る（ここで、半値全幅放射とは、最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅにおいて測定された時の強度の半分である）。その全幅は硬化波長半値範囲と呼ぶことができる。換言すれば、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ、例えば、４５０ｎｍ）が１の正規化強度を有する場合には、硬化電磁放射線源が、０．５以上の正規化強度を有する電磁放射線を放射する硬化波長半値範囲は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を包含する１００ｎｍ以下（又は５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、若しくは更に１ｎｍ以下）の範囲を占有する。このような実施形態では、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）は硬化波長半値範囲内に中心を有してもよく、又は有しなくてもよい。更に、硬化電磁放射線の最も広い波長範囲が、その最も外側の波長において、λｍａｘ－ｃｕｒｅにおける硬化電磁放射線の強度の半分である強度を有する限り、硬化電磁放射線は硬化波長半値範囲内で０．５の強度を下回ってもよい。換言すれば、硬化電磁放射線の強度曲線は硬化波長半値範囲内に１以上の極小を包含してもよい。
１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源２０は、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲に及ぶ１以上の波長における可視光を放射する可視光源であり得る。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源２０はより狭い範囲内の可視光を放射し得る。例えば、１以上の実施形態では、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法において用いられる硬化電磁放射線源２０は、例えば、４００ｎｍ～、例えば、５００ｎｍの範囲に及ぶ１以上の波長における可視光を放射し得る。
本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の代替的な実施形態では、硬化電磁放射線は、赤外スペクトル及び紫外スペクトルのうちの一方又は双方の内部の電磁放射線を含み得る。
本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態において用いられる硬化電磁放射線源２０は任意の好適な形態を取ることができる。いくつかの潜在的に好適な硬化電磁放射線源としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、アークランプ、ＬＥＤ、ＬＥＤ発光器、ＬＥＤダイ、メタルハライドランプ、水銀蒸気ランプ、ナトリウムランプ、レーザなどを挙げることができる。硬化電磁放射線源２０によって放射された電磁放射線の、重合性材料への送達は、任意の好適な仕方、例えば、光ガイド、導波路、光ファイバ、レンズなどを用いて達成され得る。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態では、監視光源３０は、例えば、４００ｎｍ～、例えば、８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視監視光を重合性材料に向けて放射し得る。監視光は、１以上の実施形態では、硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）とは異なる最大放射監視波長λｍａｘ－ｍｏｎを有し得る。
本明細書において説明されるように硬化電磁放射線源を含むシステム及び／又は方法の１以上の実施形態における監視光源によって放射される監視光は、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）において、硬化電磁放射線源によって放射される最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅにおける硬化光の強度の０．１以下の強度を有し得る。１以上の代替的な実施形態では、監視光源は最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅにおける光を放射しない。
１以上の実施形態では、最大放射監視波長は任意の硬化電磁放射線の最大放射硬化波長と少なくとも５０ｎｍ異なり得る。更なる１以上の代替的な実施形態では、監視光源３０は、硬化電磁放射線の最大放射硬化波長と少なくとも１００ｎｍ異なる最大放射監視波長を有する可視監視光を放射し得る。換言すれば、最大放射硬化波長が４５０ｎｍにある場合には、最大放射監視波長は、１以上の実施形態では、５０ｎｍの差に対しては５００ｎｍ以上、又は１００ｎｍの差に対しては５５０ｎｍ以上であり得る。
１以上の実施形態では、監視光源３０は比較的狭い波長範囲内の可視光を放射し得る。１以上の実施形態では、監視光源３０によって放射される監視光は、例えば、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、又は更に１ｎｍ以下の、半値全幅放射の波長を有し得る（ここで、半値放射とは、任意の最大放射監視波長λｍａｘ－ｍｏｎの強度の半分である）。その全幅は監視波長半値範囲と呼ぶことができる。換言すれば、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ、例えば、６５０ｎｍ）が１の正規化強度を有する場合には、監視光源が、０．５以上の正規化強度を有する光を放射する監視波長半値範囲は、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を包含する１００ｎｍ以下（又は５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、若しくは更に１ｎｍ以下）の範囲を占有する。このような実施形態では、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）は監視波長半値範囲内に中心を有してもよく、又は有しなくてもよい。更に、監視光の最も広い波長範囲が、その最も外側の波長において、λｍａｘ－ｍｏｎにおける監視光の強度の半分である強度を有する限り、監視光は監視波長半値範囲内で０．５の強度を下回ってもよい。換言すれば、監視光の強度曲線は監視波長半値範囲内に１以上の極小を包含してもよい。
本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態では、硬化電磁放射線のいずれの最大放射波長λｍａｘ－ｃｕｒｅも監視波長半値範囲内に包含されない。
本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態において用いられる監視光源３０は任意の好適な形態を取ることができる。いくつかの潜在的に好適な可視監視光源は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、アークランプ、ＬＥＤ、ＬＥＤ発光器、ＬＥＤダイ、メタルハライドランプ、水銀蒸気ランプ、ナトリウムランプ、レーザ等、及び監視光源３０によって重合性材料へ送出される光の波長を制御するために必要な、例えば、フィルタ等などの関連構成要素を含み得る。監視光源３０によって放射された監視光の、重合性材料への送達は、任意の好適な仕方、例えば、光ガイド、導波路、光ファイバ、レンズなどを用いて達成され得る。
１以上の実施形態では、監視光源は、硬化について監視されている重合性材料の全厚さを貫通するために十分な強度（例えば、１ｍＷなど）を有する監視光を放射する。監視光が重合性材料の全厚さを貫通することができない場合には、このとき、本明細書に記載されるシステム及び方法を用いて重合性材料の完全な厚さの硬化度の正確な判定を得ることができない。本明細書において説明されるように、種々の潜在的光源が適し得るが、例えば、レーザ、レーザＬＥＤ等などの、コリメート光源及び／又は可干渉光源の使用が、最も望ましい結果をもたらす能力を有する強度を有する監視光を提供し得る。
本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態では、監視光源は、監視光が、重合性材料を通過した後に人間の肉眼で見えるような強度を有する監視光を放射し得る。換言すれば、可視監視光が重合性材料の第１の表面に入射するシステム及び／又は方法において、その可視監視光は、重合性材料の厚さを通過した後に、重合性材料の反対側に位置する重合性材料の表面上において、照明されていない暗室内で人間の肉眼で見られ得る。
１以上の実施形態では、監視光の強度は、監視されている重合性材料の少なくとも４ｍｍを通過するために十分であり得る（ここで、例えば、重合性材料は、歯の修復及び／又は形成のために用いられる歯科用重合性材料である）。１以上の代替的な実施形態では、監視光の強度は、監視されている重合性材料の少なくとも４．５ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、又は７ｍｍを通過するために十分であり得る（ここで、例えば、重合性材料は、歯の修復及び／又は形成のために用いられる歯科用重合性材料である）。
