СПОСОБ И КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ КАНАЛА
METHOD AND DESIGN FOR CHANNEL CLEANING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу очистки целостного по периметру канала посредством световода, проводящего лазерный луч. Изобретение дополнительно относится к конструкции, содержащей источник лазерного излучения, световод, проводящий лазерный луч, а также наконечник.
Предшествующий уровень техники
Медицинские инструменты часто находятся в контакте с текучими средами организма человека во время хирургических или диагностических процедур, при которых всегда есть риск загрязнения бактериями и органическими остатками. Многие инструменты, подобные эндоскопам или хирургическим инструментам, имеют небольшие рабочие каналы, используемые для перемещения текучих сред или, например, лазерных световодов в организме пациента, и, что еще хуже, текучие среды организма удаляются через эти каналы из организма пациента.
Следовательно, процедуры эффективной стерилизации для этих устройств являются важными, если только эти устройства не являются одноразовыми. С точки зрения гигиены особенно проблемными являются рабочие каналы, поскольку они нелегки для доступа и не видны снаружи.
Традиционная очистка проводится посредством выдерживания в очищающих текучих средах и/или пропускания сильной струи очищающей текучей среды через рабочие каналы. Обычно не проводится непосредственная проверка успешности очистки.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа и конструкции для очистки целостного по периметру канала посредством лазерных лучей. В связи с этим необходима уверенность в том, что, с одной стороны, канал не будет поврежден. С другой стороны, также должна быть уверенность в том, что люди не подвергаются риску от лазерного луча. Другой аспект изобретения состоит в обеспечении возможности того, что очистка канала может выполняться простым образом, при котором процедура способствует избеганию ошибок. Другой аспект изобретения состоит в обеспечении компактного блока, посредством которого будет выполняться обработка, например, очистка.
Конструкция должна, в частности, обеспечивать возможность ее использования без риска неправильной обработки. Она будет обеспечивать возможность автоматизированной очистки канала и обработки канала.
Для решения одного или более аспектов изобретение обеспечивает способ очистки целостного по периметру канала посредством световода, проводящего лазерный луч, при этом проникновение лазерного луча в световод прерывается, когда свободный конец световода находится вне канала и/или перемещение световода в канале отслеживается, и что если не имеется движения или перемещение меньше порогового значения, то подается сигнал и/или лазерное излучение выключается или уменьшается его выходная мощность, и при этом выключение лазерного излучения или его уменьшение управляется в зависимости от по меньшей мере одного изменения сигнала и/или второго порогового значения и/или изменения сигнала относительно второго порогового значения, определенного во время по меньшей мере одного периода времени, начинающегося до проникновения световода в канал, и включающего в себя проникновение световода в канал.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что выключение лазерного излучения или его уменьшение управляется в зависимости от по меньшей мере двух изменений сигнала и/или двух вторых пороговых значений, отличных друг от друга, и/или изменений сигнала относительно двух вторых пороговых значений, определенных во время по меньшей мере двух периодов времени, начинающихся до проникновения световода в канал, и включающих в себя проникновение световода в канал.
Независимое предложение для решения проблемы обеспечивает, что положение свободного конца световода в канале контролируется и/или отслеживается.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что материал, имеющийся внутри канала, удаляется посредством лазер-индуцированного гидродинамического перемещения текучей среды.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что запечатывающий элемент прикрепляется к одному свободному концу световода, проводящего лазерный луч, при этом световод с запечатывающим элементом вводится в канал, причем запечатывающий элемент размещается в участке канала, подлежащем пломбированию, и после размещения запечатывающего элемента подается энергия, запечатывающий элемент расплавляется и/или размягчается и остается в этом положении в канале и плотно его герметизирует.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что запечатывающий элемент расплавляется посредством лазерного излучения, переданного посредством световода или посредством электрической энергии.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что запечатывающий элемент соединен со свободным концом световода посредством соединительного материала, при этом температура T1 плавления указанного соединительного материала выше температуры T2 плавления материала запечатывающего элемента.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что после герметизации канала, в частности, его проема, запечатывающий материал вводится в канал и световод внутри запечатывающего материала перемещается в направлении продольной оси канала одновременно с применением лазерного луча.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что механическое воздействие энергии, примененной к запечатывающему материалу посредством лазерного излучения, больше макроскопического теплового воздействия подаваемой энергии.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что используется герметизирующий материал, который расплавляется и/или вспенивается при подаче тепловой энергии с образованием закрытопоровой герметизации канала после охлаждения, в частности, что в качестве герметизирующего материала используется гидрокарбонат натрия, покрытый гуттаперчевым материалом.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что в качестве герметизирующего материала используется материал, содержащий первый компонент и второй компонент, реагирующие друг с другом с увеличением объема.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что в качестве запечатывающего элемента используется материал, содержащий, в частности, объемно-рассеивающий внутренний материал и покрывающий его расширяющийся материал.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что в качестве лазера используется Er:YAG лазер, Er:YSGG лазер или CTE лазер.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что лазер работает с продолжительностью импульса, составляющей 5-1000 мкс, предпочтительно 25-400 мкс, и особенно предпочтительно - 50-200 мкс.
Согласно дополнительному предложению, обеспечивается, что используется лазерный луч, который имеет энергию импульса, исходящую от световода, находящуюся в диапазоне 0,5-50 мДж, в частности, 1-10 мДж.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что проверка того, находится ли световод внутри канала или вне канала, выполняется посредством:
a) излучения, принимаемого посредством световода, которое происходит из области, окружающей световод, и/или
b) посредством изменяющейся отражательной компоненты излучения, отраженного на конце световода, и/или
c) измерения изменения полного сопротивления через наружное металлизированное покрытие световода, и/или
d) измерения расстояния до ближайшего объекта вблизи кончика световода с помощью времяпролетного изменения (TOF), и/или
e) измерения окружающего света при помощи датчика, встроенного в чипы TOF, и/или
f) измерения расстояния до ближайшего объекта вблизи кончика световода посредством ультразвуковых импульсов.
Согласно дополнительному независимому предложению обеспечивается, что размещение световода проверяется с избытком, посредством любого сочетания
или выбора вариантов a)-f), в частности, с помощью этапов a) + b) или a) + c) или b) + c) или c) + f), особенно предпочтительно посредством a) + b) + c) или c) + d) или d) + e) или c) + d) + e).
Предмет изобретения составляет также конструкция, содержащая источник лазерного излучения, расположенный внутри лазерного устройства, световод, проводящий лазерный луч, а также наконечник, при этом наконечник соединен с подающим устройством с возможностью отсоединения и, предпочтительно, с возможностью поворота, посредством которого по меньшей мере указанный лазерный луч и жидкость могут быть поданы к наконечнику, а также первый трубопровод, направляющий жидкость, который проходит так, что сторона, имеющая отверстие, располагается в участке световода, и лазерный луч направляется в канал посредством световода, соединенного с возможностью отсоединения с наконечником, при этом к лазерному устройству прикреплен по меньшей мере один контейнер с предварительно сжатой текучей средой.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что наконечник соединяется по меньшей мере с одним контейнером для очищающей текучей среды, или имеет такой контейнер, из которого выходит трубопровод, отверстие которого располагается на стороне световода.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что контейнер для очищающей текучей среды соединен с наконечником так, что он может быть отсоединен от него или соединен с ним.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что устройство имеет дополнительно сменные одноразовые контейнеры для различных очищающих текучих сред (например, стерильной воды и/или NaOCl и/или EDTA и/или PDT-текучих сред), которые нагнетаются сжатым воздухом стоматологического кресла, обеспеченного соединителем стоматологической турбины.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что контейнер для очищающей текучей среды снабжен закрываемым выходным отверстием, которое может управляться приводимым в действие электромагнитом клапаном, управляемым микроконтроллером.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что электромагнитный клапан разделен на возбуждающую часть, имеющую магнитную катушку, и часть, представляющую собой ферромагнитный сердечник в наконечнике, и ферромагнитный материал в качестве открывателя клапана как часть выходного клапана в контейнере.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что гибкая мембрана или поршень разделяет текучую среду и входное отверстие для воздуха.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что к лазерному устройству прикреплен по меньшей мере один контейнер для текучей среды, и указанное лазерное устройство не имеет соединения со стоматологическим креслом/стоматологической установкой, и не требуется воздух для создания водного аэрозоля, выходящего из наконечника.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что световод имеет покрытие металлом на своей наружной поверхности.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что световод имеет покрытие металлом на своей наружной поверхности, при этом два его участка электрически изолированы друг от друга.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что участки, изолированные друг от друга, сцепляются друг с другом гребнеобразным образом по меньшей мере на кончике световода.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что покрытие металлом имеет гидрофобные характеристики по меньшей мере на передней 1/3 световода.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что в наконечник встроен датчик движения.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что датчик движения и кодер поворота встроены в наконечник для распознавания поворота наконечника относительно подающей системы.
