(57)【要約】  歯科領域を感知する方法が開示される。1つの構成では、センサー素子が、加熱パルスを歯科領域に印可するために使用される。歯科領域に関する化学または構造情報は、加熱パルス中にセンサー素子の反応を測定することによって、判断される。反応は、歯科領域の熱伝達特性に依存する。
2020523154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯科領域を感知する方法であって、
加熱パルスを前記歯科領域に印可するためにセンサー素子を用いるステップと、
加熱パルス中に前記センサー素子の反応を測定することによって前記歯科領域に関する化学または構造情報を判断するステップであって、前記反応が、前記歯科領域の熱伝達特性に依存する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記歯科領域は、歯の一部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記歯科領域は、歯周ポケットを含み、前記センサー素子は、前記加熱パルスからの熱が前記加熱パルスの印可中に前記歯周ポケット中を伝わるように、位置付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記センサー素子は、抵抗素子を含み、前記加熱パルスは、前記抵抗素子を通じて電流を駆動することによって印可される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記センサー素子は、抵抗素子を含み、前記センサー素子の前記反応は、前記抵抗素子の電気反応を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記抵抗素子は、前記抵抗素子の表面積の少なくとも１０％が、オプションとして前記抵抗素子を封入する支持材料を介して、基材と接触するように、前記基材上に装着される、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記抵抗素子は、感知される前記歯科領域の方を向くように構成された第１の表面と、前記基材の方を向く第２の表面と、を有する薄膜抵抗素子である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱パルスからの熱は、異なる化学または構造組成の複数の層の中を伝わり、前記センサー素子の測定された反応は、１つまたは複数の標的期間を識別するために分析され、各標的期間は、前記センサー素子の反応が前記複数の層のうちの１つまたは複数の異なる組み合わせによって主に判断される期間として定められる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記判断された化学または構造情報は、前記歯科領域の化学または構造組成の、前記センサー素子からの距離の関数としての変動を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記歯科領域への前記加熱パルスの印可中に前記センサー素子と前記歯科領域との間に連結流体またはゲルを提供するステップをさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
歯科用プローブであって、
ハンドルと、前記ハンドルに対して遠位に装着されたセンサー素子と、を含み、
前記歯科用プローブは、前記ハンドルを保持するユーザが前記センサー素子を感知される歯科領域と熱接触させることを可能にするように構成され、
前記センサー素子は、加熱パルスが前記センサー素子を介して前記歯科領域に印可されることを可能にするように、かつ、前記歯科領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中に前記センサー素子の反応の測定を可能にするように、構成され、前記反応は、前記歯科領域の熱伝達特性に依存する、歯科用プローブ。
【請求項１２】
前記センサー素子は、前記ハンドルの長手方向軸に平行でない長手方向軸を有する局所的に細長い部材上に装着される、請求項１１に記載の歯科用プローブ。
【請求項１３】
前記センサー素子は抵抗素子を含む、請求項１１または１２に記載の歯科用プローブ。
【請求項１４】
歯科用プローブシステムであって、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の歯科用プローブと、
前記センサー素子を介して前記加熱パルスを印可し、かつ前記加熱パルスに対する前記センサー素子の反応を測定するように構成された、測定ユニットと、
を含む、歯科用プローブシステム。
【請求項１５】
前記測定ユニットは、
加熱パルス中の前記センサー素子の測定された反応を記憶された基準反応と比較することによって、前記歯科領域に関する化学または構造情報を判断するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
複数の歯科領域を感知するためのデバイスであって、
患者の複数の歯に接して適合するように構成された支持構造体を含み、
前記支持構造体は、複数のセンサー素子を含み、