監視光の強度はまた、１以上の実施形態では、選択された限度を超えないように制御され得る。特定の限度を上回る監視光強度が、例えば、口腔内の組織に悪影響を及ぼし、及び／又は他の安全性の懸念を呈し得る場合には、監視光の強度を制限することが有用であり得る。例えば、１以上の実施形態では、監視光の強度は、監視されている重合性材料の１０ｍｍ以下を通過するために十分であり得る（ここで、例えば、重合性材料は、歯の修復／形成のために用いられる歯科用重合性材料である）。１以上の代替的な実施形態では、監視光の強度は、監視されている重合性材料の９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、又は５ｍｍ以下を通過するために十分であり得る（ここで、例えば、重合性材料は、歯の修復／形成のために用いられる歯科用重合性材料である）。
硬化電磁放射線源及び監視光源の双方を含む本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、２つの発生源は同じ伝搬軸（例えば、図２における伝搬軸１１１を参照）に沿って光又は電磁放射線を放射し得る。１以上の代替的な実施形態では、硬化電磁放射線源及び監視光源は２つの異なる伝搬軸に沿って放射し得る。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線及び監視光のためのそれらの伝搬軸は、硬化電磁放射線源及び監視光源から、選択された距離において集束し得る。
本明細書において説明されるように、可視監視光は、１以上の実施形態では、硬化電磁放射線を重合性材料へ送出するユーザに、適切な硬化を支援するための視覚的補助を提供し得る。本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態では、監視光源によって送出される可視監視光は、重合性材料の表面上において、硬化電磁放射線が送達される硬化領域に対する選択された監視領域を覆う適用範囲を提供するようにコリメート化されるか、又は他の仕方で制御／合焦され得る。
図４及び図５は、本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態における監視光及び／又は硬化電磁放射線が送達され得る重合性材料の表面上における監視領域と硬化領域との多くの可能な関係の２つの例を示す。例えば、図４において見られるように、監視光は、硬化電磁放射線が送達される硬化領域２２よりも小さい監視領域３２へ合焦されてもよく、その一方で、図５は、監視光が、硬化電磁放射線が入射する硬化領域２２と同じである監視領域３２へ送達される構成を示す（ここで、「同じ」とは、監視領域と硬化領域とがせいぜい５％だけ互いに異なることを意味する）。硬化電磁放射線によって画定される硬化領域２２に対する、監視光によって占有される監視領域３２のサイズは、１以上の実施形態では、例えば、合焦、脱焦、コリメート化、非コリメート化などによって選択的に調整可能であり得る。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態では、可視光検出器４０は、監視光源によって放射された監視光を検出するように構成され得る。１以上の実施形態では、その反射監視光は重合性材料から拡散反射されてもよく、本明細書において説明されるように、その検出が、例えば、硬化電磁放射線による、重合性材料の硬化度を監視することを可能にし得る。１以上の実施形態では、重合性材料によって拡散反射された監視光は、硬化電磁放射線が重合性材料に入射する間に、可視光検出器４０によって検出され得る。１以上の実施形態では、可視光検出器４０は、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の光を検出するように構成され得る。
可視光検出器による硬化電磁放射線の検出に関連付けられ得る課題を抑制するために、１以上の実施形態では、可視光検出器は、最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅを有する電磁放射線を検出しない検出器の形態のものであり得る。１以上の代替的な実施形態では、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法において用いられる可視光検出器は、本明細書において定義されるように硬化波長半値範囲内に含まれる電磁放射線を検出しなくてもよい。
反射監視光を検出するために硬化電磁放射線を検出しない可視光検出器を用いる代わりに、及び／又はそれに加えて、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態は、可視光検出器に到達するのを可能にされた光及び／又は電磁放射線をフィルタリングするための１以上のフィルタ（例えば、図１におけるフィルタ６０を参照）を含み得る。１以上の実施形態では、フィルタ６０は、任意の最大放射硬化波長λｍａｘ－ｃｕｒｅを有する電磁放射線が、可視光検出器４０に到達するために通過することを可能にしなくてもよい。１以上の代替的な実施形態では、フィルタ６０は、本明細書において定義されるように硬化波長半値範囲内に含まれる電磁放射線が、可視光検出器に到達するために通過することを可能にしなくてもよい。１以上の代替的な実施形態では、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法において用いられるフィルタ又はフィルタリングは、重合性材料の重合を実効的に誘導しない光のみが可視光検出器に到達することを可能にしてもよい。
１以上の実施形態では、光検出器４０及び／又はフィルタ６０は、少なくとも、最大放射監視波長λｍａｘ－ｍｏｎを有する光を検出するように構成され得る。換言すれば、光検出器４０及び／又はフィルタ６０は、少なくとも最大放射監視波長λｍａｘ－ｍｏｎが光検出器によって検出されるよう、監視光源３０と整合させられてもよい。
重合性材料から反射された監視光は任意の好適な可視光検出器技術によって測定することができる。例えば、例として、フォトダイオード、光検出器、フォトトランジスタ、アナログ光センサ、デジタル光センサ、周波数光センサ等などの任意の種類の固体感知デバイスが用いられ得る。本明細書に記載されるシステム及び方法の１以上の実施形態において用いられる可視光検出器は、重合性材料から受光された反射光の強度に比例する（例えば、コントローラ５０によって用いられるための）信号を発生し得る。反射監視光の収集、及び本明細書に記載されるシステム及び方法において用いられる可視光検出器への送達は、任意の１以上の屈折及び／又は反射光学デバイス、例えば、レンズ、ミラー、光ガイド、導波路、光ファイバなどを用いて達成され得る。
１以上の実施形態では、可視監視光源３０及び可視光検出器４０は、例えば、ＬＥＤが、駆動されると光源として機能し、無電流条件下で動作させられると光検出器として動作する、パルスモードで駆動されるＬＥＤなどの、１つのデバイス内に組み合わせられ得る。
図１に示される例示的な実施形態では、システム１０は、硬化電磁放射線源２０、監視光源３０、及び可視光検出器４０に動作可能に接続されたコントローラ５０を含む。コントローラ５０はまた、１以上の実施形態では、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法のユーザによって感知され得るフィードバックを発生するように構成された感覚フィードバック発生器７０に動作可能に接続され得る。１以上の実施形態では、感覚フィードバック発生器は、例えば、図２及び図３に示される例示的なシステムに関連して説明されるように１以上の視覚インジケータ及び／又は１以上の可聴／触覚インジケータの形態のものであり得る。
コントローラ５０が可視光検出器４０に動作可能に連結されている１以上の実施形態では、コントローラ５０は、可視光検出器４０によって検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づいて、監視光源３０によって放射された監視光を用いて監視されている重合性材料が、選択された硬化度にいつ達したかを判定するように構成され得る。１以上の実施形態では、可視光検出器によって検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートは、重合性材料の硬化度が増大するにつれて、減少することになる。換言すれば、十分に硬化した重合性材料から拡散反射監視光の強度の変化レートは、重合性材料がほとんど又は全く硬化していない硬化プロセスの開始時に見られるように拡散反射監視光の強度の変化レートよりも著しく低くなる。図６に、ｘ軸に沿った硬化度及び時間並びにｙ軸に沿った拡散反射率を示す一例が線２６として示されており、拡散反射された監視光の強度の変化レートが、本明細書に記載されるように選択された重合性材料の選択された硬化度と相関関係を有し得る選択された変化レートに達する位置に、点２８が位置付けられている。