4
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что световод между подающим устройством и наконечником изготовлен из материала, в частности, из GeO, сапфира или ZrF, проводящего лазерные импульсы до 50 мДж и/или среднее значение выходной мощности лазера, равное 5 Вт в диапазоне длин волн предпочтительно 2,69-2,94 мкм, а также, в частности, дополнительно в диапазоне длин волн 400-1000 нм.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что световод, подлежащий введению в канал, изготовлен из материала, в частности, OH-восстановленной двуокиси кремния или сапфира, проводящего лазерные импульсы до 50 мДж, и/или среднее значение выходной мощности лазера 5 Вт в диапазоне длин волн предпочтительно 2,69-2,94 мкм, а также, в частности, дополнительно в диапазоне длин волн 400-1000 нм.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что диаметр светопроводящей внутренней части световода находится в диапазоне 150-600 мкм, в частности, 118-250 мкм, при этом световод предпочтительно имеет защитный слой на наружной стороне.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что световод имеет наружный диаметр, находящийся в диапазоне 200-300 мкм и/или длину 25-40 мм.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что лазер представляет собой Er:YAG лазер, Er:YSGG лазер или CTE лазер с диодной накачкой, имеющий, в частности, длительность импульса, находящуюся в диапазоне 5-1000 мкс, предпочтительно в диапазоне 25-400 мкс, особенно предпочтительно 50-200 мкс, и/или энергию импульса в диапазоне 0,5-50 мДж, в частности, 1-10 мДж, и/или среднее значение выходной мощности 0,5-10 Вт, предпочтительно 1-3 Вт, при частоте повторения импульса в диапазоне 50-2000 Гц, предпочтительно 50-800 Гц.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что конструкция снабжена управляющим устройством, имеющим сенсорный экран, а также футляром, вмещающим лазер, соединенный с подающим устройством, в частности медицинским, посредством которого конструкция может обеспечиваться водой и/или сжатым воздухом.
Дополнительное предложение по изобретению обеспечивает, что управляющее устройство снабжено сенсорным экраном.
Дополнительное предложение обеспечивает, что лазерное устройство представляет собой настольное устройство, вмещающее в себя лазерный источник, и не соединено с подающим устройством, и имеет собственный прикрепленный контейнер для сжатой текучей среды.
Использование лазера для создания пузырьков пара и создание быстрого движения текучей среды может значительно улучшить очистку небольших каналов инструментов. Разумеется, важно не повредить внутреннюю поверхность каналов, которая часто изготовлена из полимеров и пластика. Следовательно, требуется лазер, имеющий низкую энергию импульса, которая ниже порогового значения разрушения материала стенки канала. Er:YAG лазер с диодной накачкой является идеальным для этой цели, поскольку частота повторения импульса может быть существенно выше, чем в обычных лазерных системах с ламповой накачкой, и может компенсировать более низкую энергию импульса.
Уничтожение бактерий в рабочих каналах может быть усовершенствовано путем использования переходных тепловых импульсов, как описано выше в тексте, маломощное Er:YAG лазерное излучение порядка 0,5 Вт с частотой повторения импульса, равной 200-800 Гц, является вполне достаточным для достижения переходных локальных температурных пиков на стенке канала значительно выше 100°C для уничтожения бактерий и сохранения основной температуры материала стенки канала значительно ниже точки плавления или пороговых значений разрушения.
Важно не оставлять очищающий световод в одном положении, поскольку это может вызвать локальный перегрев чувствительных стенок канала. Следовательно, обнаружение движения световода является дополнительной мерой безопасности в этом очищающем применении.
По соображениям лазерной безопасности дополнительно полезно избегать лазерного излучения до введения очищающего световода в канал. Таким образом, обеспечивается “обнаружение световода в канале”, подробно описанное в другом месте в представленном тексте.
Дополнительно могут применяться протоколы PDT (фотодинамическая терапия), использующие текучие среды, подобные метиленовому синему или толуидиновому синему, которые применяются в канале, и соответствующий свет присоединяется к свету, проходящему в канал. Для метиленового синего требуется 670 нм с приблизительно 150 мВт, а для толуидинового синего 635 нм с ~ 100 мВт. Преимущество перед традиционными процедурами PDT заключается в одновременной подаче Er:YAG/Er:YSGG лазерной энергии для возбуждения PDT-текучей среды лазерной энергией, быстро создающей пузырьки пара, движения прилегающей текучей среды и нагревания PDT-текучей среды. Это позволяет обеспечить значительно более интенсивный контакт текучих сред с бактериями и органическими остатками.
Дополнительно полезно знать, была ли процедура очистки успешной, посредством обнаружения оставшихся бактерий в каналах, как описано в настоящем тексте на примере очистки корневого канала.
Разумеется, описанное применяется не только для этой технологии очистки. Множество биотехнологических процедур/биореакторов подвергаются опасности со стороны бактерий, водорослей и органических остатков в небольших каналах, которые могут быть очищены с помощью предложенной процедуры и устройства.
И, разумеется, каналы большего размера, превышающие 1 мм в диаметре, могут быть очищены с помощью этой процедуры, однако, требуют большего импульса лазерной энергии и множества очищающих световодов, расположенных, например, группами или в виде кольцевой конструкции Требуемые энергии импульса составляют тогда порядка n * 0,1-50 мДж, где n - число отдельных очищающих световодов.
В случае очистки более длинных каналов концевой световод, вводимый в канал, должен иметь лучшую передачу, чем OH-восстановленная двуокись кремния. В этом случае идеально подходящим материалом является сапфир.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение может быть лучше понято и его преимущества приняты во внимание специалистами в данной области техники посредством ссылки на сопроводительные чертежи. Хотя чертежи иллюстрируют некоторые подробности некоторых вариантов осуществления, изобретение, раскрытое в настоящем документе, не ограничивается только проиллюстрированными вариантами осуществления.
Фиг. 1 - схема световода, имеющего переносимую затычку.
Фиг. 2 - схема вставленного в канал световода, имеющего расширяющуюся затычку.
Фиг. 3 - конструкция согласно фиг. 2, имеющая расширенную затычку.
Фиг. 4 - схема конструкции по изобретению.
Фиг. 5 - схема расположения электродов кончика световода.
Фиг. 6 - блок-схема лазерной системы.
Фиг. 7 - блок-схема подающей системы.
Фиг. 8 - схема наконечника.
Фиг. 9 - принципиальная схема наконечника.
Фиг. 10 - схема наконечника, имеющего картриджи для текучей среды.
Фиг. 11 - схема картриджа с клапаном.
Фиг. 12 - схема световода.
Фиг. 13 - наконечник, имеющий кончик световода и TOF-детектор
Фиг. 14 - детали TOF-детектора
Фиг. 15 - временные диаграммы различных вариантов "обнаружения световода в канале" для обработки корневого канала
Фиг. 16 - временные диаграммы различных вариантов "обнаружения световода в канале" для немедицинских применений
Фиг. 17 - временные диаграммы различных вариантов "обнаружения световода в канале" для неправильного использования устройства.
Фиг. 18 - расположение контейнера для очищающей текучей среды на лазерной системе
Фиг. 19 - детали контейнера для очищающей текучей среды.
Подробное описание изобретения
Ниже изобретение объяснено на основании очистки канала, такой канал представляет собой корневой канал, однако, без ограничения изобретения. Скорее идея изобретения может применяться во всех случаях, особенно когда очистке подлежат каналы, имеющие небольшой диаметр и/или закрытые, как, например, в случае с медицинскими инструментами, как объяснено во введении.
В случае проведения традиционной обработки корневого канала пульповая камера раскрывается, пульпа удаляется и корневые каналы расширяются с помощью механических файлов до достижения конической формы канала. Канал вручную промывается очищающими текучими средами с помощью шприцев. Затем канал заполняется герметиком и конические гуттаперчевые штифты вставляются и конденсируются в канале для достижения плотного пломбирования корневого канала.