各センサー素子は、前記支持構造体が使用時に前記複数の歯に接して位置付けられると、それぞれの異なる歯科領域に接して位置付けられるように構成され、
各センサー素子は、前記センサー素子が接して位置付けられる前記歯科領域に加熱パルスが印可されることを可能にし、かつ前記歯科領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中に前記センサー素子の反応の測定を可能にするように構成され、前記反応は、前記歯科領域の熱伝達特性に依存する、デバイス。
【請求項１７】
前記支持構造体は、前記複数の歯の外側輪郭と一致するように予め成形された適合表面を含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
ハウジングが、使用時に前記複数の歯の上に位置付けられると前記複数の歯の外側輪郭と一致するように構成された、変形可能な内部表面を含む、請求項１６または１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記支持構造体と前記複数の歯との間の適合は、前記支持構造体と前記複数の歯との間の摩擦によって前記支持構造体を安定して所定の場所に保持するようにされている、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
ドリルであって、
回転可能な切削表面と、前記回転可能な切削表面の後ろに位置付けられたセンサー素子と、を含み、
前記センサー素子は、使用時、前記切削表面の回転中に前記切削表面の前の領域に加熱パルスが印可されることを可能にし、かつ前記切削表面の前の領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中に前記センサー素子の反応の測定を可能にするように構成され、前記反応は、前記切削表面の前の領域の熱伝達特性に依存する、ドリル。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
細菌は、虫歯として知られる病変を引き起こす脱灰のプロセスを通じて、歯の内側の物質に集まって、これを徐々に破壊する。治療せずに放置すると、病変は、感染症および空洞を引き起こすと共に、歯の損失を引き起こし得る。歯科医は病変を検出する必要がある。これには、腐食の範囲の検出、腐食がどれほど層内に進行しているかを検出すること、および腐食と神経との間の距離を検出することが含まれる。歯科医はまた、ひびの入った歯を検出し、歯の間、および銀の詰め物もしくは歯冠などの障害物の間またはその下の腐食を検出することができる必要がある。
【０００２】
ハンドルと、歯の状態を評価するために手作業で歯に押し付けられるかまたは歯の上でこすられ得る剛性の細長い部材と、を含む歯科用プローブが、広く使用されている。このようなプローブは、安価であるが、限られた主観的情報を歯科医に提供するに過ぎない。
【０００３】
X線が使用され得るが、高価な機器が必要とされ、結果は依然として主観的であり、画像が、銀の詰め物または歯冠など、X線を比較的通さない構造体によって遮断される場合がある。さらに、X線への患者の曝露を制限しなければならない。
【０００４】
レーザー光は、虫歯が存在するところで蛍光を刺激するのに使用されてきたが、高価な機器が依然として必要であり、既存方法は、歯の間ではなく、歯の簡単にアクセス可能な外側の露出表面に容易に印可され得るに過ぎない。
【０００５】
歯周病の確実な検出および評価が、歯科医にとって別の重要な課題である。歯周病は、歯周ポケットの深さを測定することによって監視され得るが、これは、客観的に評価するのが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前述した問題のうちの1つもしくは複数、または他の問題に少なくとも部分的に対処する、患者の歯の状態に関する情報を入手する代替的な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、歯科領域を感知する方法が提供され、この方法は、加熱パルスを歯科領域に印可するためにセンサー素子を用いるステップと、加熱パルス中にセンサー素子の反応を測定することによって歯科領域に関する化学または構造情報を判断するステップであって、反応が、歯科領域の熱伝達特性に依存する、ステップと、を含む。
【０００８】
この方法は、歯科領域に関する情報を入手するために熱伝達特性の測定を用いる。この方法は非侵襲性である。この方法は、比較的安く安全で小型の機器を用いて実施され得る。この方法は、歯の問題がX線で見えるようになる前に、および/またはX線が不透明な物質によって遮られた状況で、歯の問題を検出することができる。センサー素子は、他の点は従来式の探針プローブまたは歯科用ドリルの遠位端部に組み込まれ得る。
【０００９】
ある実施形態では、歯科領域は、口腔衛生に関連する任意の表面または構造を含み、これには、以下:歯、歯茎、口腔粘膜、上顎、下顎、舌、唾液腺、口蓋垂、および小帯のうちの1つまたは複数における1つまたは複数の領域が含まれる。ある実施形態では、歯科領域は、歯の一部を含む。代わりに、またはさらに、歯科領域は、歯周ポケットを含む。代わりに、またはさらに、歯科領域は、例えば歯科インプラントの状態を評価するための、顎骨の領域を含む。