コントローラ５０が硬化電磁放射線源２０及び可視光検出器４０に動作可能に接続された１以上の実施形態では、コントローラは、可視光検出器４０からの出力に少なくとも部分的に基づいて、後に、硬化電磁放射線源２０が硬化電磁放射線を放射するのを停止するように構成され得る。可視光検出器４０からのその出力は、１以上の実施形態では、重合性材料が、拡散反射された監視光の強度の選択された変化レートと相関関係を有するように選択された硬化度に達したと判定するように構成されたコントローラ５０を用いることを要し得る。このような状況において、例えば、可視光検出器４０は、拡散反射された監視光の強度を指示する信号をコントローラ５０へ出力し得る。更に、可視光検出器４０からのその信号は、拡散反射された監視光の強度が変化するにつれて変化し、コントローラ５０が、本明細書において説明されるように、重合性材料の選択された硬化度と相関関係を有し得る、拡散反射された監視光の強度の変化レートを判定するためのデータを提供する。
本明細書において説明されるように、本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態は、コントローラに動作可能に接続された視覚インジケータの形態の感覚フィードバック発生器を含み得る。コントローラは、視覚インジケータを用いて、可視インジケータの形態の感覚フィードバックをシステムのユーザに提供するように構成されている。１以上の実施形態では、視覚インジケータは、コントローラ５０の制御下で、以下のこと、点灯又は消灯、点滅、色の変更、強度の変更などのうちの１以上を行い、重合性材料の選択された硬化度に達したことの可視指示を提供するライトの形態のものであり得る。１以上の代替的な実施形態では、視覚インジケータの形態の感覚フィードバック発生器は、コントローラ５０に動作可能に接続された表示デバイス上の視覚インジケータ（例えば、例として、ＬＣＤ又は他のディスプレイのスクリーン上に見られるグラフィカルユーザインターフェース（graphical user interface、ＧＵＩ）などの上の１以上のライト、アイコンなど）の形態で提供することができるであろう。
本明細書に記載されるシステムの１以上の実施形態におけるコントローラ５０に動作可能に接続され得る他の感覚フィードバック発生器を、視覚フィードバック以外の感覚フィードバックをシステムのユーザに提供するために用いることもできる。感覚フィードバック発生器は、１以上の実施形態では、人間の耳によって聞こえる振動を発生するために通例用いられるスピーカ、ブザー、サイレンなどの形態のものであり得る。１以上の代替的な実施形態では、感覚フィードバック発生器は、人間のユーザ（例えば、歯科用硬化ライトを保持している人）によって通常触覚的に感知される振動を発生し得る。
１以上の実施形態では、コントローラ５０は、硬化又は重合プロセスが進行していないか、又は要求され、及び／又は望まれているよりもゆっくり進行していることの指示をユーザに提供するために、感覚フィードバック発生器を用いるように構成され得る。このような状況では、感覚フィードバック発生器のうちの１以上は、期待どおり、及び／又は所望どおりに重合性材料の重合が進行している状況において提供されるものとは異なる感覚フィードバックを提供するために用いられ得る。このようなシステム及び／又は方法では、ユーザは、次に、硬化プロセスを修正する、硬化プロセスを停止するなどする機会を有し得る。
本明細書において説明されるように、フィルタリング、及び／又は最大放射硬化波長の電磁放射線を検出しない可視光検出器の使用の代わりに、又はそれに加えて、本明細書に記載されるシステム及び／又は方法の１以上の実施形態は監視光及び／又は任意の硬化電磁放射線のストロービング（strobing）を用い得る。例えば、コントローラは、１以上の実施形態では、監視光源のオン及びオフを繰り返し、適切な間隔の最中にのみ、反射された監視光を検出し得る。１つの代替例では、硬化電磁放射線源がオン及びオフを繰り返されてもよく、可視光検出器は、硬化電磁放射線が放射されない時にのみ反射光を検出されるために用いられる。更に他のシステム及び／又は方法では、監視光源及び硬化電磁放射線源の双方が、一方の発生源が光／電磁放射線を放射している時には、他方の発生源が光／電磁放射線を放射していないように、ストローブされ得る。ストローブされるシステム及び／又は方法では、検出器に到達する光／電磁放射線のフィルタリングは必要なくてもよい。
本明細書に記載されるシステムにおいて用いられるコントローラは任意の好適な形態で提供することができ、例えば、処理ユニット、及び任意選択的に、メモリを含み得る。１以上の実施形態では、コントローラの処理ユニットは、例えば、単一のハードウェア内に統合されるか、又は互いに動作可能に通信することができる複数のハードウェア内に分散され得る、１以上のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field-Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor、ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）状態機械、コンピューティングデバイスなどの形態のものであり得る。
本明細書に記載されるようにシステムは、１以上の実施形態では、可視監視光を放射する監視光源と、重合性材料によって反射された監視光を検出するように構成された可視光検出器と、硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源、並びに可視光検出器、及び、任意選択的に、硬化電磁放射線源に動作可能に連結されたコントローラのうちの一方又は双方とを含み得る。これらの様々な構成要素は種々のデバイス内に組み込まれ得る。１以上の実施形態では、監視光源、及び重合性材料によって反射された監視光を検出するように構成された可視光検出器は、例えば、例として、歯科用硬化ライトにおいて用いられるプローブなどの、一体構造体内に組み込まれ得る。１以上の実施形態では、任意のこのようなプローブはまた、硬化電磁放射線源からの硬化電磁放射線を送出するように設計された、同じシステムの一部分を同様に形成し得る構成要素も含み得る。
本明細書に記載され、及び／又は本明細書に記載される方法において用いられるシステムの形態は、本明細書に記載されるように可視光を用いて監視されるべき重合性材料の形態に基づき、変化し得る。例えば、１以上の実施形態では、重合性材料は、例えば、歯科用修復材料などの、個別の塊の形態のものであり得る。１以上の代替的な実施形態では、重合性材料は、例えば、コーティング、層、フィルムなどの形態のものであり得る。図２及び図３に、重合性材料の硬化を監視するためのシステムの２つの例示的な例が示される。
図２の例示的なシステム１１０は、１以上の実施形態では、例えば、例として、歯の修復などのために用いられる重合性材料を硬化させ、その硬化度を監視するために適し得る手持ち式デバイス内の、任意選択的な硬化光源、監視光源、可視光検出器、及びコントローラを内蔵し得るハウジング１１２を含む。図示されていないが、システム１１０は、電力を必要とする構成要素のうちの任意のものに動作可能に接続された電源を含み得る（電力源は、１以上の実施形態では、ハウジング１１２内に配置され得る）。
図２に示されるシステム１１０はまた、１以上の実施形態では、硬化電磁放射線（存在する場合）及び可視監視光を、選択された重合性材料１８０へ誘導し、送るために用いられる１以上の光ガイドを組み込み得るプローブ１１４を含む。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線及び／又は監視光は伝搬軸１１１に沿って重合性材料１８０へ送られ得る。プローブ１１４はまた、反射された監視光を収集し、それを（例えば、ハウジング１１２内に配置され得る）システム１１０の可視光検出器へ送るように構成された光ガイドを含み得る。１以上の代替的な実施形態では、プローブ１１４自身が、硬化電磁放射線源、監視光源及び／又は可視光検出器などの構成要素のうちの１以上を保持してもよい。１以上の実施形態では、プローブ１１４は、例えば、重合性歯科材料を生体内で硬化させるために、被術者の口腔内に配置するようにサイズ設定され得る。
例示的なシステム１１０は、システム１０のユーザによって感知され得るフィードバックを提供するための１以上の感覚フィードバック発生器を含み得る。図示の実施形態では、感覚フィードバック発生器は、１以上の視覚インジケータ１７０及び／又は１以上の可聴／触覚インジケータ（例えば、スピーカ、振動ユニットなどであり、図２には示されていない）を含み得る。１以上の実施形態では、感覚フィードバックは、重合性材料の硬化度、及び／又は重合性材料の選択された硬化度に達したかどうかに関する指示を提供するべく、ユーザによって感知されるために送られる。