Для данной процедуры расширение канала необходимо для создания конической формы канала, соответствующего конической форме гуттаперчевых пломбировочных штифтов, заполняющих канал. Убыль зубной ткани ослабляет зубы; процедура является длительной, существует риск повреждений, связанных с чрезмерной обработкой, и риск отлома файлов. Доля успешной обработки находится в диапазоне 70-95%, в зависимости от того, кто проводит обработку.
Более легкая в смысле продолжительности по времени и технически совершенная процедура могла бы способствовать увеличению среднего значения доли успешных попыток и увеличению комфорта для пациента.
Процедура без расширения корневого канала устранила бы вышеупомянутые недостатки. Однако это создает новые проблемы. Отсутствие расширения канала приводит к неправильной форме корневых каналов, подобно впадине. Таким образом, очистка и пломбирование корневого канала невозможны, поскольку конические гуттаперчевые штифты не могут быть вставлены в такой несформированный корневой канал. Требуется новая технология пломбирования.
Использующие лазер процедуры, проводимые с корневыми каналами, используют пузырьки пара, созданные лазерной энергией, для очистки корневых каналов, которые уже расширены механическими файлами до конической формы, обычно до номера 40 или большего. Расширение и сужение пузырьков пара вызывает движение воды вблизи пузырьков, что затем очищает стенки корневого канала.
Компании Fotona, Biolase и KaVo продают или продавали стоматологические лазерные системы, которые могут использоваться для такой эндодонтической обработки. Эти лазеры предлагают широкий диапазон зубных показаний вплоть до высверливания полостей. Частота повторения импульса в этих устройствах обычно ограничена ~ 50 Гц, и они обеспечивают энергию импульса до 1 Дж, что необходимо для препарирования полости. Для эндодонтической обработки энергия импульса ниже 50 мДж является достаточной в сочетании с частотой повторения импульса 50 Гц или менее (Thermal and acoustic problems on root canal treatment with different lasers, T.Ertl, H.Benthin, G. Mü1Ier, SPIE Vol. 2327 Medical Applications of Lasers 11(1994); Application of lasers in endodontics, T. Ertl, H. Benthin, B. Majaron, G. Müller, SPIE Vol 3192 Medical Applications of Lasers in Dermatology, Ophtalmology, Dentistry and Endoscopy (1997)) и использованием кончиков световода конической формы (Canal Enlargement by Er:YAG Лазер Using aCone-Shaped Irradiation Tip, S. Shoji, H.Hariu, H. Horiuchi, J ENDONTICS VOL. 26, No. 8. AUGUST 2000; 454-458).
Этот традиционный Er:YAG/YSGG лазер с ламповой накачкой имеет коэффициент преобразования энергии, составляющий ~3%, что создает большой источник энергии и громоздкое устройство с жидкостным охлаждением. Это приводит к высокой стоимости и, таким образом, очень ограниченному числу пользователей.
Кроме того, эти лазеры относятся к устройствам 4 класса безопасности, требуются некоторые усилия для соблюдения нормативных требований в стоматологической практике. Область лазерной безопасности должна быть заявлена и защищена, сотрудник, отвечающий за лазерную безопасность, должен быть обучен, иметь допуск и DDS, помощник и пациент должны носить защитные очки.
Существующая эндодонтическая процедура обработки корневого канала с помощью лазера использует энергии импульсов в диапазоне 5-30 мДж, что выше порогового значения разрушения дентина. Таким образом, возможно создание неправильного пути (ложного хода) при вставке лазерного световода в корневой канал.
В протоколе, обеспеченном DiVito (Effectiveness of the Erbium:YAG laser and new design radial and stripped tips in removing the smear layer after root canal instrumentation, E. DiVito, O. A. Peters, G. Olivi, Lasers Med Sci (2012) 27:273-280), лазерный аппликатор располагается в пульповой камере и не продвигается в корневые каналы. Даже без необходимости продвигания лазерного аппликатора в корневой канал процедура требует предварительной обработки корневых каналов до размера 25 или 30. Лазерная энергия создает перемещение текучей среды в пульповой камере, которая частично проходит в корневые каналы. Достоинство способа состоит в том, что световод не должен продвигаться в канал. Однако недостатками являются неустойчивые результаты, зависящие от геометрии канала, и может наблюдаться разбрызгивание едких очищающих текучих сред из пульповой камеры даже за пределы полости рта пациента из-за относительно высоких энергий импульса, составляющих 25-30 мДж.
Недавние технические достижения позволили обеспечить возможность разработки Er:YAG/YSGG лазеров с диодной накачкой.
Er:YAG/Er:YSGG лазер с диодной накачкой, разработанный специально для эндодонтической обработки, имеет меньший размер устройства и более экономичное решение. Эта лазерная система основана на лазерной системе, разработанной Pantec. (WO 2010/145802 A1, Bragangna, Heinrich, Pantec Biosolutions AG). Основная причина состоит в улучшенной эффективности преобразования электрической энергии в световую энергию. Это позволяет использовать значительно меньший источник энергии и уменьшить усилия, направленные на охлаждение.
Более высокая частота повторения импульса (до 2000 Гц по сравнению с 50 Гц) обеспечивает возможность уменьшения энергии импульса ниже порогового значения разрушения дентина. Это является важным, поскольку предотвращается образование “ложного хода” (проникновение через стенку корневого канала в периодонт), что является значительным осложнением эндодонтической обработки.
Совершенно неожиданно, энергии импульса в диапазоне 0,8-4 мДж в сочетании с частотой повторения импульсов в диапазоне 50-2000 Гц, предпочтительно 50-800 Гц обеспечивают, в сочетании с эффективными очищающими текучими средами, эффективную очистку корневых каналов. Низкая энергия импульса предотвращает разбрызгивание очищающих текучих сред, минимизирует вибрацию зуба во время обработки и предотвращает перфорацию стенки корневого канала лазерным световодом во время обработки, поскольку плотность лазерной энергии ниже порогового значения разрушения дентина.
Обработка канала в виде обработки корневого канала с помощью устройства, раскрытого согласно изобретению, начинается, подобно традиционной процедуре, с раскрытия пульповой камеры, удаления ткани пульпы из пульповой камеры, обнаружения входов в каналы и небольшого расширения входов, за которым следует поиск хода канала при помощи файла до размера 25, что создает проход, имеющий диаметр по меньшей мере 250 мкм на верхушке корня зуба и больший диаметр со стороны коронки, что необходимо для продвижения лазерного световода, имеющего такой же или меньший диаметр, близко к верхушке корня зуба.
Не требуется дополнительно расширения канала. Это экономит значительное количество рабочего времени и увеличивает комфорт пациента.
Пульповая камера и корневые каналы заполняются очищающей текучей средой вручную с помощью шприца или автоматически из контейнеров для текучей среды устройства, и лазерный световод вставляется в корневой канал, не доходя 1 мм до верхушки корня зуба.
Лазерное излучение в диапазоне длин волн 2,69-2,94 мкм сильно поглощается содержащей текучие среды водой и создает пузырьки пара в результате испарения в текучей среде, и вызывает гидродинамическое движение воды в корневом канале. Это движение текучей среды очищает канал. Лазер включается и лазерный световод перемещается вверх и вниз по корневому каналу. Очистка состоит из удаления живой и неживой ткани пульпы, бактерий и гноя, а также открытия дентинных канальцев. Основная площадь очистки составляет ~ 1-2 мм вокруг кончика световода и несколько менее эффективны очищающие эффекты “большого расстояния” во всем корневом канале, главным образом вызванные явлениями резонанса при взаимодействии геометрии корневого канала и звуковых волн, созданных посредством образования и схлопывания пузырьков пара.
После очистки канала одной текучей средой канал высушивается или обычным способом с помощью бумажных штифтов, или с помощью лазерной энергии (или сочетанием обоих способов) для удаления очищающей текучей среды из канала. Дополнительно может использоваться сжатый воздух, выходящий из аппликатора, что содействует процессу высушивания. Затем необязательно корневые каналы последовательно заполняют следующими очищающими жидкостями (вручную с помощью шприцев или автоматически с помощью устройства) и обработка повторяется. В конечном счете канал вновь высушивается.
2
2
Возможными очищающими текучими средами могут быть вода, NaOCl (3-10%), EDTA (10-17%) и/или HO (3-30%), или смеси перечисленного.
Verdaasdonk et al. (WO 2013/049832 A2, Biolase inc., Netchitailo V., Boutoussov, D. Verdaasdonk, R. M. et al. Pressure wave root canal cleaning system) сообщают об улучшении очистки с помощью лазерной энергии, обычно составляющей более 5 мДж на импульс, посредством добавления пузырьков газа к очищающей текучей среде.