【００１０】
ある実施形態では、センサー素子は抵抗素子を含む。ある実施形態では、抵抗素子は、オプションとして白金または金を含む、薄膜抵抗素子である。薄膜抵抗素子は、本来小型である。基材に接して平坦に提供されると、薄膜素子は機械的に堅牢であり、ダイヤモンド状炭素の層などの熱伝導性保護層によって容易に保護され得る。
【００１１】
ある実施形態では、抵抗素子は、抵抗素子の表面積の少なくとも10%が(例えば、基材上に装着された薄膜素子として)基材と接触するように、基材上に装着される。この配置の利点は、抵抗素子が過度に高い温度に達することなく、かなりの加熱力が抵抗素子に加えられ得ることである。基材は、抵抗素子から熱を効果的に奪うように作用する。
【００１２】
ある実施形態では、加熱パルスからの熱は、異なる化学または構造組成の複数の層の中を伝わり、センサー素子の測定された反応は、1つまたは複数の標的期間を識別するために分析され、各標的期間は、センサー素子の反応が複数の層のうちの1つまたは複数の異なる組み合わせによって主に判断される期間として定められる。したがって、多層構造体における特定の標的層に関する情報が入手され得る。センサー素子と感知される歯科領域との間の完全な接触は、(不完全な接触の場合)センサー素子と歯科領域との間の物質からのセンサー素子の反応への寄与(contribution)が認識され考慮され得るので、必須ではない。ある実施形態では、連結流体またはゲルが、歯科領域への加熱パルスの印可中、センサー素子と歯科領域との間に提供される。連結流体またはゲルは、センサー素子と感知されている歯科領域との間に高品質の熱接触を提供するのに再現可能に役立つ。
【００１３】
化学または構造情報は、グラフィック表示の形態でユーザに提示され得る。グラフィック表示は、例えば、歯の画像を含み得る。歯の画像は、センサー素子を用いた測定に反応して更新され、例えば、歯の断面の種々の部分を種々の色で示して、種々のそれぞれの化学または構造組成を有する歯の部分間の境界を示すことができる。歯の画像は、オプションとして歯の内部の視覚的マップを漸進的に構築する漸進的な様式で、歯の複数の種々のそれぞれの部分に押し付けられたセンサー素子を用いた測定に反応して更新され得る。
【００１４】
本発明のある態様によると、歯科用プローブが提供され、これは、ハンドルと、ハンドルに対して遠位に装着されたセンサー素子と、を含み、プローブは、ハンドルを保持するユーザがセンサー素子を感知される歯科領域と熱接触させることを可能にするように構成され、センサー素子は、加熱パルスがセンサー素子を介して歯科領域に印可されることを可能にするように、また、歯科領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中にセンサー素子の反応の測定を可能にするように、構成され、この反応は、歯科領域の熱伝達特性に依存する。
【００１５】
本発明のある態様によると、複数の歯科領域を感知するためのデバイスが提供され、これは、患者の複数の歯に接して適合する(fit against)ように構成された支持構造体を含み、支持構造体は複数のセンサー素子を含み、各センサー素子は、支持構造体が使用時に複数の歯に接して位置付けられると、それぞれの種々の歯科領域に接して位置付けられるように構成され、各センサー素子は、センサー素子が接して位置付けられる歯科領域に加熱パルスが印可されることを可能にし、歯科領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中にセンサー素子の反応の測定を可能にするように、構成され、この反応は、歯科領域の熱伝達特性に依存する。
【００１６】
よって、複数の測定が迅速に、容易に、かつ再現可能に実行されることを可能にするデバイスが提供される。種々の時間に行われる測定は、有意義な方法で互いに比較され得、偏差が、高い感度および信頼性で検出される。歯の問題は、初期段階で検出され得る。
【００１７】
本発明のある態様によると、ドリルが提供され、これは、回転可能な切削表面と、回転可能な切削表面の後ろに位置付けられたセンサー素子と、を含み、センサー素子は、使用時、切削表面の回転中に切削表面の前の領域に加熱パルスが印可されることを可能にするように、かつ、切削表面の前の領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中にセンサー素子の反応の測定を可能にするように、構成され、この反応は、切削表面の前の領域の熱伝達特性に依存する。
【００１８】
よって、ドリル先端部の前方の材料の化学および/または構造組成を検出することができるドリルが提供される。不完全であるかまたは過剰な穿孔のリスクが軽減され得る。腐食の深さは、穿孔中に監視され得る。ドリルと神経との間の離隔距離は、穿孔中に監視され得る。
【００１９】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、添付図面を参照してこれから説明する。添付図面中では、対応する参照符号は、対応する部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】歯科用プローブの概略的側面図である。