図３は、本明細書に記載されるように重合性材料の硬化を監視するためのシステムの例示的な別の実施形態を示す。１以上の実施形態では、硬化システムは、例えば、米国特許第７，２５０，６１１号（Ａｇｕｉｒｒｅら）に記載されるものと同様であり得る。図示の監視システム２１０は、例えば、重合性材料２８０が配置された基材２８２の上方に配置されたステーションの形態のものであり得る（例えば、基材が、接着剤、テープ、又はウェブベースの製造において用いられる移動ウェブであるプロセス）。基材２８２は、大量の材料のシート又は連続的硬化を提供するために、移動プラットフォーム又はコンベヤベルトなどの、プラットフォーム上に配置することができるか、あるいは基材２８２は、移動ローラ（図示されていない）の間に懸架することができる。
システム２１０のハウジング２１２は、１以上の監視光源を、それらの光源が重合性材料２８０上へ放射する可視監視光２３１を誘導するために必要とされる任意の必須の光学構成要素とともに含み得る。ハウジング２１２はまた、本明細書に記載されるように重合性材料から反射された可視監視光を検出するように構成された１以上の可視光検出器を内蔵又は保持し得る。
１以上の実施形態では、ハウジング２１２はまた、硬化電磁放射線を重合性材料へ送るために用いられる１以上の硬化電磁放射線源及び光学構成要素を含み得る。硬化電磁放射線を送るために用いられる硬化電磁放射線源及び光学構成要素は、１以上の実施形態では、可視監視光が入射する任意の表面が硬化電磁放射線も受けるように、硬化電磁放射線を可視監視光と混合し得る。このようなシステムでは、硬化電磁放射線自体が可視であるか否かにかかわらず、硬化電磁放射線の送達の視覚監視が可能であり得る。
加えて、システム２１０はまた、例えば、ハウジング２１２内の任意の可視監視光源、可視光検出器、及び硬化電磁放射線源に動作可能に連結され得るコントローラ２５０を含む。コントローラは、１以上の実施形態では、例えば、システム２１０によって判定されたときに重合性材料の硬化に関する感覚フィードバックをユーザへ提供するために用いられ得るディスプレイ２７０の形態の感覚フィードバック発生器を含み得る。
図７に、本明細書に記載されるようにシステムの１以上の実施形態において用いられ得るプローブ３１２の例示的な一実施形態が示される。プローブ３１２の図示の実施形態は、本明細書に記載されるように選択された重合性材料のための硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源の役割を果たすＬＥＤ３２２に光学的に連結された光伝送器（例えば、光ミキシングロッド、全内部反射（total internally reflective、ＴＩＲ）光ガイドなど）を含み得る。図示のＬＥＤ３２２は、１つの選択された配列で配置されているが、本明細書に記載されるようにシステムのプローブ上に複数の硬化電磁放射線源を配置するために、更に多くの配列を用いることができるであろうことを理解されたい。更に、図７には５つのＬＥＤ３２２が示されているが、本明細書に記載されるシステムの１以上の代替的な実施形態は、硬化電磁放射線源を１つだけ含むか、又は硬化電磁放射線を、所望の領域上に、選択された重合性材料を重合させるために必要とされる所望の強度で提供するために必要に応じて任意の他の選択された数の硬化電磁放射線源を含み得る。
プローブ３１２はまた、例えば、プローブ３１２が取り付けられたハウジング内に配置され得る可視監視光源によって生成された可視監視光を放射するように構成された可視監視光源伝送器３４２の遠位端を含む。伝送器３４２は、例えば、光ファイバケーブル、光ファイバケーブル束、光ガイド等などの、本明細書に記載されるように種々の異なる形態を取り得る。更に、伝送器３４２は、その遠位端において、可視監視光の分散を制御するためのレンズを含み得る。更に、図７の例示的な実施形態には、１つの可視光源伝送器３４２のみが示されているが、本明細書に記載されるようにシステムにおいて用いられるプローブ３１２の１以上の代替的な実施形態は、任意の好適な様式で配置された２以上の可視監視光源伝送器を含み得ることを理解されたい。更に、例えば、監視光源が、ＬＥＤ、又はプローブ３１２の遠位端上に包含される能力を有する他の構造の形態で提供される場合には、プローブ３１２自身が監視光源又は光源群を含み得る。
プローブ３１２の図示の例示的な実施形態はまた、本明細書に記載されるように重合性材料によって反射された監視光を検出するように構成された可視光集光器３３２を含む。可視光集光器３３２は、例えば、プローブ３１２が取り付けられたハウジング内に配置され得る１以上の可視光検出器に光学的に連結され得る。可視光集光器３３２は、例えば、光ファイバケーブル、光ガイド等などの、本明細書に記載されるように種々の異なる形態を取り得る。更に、本明細書に記載されるようにシステムにおいて用いられる可視光集光器３３２の数は、１つのみの集光器から、本明細書に記載されるようにシステム及び方法における重合性材料から反射された監視光を収集し、伝送するために適した任意の選択された数の集光器まで変化し得る。
本明細書に記載されるように硬化監視システムの例示的な別の実施形態が、図８及び図９に関連して示される。図８に見られるように硬化監視システム４１０はハウジング４１４とミキシングロッド４１６とを含む。１以上の実施形態では、ミキシングロッド４１６は、１以上の硬化電磁放射線源によって放射された電磁放射線と、１以上の可視監視光源によって放射された可視光とを混合して送るように構成されており、硬化電磁放射線源及び可視監視光源はハウジング４１４内に配置されている。１以上の実施形態では、ミキシングロッド４１６はハウジング４１４内の硬化電磁放射線源及び監視光源に光学的に連結され得、これにより、硬化電磁放射線及び監視光は、重合性材料に到達する前にミキシングロッド４１６を通過する。１以上の実施形態では、ハウジング４１４内の可視光検出器もまた、ミキシングロッド４１６に光学的に連結されており、これにより、反射された監視光は、ハウジング４１４内の可視光検出器に到達する前にミキシングロッド４１６を通過する。
１以上の実施形態では、ミキシングロッド４１６は、例えば、ガラス、ポリマー（例えば、ポリカーボネート等）等などの任意の好適な光透過材料で構築され得る。更に、硬化電磁放射線及び可視監視光は伝搬軸４１１に沿ってミキシングロッド４１６内を進み、端面４１７においてミキシングロッド４１６を出ることができる。
ミキシングロッドを用いて硬化電磁放射線及び可視監視光の双方を送る１つの潜在的恩恵は、監視光及び硬化電磁放射線が、それらが誘導された表面、例えば、重合性材料上の同じ領域を占有するような仕方で、監視光を送ることが可能になり得ることである。このような例では、硬化電磁放射線及び監視光によって占有される領域は、例えば、（上述された）図５に見られるものと同様になり得る。
図９に、図８の硬化監視システム４１０が、伝搬軸４１１に沿って眺めた図で見られる。この図では、硬化電磁放射線源４２２が可視監視光源４３４とともにミキシングロッド４１６の端面４１７を通して見えている。硬化電磁放射線源４２２及び可視監視光源４３４の双方は、図示の実施形態では、ＬＥＤの形態のものであり得る。具体的には、可視監視光源４３４のうちの１以上は、パルスモードで駆動されるＬＥＤであり得る。その結果、可視監視光源４３４の役割を果たすパルスモードＬＥＤのうちの１以上はまた、本明細書に記載されるように重合性材料によって反射された監視光を検出するための可視光検出器としても機能し得る。１以上の実施形態では、硬化電磁放射線源４２２及び可視監視光源４３４は、硬化電磁放射線源と監視光源と光検出器４１４との間の潜在的干渉を低減するために、監視光源４３４が可視監視光を放射しない間に硬化電磁放射線が硬化電磁放射線源４２２によって放射されるように、パルス運転されてもよい。
例示的な実施形態
本明細書に記載されるシステム及び方法は、以下の例示的な非限定的実施形態のうちの１以上に記載され得る。
実施形態１．重合性材料の硬化度を監視するためのシステムであって、このシステムは、
４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視監視光を放射し、監視光は、重合性材料の重合を実効的に誘導しない最大放射波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する、監視光源と、
監視光が重合性材料によって拡散反射された後に４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における監視光を検出するように構成された可視光検出器と、
可視光検出器に動作可能に連結されたコントローラと、を備え、このコントローラは、重合性材料が、選択された硬化度にいつ達するかを可視光検出器によって検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づき、判定するように構成されている、システム。
実施形態２．システムが、重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源を更に備える、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３．コントローラが硬化電磁放射線源に動作可能に接続されており、コントローラが、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、硬化電磁放射線源が硬化電磁放射線を放射するのを停止するように構成されている、実施形態２に記載のシステム。