В отличие от Verdaasdonk, раскрывающая очистка с помощью низких энергий импульса в предлагаемом диапазоне является менее эффективной, если перед обработкой текучая среда содержит пузырьки газа. Наилучшие результаты получаются с текучими средами без добавления пузырьков газа или даже с дегазированными текучими средами.
Чтобы решить, является ли корневой канал достаточно чистым и сухим и не содержащим бактерий, может выполняться проверка чистоты корневого канала. Могут использоваться спектроскопические/флюоресцентные способы направления освещения/возбуждения света в лазерном световоде в корневом канале и собирание ослабленного света от бактерий, органических остатков и стенок канала с помощью того же световода. Это может быть сделано одновременно с лазерной очисткой. Бактерии испускают флюоресцентные характерные сигнатуры в видимом диапазоне длин волн (особенно 570-650 нм) при возбуждении ультрафиолетовым светом (например, 405 нм) или в ближнем инфракрасном диапазоне (например, 750-880 нм) при возбуждении красным светом 600-700 нм. Возбуждение в видимом диапазоне является предпочтительным, поскольку автофлюоресценция дентина имеет сильное излучение в зеленой области спектра около 530 нм.
Альтернативно для диагностики каналов может применяться спектроскопия электрического импеданса.
В случае сохранения бактерий в корневом канале после очистки бактерии могут устраняться посредством определенной температурной обработки с использованием лазерной энергии с высокой частотой повторения импульсов, и/или к указанной обработке может добавляться PDT-процедура.
Сильное поглощение лазерного излучения на поверхности корневого канала является необходимым условием теплового уничтожения бактерий. Диодные лазеры с излучением длин волн в диапазоне 750-980 нм, используемые в настоящее время для этой цели, не имеют сильного поглощения в дентине, и, таким образом, не являются идеальными, а отчасти являются даже опасными, поскольку повышение температуры в периодонте и внутри корневого канала являются почти одинаковыми.
Например, длина волны в диапазоне 2,69-2,94 мкм предлагаемого лазерного устройства Er:YAG с диодной накачкой значительно лучше подходит для указанной задачи.
Таким образом, маломощное излучение Er:YAG лазера порядка 0,5 Вт с частотой повторения импульса в диапазоне 200-800 Гц является вполне достаточным для достижения локальных пиковых температур на стенке корневого канала, значительно больших 100°C, для уничтожения бактерий и сохранения периодонтальных температур значительно ниже критических 43°C.
Для PDT пригодными являются различные протоколы (например, Helbo, Dentofex, Wilson). Для такой обработки текучие среды, подобные метиленовому синему или толуидиновому синему, вносятся в корневой канал, и надлежащий свет проходит световой путь вглубь корневого канала. Для метиленового синего требуется 670 нм с приблизительно 150 мВт, а для толуидинового синего требуется 635 нм при ~ 100 мВт. Преимущество перед традиционными PDT-процедурами состоит в одновременной подаче Er:YAG/Er:YSGG лазерной энергии для возбуждения PDT-текучей среды посредством лазерной энергии, быстро создающее пузырьки пара, вызывающие движение текучей среды и нагревание PDT-текучей среды. Это обеспечивает значительно более интенсивный контакт текучих сред с бактериями и увеличение глубины проникновения в дентинные канальцы по сравнению с PDT без возбуждения или возбуждения с помощью ультразвука.
Пломбирование нерасширенных каналов 10 в виде корневых каналов требует нового подхода, обеспечивающего возможность закрытия искривленных пространств корневого канала без пустот. Это возможно с помощью обтурационного материала, обладающего низкой вязкостью. Однако существует риск проникновения пломбировочного материала за верхушку корня зуба.
Этому может препятствовать верхушечная “затычка”, помещенная в верхушечный участок перед пломбированием канала материалом низкой вязкости. Стандартные решения для размещения верхушечной затычки уже раскрыты (например, в US2009/0220909 A1 Müller, Mannschedel, Coltene/Whaledent), но, однако, требуют подготовки канала согласно ISO и не могут применяться в искривленных каналах. Кроме того, они не раскрывают использования лазерных систем для размещения затычки.
В случае небольшой верхушки корня зуба, имеющей диаметр порядка диаметра лазерного световода (250-350 мкм), затычка 12 прикрепляется по оси к лазерному световоду 14 (фиг. 1). Необязательный соединительный материал 16 между кончиком 18 световода и затычкой 12 может улучшить сцепление между материалом затычки и кончиком 18 световода.
Материал затычки может быть предварительно разогрет перед вставкой в наружной печке, используемой в настоящее время для предварительного разогревания обтураторов системы Thermafil.
Материал затычки может дополнительно покрываться изолирующим материалом перед вставкой в корневой канал 10. Изолирующий материал может быть составлен в соответствии с патентным документом US2014/0017636 A1 Berger et al., Dentsply intl. inc.
Лазерный световод 14 с затычкой 12 вставляется в корневой канал 10 и с небольшим давлением проталкивается в требуемое место. На надлежащей рабочей длине (длина до верхушки корня зуба - 1 мм) лазер включается и затычка 12 или соединительный материал 16 начинает плавиться в месте соединения с лазерным световодом 14. Затычка 12 может немного вертикально уплотняться лазерным световодом 14. Это будет удерживать затычку 12 в надлежащем положении при удалении лазерного световода 14. На следующем этапе заполняют канал материалом низкой вязкости. Этот материал может представлять собой, например, пломбировочный материал для корневых каналов, раскрытый в патентном документе US 2014/0335475 A1 Berger el al., Dentsply intl. inc.
Для улучшения покрытия стенок корневого канала в углублениях и труднодоступных областях пломбировочный материал низкой вязкости может быть подвергнут лазерному облучению, которое поглощается материалом и создает пузырьки пара, что ускоряет движение материала к стенкам корневого канала. И в заключении материалом, имеющим такую же или большую вязкость (например, согласно US 2014/0335475 A1), пломбируют канал для обтурации остального объема канала. Может быть применена латеральная и/или вертикальная конденсация.
Требования к материалу затычки:
биосовместимость
твердость ниже твердости дентина (требуется в случае повторной обработки), возможным выбором является гуттаперча.
В случае непосредственного соединения гуттаперчи с лазерным световодом 14 композиция гуттаперчи должна иметь устойчивое соединение с лазерным световодом 14 при хранении и во время вставки в канал 10 при комнатной температуре, и должна расплавляться в диапазоне 50-200°C. Гуттаперча имеет коэффициент поглощения, достаточно высокий для выделения достаточной энергии в области нескольких десятых микрометра, что обеспечивает очень локальное нагревание поверхности контакта с лазерным световодом.
В случае использования соединительного материала соединительный материал 16 должен расплавляться в диапазоне 45-200°C и достаточно прикрепляться к лазерному световоду 14 и материалу затычки. Коэффициент поглощения при длине волны лазера должен быть достаточно высоким для выделения достаточной энергии в области нескольких десятых микрометра для расплавления соединительного материала при мощности менее 2 Вт, предпочтительно меньше 100 мВт в течение 1-3 секунд. Материал расплавляется в диапазоне 45-200°C, что обеспечивает стабильность при хранении и поддерживает достаточно низкую температуру в области верхушки корня зуба во время применения тепла.
Альтернативно гуттаперчивая затычка может прикрепляться к аппликатору, который нагревается электрически. Может использоваться миниатюрный SMD резистор (EIA01005, 0,2×0,2×0,4 мм) или полупроводниковый материал на кончике пластикового аппликатора, получающий питание от 2 медных проволок с общим диаметром менее 250 мкм.
В случае ширины верхушки 20 корня зуба, значительно большей диаметра световода, например, 0,5-1мм, вышеописанный подход будет несостоятельным.
Для такой ситуации необходим материал, который может увеличивать объем “по требованию” (подобно попкорну или полиуретановой пене). Основной материал может прикрепляться опять же к лазерному световоду 14, продвигаемому в надлежащее место в области верхушки 20 корня зуба и затем запускается расширение посредством или лазерной энергии, преобразованной в тепло посредством поглощения, или УФ-света, при этом затычка 112 содержит расширяющийся материал 114. Материал 114 затычки должен расширяться при температуре ниже температуры плавления соединительного материала. После расширения материала 114 затычки и нескольких секунд охлаждения для обеспечения возможности затвердения материала 114 затычки, мощность лазера возрастает на короткое время, например, 0,5-2 секунды, для окончательного расплавления соединительного материала и удаления кончика 14 световода из канала 10 без риска смещения затычки 112 из своего положения в области верхушки корня зуба во время удаления.
