Brevet FR2789294A1 — publié le 20000811

-1- 2789294 La présente invention a pour objet un dispositif permettant la photo activation de matériaux composites photosensibles utilisés notamment dans le domaine dentaire. Dans le domaine dentaire les matériaux composites sont constitués d'une résine photopolymérisable réagissant à la lumière par modification de ses couches moléculaires ou par transformation thermique de ses molécules. Ces deux phénomènes, qui peuvent se conjuguer, sont dépendants de la longueur d'onde du rayonnement émis mais aussi de la capacité d'absorption du matériau composite et ont pour effet d'activer ses photo initiateurs et d'obtenir un corps aux propriétés mécaniques et esthétiques définies en fonction de l'application dentaire. Les appareils de photopolymérisation sont généralement constitués d'un boîtier renfermant une source émettrice contrôlée par un circuit électronique qui comporte une minuterie permettant d'optimiser le temps d'exposition de manière à minimiser l'échauffement des tissus environnant la zone à traiter. Par ailleurs pour avoir la certitude de recouvrir le domaine spectral de photosensibilité du matériau utilisé et fournir suffisamment d'énergie à la réaction, ces appareils utilisent des lampes, dont le spectre d'émission est très large, en association avec des filtres. Parmi les différentes sources lumineuses, on a utilisé des lampes à vapeur de mercure, mais celles-ci émettent trop de rayonnements ultraviolets, dangereux pour les yeux du patient. Pour éviter cet inconvénient ces lampes ont été remplacées par des lampes halogènes. Toutefois ces lampes dont le rapport lumen/watt est faible nécessitent une exposition de la zone à traiter d'une durée importante contraignant le patient à garder longtemps la bouche ouverte. D'autre part cette surexposition s'accompagne d'un échauffement de la lampe qui nécessite l'utilisation de systèmes de refroidissement bruyants et volumineux. -2- 2789294 Pour remédier à ces inconvénients on utilise actuellement des lampes à arc Plasma présentant une meilleure efficacité lumen/watt et dont on utilise une partie du spectre entre 430 et 490.m, ce qui permet d'augmenter significativement l'énergie délivrée et de disposer de la puissance requise pour une polymérisation rapide. Toutefois, cette augmentation de la puissance s'accompagne d'une forte augmentation de la chaleur dégagée. Dans les appareils connus à ce jour d'une part la conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse est médiocre, et d'autre part les systèmes de refroidissement sont complexes et bruyants, ce qui augmente le coût de l'appareil. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un appareil de photopolymérisation de matériaux composites et de produits pour le blanchiment des dents permettant de réaliser une photopolymérisation graduelle des différentes couches du matériau à traiter tout en permettant de conserver un temps d'exposition faible et de réduire de façon significative la chaleur dégagée. L'appareil de photopolymérisation selon l'invention comprend un boîtier renfermant une unité d'alimentation électrique pilotée électriquement par une unité centrale électronique et une source de lumière reliée à ladite alimentation caractérisé en ce que la source de lumière est constituée d'une part d'une pluralités de diodes lumineuses associées chacune à une ou plusieurs fibres optiques, lesquelles fibres optiques sont destinées à recueillir la lumière émise par lesdites diodes et sont réunies et maintenues de façon à obtenir à la sortie du réseau de fibres optiques la surface d'émission la plus petite possible, ladite émission lumineuse étant guidée par un guide optique, relié à la sortie desdites fibres optiques, sur la surface à traiter et en ce que le couplage entre une diode et une ou plusieurs desdites fibres optiques est réalisée en -3- 2789294 ajustant optiquement au mieux la surface émettrice de la diode avec la ou les fibres optiques correspondantes de manière à recueillir la maximum de la partie active de l'émission lumineuse de chaque diode dans la ou les fibres correspondantes. Ainsi la répartition spectrale de l'émission lumineuse guidée sur la zone à traiter et qui est déterminée par les caractéristiques spectrales et énergétiques des émissions lumineuses des diodes peut être modifiée en coupant ou non l'alimentation des diodes émettant dans un spectre donné et/ou en commandant l'alimentation en courant des diodes de manière à faire varier leur puissance d'émission et donc leurs caractéristiques optiques. Les diodes lumineuses peuvent être des diodes électroluminescentes ou des diodes Lasers. L'entrée de chaque fibre est située soit en regard et à proximité immédiate de la surface émissive de la diode correspondante soit en regard et à proximité immédiate d'un dispositif optique d'imagerie disposé devant la surface émissive de ladite diode. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention les diodes sont disposées régulièrement sur une plaque et les fibres optiques sont insérées chacune dans un trou de diamètre légèrement supérieure au diamètre desdites fibres et pratiqué dans une plaque positionnée par des moyens de centrage à proximité de la plaque support de diodes et dont le pas des trous est égal à celui desdites diodes. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention la commande de l'alimentation des diodes électroluminescentes peut être effectuée manuellement au moyen de boutons de réglage ou automatiquement au moyen de l'unité centrale renfermant dans sa mémoire les paramètres inhérents à la commande desdites diodes permettant d'obtenir différents profils énergétiques. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention l'alimentation électrique des diodes est -4- 2789294 réglable en mode pulsée de manière à obtenir des puissances instantanées plus élevées, favorable pour des applications particulières de polymérisation. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention la résultante lumineuse en sortie du faisceau de fibres optiques comporte au moins deux longueurs d'ondes se situant préférentiellement respectivement autour de 380 ou 475pm et 750gm, de manière à obtenir à la fois un rayonnement nécessaire à certains matériaux composites et un rayonnement adapté pour une action thermique sur les produits destinés aux blanchiment des dents. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention le coeur du guide optique dans lequel se propage la résultante lumineuse en sortie du faisceau de fibres optiques peut être réalisé en matière plastique, en verre, ou être liquide. Les avantages et les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. - la figure 1 représente le schéma synoptique du dispositif selon l'invention. - la figure 2a représente une vue en perspective de la source lumineuse constituée d'une multiplicité de diodes électroluminescentes associées chacune à une fibre optique. - la figure 2b représente une vue de détail du couplage d'une diode avec une fibre optique. la figure 3a représente le spectre d'émission de quatre diodes électroluminescentes de composantes spectrales différentes. - la figure 3b représente le spectre global résultant de l'addition des émissions lumineuses des quatre diodes précdentes. - 2789294 Si on se réfère à la figure 1 on peut voir qu'un appareil destiné à la photopolymérisation de matériaux composites et à la photoactivation de produits destinés au blanchiment des dents est constitué d'un boîtier 1 abritant une unité centrale électronique 10 reliée électriquement à une unité d'alimentation 11 d'une source lumineuse 2 générant de la lumière destinée à être appliquée au moyen d'un guide d'ondes 12 se terminant par un embout coudé 12', sur une zone à traiter, non représentée. L'unité centrale 10 est également reliée électriquement à une interface 13 comportant des touches de commande 14 et 14' et des voyants de contrôle 15 permettant à l'opérateur de dialoguer avec l'appareil et notamment de régler les paramètres inhérents à l'émission de la lumière. Si on se réfère maintenant à la figure 2a on peut voir que la source lumineuse 2 comprend une pluralité de diodes électroluminescentes 20 disposées régulièrement sous la forme d'une matrice et solidarisées sur un support 21, par exemple par collage, muni de connexions électriques 22 permettant de connecter les diodes 20 à l'unité d'alimentation 11 et un faisceau de fibres optiques 23, dont pour chaque fibre optique 23 l'une des extrémités est placée et maintenue en regard de la surface émettrice d'une diode électroluminescente 20 de manière à recueillir l'onde lumineuse qu'elle émet. La figure 2b montre une diode électroluminescente 20 comportant une surface d'émission 25 située en regard et à proximité immédiate de la surface d'entrée 26 d'une fibre optique 23 couplée à ladite diode 2 et dont les dimensions de la surface d'entrée 26 de la fibre 23 sont sensiblement identiques à celles de la surface 25 d'émission de la diode 20 de manière à recueillir le maximum de la partie active de la surface 25 d'émission de la diode 20. Les fibres optiques 23 peuvent être insérées dans trous pratiquées dans une plaque, avec un pas de -6- 2789294 perçage sensiblement identique au pas de répartition des diodes 20. Le couplage des diodes 20 ainsi réalisé avec les fibres optiques 