実施形態４．最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）が、硬化電磁放射線源によって放射された硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも５０ｎｍ異なる、実施形態２又は３に記載のシステム。
実施形態５．最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）が、硬化電磁放射線源によって放射された硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも１００ｎｍ異なる、実施形態２～４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６．硬化電磁放射線が４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む、実施形態２～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７．硬化電磁放射線が４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の１以上の波長の可視光を含む、実施形態２～６のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態８．硬化電磁放射線が、赤外スペクトル及び紫外スペクトルのうちの少なくとも一方の電磁放射線を含む、実施形態２～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態９．可視監視光が５００ｎｍ～７００ｎｍの範囲内の１以上の波長における可視光を含む、実施形態１～８のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１０．硬化電磁放射線が、１００ｎｍ以下の硬化電磁放射線の半値放射全幅を有する硬化波長半値範囲を規定する、実施形態２～９のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１１．監視光が、１００ｎｍ以下の監視光の半値放射全幅を有する監視波長半値範囲を規定する、実施形態１～１０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１２．監視光源によって放射される監視光が、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）において、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における硬化電磁放射線源によって放射される硬化電磁放射線の強度の０．１以下の強度を有する、実施形態２～１１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１３．監視光源が最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）の電磁放射線を放射しない、実施形態２～１１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４．システムが、最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する光を透過し、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を透過しないフィルタを更に備え、可視光検出器に向けられた光及び電磁放射線が、可視光検出器に到達する前にフィルタに入射する、実施形態２～１３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１５．システムが、重合性材料の重合を実効的に誘導しない電磁放射線のみが可視光検出器に到達するのを可能にするように構成されたフィルタを備える、実施形態１～１４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１６．可視光検出器が、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を検出しない、実施形態２～１５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７．硬化電磁放射線源と監視光源とが同軸である、実施形態２～１６のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８．監視光源が、監視光が、重合性材料を通過した後に人間の肉眼で見えるような強度を有する監視光を放射する、実施形態１～１７のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１９．システムが、硬化電磁放射線源及び監視光源に光学的に連結されたミキシングロッドを備え、硬化電磁放射線及び監視光が、重合性材料に到達する前にミキシングロッドを通過する、実施形態２～１８のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０．可視光検出器がミキシングロッドに光学的に連結されており、反射された監視光が、可視光検出器に到達する前にミキシングロッドを通過する、実施形態１９に記載のシステム。
実施形態２１．システムが、コントローラに動作可能に連結されたフィードバック発生器を更に備え、コントローラが、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、フィードバック発生器に、感覚フィードバックをユーザに提供させるように構成されている、実施形態１～２０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２２．フィードバック発生器が視覚インジケータ及び可聴／触覚インジケータのうちの一方又は双方を含む、実施形態２１に記載のシステム。
実施形態２３．システムが、人間の口内へ挿入するように構成されたプローブを含む手持ち式デバイスを備え、可視監視光がプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光が、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する、実施形態１～２２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２４．システムが、人間の口内へ挿入するように構成されたプローブを含む手持ち式デバイスを備え、可視監視光及び硬化電磁放射線がプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光が、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する、実施形態２～２２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２５．
重合性材料に、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長の可視監視光を照射し、監視光が重合性材料の重合を実効的に誘導しない最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有し、
４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出すると共に、
重合性材料が、選択された硬化度にいつ達するかを検出された拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づき判定すること、
を含む、重合性材料の硬化度を監視する方法。
実施形態２６．本方法が、重合性材料に硬化電磁放射線を照射することを更に含み、硬化電磁放射線は、重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する、実施形態２５に記載の方法。
実施形態２７．本方法が、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、硬化電磁放射線による重合性材料の照射を停止することを更に含む、実施形態２６に記載の方法。
実施形態２８．本方法が、
可視光検出器を用いて、拡散反射された監視光を検出すると共に、
可視光検出器からの出力に少なくとも部分的に基づいて硬化電磁放射線による重合性材料の照射を停止することと、
を更に含む、実施形態２６又は２７に記載の方法。
実施形態２９．可視光検出器からの出力が、可視光検出器によって検出されたときの拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づく、実施形態２８に記載の方法。
実施形態３０．本方法が、重合性材料が選択された硬化度に達したと判定した後に、重合性材料が選択された硬化度に達したことを指示する感覚フィードバックをユーザに提供することを更に含む、実施形態２５～２９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３１．感覚フィードバックが、可聴フィードバック、視覚フィードバック、及び触覚フィードバックのうちの１以上を含む、実施形態３０に記載の方法。