В идеальном случае расширение материала 114 затычки направлено к стенке канала. Для достижения этого расширяющийся материал должен располагаться на боковой стороне материала с объемным рассеиванием, прикрепленного к кончику 18 световода соединительным материалом. После расширения этот материал 114 с объемным рассеиванием остается в канале 16, являясь частью затычки 112. Для отделения затычки от кончика световода соединительный материал нагревается с помощью излучения Er:YAG лазера. В этом случае соединительный материал должен быть проницаем для излучения в видимом диапазоне, которое рассеивается частью 120 с объемным рассеиванием затычки 112 в расширяемом материале 114 затычки для нагревания расширяемого материала 114 затычки.
Материал затычки может представлять собой зубной композитный материал. Соединительный материал может представлять собой полупрозрачную (в видимом диапазоне длин волн) смолу, размягчающуюся при температуре менее 200°C.
Затычка 112, имеющая среднюю часть из рассеивающего материала 120 и расширяющегося материала 114, расположенных вокруг внутренней части, изображена на фиг. 2 и 3.
Другой возможностью является прикрепление компонента A материала в качестве расширяющегося материала затычки к лазерному световоду, а второй материал B наносится на первый материал непосредственно перед вставкой в корневой канал, при этом начинается реакция, сопровождающаяся увеличением объема. Лазерная энергия далее будет использоваться только для расплавления соединения материала затычки и лазерного световода, который поддерживал материал затычки в надлежащем положении перед его фиксацией к стенке корневого канала посредством расширения.
Материал, имеющий коэффициент расширения, равный 3, может заполнять зазор между затычкой размером 25 (диаметр 250 мкм) и верхушкой корня зуба диаметром 40 (диаметр 400 мкм). При коэффициенте расширения, равном 7, может заполняться зазор до диаметра 60 (600 мкм) верхушки корня зуба.
В случае, когда кончик световода, имеющего больший диаметр, может быть вставлен без расширения канала, что часто происходит в передних зубах, материал, имеющий коэффициент расширения, равный 3, может заполнять зазор между затычкой диаметром 40 (диаметр 400 мкм) и верхушкой корня зуба диаметром 70 (диаметр 700 мкм). При коэффициенте расширения, равном 7, может заполняться зазор в данном примере до диаметра 100 (1000 мкм) верхушки корня зуба.
2
Пример расширяющегося материала: Смесь натрийгидрогенкарбонат (бикарбонат натрия) + частицы гуттаперчи. Когда тепло подается посредством кончика оптического световода, в результате следующей реакции  высвобождается CO и образуется пена, имеющая расплавленные частицы гуттаперчи.
Для поддержания pH в диапазоне физиологических значений может добавляться кислота (например, лимонная кислота), которая образует дополнительную пену во влажной среде. Альтернативно может использоваться любое биосовместимое пенообразующее вещество в сочетании с гуттаперчей, в том числе могут использоваться решения, раскрытые в патентных документах US2014/0017636 A1 и US 2014/0335475 A1, оба принадлежащие Berger et al., Dentsply intl. inc.
Маленькие частицы бикарбоната натрия могут быть закапсулированы в гуттаперчу для создания пены с закрытыми пузырьками.
Примеры различного вида затычек, материалов затычек, соединительных материалов и расширяющихся материалов приведены в Таблице 1.
Варианты затычек
Материал затычки
Соединительный материал (затычка к световоду)
Расширяющийся материал
Вариант 1(материал затычки непосредственно фиксирован к кончику световода, без расширения)
Гуттаперча,Термафил
Вариант 2(материал затычки приклеен соединительным материалом к кончику световода, без расширения)
Гуттаперча,Термафил
"Клей" расплавляется при 50-200°C, биосовместимый, хорошая адгезия к кварцевому волокну и гуттаперче
Вариант 3(расширяющийся материал затычки приклеен к световоду соединительным материалом)
= расширяющийся материал
"Клей" расплавляется при 80-200°C, биосовместимый, хорошая адгезия к кварцевому волокну и гуттаперче
Биосовместимыйматериал расширяется в 3-7 раз от исходного объема, Расширение может начинаться при нагревании (температура 50-70°C)Должен быть гибким, как гуттаперча
Вариант 4(основной материал затычки с объемным рассеиванием приклеен соединительным материалом к кончику световода и покрыт расширяющимся материалом на конических стенках и верхушке)
Основной материал затычкиОптические свойства аналогичны зубному композиту "Transpa" или"Enamel"Полупроницаемый и обладающий боковым рассеиванием >60% в диапазоне видимого спектраДолжен быть аналогичен по гибкости гуттаперче, биосовместим
Клей расплавляется при 80-200°C, биосовместимый, хорошая адгезия к кварцевому волокну и гуттаперче
Биосовместимыйматериал расширяется в 3-7 раз от исходного объема, Расширение может начинаться при нагревании ( температура 50-70°CДолжен быть гибким, как гуттаперча
Таблица 1
Устройство по изобретению представлено по существу на фиг. 4. Устройство содержит настольное устройство 40, имеющее сенсорный экран 42 и футляр, имеющий встроенные охлаждающие элементы 44. Футляр соединен с турбинным соединителем стоматологического блока 6 (соединитель 46) для обеспечения подачи воды и сжатого воздуха. Настольный футляр соединен с наконечником 48, имеющим подающую систему 50.
Наконечник 48 соединяется с подающей системой 50 посредством поворотного соединения. Кончик световода 52 может быть соединен с наконечником, а одноразовые контейнеры 54 с очищающей текучей средой могут прикрепляться и удаляться с наконечника. Футляр соединен с наконечником 48 посредством соединительной линии 56.
Портативное настольное устройство 40 содержит лазер в качестве источника энергии. Лазерное излучение передается при помощи подающей системы вместе с водой и сжатым воздухом и необязательно очищающими текучими средами к наконечнику 48, имеющему отсоединяемый кончик 52 световода.
Источником энергии является лазер ER:YAG - (длина волны 2,94 мкм), Er:YSGG - (длина волны 2,78 мкм) или CTE (длина волны 2,69 мкм) с диодной накачкой. Длительность импульса находится в диапазоне 5-1000 мкс, предпочтительно 25-400 мкс, наиболее предпочтительно 50-200 мкс. Энергия импульса находится в диапазоне 0,5-50 мДж, предпочтительно 1-10 мДж на дистальном конце аппликатора. Это требует приблизительно удвоенной энергии импульса на выходе из резонатора. Среднее значение мощности находится в диапазоне 0,5-10 Вт, предпочтительно 1-3 Вт, а пиковая мощность составляет < 600 Вт на выходе из резонатора.
Дополнительно устройство снабжено источниками света для направляющего луча и нагревания верхушечной затычки и необязательно для обнаружения бактерий и для PDT.
Направляющий луч поступает через стержень Er:YAG со стороны 100% отражающего зеркала, а другой источник света для нагревания верхушечной затычки и PDT поступает в световой тракт с помощью дихроичного устройства соединения лучей. Могут использоваться светодиоды или лазерные диоды большой мощности, например, ADL-63V0ANP (лазерные компоненты). Лазерный диод может работать параллельно MID ИК-лазеру и одновременно передаваться на наконечник. Для возбуждения флюоресценции (обнаружение бактерий, обнаружение чистоты канала) используются непрерывные или импульсные лазерные диоды в диапазоне 350-700 нм.
Устройство использует предпочтительно воздушное охлаждение для лазерного резонатора и электроники.
На фиг. 6 представлено схематическое, не требующее пояснений изображение лазерной системы.
Главным образом изобретение отличается наличием лазера Er:YAG-/ Er:YSGG/ CTE:YAG с диодной накачкой, обеспечивающего проверку чистоты канала в виде корневого канала посредством того же оптического световода, который используется для очистки канала, со следующими диапазонами длин волн возбуждения /обнаружения для обнаружения флюоресценции бактерий:
возбуждение 405-450 нм/обнаружение 570-650 нм
возбуждение 600-700 нм /обнаружение 750-880 нм.
Кроме того, изобретение отличается лазером Er:YAG-/Er:YSGG /CTE:YAG с диодной накачкой, обеспечивающим проверку чистоты канала в виде корневого канала посредством слоя металлизации на кончике оптического световода, используемого для очистки корневого канала с использованием спектроскопии электрического импеданса.