【図２】図1の歯科用プローブの遠位部分の拡大斜視図である。
【図３】種々の物質に適用されたセンサー素子からの測定された反応を描いたグラフである。
【図４】歯周ポケットの深さを測定するための歯科用プローブの使用を描いた概略的断面図である。
【図５】複数の歯科領域を感知するためのデバイスの使用を描いた概略的上面図である。
【図６】センサー素子を含むドリルの概略的側面図である。
【図７】加熱パルスに対するセンサー素子の反応を測定するための例としての回路を描いている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の実施形態は、熱測定に基づいて歯科領域に関する情報を入手する方法を提供する。この方法は、加熱パルスを歯科領域に印可するためにセンサー素子を使用する。加熱パルス中のセンサー素子の反応が、歯科領域の熱伝達特性を判断するために分析される。熱伝達特性は、熱がセンサー素子からどのように効率的に奪われるかに影響を及ぼす。加熱パルスからの熱は、感知されている歯科領域の表面の下を貫通し(例えば、歯物質の中へ数ミリメートル)、虫歯または他の異常ならびに神経位置および詰め物などの埋め込まれた物質の形態または状態などの表面下構造が感知されることを可能にする。感知は、比較的低いエネルギーパルスであっても効果的に達成され得る。歯を感知する場合、例えば、方法は、歯の温度を約2℃超上昇させることなく、実行され得る。発生する歯の温度のわずかな上昇は、短い期間のみ、典型的には1秒未満継続する。方法は、患者にいかなる不快感も引き起こさない。
【００２２】
物質の熱伝達特性(例えば、熱伝導性κ、比熱容量c、およびこれらの特性のうちの一方または両方に依存する量などの熱特性)は、物質の(例えば、化学または構造)組成に高感度に依存し得る。ρが密度に等しい、熱積(thermal product)
【００２３】
【数１】
2020523154.tif 000003
【００２４】
は、κおよびcの両方を考慮するため、しばしば、組成に特に高感度である熱伝達特性である。κおよびcのいずれかまたは両方の変化は、典型的には、
【００２５】
【数２】
2020523154.tif 000004
【００２６】
の変化を生じる。多成分物質における種々の成分の相対濃度の変化は、それら種々の成分が異なる熱特性を有する場合に検出され得る。構造の変化は、密度または組成変化がある場合に検出され得る。
【００２７】
図1および図2は、方法を実行するための例としての歯科用プローブ2を描いている。プローブ2は、センサー素子12を含む。プローブ2は、ハンドル4を含む。センサー素子12は、ハンドル4に対して遠位に、典型的にはプローブ2の遠位端部に、またはその近くに、装着される。プローブ2は、(例えば、従来式の探針プローブに類似の形態を採用することによって)ハンドル4を保持するユーザがセンサー素子12を感知される歯科領域と熱接触させることを可能にするように構成される。センサー素子12は、加熱パルスがセンサー素子12を介して歯科領域に印可されることを可能にするように構成される。センサー素子12は、加熱パルス中にセンサー素子12の反応の測定を可能にするようにさらに構成される。この反応は、歯科領域の熱伝達特性に依存する。反応は、歯科領域に関する化学または構造情報を判断するのに使用される。
【００２８】
図示の実施形態では、センサー素子12は、長手方向軸7(図1を参照)を有する局所的に細長い部材に装着される。長手方向軸7は、ハンドル4の長手方向軸5に平行でない(例えば、これに対して斜めに傾斜している)。よって、プローブ2の全体的な形態は、従来式の探針プローブと同様にされてよく、口内の大部分の領域への効率的なアクセスを可能にする。
【００２９】
ある実施形態では、プローブ2は、プローブシステムの一部として提供される。プローブシステムは、プローブ2と、測定ユニット20と、を含む。このようなプローブシステムの例が、図1に概略的に描かれている。コネクタ素子10が、プローブ2と測定ユニット20との間の接続を提供する。この接続は、プローブ2と測定ユニット20との間を延びるワイヤによって実施され得るか、無線接続が使用され得るか、または、測定ユニット20およびプローブ2は、(例えば、測定ユニット20がプローブ2のハンドル4内部に提供された状態で)単一のユニットとして提供され得る。
【００３０】
測定ユニット20は、センサー素子12を介して加熱パルスを印可するように、かつ加熱パルスに対するセンサー素子12の反応を測定するように構成される。したがって、測定ユニット20は、加熱力の供給を制御し、測定プロセスを制御するために、電源およびデータ処理ハードウェアを含み得る。測定ユニット20は、商用電源(mains power)に接続されるか、または、(例えば、プローブおよび測定ユニット20が単一の無線ユニットとして提供されている場合)バッテリーによって電力供給され得る。測定ユニット20は、測定値および/または測定値を分析するための較正データを記憶するためのメモリを含み得る。
【００３１】