実施形態３２．最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）が硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも５０ｎｍ異なる、実施形態２６～３１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３３．最大放射監視波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）が硬化電磁放射線の最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）と少なくとも１００ｎｍ異なる、実施形態２６～３１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３４．硬化電磁放射線が４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長の可視光を含む、実施形態２６～３３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３５．硬化電磁放射線が４００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内の１以上の波長の可視光を含む、実施形態２６～３４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３６．硬化電磁放射線が、赤外スペクトル及び紫外スペクトルのうちの少なくとも一方の内部の電磁放射線を含む、実施形態２６～３３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３７．可視監視光が５００ｎｍ～７００ｎｍの１以上の範囲内の波長の可視光を含む、実施形態２５～３６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３８．硬化電磁放射線が１００ｎｍ以下の半値放射全幅を有する、実施形態２６～３７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３９．監視光が１００ｎｍ以下の半値放射全幅を有する、実施形態２５～３８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４０．重合性材料に照射する硬化電磁放射線と監視光とが同軸である、実施形態２６～３９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４１．監視光が、硬化電磁放射線よりも重合性材料の表面の小さい領域を照射する、実施形態２６～４０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４２．監視光によって照射される重合性材料の表面上の監視領域と、硬化電磁放射線によって照射される重合性材料の表面上の硬化領域とが同じである、実施形態２６～４０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４３．重合性歯科材料に照射する可視監視光が、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）において、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における硬化電磁放射線の強度の０．１以下の強度を有する、実施形態２６～４２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４４．監視光が最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）における光を含まない、実施形態２６～４２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４５．本方法が、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線が可視光検出器に到達しないように、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出する可視光検出器に到達する光をフィルタリングすることを更に含む、実施形態２６～４４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４６．本方法が、最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する電磁放射線を検出しない可視光検出器を用いて、監視光が重合性材料によって拡散反射された後の監視光を検出することを更に含む、実施形態２６～４５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４７．監視光が重合性材料の全厚さを貫通する、実施形態２５～４６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４８．監視光が、重合性材料を通過した後に人間の肉眼で見える、実施形態４７に記載の方法。
実施形態４９．監視光が重合性材料の少なくとも４ｍｍを通過する、実施形態４７又は４８に記載の方法。
実施形態５０．監視光が重合性材料の１０ｍｍ以下を通過する、実施形態４７～４９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５１．可視監視光が、人間の口腔内に挿入されたプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光が、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する、実施形態２５～５０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５２．可視監視光及び硬化電磁放射線が、人間の口腔内に挿入されたプローブから放射され、更に、可視光検出器によって検出される監視光が、可視光検出器に到達する前にプローブに入射する、実施形態２６～５０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５３．重合性材料が歯科材料である、実施形態２５～５２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５４．重合性材料が、光開始剤、熱開始剤、化学開始剤、及び触媒の群から選択される少なくとも１つを含む、実施形態２５～５３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５５．重合性材料が充填材を含む、実施形態２５～５４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５６．重合性材料が重合性化学部分を含み、重合性化学部分は監視光を吸収しない、実施形態２５～５５のいずれか１つに記載の方法。
本発明を以下の実施例によって更に説明する。実施例は、けっして、本発明の範囲に限定を課するものと解釈されてはならない。むしろ、本明細書中の説明を読むことによって当業者に示唆され得る様々な他の実施形態、変更形態、及びそれらの等価物を、本発明及び／又は添付の特許請求の範囲を逸脱することなく用いることができることが明確に理解されるべきである。
硬化監視システム
図１０は、以下において説明されるデータを収集するために用いられる硬化監視システムを示す。別途指定のない限り、選択された重合性材料の円盤形のサンプル５８０を、金型として用いるブラックワッシャ５８２内に収容した。サンプル５８０の上部及び下部を平らにプレスした。
サンプル５８０を反射プローブ５２６（Ａｖａｎｔｅｓ，Ａｐｅｌｄｏｏｒｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，ＦＣＲ－７ＵＶＩＲ２００－２－１．５Ｘ１００）のおよそ１ｍｍ下方に配置した。反射プローブ５２６は、実施例の各々に記載されるように異なる波長の監視光を放射するＬＥＤの形態の種々の異なる監視光源５３０に光学的に連結された６本（６）の光ファイバを包含した。各実施例において、監視用ＬＥＤはＴｈｏｒＬａｂｓ Ｍ４１００ ＬＥＤ Ｄｒｉｖｅｒ（ＴｈｏｒＬａｂｓ，Ｎｅｗｔｏｎ，ＮＪ，ＵＳＡ）によって駆動した。
反射プローブ５２６の中心読み取り光ファイバを用いて、反射された監視光を収集し、光検出器５４０（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，ＣＡ，ＵＳＡ，ＰＩＮ１０ＤＰ）へ送った。反射された監視は、（光検出器に到達する前に）以下において説明されるように各実施例における監視波長に対応するバンドパスフィルタ５６０を通過した。光検出器の信号を増幅し（Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ，ＵＳＡ，ＳＲ５７０増幅器）、データ収集コンピュータ５５０へ送信した。各実施例において、光検出器５４０のデータを毎秒１０（１０）サンプルの測度で収集し、全てのデータを、データ点を最大ｍＶ読み値で除算することによって正規化した。