23 permet donc de concentrer la lumière issue des différentes diodes 20 et d'obtenir un éclairage par unité de surface important. On peut voir également que les fibres optiques 23 sont réunies et maintenues à leur autre extrémité dans une bague 24 permettant d'obtenir à sa sortie une surface d'émission de faibles dimensions et un mélange des ondes lumineuses issues des différentes fibres optiques qui sera acheminée à travers le guide d'ondes 12 qui est sensiblement de même diamètre que le diamètre de la bague 24. Le guide d'ondes 12 peut être une fibre optique liquide présentant une perte en ligne très faible et offrant une bonne homogénéisation de la lumière issue des diodes 20 par l'intermédiaire des fibres optiques 23. Les diodes électroluminescentes 20 peuvent être pilotées électriquement soit manuellement au niveau de l'interface 13 en actionnant des touches 14 prévues à cet effet, soit par l'unité centrale 10 au moyen d'un programme de commande de la puissance des diodes 20 agissant sur l'unité d'alimentation 11 de ces dernières. De ce fait les diodes 20 peuvent être commandées en alimentation électrique, tout ou rien, individuellement ou par paquet de diodes de même spectre d'émission, de manière à pouvoir modifier le spectre d'émission de la résultante lumineuse à la sortie du toron 24. IL est également possible de modifier le spectre global d'émission en faisant varier l'intensité du courant électrique traversant les diodes 20, cette variation s'accompagnant d'une variation de la puissance émise par la diode 20 qui provoque une variation du spectre global. Ainsi la variation du courant dans un ensemble de diodes 20 d'un type spectral donné entraînera une modification de la puissance d'émission des diodes 20 et donc une variation du spectre de la résultante lumineuse -7- 2789294 en sortie du réseau de fibres optiques 23, de même que l'interruption de l'alimentation des diodes de l'un de ses ensembles modifiera, par suppression d'un spectre, les composantes spectrales de la résultante lumineuse en sortie du toron 24. Les diodes électroluminescentes 20 seront de préférence du type sans lentille optique de couplage et les fibres optiques 23 seront de préférence des fibres présentant une ouverture numérique importante pour capter la maximum de lumière émise par les diodes électroluminescentes 20 et présentant une atténuation linéique faible dans les domaines de longueur d'onde utilisés. Sur la figure 3a on peut voir quatre courbes 30, 31, 32, 33 qui représentent chacune le spectre d'émission d'un type de diodes électroluminescentes 20 comportant une longueur d'onde respectivement, 380, 450, 520 et 820.m, pour laquelle l'émission lumineuse est maximale. Dans ce cas les diodes électroluminescentes 20 dont le spectre se situe autour de 380 gm sont particulièrement adaptées pour le traitement de matériaux plus sensibles aux ultraviolets, tandis que les diodes électroluminescentes dont le spectre se situe autour de 450 gm sont adaptées pour le traitement des matériaux composites de la famille, par exemple, des camphoroquinones et les diodes dont le spectre se situe autour de 820 gm permettent une action thermique sur les produits de blanchiments. Ainsi le choix des caractéristiques spectrales de la lumière émise par les diodes électroluminescentes permet d'obtenir le profil spectral 34 souhaité (figure 3b) en fonction de l'application, par addition de la lumière émise par les différentes diodes 20. Par conséquent, contrairement aux systèmes actuels qui provoquent des pertes de lumière au niveau des dispositifs de filtrage empêchant toute modulation sur les zones non filtrées le dispositif selon l'invention permet de -8- 2789294 d'obtenir le profil spectral souhaité et toute la quantité de lumière émise. On notera que du fait que les diodes électroluminescentes 20 ont une faible consommation en courant électrique, l'énergie apportée au dispositif peut se faire à partir de batteries rechargeables ou non. De manière avantageuse les diodes électroluminescentes 2 pourront être solidarisées sur un support interchangeable muni de connecteurs permettant sa connexion rapide à l'appareil selon l'invention. D'autre part de manière à pouvoir modifier les profils énergétiques mémorisés par le constructeur dans la mémoire morte de l'unité centrale 10 qui pourra être programmé à distance par l'utilisateur au moyen par exemple d'une carte à mémoire du type carte à puce contenant le programme incluant les paramètres inhérents à la commande électrique des diodes. La programmation à distance du microprocesseur, qui peut être effectuée également au moyen d'un micro-ordinateur via une interface de type