ある実施形態では、センサー素子12は抵抗素子を含む。使用中、抵抗素子は、目的の歯科領域と熱接触させられる。加熱パルスは、ジュール加熱を生じるように、抵抗素子を通じて電流を駆動することによって印可される。加熱パルス中のセンサー素子12の反応は、加熱パルスに対する抵抗素子の電気反応を測定することにより、測定ユニット20によって判断される。測定された電気反応は、抵抗素子の抵抗に、または抵抗素子の抵抗に依存する量に、比例し得る。
【００３２】
ある実施形態では、測定ユニット20は、複数の加熱パルスを印可する。各加熱パルスは、抵抗素子を通じて電流を駆動することによって印可される。ある実施形態では、シルクハット型のパルスが印可されるが、所望されれば他のパルス形状が使用され得る。ある実施形態では、複数の加熱パルスはそれぞれ、同じ持続時間を有する。加熱パルスは、互いから規則的に離間している(すなわち、各対の加熱パルス間の間隔が同じである)。各加熱パルスの持続時間は、加熱パルス間の離隔距離以下である。これにより、抵抗素子が各加熱パルス間で冷却される時間が与えられる。ある実施形態では、加熱パルス間の離隔距離は、各加熱パルスの持続時間と同じである。これにより、抵抗素子が加熱パルス間で冷却される最小限の時間が与えられ、それによって、高い測定サンプリング速度が可能になり、その結果、(平均化による)高い精度および/または時間分解能が可能になる。
【００３３】
測定ユニット20は、例えば、抵抗素子の抵抗に依存する電圧、および抵抗素子を通じて駆動されている電流を測定することによって、加熱パルスに対する抵抗素子の電気反応を測定する。抵抗素子の抵抗は、抵抗素子の温度の関数として変化する。よって、抵抗素子の電気反応を測定することは、抵抗素子の温度反応を測定することに対応する。
【００３４】
加熱パルスに対する抵抗素子の電気反応は、抵抗素子に隣接する物質に関する化学および/または構造情報を判断するのに使用され得、それは、時間と共に抵抗素子の温度が変動することが、それらの物質の熱伝達特性に依存するためである。
【００３５】
ある実施形態では、加熱パルスに対する反応は、基準物質に印可された対応する加熱パルスに対する反応と比較される。反応の大きさ、時間の関数としての反応の変動、または、反応の様々な他の側面が考慮され得る。基準物質について測定された反応からの任意の偏差は、感知されている歯科領域の常態からの偏差を検出するのに使用され得る。加熱パルスの性質は、測定されている特定の歯科領域について最適な感度を達成するように選択され得る。これは、例えば、特定のパルス形状、振幅、持続時間および/または繰返し率を選択することを伴い得る。
【００３６】
例が図2に描かれている、ある実施形態では、抵抗素子は、抵抗素子の表面積の少なくとも10%、オプションとして30%超、オプションとして約50%が、オプションとして抵抗素子を封入する支持材料(例えば、電気絶縁材料の薄膜)を介して、基材14と接触するように、基材14上に装着される。ある実施形態では、抵抗素子は、薄膜抵抗素子(例えば、薄膜抵抗温度計)である。ある実施形態では、抵抗素子は、基材14上に装着された白金または金の薄膜を含む。ある実施形態では、抵抗素子は、感知される歯科領域の方を向く(図2でページから外方を向く)ように構成された第1の表面と、基材14の方を向く(図2でページ内を向く)第2の表面と、を有する。第1および第2の表面は薄膜の大きな表面である(そして、非常に薄い側面のいずれも含まない)ことが理解される。ある実施形態では、感知されている存在物のいずれの部分も、第2の表面と基材14との間に存在しない。図1および図2の特定の例では、抵抗素子は、実質的に円筒形の基材14の遠位端部に接して平坦である。抵抗素子の表面の実質的に50%が基材14と接触している。図示の例では、導電性トラック16が、基材14の外表面上に形成されて、抵抗素子に必要とされる電気接続を提供する。基材14の存在により、比較的大きい電流が抵抗素子の過熱なしに抵抗素子に加えられることが可能であり、これにより、抵抗素子および/または抵抗素子と接触している物質を損傷し得る。
【００３７】
様々な実施形態では、抵抗素子は金属製である。これらの実施形態では、抵抗素子は、抵抗素子と感知されている歯科領域との間の熱接触が抵抗素子の一端部と抵抗素子の他端部との間の電気抵抗を著しく減少させないように、構成され得る。これは、抵抗素子の抵抗率が感知される存在物の抵抗率よりはるかに低くなるように準備することによって、または、電気絶縁材料の薄層を抵抗素子と感知される存在物との間に位置付けることによって、達成され得る。
【００３８】
図3は、薄膜抵抗素子を含むセンサー素子12からの例としての反応を描いている。これらの反応は、持続時間5×10-3秒の加熱パルスが歯科領域に印可されている時間間隔の間の、抵抗素子にわたる電圧の変動からなる。曲線はそれぞれ、以下のとおり、歯科領域に潜在的に存在する異なる物質に対応する:エナメル質(31)、歯根(32)、空気(33)、白い詰め物(34)、ホワイトゴールド(インプラントの一部)(35)、腐食(36)。反応は、種々の物質それぞれで、明確に異なる。特に大きな違いは、エナメル質(31)の曲線と腐食(36)の曲線との間に見られる。よって、腐食は、特に高感度に検出され得る。
【００３９】