反射プローブ５２６はアクリル光ガイドの中心孔内に配置された。光ガイドには、反射プローブ５２６を包囲して光ガイド５２４を通して硬化光をサンプル５８０へ送るための６つの４５０ｎｍ青色発光ダイオード５２０（ＬＸＺ１－ＰＲ０１ Ｌｕｍｉｌｅｄｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ，ＵＳＡ，ＬＥＤ－４５０ｍＡを適用）が光学的に連結された。実施例において用いられる重合性材料の硬化の波長は電磁放射線スペクトルの可視域内にあるため、実施例では硬化「光」が用いられることに留意されたい。
硬化の定義
バーコル硬さの下部対上部（bottom to top）（Ｂ／Ｔ）比を用いてサンプルの硬化度を定義した。反射プローブ５２６及び光ガイド５２４から見て外方に面したサンプル５８０の表面において、下部のバーコル硬さを測定した。反射プローブ５２６及び光ガイド５２４に面したサンプル５８０の表面において、上部のバーコル硬さを測定した。
以下の手順に従ってバーコル硬さを判定した。各実施例において説明されるように硬化光の照射後に、圧子を備えるＢａｒｂｅｒ－Ｃｏｌｅｍａｎインプレッサー（手持ち式ポータブル硬さ試験機、Ｍｏｄｅｌ ＧＹＺＪ９３４－１；Ｂａｒｂｅｒ－Ｃｏｌｅｍａｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｌｏｖａｓ Ｐａｒｋ，ＩＮ，ＵＳＡ）を用いて、金型の上部及び下部の両方におけるサンプルの硬さを測定した。硬化光露光の終了の１分以内に上部及び下部のバーコル硬さの値を測定した。所与の硬化光露光時間に対して、次式に記述されるように、下部の硬さ値をその硬化光露光時間における全ての上部の硬さ値の算術平均で除算したものを用いて、（少しでも硬化する前のＢ／Ｔ比は完全な硬化後と同じであろうということに留意して、サンプルの少なくともいくらかの硬化後に）下部対上部の比（Ｂ／Ｔ）を算出した：
（下部の硬さ値）／（上部の硬さ値の算術平均）Ｘ１００＝Ｂ／Ｔ比
実施例における重合性材料のサンプルは、所与の露光時間に対してＢ／Ｔ比が０．８以上に達すると、十分に硬化したと見なした。
実施例１－赤色６２５ｎｍ監視光
Ｆｉｌｔｅｋ Ｓｕｐｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ ｓｈａｄｅ Ａ２Ｂ（３Ｍ Ｏｒａｌ Ｃａｒｅ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ）の形態の重合性材料のサンプルを、金型として用いるブラックワッシャ（ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ，Ｅｌｍｈｕｒｓｔ，ＩＬ、ＵＳＡ，ｐａｒｔ＃９８０２９Ａ０２９）内に収容し、厚さ３ｍｍ及び直径７ｍｍである円盤形のサンプルを準備した。サンプル及びワッシャを黒色プラスチック片上に配置した。最初は、硬化光（４５０ｎｍ）の露光時間を１秒に設定した。硬化光への露光後に、サンプルごとに上部及び下部のバーコル硬さを収集した。後続の時点に対してこの手順を繰り返し、露光時間ごとに新たなサンプルを調製した。
本実施例では、監視光源５３０は６２５ｎｍ赤色ＬＥＤ（ＴｈｏｒＬａｂｓ，ｐａｒｔ＃Ｍ６２５Ｆ１）であった。光検出器５４０と接続して用いたバンドパスフィルタ５６０は６３０ｎｍバンドパスフィルタ（ＴｈｏｒＬａｂｓ，ｐａｒｔ＃ＦＢ６３０－１０）であった。光検出器のためのベースラインを確立するために、硬化光ＬＥＤを点灯する前に６２５ｎｍ赤色ＬＥＤ監視光をおよそ５秒間点灯した。次に、サンプルを４５０ｎｍ青色硬化光に１５秒間露光し、その一方で、監視光ＬＥＤを同時に用いて硬化を監視した。１５秒後に硬化光を消灯し、監視光を用いたおよそ５秒の引き続きの露光を収集し、硬化後のベースラインを確立した。データを光検出器５４０からミリボルト（ｍＶ）信号として収集した。データを最大ｍＶ読み値に対して正規化し、正規化反射率として報告した。
表１に結果の概略を示す。各時点は複数回反復された。上述したように下部対上部の比を算出した。表１は、平均Ｂ／Ｔ比、及び各時点において収集されたデータ点の標準偏差をまとめたものである。４秒以上の露光時間は、以上において定義されたように十分に硬化したものになった（即ち、このようなサンプルは０．８以上のＢ／Ｔ比を有した）。
Figure 0007330097000001
図１１のグラフは、光検出器によって測定された監視光の反射率のプロットである（硬化光の露光前に収集された５秒の反射率データは１秒に切り捨てた）。このグラフ上に重ね合わせられているのは、表１のＢ／Ｔ硬さデータである。図１１のグラフは、監視光の反射率の変化が減速及び／又は停止する時間と相関関係を有する（十分な硬化の点における）約４秒において、Ｂ／Ｔ硬さが変化を減速及び／又は停止することを実証している。
図１２は、本実施例のＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。直線関係が、Ｂ／Ｔ比と、光検出器によって検出されたときの監視光の反射率との相関を実証しており（これは、点を通って単純線形回帰直線を引き、その結果、０．９のＲ２乗値を得たことによって確認される）－反射監視光とサンプルの十分な硬化との予測相関を実証している。
実施例２－緑色５３０ｎｍ監視光
実施例２では、実施例１の６２５ｎｍ監視光ＬＥＤの代わりに５３０ｎｍ監視光ＬＥＤ（ＴｈｏｒＬａｂｓ Ｍ５３０Ｆ１）を用いたことを除いて、実施例１において用いた同じプロセス、装置、及び材料を用いた。加えて、光検出器とともに用いるバンドパスフィルタを５３０ｎｍバンドパスフィルタ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ ＦＢ５３０－１０バンドパス）に変更した。
図１３のグラフは、光検出器によって測定された監視光の反射率のプロットである（硬化光の露光前に収集された５秒の反射率データは１秒に切り捨てた）。このグラフ上に重ね合わせられているのは、実施例２について収集されたＢ／Ｔ硬さデータである。図１３のグラフは、監視光の反射率の変化が減速及び／又は停止する時間と相関関係を有する（十分な硬化の点における）約４秒において、Ｂ／Ｔ硬さが変化を減速及び／又は停止することを実証している。
図１４は、本実施例のＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。直線関係が、Ｂ／Ｔ比と、光検出器によって検出されたときの監視光の反射率との相関を実証しており（これは、点を通って単純線形回帰直線を引き、その結果、０．９のＲ２乗値を得たことによって確認される）－この場合も先と同様に、反射監視光とサンプルの十分な硬化との予測相関を実証している。
実施例３－赤色７４０ｎｍ監視光
実施例２では、実施例１の６２５ｎｍ監視光ＬＥＤの代わりに７４０ｎｍ監視光ＬＥＤ（ＴｈｏｒＬａｂｓ Ｍ７４０Ｆ１）を用いたことを除いて、実施例１において用いた同じプロセス、装置、及び材料を用いた。加えて、光検出器とともに用いるバンドパスフィルタを７４０ｎｍバンドパスフィルタ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ ＦＢ７４０－１０バンドパス）に変更した。
図１５のグラフは、光検出器によって測定された監視光の反射率のプロットである（硬化光の露光前に収集された５秒の反射率データは１秒に切り捨てた）。このグラフ上に重ね合わせられているのは、実施例３について収集されたＢ／Ｔ硬さデータである。図１５のグラフは、監視光の反射率の変化が減速及び／又は停止する時間と相関関係を有する（十分な硬化の点における）約４秒において、Ｂ／Ｔ硬さが変化を減速及び／又は停止することを実証している。
図１６は、本実施例のＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。直線関係が、Ｂ／Ｔ比と、光検出器によって検出されたときの監視光の反射率との相関を実証しており（これは、点を通って単純線形回帰直線を引き、その結果、０．９のＲ２乗値を得たことによって確認される）。この場合も先と同様に、反射監視光とサンプルの十分な硬化との予測相関を実証している。
実施例４－監視光貫通の深さ
図１０において説明された装置を実施例３の７４０ｎｍ赤色監視ＬＥＤ及び７４０ｎｍバンドパスフィルタとともに用いた。サンプルの厚さが５ｍｍであったことを除いて、実施例１～３の場合と同様に、Ｆｉｌｔｅｋ Ｂｕｌｋ Ｆｉｌｌ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ Ａ２ ｓｈａｄｅ（３Ｍ Ｏｒａｌ Ｃａｒｅ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ）の形態の重合性材料の厚さ５ｍｍのサンプルをブラックワッシャ（ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ，Ｅｌｍｈｕｒｓｔ，ＩＬ，ＵＳＡ，ｐａｒｔ＃９８０９９Ａ０２９）内で調製した。サンプル及びワッシャを監視光の下で白色プラスチック片上に配置した。光検出器からの反射率のベースライン読み値を確立するために、監視光をおよそ５秒間点灯した。次に、実施例１～３の場合と同様にサンプルを４５０ｎｍ青色硬化光に様々な硬化時間にわたって露光した。同時に、監視光（７４０ｎｍ赤色）を用いてサンプルの硬化を監視した。４５０ｎｍ青色硬化光を消灯した後に、監視光によるおよそ５秒の引き続きの露光を用いて、光検出器からの硬化後のベースラインを確立した。試験ごとに３回測定を行い、３回の試験からのデータを平均した。