Кроме того, изобретение отличается лазером Er:YAG- / Er:YSGG/CTE:YAG с диодной накачкой, обеспечивающим энергию (0,05-3 Вт при частоте повторения импульсов в диапазоне 200-800 Гц) в канале в виде корневого канала посредством оптоволоконного кончика для нагревания внутренней поверхности корневого канала посредством поглощения излучения до 500 мкм при температурах, близким к убийственным для бактерий, достигающих локального пика температур на стенке корневого канала значительно выше 100°C, и сохранение периодонтальных температур значительно ниже критических 43°C.
Дополнительным элементом изобретения является лазер Er:YAG-/Er:YSGG/ CTE:YAG с диодной накачкой, обеспечивающий дополнительный источник света, излучающий при 670 нм с мощностью приблизительно 80-200 мВт и/или при 635 нм с мощностью 50-150 мВт для одновременного запуска PDT с текучими средами, подобными метиленовому синему или толуидиновому синему, и возбуждения PDT-текучих сред посредством лазерной энергии с быстро растущими пузырьками пара и связанными с этим движением текучей среды и теплом.
Вода и сжатый воздух обеспечиваются посредством подключения соединителя стоматологической турбины в разъем устройства. Устройство может иметь дополнительные сменные контейнеры 54 для различных очищающих текучих сред (стерильной воды, NaOCl, EDTA), если эти контейнеры 54 не располагаются непосредственно на наконечнике 48. Эти контейнеры для очищающих текучих сред сжимаются посредством сжатого воздуха стоматологического кресла с помощью соединителя 46 стоматологической турбины.
Поток текучей среды из этих контейнеров 54 к наконечнику 48 управляется электромагнитными клапанами, работающими посредством μC (встроенного микроконтроллера). Управление лазерными параметрами и последовательностью очищающих текучих сред, сушкой с помощью лазера и сжатым воздухом обеспечивает полностью автоматизированный процесс очистки канала за каналом (Таблица 2). Стоматологу требуется только нажать кнопку запуска и затем осторожно перемещать световод в канале вверх-вниз до появления сигнала готовности (светодиод или звуковой сигнал). Затем световод 14 вставляется в следующий канал и процедура повторяется.
30с
Необязательно: H<sub>2</sub>O, 100 Гц, 1,8 мДж (предварительная очистка при помощи низкой AVG мощности создают доступ для воды в более глубокие участки канала)
30с
H<sub>2</sub>O, 400 Гц, 1,8 мДж (очистка с помощью 0,8 Вт AVG - мощности)
10с
Промывание каналов с помощью лазера 800 Гц, 0,5 мДж, (лазерная сушка быстрее сушки с применением бумажных штифтов)
30с
5,2% NaOCl 400 Гц, 1,8 мДж (растворение ткани пульпы)
10с
Промывание и сушка каналов с помощью лазера 800 Гц, 0,5 мДж
60с
17% ЕДТА, 50 Гц, 3,5 мДж (каждые 6 с для односекундной лазерной обработки)
10с
Промывание и сушка каналов с помощью лазера 800 Гц, 0,5 мДж
Таблица 2
Диапазоны параметров
Минимальный - максимальный
[Предпочтительный минимальный - максимальный]
G
Время [с]
Энергия импульса [мДж]
Частота повторения импульсов [Гц]
Предварительная очистка
10-120,[20-60]
0,25-30[0,5-10]
50-500[50-200]
Очистка
10-120,[20-60]
0,25-60[0,5-20]
50-1000[50-400]
Высушивание
5-30,[5-15]
0,25-5[0,25-2]
100-2000[200-1000]
Очистка с помощью NaOCl
10-120,[20-60]
0,25-60[0,5-20]
50-1000[50-400]
Очистка с помощью EDTA
10-120,[20-60]
0,25-60[0,5-20]
50-1000[50-400]
Таблица 3
Лазерные параметры, используемые при очистке канала, установлены в Таблице 3.
Для снижения рисков, связанных с использованием лазера, обеспечиваются механизмы, гарантирующие, что лазер может работать, только если лазерный световод 14 находится в корневом канале 10.
Когда кончик 18 световода вставлен в корневой канал 10, свет, полученный посредством световода 14, намного меньше света, окружающего световод 14. Детектор в лазерной системе измеряет свет, возвратившийся обратно от кончика 18 световода, и обнаруживает абсолютный уровень света и изменение в уровне света (первая производная). Это обнаружение может быть выполнено независимо от какого-либо микроконтроллера или программного обеспечения для обнаружения. Оно основано на стационарной проводной аппаратуре, имеющей надежную конструкцию, которая отключает лазерную систему в случае перебоя в работе аппаратуры в блоке обнаружения.
Электроника, кроме того, может обнаруживать изменение отражения света, излученного в световодную подающую систему (например, направляющего луча), когда различие в коэффициенте преломления изменяется при погружении кончика 18 световода в текучую среду, содержащуюся в корневом канале. Свет направляющего луча является амплитудно-модулированным для различения сигнала от окружающего света.
На фиг. 13 представлен другой способ для "обнаружения световода в канале ". Этот способ обеспечивает измерение расстояния между передней частью 210 наконечника-аппликатора 212 и устьем 214 канала 216, окруженного сплошным материалом /тканью.
Когда кончик 218 световода проходит в канал 216, расстояние D до материала. окружающего устье 214 канала, становится меньше длины L кончика световода, что может использоваться в качестве указания на то, что кончик 218 световода проник в канал.
Технически это может быть сделано посредством отражения ультразвукового импульса или измерений времени пролета фотонов (TOF), при этом измеряется время между испусканием и приемом лазерного импульса. При обоих способах материал, окружающий устье 214 канала, отражает волны, посланные от наконечника 212 к объекту, содержащему канал 216. Поскольку при этом доступны недорогие интегральные схемы, имеющие механические размеры порядка нескольких мм, предлагающие оптическое измерение расстояния на основании TOF (например, STM VL53L0x, VL6180x), такой чип 220 может быть встроен в переднюю секцию 222 наконечника-аппликатора 212.
Диапазон измерений определяется от 0 см до приблизительно 200 см, при этом измерение расстояния от 0 до 5 см не является очень точным. Для усовершенствования это расстояние может быть фактически увеличено посредством добавления оптических волокон 224 перед чувствительными секциями TOF-датчиков 220, например, SPAD-датчиков, и источником света, как представлено на фиг. 14. Это дает дополнительную длину пути и, таким образом, смещает расстояние в лучшую измеряемую область. Волокна 224 должны иметь длину 2-8 см. Для дальнейшего усовершенствования разрешающей способности по расстоянию может использоваться два или более таких чипов в сочетании с волокнами различных длин, нацеленных на одну и ту же область, для создания перекрывающихся временных бинов.
Один временной бин таких интегральных схем составляет обычно 50 пс. Следовательно, различие во времени задержки, создаваемом оптическими волокнами в качестве линий задержки, например, 25 пс в случае двух чипов или 16 пс и 32 пс в случае 3 чипов, улучшит разрешающую способность по расстоянию посредством обеспечения возможности интерполяции между различными временными бинами.
Одна из доступных интегральных схем представляет уже комплексное решение, объединяющее измерение расстояния посредством TOF с обнаружением окружающего света. В отличии от способа обнаружения окружающего света, описанного в другом месте в данном тексте, окружающий свет собирается не посредством кончика 218 световода, подающего лазерное излучение, а на дистальном конце 210 наконечника-аппликатора 212, при этом направление обнаружения "смотрит" немного сбоку в направлении кончика 218 световода, так что кончик 218 световода не должен быть направлен в апертуру 226 оптики 228 датчика TOF.
По гигиеническим соображениям такой наконечник 212 обычно сконструирован так, что имеется центральная нестерилизуемая часть 230, содержащая оптику и электронику, и наружная оболочка 232 в виде кожуха или футляра, которая может стерилизоваться. Эта оболочка должна иметь дополнительные оптические окна 234 для обеспечения возможности измерения излучения, проходящего через оболочку. (см. фиг. 13)
Этот способ измерения может быть объединен со всеми другими способами "внутриканального обнаружения", описанными в заявке. Регистрация данных одного или нескольких способов обнаружения "световод в канале" в течение длительного времени обеспечивает возможность определить типичный временной профиль при обычном использовании устройства, как представлено на фиг. 15 и 16. Необычные временные профили могут использоваться для обнаружения неправильного использования устройства, и лазер может не включиться или выключиться, если он уже работал (см. фиг. 17).