方法は、以下:歯、歯茎、口腔粘膜、上顎、下顎、舌、唾液腺、口蓋垂、および小帯のうちの1つまたは複数における1つまたは複数の領域を含む、口腔衛生に関連する任意の表面または構造を含む、様々なタイプの歯科領域に適用され得る。1つの種類の実施形態では、歯科領域は、歯の一部を含む。そのような実施形態のセンサー素子12は、加熱パルスの印可中に歯と熱接触して位置付けられる。よって、加熱パルスからの熱は、加熱パルスの印可中に、感知されている歯のその一部に広がる。熱がセンサー素子12から伝達される効率は、歯のその一部の熱伝達特性に依存する。よって、センサー素子12の反応(例えば、電圧)も、熱伝達特性に、したがって歯のその一部の化学および/または構造組成に依存する。
【００４０】
歯に印可されると、センサー素子12は、以下のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る:エナメル質から象牙質まで、および象牙質から感染した象牙質までの深さの遷移を検出すること;穿孔する前に穴の下の腐食を検出すること;詰め物の深さを検出すること;神経にぶつかる前の歯組織の量を検出すること;活性および非活性の腐食を検出すること;ひび割れを検出すること;歯冠/インレーの金属厚さの深さを検出すること;歯冠より下の歯の腐食を検出すること。
【００４１】
代替的な実施形態では、図4に描かれるように、感知されている歯科領域は、歯茎42と歯40との間の歯周ポケット44を含む。センサー素子12は、加熱パルスの印可中に(例えば、図4に示すように、歯周ポケットに隣接した歯茎の外側で)歯周ポケット44と熱接触して位置付けられ、それによって、加熱パルスからの熱は、加熱パルスの印可中に歯周ポケット44中を伝わる(矢印46で示す)。センサー素子12の反応は、センサー素子12の位置(例えば、高さ)における歯茎42と歯40との間の間隙の大きさまたは存在に関する情報を提供する。歯茎42、歯周ポケット44内の液体または他の物質、および歯40のそれぞれの熱伝達特性は、互いに著しく異なっている。さらに、センサー素子12の反応(例えば、電圧)に対するそれらのそれぞれの寄与は、それらが異なる時間に反応に寄与するので、互いに区別され得る。センサー素子12に最も近い歯茎は、ただちにセンサー素子12の反応に寄与し、歯周ポケット44から、または歯40からの影響は実質的にない。加熱パルスが歯茎を貫通し、歯周ポケット44に入ると、歯茎と歯周ポケットの両方の組み合わせが、センサー素子12の反応に寄与する。加熱パルスが歯茎および歯周ポケットを貫通し、歯40に入ると、歯茎42と歯周ポケット44と歯40との組み合わせが、センサー素子12の反応に寄与する。歯周ポケット44からの寄与は、センサー素子12の位置に依存する。センサー素子12が歯周ポケット44の最低点より下に位置付けられると、歯周ポケットは、加熱パルスに対するセンサー素子12の反応にそれほど寄与しない。センサー素子12がより高いレベルにある場合、歯周ポケットからの寄与は、歯茎42と歯40との間の間隙が次第に増大するにつれて、次第に増大する。よって、プローブは、歯周ポケット44を客観的にマッピングするのに使用され得る。センサー素子12はまた、さらに一般的には、歯周病およびその重症度を評価するのに使用され得る。代わりに、またはさらに、センサー素子12は、歯およびインプラントの周りに存在する骨の量を検出するのに使用され得る。骨の減少による歯科インプラントの破損は、初期段階で検出され得る。
【００４２】
歯周ポケット44の測定への適用は、加熱パルスからの熱が異なる構造または化学組成の複数の層の中を伝わり、反応の分析により、種々の層からの寄与を区別することが可能となる、ある種の実施形態の例である。このタイプの実施形態では、センサー素子12からの反応は、1つまたは複数の標的期間を識別するために分析され得る。各標的期間は、加熱パルスに対する反応が複数の層のうちの1つまたは複数の異なる組み合わせによって主に判断される期間である。前述した歯周ポケットの例では、3つの異なる標的期間が識別され得る:1)歯茎のみが寄与する第1の標的期間;2)歯茎および歯周ポケットのみが寄与する第2の標的期間;ならびに3)歯茎、歯周ポケット、および歯が寄与する第3の標的期間。複数の層が提供される他の状況においても、同じ原理が適用される。例えば、センサー素子12が歯に直接接して位置付けられると、例えばエナメル質層、腐食層、および神経層を含む、複数の層が、感知され得る。よって、センサー素子12は、センサー素子12から離れた距離の関数として、感知されている歯科領域の熱特性の変動を判断するのに使用され得る。
【００４３】
ある実施形態では、連結流体またはゲルが、歯科領域に対する加熱パルスの印可中にセンサー素子と歯科領域との間に提供される。連結流体またはゲルは、センサー素子と感知されている歯科領域との間に高品質の熱接触を提供するのに再現可能に役立つ。連結流体またはゲルは、一般的に、感知されている歯科領域とは異なる熱伝達特性を有する。これらの異なる特性により、センサー素子の反応のどの部分が連結流体またはゲルのみによるものであるか、また、どの部分が感知されている歯科領域に関する情報を提供するのかを認識することが可能となる。
【００４４】
