Устройство контроля удаления зубного камня
Полезная модель относится к области лазерной техники и более конкретно - к технологии удаления камня, в которой контроль удаления представляет собой модернизацию, дополнение к этой технологии. Устройство контроля удаления зубного камня, содержит лазерный прибор удаления зубного камня, гибкое оптическое волокно. Также устройство содержит источник зондирующего излучения, линзу, дихроичное зеркало. При этом дихроичное зеркало хорошо пропускает зондирующее излучение и отражает флюоресценцию. Устройство также содержит светофильтр, который пропускает флюоресценцию, но не пропускает зондирующее излучение, фотоприемник и регистрирующий прибор. При этом зондирующий источник излучает в спектральном диапазоне от 360 нм до 375 нм. Предлагаемая полезная модель обеспечивает получение четкой информации о достижении границы раздела «камень-корень зуба», повышение точности контроля удаления зубного камня, а также отсутствие риска нарушения целостности здоровой ткани зуба. 1 з.п. ф-лы, 3 фиг.
Полезная модель относится к области лазерной техники и более конкретно - к технологии удаления камня, в которой контроль удаления представляет собой модернизацию, дополнение к этой технологии. В настоящее время разрабатываются и внедряются в медицинскую практику новые методы удаления камня, использующие ультразвуковую и лазерную абляцию. Эти методы, безусловно, являются более перспективными в сравнении с традиционным экскаватором или механической турбиной [см., например, Eberhard J, et al. "Efficacy of subgingival calculus removal with Er: YAG laser compared to mechanical debridement: an in situ study", J. Clin. Periodontol, 30:511-518 (2003) или Akira Aoki et al, "Lasers in nonsurgical periodontal therapy", Periodontology, 36, 2004, 59-97 (2004) или Johan F. Kraft et al., "Calculus removal on a root cement surface by ultrashort laser pulses", Applied Surface Science 254, 1895-1899 (2008) или Derdilopoulou FV at al. "Microbiological findings after periodontal therapy using curettes, Er: YAG laser, sonic, and ultrasonic scalers", J. Clin Periodontol. 34:588-598 (2007) и др.]. Однако для эффективного применения новых подходов нужно также обеспечить точный контроль процесса удаления камня. В отсутствие такого контроля всегда есть риск удаления здоровой ткани зуба и его дальнейшего разрушения. Традиционные визуальный и тактильный методы детектирования зубного камня неприемлемы для такого контроля в реальном времени и, конечно, они очень неточные. Радиографический и ультразвуковой методы, а также методы оптического рассеяния и томографии или дороги, или не обладают необходимым пространственным разрешением.
В последние десятилетия в биомедицинской диагностике активно применяются оптические флюоресцентные методы, так как они неинвазивные и очень чувствительные (J.Clinical Periodontology, 2005, Influence of handling-relevant factors on behaviour of a novel calculus-detection device, стр.323-328). Поскольку сигналы флюоресценции от корня зуба и от камня отличаются, то этот факт может быть использован для контроля процесса удаления камня и своевременной остановки этого процесса при достижении границы раздела «камень-корень зуба». Устройство флюоресцентного контроля может оптимально сочетается с лазерным литотриптором. Действительно, оптическое волокно, по которому поступает к зубу интенсивное лазерное излучение литотриптора, нетрудно конструктивно сопрячь с оптическим волокном, которое будет доставлять на обрабатываемый участок зуба низкоинтенсивное зондирующее излучение и по которому в обратном направлении будет идти информативный сигнал флюоресценции.
Таким образом, процесс удаления камня может сопровождаться детектированием вида поверхности, которая подвергается лазерной абляции в реальном времени. Как только последний слой зубного камня снят, сигнал флюоресценции резко изменяется, свидетельствуя о том, что интенсивное деструктивное и слабое зондирующее излучение падает уже не на камень, а на корень зуба.
Очевидно, что выбор длины волны зондирующего излучения, возбуждающего флюоресценцию, а также спектральной области регистрации флюоресценции должен кардинально влиять на чувствительность и пространственное разрешение детектирования границы раздела «камень-корень зуба».
Техническим результатом данной полезной модели является создание устройства для получения четкой информации о достижении границы раздела «камень-корень зуба», обеспечивающего повышение точности контроля удаления зубного камня, а также исключающего риск нарушения целостности здоровой ткани зуба.
Технический результат достигается тем, что устройство для удаления зубного камня содержит лазерный прибор удаления зубного камня - литотриптор, гибкое оптическое волокно, коллинеарно примыкающее к оптическому волокну литотриптора, источник зондирующего излучения, линзу, фокусирующую зондирующее излучение на вход волокна, дихроичное зеркало, которое пропускает зондирующее излучение и отражает флюоресценцию, светофильтр, который пропускает флюоресценцию, но не пропускает зондирующее излучение, фотоприемник и регистрирующий прибор. Источником зондирующего излучения является светодиод или лазер.
Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1-2.
В ходе проведения экспериментов, нами были получены данные, согласно которым флюоресценцию, интенсивность которой от камня и от корня зуба существенно отличается, можно возбудить излучением на длинах волн как в области 360-375 нм, так и в области 630-640 нм. При этом информативными являются стоксовы компоненты спектра флюоресценции, которые просто выделить, например, стандартными абсорбционными фильтрами. На фиг.1 показаны спектры флюоресценции камня и корня зуба при использовании в качестве зондирующего излучения гелий-неонового лазера (633 нм) и светодиода (369 нм). На фиг.1 приведены также спектры пропускания стандартных светофильтров ЖС-10 или КС-18. которые можно применить для выделения информативного сигнала флюоресценции. Как видно на фиг.1, интенсивность флюоресценции камня превышает его значение для корня зуба при возбуждении красным светом на длине волны 633 нм, а при ультрафиолетовом возбуждении на длине волны 369 нм ситуация противоположная. Такой характер спектров объясняется различным составом флюорофоров, входящих в состав камня и корня зуба. Для практической реализации устройства контроля удаления камня характер такого поведения не является принципиальным. Важен диапазон и скорость изменения сигнала флюоресценции по мере удаления камня с поверхности зуба.
Эти экспериментальные данные приведены на фиг.2. Как видно, интенсивность флюоресценции при ее возбуждении излучением на длине волны 633 нм уменьшается по мере удаления камня примерно на полтора порядка. Падение информативного сигнала по мере послойного удаления камня хорошо описывается экспонентой exp[-440(d0-d)], учитывающей ослабление в камне как возбуждающего излучения, так и флюоресценции. Здесь d - толщина удаляемого камня, a d0 - его исходная толщина.
При возбуждении флюоресценции излучением на длине волны 369 нм зависимость иная. В этом случае интенсивность флюоресценции корня зуба выше интенсивности флюоресценции камня примерно на четыре порядка. При толщине камня на уровне 60 мкм и более регистрируемый сигнал обусловлен как флюоресценцией от камня, так и от корня зуба. При d<60 мкм превалирует флюоресценция от корня зуба. Поэтому регистрируемый сигнал резко возрастает при приближении к границе раздела «камень-корень зуба».
Таким образом, можно заключить, что устройство флюоресцентного детектирования границы раздела «камень-корень зуба» является наиболее чувствительным и достоверным при ультрафиолетовом возбуждении флюоресценции на длине волны 369 нм. Устройство контроля удаления зубного камня схематично представлено на фиг.3.
Данная полезная модель работает следующим образом.
Оптическое волокно лазерного литотриптора (1) соединяют с оптическим волокном источника зондирующего излучения (4) так, что эти волокна (2) ориентированы параллельно вблизи объекта облучения - зуба (3), а их выходные торцы находятся на одном уровне. Излучение зондирующего источника фокусируют линзой (5) на вход оптического волокна, которое транспортирует зондирующее излучение к зубу. По этому же оптическому волокну в обратном направлении поступает флюоресценция от зуба к фотоприемнику (8). Интенсивность флюоресценции детектируют регистрирующим прибором (9). Для отделения зондирующего излучения от флюоресценции используют наклонное дихроичное зеркало (6), которое хорошо пропускает зондирующее излучение и отражает флюоресценцию. Перед фотоприемником помещают светофильтр (7), который не пропускает зондирующее излучение, но пропускает флюоресценцию. Источником зондирующего излучения может быть светодиод или лазер. Предпочтительно в качестве источника зондирующего излучения использовать светодиод, поскольку он дешевле, экономичнее и компактнее лазера.
1. Устройство контроля удаления зубного камня, характеризующееся тем, что оптическое волокно лазерного литотриптора соединяют с оптическим волокном источника зондирующего излучения так, что эти волокна ориентированы параллельно вблизи объекта облучения - зуба, а их выходные торцы находятся на одном уровне, излучение зондирующего источника фокусируют линзой на вход оптического волокна, которое транспортирует зондирующее излучение к зубу, по этому же оптическому волокну в обратном направлении поступает флюоресценция от зуба к фотоприемнику, интенсивность флюоресценции детектирует регистрирующим прибором, для отделения зондирующего излучения от флюоресценции используют наклонное дихроичное зеркало, которое хорошо пропускает зондирующее излучение и отражает флюоресценцию, перед фотоприемником помещают светофильтр, который не пропускает зондирующее излучение, но пропускает флюоресценцию.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зондирующий источник излучает в спектральном диапазоне от 360 нм до 375 нм.
РИСУНКИ