表２は、露光時間の関数としての下部対上部（Ｂ／Ｔ）硬さ比を示す。１０秒以上の期間にわたる硬化光への露光に対するＢ／Ｔ比が、十分に硬化したものであった（即ち、０．８以上のＢ／Ｔ比を有した）。
Figure 0007330097000002
図１７に示されるグラフは、６、１０及び１６秒間にわたる硬化光への露光後における実施例４のサンプルの正規化反射率データを示す。５秒の硬化前のベースラインデータは１秒に切り捨て、硬化後のベースラインデータは示していない。Ｂ／Ｔ比は、１０秒以上の硬化光露光時間が、十分に硬化した厚さ５ｍｍのサンプルを生じさせたことを示す。反射率曲線は各々、Ｂ／Ｔ硬さ比によって判定されたときにサンプルが十分に硬化するのと同時に定常状態に達する。
比較してみると、６秒のみの硬化光露光について収集されたＢ／Ｔ比データは、サンプルが十分に硬化していないことを示し、これは、図１７のグラフにおいて見られるように、反射率曲線が定常状態に達しなかったことと相関関係を有する。
このデータはまた、Ｂ／Ｔ比及び正規化反射率が両方とも、十分に硬化したサンプルを指示する定常状態に達しているため、監視光がサンプルの５ｍｍの厚さを貫通していることを実証している。
実施例５－赤色６２５ｎｍ監視光（２部分レドックス硬化系）
Ｃｏｎｃｉｓｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｈａｄｅ（３Ｍ Ｏｒａｌ Ｃａｒｅ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡからの重合性歯科材料）の形態の２部分レドックス硬化型重合性材料のサンプルを等分に完全に混合し、得られた混合物を、金型として用いるブラックワッシャ（ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ，Ｅｌｍｈｕｒｓｔ，ＩＬ，ＵＳＡ，ｐａｒｔ＃９８０２９Ａ０２９）内に収容し、厚さ３ｍｍ及び直径７ｍｍである円盤形のサンプルを準備した。
本実施例では、監視光源５３０は６２５ｎｍ赤色ＬＥＤ（ＴｈｏｒＬａｂｓ，ｐａｒｔ＃Ｍ６２５Ｆ１）であり、硬化光を用いなかった。円盤形のサンプルを、形成されてから１０秒以内に監視光の下に配置した。光検出器５４０と接続して用いたバンドパスフィルタ５６０は６３０ｎｍバンドパスフィルタ（ＴｈｏｒＬａｂｓ，ｐａｒｔ＃ＦＢ６３０－１０）であった。サンプルデータを光検出器５４０からミリボルト（ｍＶ）信号として収集した。時間の関数としての光検出器によって測定された監視光の反射率のプロットは、実施例１の図１１のものと同様のプロファイルを示し、検出された反射監視光の強度の変化レートは６分以内に無視できるようになった。それゆえ、レドックス硬化型重合性材料の硬化もまた、可視監視光の強度の変化を検出することによって監視することができるであろう。
比較例
監視光を用いず、光検出器に到達する光の波長を制限するためのバンドパスフィルタを用いなかったことを除いて、実施例１において用いたのと同じ装置及びサンプル材料を用いた。その結果、硬化プロセスの間に光検出器によって反射硬化光を検出した。
図１８は、１５秒の露光期間にわたって光検出器によって検出されたときの青色硬化光の反射率を示すグラフである。このグラフは、Ｂ／Ｔ比硬さ曲線は約５秒において変化を停止するが（実施例１と一貫している）、その一方で、反射率曲線は１５秒の期間の残りの部分にわたって変化し続けることを実証している。実施例１～３とは異なり、反射率曲線のどの特徴的部分も、サンプルの完全な硬化を定義するＢ／Ｔ比と対応しない。
図１９は、この比較例についてのＢ／Ｔ比対正規化反射率のプロットである。点を通って単純線形回帰を引くと、得られたＲ２乗値は０．５である－これは、反射監視光とサンプルの硬化との相関性が乏しいことを示す。
本明細書で使用する時に、用語「～を備える（comprisesn」、「～を備える（comprising）」、「～を含む（includes）」、「～を含む（including）」、「～を有する（has）」、「～を有する（having）」、「～を包含する（contains）」、「～を包含する（containing）」、「～によって特徴付けられる（characterized by）」又はこれらの任意の他の変形は、列挙されている構成要素の、別途明示的に指示される任意の限定を受ける、非排他的包含を含むことが意図される。例えば、要素（例えば、構成要素若しくは特徴若しくはステップ）のリストを「備える」システム及び／若しくは方法は、必ずしもそれらの要素（又は構成要素若しくは特徴若しくはステップ）のみに限定されるわけではなく、明確に挙げられていない、又はシステム及び／若しくは方法に固有の他の要素（又は構成要素若しくは特徴若しくはステップ）を含み得る。
本明細書で使用する時に、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」が付いた構成要素への言及は、１以上の構成要素及び当業者に公知のその等価物を含み得る。更に、用語「及び／又は」は、列挙された構成要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された構成要素のうちの任意の２以上の組み合わせを意味する。
本明細書で使用する時に、移行句「～からなる（consists of）」及び「～からなる（consisting of）」は、指定されていないあらゆる要素、ステップ、又は構成要素を除外する。例えば、請求項のプリアンブルにおいて用いられる「～からなる（consists of）」又は「～からなる（consisting of）」は、請求項を、請求項において具体的に列挙された構成要素又はステップに限定するであろう。句「～からなる（consists of）」又は「～からなる（consisting of）」が、プリアンブルの直後ではなく、請求項の本文の節内に現れる時には、句「～からなる（consists of）又は「～からなる（consisting of）は、その節に記載されている構成要素又はステップのみを限定し、他の構成要素又はステップは請求項全体から除外されない。
本明細書において特定した特許、特許文献、及び刊行物の完全な開示は、それぞれが個別に組み込まれたかのごとく、それらの全体が参照により組み込まれる。本明細書と、こうした組み込まれたいずれかの文献における開示との間に矛盾又は食い違いが存在する場合には、本明細書が優先するものとする。
本発明の一般的原理、先の詳細な説明、及び実施例の上述の開示から、当業者は、本発明が受け得る様々な変更、再構成及び置換、並びに本発明がもたらし得る様々な利点及び恩恵を容易に理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項及びそれらの均等物によってのみ限定されるべきである。

Claims (3)

  1. 重合性材料の硬化度を監視するためのシステムであって、
    ５５０ｎｍよりも大きい１以上の波長における可視監視光を放射し、前記可視監視光が前記重合性材料の重合を誘導しない最大放射波長（λｍａｘ－ｍｏｎ）を有する、監視光源と、
    前記可視監視光が前記重合性材料によって拡散反射された後に４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲内の１以上の波長における拡散反射監視光を検出するように構成された可視光検出器と、
    前記可視光検出器に動作可能に連結されたコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記重合性材料が、選択された硬化度にいつ達するかを前記可視光検出器によって検出された前記拡散反射監視光の強度の選択された変化レートに少なくとも部分的に基づき判定するように構成されている、システム。
  2. 前記システムは、前記重合性材料の硬化が誘導される最大放射硬化波長（λｍａｘ－ｃｕｒｅ）を有する硬化電磁放射線を放射するように構成された硬化電磁放射線源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記コントローラが前記硬化電磁放射線源に動作可能に接続されており、前記コントローラは、前記重合性材料が前記選択された硬化度に達したと判定した後に、前記硬化電磁放射線源が前記硬化電磁放射線を放射するのを停止するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
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