図5は、複数のセンサー素子12を複数の歯40の対応する複数の異なる部分に接して(例えば、異なる歯に接して)同時に保持することによって、複数の歯科領域を感知するためのデバイス50の例を描いている。デバイス50は、複数の歯40に接して適合する支持構造体52を含む。支持構造体52は複数のセンサー素子12を含む。図示の実施形態では、センサー素子12はそれぞれ、(支持構造体52が歯に接して適合されると)異なる歯40に隣接して位置付けられる。各センサー素子12により、センサー素子12が接して位置付けられる歯科領域(例えば、歯)に加熱パルスが印可されることが可能となる。各センサー素子12により、(歯科領域の熱伝達特性に基づいて)歯科領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中にセンサー素子12の反応の測定がさらに可能となる。ある実施形態では、支持構造体52は、複数の歯40の外側輪郭56と一致するように予め成形された適合表面54を含む。よって、支持構造体52は、患者に対して個人化される。支持構造体52は、当技術分野で既知の技術を用いて患者の歯の型を取ることによって形成され得る。代わりに、またはさらに、支持構造体52は、使用時に歯40に接して位置付けられると複数の歯40の外側輪郭56と一致する、変形可能な内部表面を含み得る。支持構造体52を歯に押し付けることに関連する力により、支持構造体は変形し、それによって、外側輪郭56と一致する。センサー素子12はそれぞれ、詳細に前述した構成のいずれかを採用し得る。センサー素子12はそれぞれ、前述したように、測定ユニット20に接続され得る。
【００４５】
図5に示す例では、支持構造体52は、4本の歯の外側面に接して適合する。他の実施形態では、支持構造体52は、4本未満または4本超の歯に接して適合する。他の実施形態では、支持構造体52は、代わりに、またはさらに、歯のそしゃく面に接して、かつ/または歯の内側面に接して適合する、センサー素子12を支持する。支持構造体52は、例えば、歯の内側面、外側面、およびそしゃく面と同時に接触するよう、マウスガードのように歯の上に適合するよう構成され得る。
【００４６】
複数のセンサー素子を歯の異なる部分に接して保持する支持構造体を提供することにより、歯に関する測定が、再現可能に、かつ都合よく行われることが可能となる。支持構造体は、各患者に対して個人化され得る。異なる時間に行われる測定の有意義な比較が行われ得、歯の問題を初期段階で感度よく検出することが可能となる。歯および/または複数の歯の上の複数の異なる位置が、同時に測定され得る。原理的には、センサー素子12は、患者の各歯と個別に熱接触させられ得、オプションとして、複数の異なる位置で各歯が測定される。患者の歯の状態の十分なマッピングは、迅速かつ容易に実行され得る。患者が専門家の助けを受けずに自宅で測定を実行し得る装置は、使用するのが十分に容易である。患者は単に、装置50を口の中に(例えば、それを噛むことによって)位置付け、測定ユニット20との電気接続を行って、センサー素子12の駆動を可能にする。歯の状態は、歯科医を訪ねることなく頻繁に監視され得、歯の状態を、より早く検出することが可能となる。
【００４７】
図6は、センサー素子12を用いるドリル60の例を描いている。ドリル60は、回転可能な切削表面62を含む。ある実施形態では、ドリル60は歯科用ドリルであり、回転可能な切削表面62は、歯の中への穿孔に適している。センサー素子12は、回転可能な切削表面62の後ろに位置付けられる(すなわち、それによって、切削中に、回転可能な切削表面62を形成する材料が、センサー素子12と、切削されている物質との間にくる)。センサー素子12は、使用時、切削表面62の回転中に加熱パルスが切削表面62の前(例えば、図6に示す向きでは切削表面より上)の領域に印可されることを可能にし、切削表面62の前の領域に関する化学または構造情報を判断するために加熱パルス中に加熱パルスに対するセンサー素子12の反応の測定を可能にする(反応は、切削表面の前の領域の熱伝達特性に依存する)ように構成されている。よって、ドリルの前の物質の性質は、その物質が穿孔される前に評価され得る。歯を貫通した穿孔の状況では、例えば、ドリル60は、ドリルと歯内部の神経との間の相対距離を検出し得る。神経に近すぎる穿孔のリスク(傷つきやすい詰め物の原因となり得る)が減少され得る。ドリル60は、代わりに、またはさらに、腐食の深さを検出することができ、それによって、穿孔は、最適な深さで確実かつ正確に停止され得る。センサー素子12は、詳細に前述した構成のいずれかを採用し得る。センサー素子12は、前述したように測定ユニット20に接続され得る。
【００４８】
ある実施形態では、切削表面62は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、またはタングステンカーバイドの層を含み、センサー素子12は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、またはタングステンカーバイドの層と接触して位置付けられる。ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、またはタングステンカーバイドの層は、センサー素子12を損傷から保護すると共に、加熱パルスがドリル先端部の向こうにある物質を容易に通過し感知し得るのに十分熱伝導性となる。