На фиг. 13 представлен схематический рисунок лазерного наконечника 212, имеющего наружную съемную и стерилизуемую оболочку 232 и внутреннюю часть 230, имеющую оптические и электронные компоненты, такие как подающий лазерное излучение световод 236, фокусирующая линза 238, отражающее зеркало 240 и компоненты времяпролетного измерения, содержащих TOF-чип 220, два оптических волокна в качестве линий 224 задержки, оптические датчики 228 с преломляющим 242 и фокусирующим элементом 244. Оптический кончик 218 световода вставлен в наконечник 212.
Преломляющий и фокусирующий элемент 228 направляет TOF-лазерный пучок и соответствующий ход светового луча, идущий обратно на принимающую секцию чипа 220, в направлении окрестности дистального конца кончика 218 световода.
В случае использования спрея текучей среды (не представлен на фиг. 13) спрей текучей среды может периодически отключаться во избежание нарушения измерения.
На фиг.14 представлены более подробные изображения компонентов измерения расстояния. TOF-чип 220 имеет два проема для излучателя 246 и приемника 248. Оба проема связаны друг с другом через фокусирующие элементы 249 и оптические световоды 224, а на дистальном конце световодов 224 свет от излучателя света связан со светом, поступающим к приемнику света, посредством фокусирующего элемента 244 и преломляющей оптики 242 (призма, зеркало). В случае), когда TOF-чип обеспечивает дополнительное измерение окружающего света посредством третьего проема, используется присоединенный таким же образом третий световод.
На фиг. 15 представлены временные диаграммы 250, 252, 254, 256, 258 для различных измерений для обнаружения "световода в канале".
Первая временная диаграмма 250 представляет измерение TOF. Наиболее важным является критерий, согласно которому расстояние D между фокусирующим элементом 238 и дистальным концом 260 кончика 218 световода меньше длины L кончика 218 световода, что соответствует на временной диаграмме 250 линии 262, соответствующей 3 см, что указывает, что световод 218 должен находиться в канале 216 объекта.
Дополнительное измерение окружающего света TOF-чипом 220 обнаруживает увеличение окружающего света при приближении к наружной стороне полости рта пациента, поскольку при приближении свет стоматологической установки отражается от кожи пациента и от зубов (вторая диаграмма 252).
На третьей диаграмме 254 измерение окружающего света посредством кончика 218 световода является наиболее выраженным в момент, когда кончик 218 световода введен в "темный" канал 216, в который нет доступа окружающего света.
При использовании измерения отражения света посредством кончика 218 световода отражение будет увеличиваться при приближении зубов и будет максимальным при работе в канале 216 (четвертая диаграмма 256).
Наконец, в диаграмме измерения импеданса (пятая диаграмма 258) наиболее важным является момент времени t5, в который металлическое покрытие кончика световода погружено в канал, заполненный проводящей текучей средой, когда импеданс снижается почти от бесконечности до значительно меньшего значения.
Для случая немедицинских применений используются диаграммы 264, 266, 268, 270, 272, представленные на фиг. 16. Немедицинские применения представляют собой, например, рабочие каналы эндоскопов или каналы или трубки биореакторов. Вновь на первой диаграмме 264 TOF-измерение является наиболее значительным в момент времени t3-t6, когда измеренное расстояние меньше, чем длина кончика световода (в примере линия 274, соответствующая 10 см), поскольку кончик должен находиться в канале объекта.
Окружающий свет, измеренный с помощью детектора окружающего света, встроенного в TOF-чип, увеличивается при приближении к объекту, но может уменьшаться при дальнейшем приближении к объекту из-за затенения окружающего света наконечником (вторая диаграмма 266).
Измерение окружающего света посредством кончика световода демонстрирует значительное снижение в момент времени t3, при проникновении в канал кончика световода, по меньшей мере в объектах, не являющихся проницаемыми для окружающего света (третья диаграмма 268).
Измерение отраженного света на четвертой диаграмме 270 демонстрирует увеличение отражения в момент времени t3 при приближении объекта и достижение максимума, когда кончик световода находится в канале (время t3-t6) сильно рассеивающего, мало поглощающего объекта (четвертая диаграмма 270).
В заключении измерение импеданса демонстрирует значительное снижение импеданса в момент времени t3 при погружении покрытой металлом поверхности кончика световода в канал, заполненный очищающей текучей средой (пятая диаграмма 272).
На фиг. 17 продемонстрированы временные диаграммы 276, 278, 280, 282, 284 при неправильном использовании устройства посредством приближения его к глазу человека, например, в случае медицинского/стоматологического применения. В этом случае измеренное расстояние никогда не будет меньше длины кончика световода (линия 286 на первой диаграмме 276), окружающий свет будет увеличиваться (вторая диаграмма 278), и результат измерения окружающего света посредством кончика световода не упадет до нуля (третья диаграмма 280), и измерение импеданса не покажет снижения импеданса, если только глаз не соприкасается непосредственно с кончиком (пятая диаграмма 284).
Другой способ обнаружения положения кончика 18 световода в корневом канале 10 состоит в металлизации поверхности световода 14, вводе измерительного тока (переменного) в электрод(ы) 180, 182 и измерении изменения импеданса во время вставки световода в корневой канал 10. Световод 14 может быть полностью металлизирован, когда один электрод в сочетании с противоэлектродом удерживаются пациентом или прикрепляются к полости рта пациента (губной зажим). Однако предпочтительное решение представляет собой концепцию двойного электрода, то есть первого и второго электрода 180, 182 без противоэлектрода. Однозначность соединения обеспечивается посредством наличия ключа на кончике световода.
Слой металлизации может состоять из полного покрытия оптического световода, за исключением конической части кончика световода, или может представлять собой структурированный слой, образованный одним или более электродами на одной и той же наружной поверхности световода.
Конфигурация металлизированного кончика обеспечивает дополнительное обнаружение “Канал все еще влажный” предпочтительно с помощью металлизированного кончика световода с двойным электродом (см. фиг. 5).
2
Влажный канал имеет значительно более высокую относительную диэлектрическую проницаемость по сравнению с сухим каналом. HO: ἑ: 80-90 и ἒ: 3-30 сравнительно с дентином, имеющим ἑ: 1-8 и ἒ: 0,3-5. Это может использоваться для определения степени влажности корневого канала. Измерение выполняется на одной частоте или на множестве отдельных частот или на диапазоне частот, который может составлять 1-10 ГГц, предпочтительно 1кГц-2,4 ГГц. Гидрофобное покрытие наносится в области электрода во избежание непосредственного необратимого увлажнения электродов.
Использование обнаружения влажности канала в сочетании с процедурой лазерного высушивания канала посредством приложения лазерной энергии, имеющей 0,1-1 Вт при частоте повторения импульсов 200-800 Гц, обеспечивает обратную связь управляемой процедуры высушивания канала.
Дополнительно для обнаружения бактерий в корневом канале 10 может использоваться спектроскопия импеданса и измерение длины во время очистки канала 10. Специальный вариант спектроскопии импеданса, предложенный NuMed (патент США 9119548B2), анализирующий гармонические колебания, созданные клеточными стенками бактерий, может быть включен в предложенную очистку устройства и обеспечивает обнаружение бактерий в корневом канале.
Используя металлизированный световод 14, измерение длины корневого канала с помощью измерений импеданса может выполняться одновременно с очисткой для указания надлежащего положения кончика 18 световода во время обработки и недопущения выхода за верхушку 20 корня зуба.
Для дифференциации обработки верхней челюсти от нижней челюсти используется, например, инерциальный датчик (MEMs- устройство, например, Kionix KXTF9). Это важно, поскольку скорость повторного заполнения текучей среды является различной в случае обработки верхней и нижней челюсти.
Дополнительно эта инерциальная платформа обеспечивает данные для направления перемещения кончика 18 световода (внутрь или наружу корневого канала 10). Это важно для выключения лазера при продвижении кончика 18 световода в корневом канале 10 в случае необходимости применения плотности энергии выше порогового значения разрушения.
Дополнительно информация о движении, предоставленная датчиком движения, может использоваться для обнаружения, перемещает ли непрерывно стоматолог световод в канале, и чтобы напомнить стоматологу при помощи предупреждающей информации, если он остановил перемещение во время обработки, и уменьшить или выключить лазерную мощность.