modem permet aussi au fabricant de matériaux composites d'optimiser le spectre d'action de la source lumineuse en fonction de son matériau et d'assurer un service après vente ou une mise à jour très rapidement et très simplement. Des essais ont montré que, pour obtenir une polymérisation rapide souhaitable tant sur le plan clinique que biologique, l'éclairage fourni par la source lumineuse 2 doit se situer entre 1 et 2W/cm2 et préférentiellement autour de 1,5W/cm2. Cet éclairage est directement en rapport avec le nombre de diodes électroluminescentes 20 et la puissance qui leur est fournie par la carte d'alimentation 11. On notera que la source lumineuse 2 peut également être constituée à partir d'une matrice de diodes alimentée puis imagée au travers d'un système optique sur un matériau photosensible qui est ensuite développé et percé pour servir de support aux fibres optiques. -9- 2789294 En outre les diodes 20 peuvent également être déposées sur un substrat. L'appareil selon l'invention permet donc d'éviter tout rayonnement parasite ou dangereux, ce qui n'est pas possible avec les appareils actuels. -10-o 2789294 REVENDICATIONS 1) Appareil permettant la photo activation de matériaux composites photosensibles utilisés notamment dans le domaine dentaire ainsi que la photo activation de produit pour le blanchiment des dents du type comprenant un boîtier (1) renfermant une unité d'alimentation électrique (11) pilotée électriquement par une unité centrale électronique (10) et une source de lumière (2) reliée à ladite alimentation (11) caractérisée en ce que ladite source lumineuse (2) est constituée d'une pluralités de diodes lumineuses (20) associées chacune à une ou plusieurs fibres optiques (23), lesquelles fibres optiques (23) sont destinées à recueillir la lumière émise par lesdites diodes (20) et sont réunies et maintenues de façon à obtenir à la sortie du réseau de fibres optiques (20) la surface d'émission la plus petite possible, ladite émission lumineuse étant guidée par un guide optique (12,12'), relié optiquement à la sortie desdites fibres optiques (23), sur la surface à traiter et en ce que le couplage entre une diode (20) et une ou plusieurs desdites fibres optiques (23) est réalisée en ajustant optiquement au mieux la surface émettrice (25) de ladite diode (20) avec la ou les fibres optiques (23) correspondantes de manière à recueillir le maximum de la partie active de l'émission lumineuse de chaque diode (20) dans la ou les fibres correspondantes (23). 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les diodes lumineuses sont des diodes électroluminescentes (20) ou des diodes lasers. 3) Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que l'entrée de chaque fibre (23) est située soit en regard et à proximité immédiate de la surface émissive de la diode correspondante soit en regard et à proximité immédiate d'un dispositif optique d'imagerie disposé devant la surface émissive de ladite diode (20). -11- 2789294 4) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les diodes (2) sont disposées régulièrement sur une plaque et en ce que les fibres optiques (23) sont insérées chacune dans un trou de diamètre légèrement supérieure au diamètre desdites fibres et pratiqué dans une plaque positionnée par des moyens de centrage à proximité de la plaque supportant lesdites diodes (2) et dont le pas des trous est égal à celui de ces dernières. 5) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la commande de l'alimentation des diodes électroluminescentes (20) est effectuée manuellement au moyen de boutons de réglage (14,14') ou automatiquement au moyen de l'unité centrale (10) renfermant dans sa mémoire les paramètres inhérents à la commande desdites diodes (20) permettant d'obtenir différents profils énergétiques. 6) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'émission lumineuse en sortie du faisceau de fibres optiques (23) comporte au moins deux longueurs d'ondes se situant préférentiellement respectivement autour de 380 ou 475gm et 750m, de manière à obtenir à la fois un rayonnement nécessaire à certains matériaux composites et un rayonnement adapté pour une action thermique sur les produits destinés aux blanchiment des dents. 7) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le coeur du guide d'ondes (12) dans lequel se propage la résultante lumineuse est réalisé en matière plastique, en verre, ou est liquide. 8) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alimentation électrique des diodes est réglable en mode pulsée de manière à obtenir des puissances instantanées plus élevées, favorable pour des applications particulières de polymérisation.