【００４９】
ある実施形態では、目的の構造体に対するドリルの位置を、腐食の領域などの歯、または神経と共に示すために、実時間表示が提供される。ある実施形態では、センサー素子12は、切削表面の前の領域の温度を測定するようにさらに構成される。よって、穿孔プロセスによる歯の過剰な加熱が避けられ得る。温度の測定は、特にセンサー素子12が白金薄膜温度計などの薄膜抵抗素子を含む場合に、センサー素子12を用いて達成され得る。
【００５０】
図7は、センサー素子12が抵抗素子を含む場合に加熱パルスに対するセンサー素子12の反応を測定するための測定ユニット20で使用される例としての回路を描いている。以下の素子が図7に示されている:
101  電力増幅器(例えば、約10A定格)
102  電荷貯蔵部(例えば、約40,000μF)
103  電源(例えば、約30V DC)
104  Iのための差動増幅器
105  Vのための緩衝増幅器
R1+R2  ブリッジバランス
R3+RG  アクティブブリッジハーフ(Active bridge half)
Q1  電力スイッチ(例えば、高速低抵抗MOSFET)
C  電流Iの出力
D  電圧Vの出力
E  ブリッジの高側
F  ブリッジの低側
G  信号パルス制御
R4  電流感知シャント(抵抗)(例えば、20mΩ)
A+B  開発のための診断用差動信号出力
106  ダイオード整流器
107  電圧基準
【００５１】
電圧源103により生成された電圧は、整流ダイオード106を通って供給されて、高容量貯蔵部(high capacity storage)102を充電する。貯蔵部102は、電力増幅器101への高電流電源を提供する。電圧基準107は、Eで提示される高側電圧を設定する。
【００５２】
ブリッジが点A、E、B、およびFの間に作られる。ある例では、R3およびRGは約1.0オームであり、R1およびR2は約470オームである。Gでの信号パルスの下で点Fを迅速に接地させるために電力スイッチデバイスQ1が提供される。回路は、安定したブリッジ電圧が、電力増幅器101からの高利得帯域幅を必要とせずに維持されることを可能にする。電力増幅器101は、ただDCレベルを維持しさえすればよい。ブリッジの低側でQ1の高速MOSFET電力スイッチを用いて、正確なタイミングの高エネルギーパルスが可能となる。
【００５３】
ブリッジが電圧を印加されると、差動電圧点(AおよびB)は、ゲージ素子RG(例えば、センサー素子12の抵抗素子)のオーム抵抗変化に対応する電圧を提供する。ブリッジのその他の抵抗器は、温度による抵抗の非常に低い百万分率(ppm)の変化を有するように選択される。したがって、観察されるブリッジの電圧は、単にゲージRGの関数である。
【００５４】
抵抗素子への、また抵抗素子から抵抗素子と接触している物質への熱伝達を正確に測定するためには、抵抗素子にわたる電圧Vおよび電流Iを測定することが望ましい。電流は、Cでの回路の出力から判断される。電圧は、Dでの回路の出力から判断される。よって、エネルギー入力および対応する温度の上昇が判断され得、抵抗素子と接触している物質に対する熱伝達関数が計算され得る。
【００５５】
全エネルギーおよびエネルギー比率は、基準電圧107およびGでのパルス持続時間を変化させることによって、制御され得る。
【００５６】
回路は、中程度の電源(modest power source)が非常に高いエネルギー密度パルスを送達するためにエネルギーを蓄積することを可能にする。電子制御装置が、電力レベルおよびパルス持続時間を活性化すると共に、CおよびDにおける電圧信号を読み取るために、提供され得る。電子制御装置は、測定システム8もしくは処理ユニット18、またはその両方によって、提供され得る。
【００５７】
ある実施形態では、コンピュータメモリ内での記憶のための高速ADCが採用され、熱伝達データを計算する時間が残され、このデータから、定量的測定が実行され、キャリブレーションされたルックアップテーブルと比較されて、感知されている歯科領域の組成の定性的評価を提供することができる。
【符号の説明】
【００５８】
2  歯科用プローブ
4  ハンドル
5  長手方向軸
7  長手方向軸
8  測定システム
10  コネクタ素子
12  センサー素子
14  基材
16  導電性トラック
18  処理ユニット
20  測定ユニット
31  エナメル質
32  歯根
33  空気
34  白い詰め物
35  ホワイトゴールド
36  腐食
40  歯
42  歯茎
44  歯周ポケット
50  デバイス
52  支持構造体
54  適合表面
56  外側輪郭
60  ドリル
62  回転可能な切削表面
101  電力増幅器
102  電荷貯蔵部
103  電源
104  差動増幅器
105  緩衝増幅器
106  ダイオード整流器
107  電圧基準
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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