Дополнительно данные инерциальной платформы могут использоваться для перекрестной проверки с данными положения световода, предоставленными в результате измерения импеданса на основании измерения положения световода.
Подающая система 50 соединяет портативное настольное устройство 40 с наконечником 48, аналогичным стоматологическому наконечнику для сверления.
Во избежание вращающего момента на световоде наконечник 48 соединен с подающей системой 50 посредством свободного вращения, имеющего низкое трение вокруг продольной оси.
4
Лазерное излучение передается к наконечнику посредством GeO, сапфира, ZrF или любого другого световода, способного передавать излучение (до 50 мДж, средняя мощность до 5 Вт, пиковая мощность 500 Вт) в диапазоне длин волн 2,69-2,94 мкм и дополнительно 400-1000 нм. Диаметр внутренней части световода находится в диапазоне 150-600 мкм, предпочтительно 180-250 мкм. Торцевые поверхности световода защищены от влаги и могут быть покрыты противоотражающим материалом.
Сжатый воздух и вода, доступные в стоматологическом блоке стоматологического кресла, соединенном с устройством, направляются посредством подающей системы вместе со световодом.
Необязательно дополнительные очищающие текучие среды из сменных контейнеров, встроенных в устройство, могут транспортироваться в подающую систему к наконечнику.
Электрические провода обеспечивают перенос данных и мощности между наконечником и настольным блоком. Для обеспечения небольшого числа проводов и соединителей используется система с SPI- или I²C-шиной.
Защита от сгибания гарантирует, что световод 14 не будет изогнут за пределы разрешенного радиуса изгиба для колебательного изгибания.
Подающая система 50 выполнена с возможностью отсоединения от устройства в случае необходимости ремонта, и наконечник 48 может быть отсоединен от подающей системы 50 для очистки/стерилизации обычным образом.
Фиг. 7 - схематическое самообъясняющее изображение подающей системы 50.
В качестве альтернативы размещению датчика движения в наконечнике датчик может быть размещен в наиболее дальней части подающей системы. Это позволяет избежать применения циклов стерилизации к чипу датчика. В этом случае, однако, должно добавляться обнаружение положения поворота наконечника относительно подающей системы.
Наконечник 48 соединен с подающей системой 50 с помощью поворотного соединения 58, обеспечивающего подачу воды (линия 60) и сжатого воздуха (линия 62) к наконечнику 48. Воздух и вода подаются к передней секции наконечника 48 и применяются в направлении световода 14 с помощью носика 64. Лазерное излучение подается от подающей системы 50 с помощью оптического световода 66, через защитное окно 68, линзу 70 и отклоняющее зеркало 72 к световоду 14. Контейнеры 54 для текучей среды фиксируются путем защелкивания на наконечнике 48. Датчик 74 движения располагается в передней секции подающей системы 50 и может обнаруживать, в сочетании с кодером 76 поворота, движение кончика 18 световода (см. также фиг. 8).
В ручной аппликатор может быть вставлен съемный одноразовый световод 14 под углом порядка 70-130° к основному направлению наконечника 48. Этот кончик 18 световода вводится в корневой канал.
Наконечник 48 аналогичен небольшому стоматологическому наконечнику, в идеальном случае контругловому наконечнику. Наконечник 48 выполнен с возможностью поворота вокруг продольной оси.
Отклонение лазерного луча в прикрепляемом световоде 14 около ~90° выполняется при помощи плоского зеркала 72 и отдельного фокусирующего элемента или фокусирующего зеркала.
Одноразовый световод 14 соединяется с наконечником 48 при помощи соединителя, обеспечивающего единственно возможное расположение с помощью соединения с ключом для обеспечения однозначного соединения по меньшей мере 2 электрических соединений, с контактами в наконечнике 48.
В простом варианте наконечника 48 только вода и воздух могут использоваться для обработки непосредственно из наконечника 48. Другие очищающие текучие среды применяются в корневых каналах 10 вручную при помощи шприца.
Сжатый воздух и вода могут образовывать аэрозольное орошение. Для образования аэрозоля используется 10-30 мл/мин воды и 5-10 л/мин воздуха.
Поток текучей среды направляется к последней 1/3 световода 14 под углом приблизительно 10-20° к продольной оси световода 14. Скорость воды на выходе из наконечника составляет более 0,6 м/сек.
Кнопка Запуск/Остановка может быть встроена в наконечник.
Схематическое понятное без объяснений изображение наконечника 48 с его компонентами представлено на фиг. 9.
В варианте наконечника 48 одноразовые контейнеры 54 для текучей среды/(также называемые картриджами) для NaOCl и EDTA непосредственно прикрепляются к аппликатору. Картридж 54 имеет направляющую для текучей среды вблизи световода 14 (см. фиг. 10). Возможно непосредственное размещение на наконечнике 48, поскольку обработка требует лишь небольшого количества текучей среды, порядка 1-2 мл на текучую среду. Главная цель состоит в хранении частично разъедающих текучих сред отдельно от наконечника 48, подающей системы 50 и настольного устройства 40. Дополнительная цель состоит в избегании просачивания до и после использования. Недорогое решение для достижения этих целей представляет собой разделение электромагнитного клапана 78 на возбуждающую часть, имеющую магнитную катушку 80, и часть из ферромагнитного сердечника 82 в наконечнике 48, и ферромагнитный материал в качестве открывателя клапана 78 как часть выходного клапана в одноразовом картридже 54. Картридж 54 находится под давлением воздуха при размещении его в наконечнике 48. Гибкая мембрана или поршень 84 могут отделять текучую среду от входного отверстия для воздуха. Более подробно см. фиг. 11.
В дополнительном варианте устройства устройство не соединяется со стоматологической установкой. Чтобы сделать устройство полностью независимым от подачи текучей среды и воздуха из стоматологической установки на лазерном устройстве может быть размещен съемный контейнер для текучей среды (не на наконечнике, как предлагается для очищающих текучих сред, как описано ранее).
Поскольку компрессор внутри лазерного устройства для создания давления в системе является шумным, используется съемный контейнер для текучей среды, который уже находится под давлением аналогично аэрозольному баллончику. Соединение с подающей системой для текучей среды внутри лазерного устройства выполняется посредством цилиндра, проникающего в уплотнительное кольцо, во-первых, для создания плотной прижимной изоляции. а затем для открывания прохода из контейнера к системе подачи текучей среды. Контейнер частично заполнен текучей средой 10 мл - 1 л, наиболее предпочтительно 100 мл - 250 мл. Остальная часть контейнера представляет собой пространство для газа, обеспечивающего давление. Газом может быть воздух, инертный газ.
В качестве альтернативы может использоваться вещество, имеющее давление пара около 3-8 бар при комнатной температуре, например, бутан, в сочетании с разделением внутренней части контейнера для текучей среды на два отсека, разделенных гибкой мембраной.
2
2
Текучая среда в контейнере может представлять собой стерильную воду, физиологический солевой раствор или другие текучие среды, необязательно содержащие бактерицидные ингредиенты, как, например, но без ограничения, HO или CHX.
Для недопущения образования биопленки на внутренней трубке и клапанах может быть прикреплен второй контейнер со стерилизующей текучей средой вместо текучей среды для ежедневной/еженедельной очистки, как известно для стоматологической установки.
Для недопущения намеренного использования системы, когда текучая среда для стерилизации имеется в системе, контейнер для стерилизующей текучей среды имеет средство идентификации, например, RF ID-чип или механический маркер для информирования лазерного устройства, что оно не может быть использовано для очистки канала. После удаления контейнера для стерилизующей текучей среды программное обеспечение для контроля стерилизации требует сначала, чтобы был прикреплен обычный контейнер для очищающей текучей среды, и затем высвобождается достаточное количество текучей среды в систему трубок для полной замены стерилизующей текучей среды. После завершения процедуры стерилизации устройство может использоваться для очистки канала или может храниться.
Другая возможность состоит в размещении контейнера для стерилизующей текучей среды дополнительно в качестве второго контейнера на лазерном устройстве параллельно контейнеру для очищающей текучей среды.
В случае, когда не требуется соединения со стоматологической установкой (стоматологическим креслом) и использования картриджей для очищающей текучей среды, установленных на наконечник, второй контейнер может быть только сжатым газом для обеспечения картриджей на наконечнике.
Поскольку лазерное устройство в этом варианте не соединено со стоматологической установкой (стоматологическим креслом), сжатый воздух недоступен. В этом случае генерируется водяная пыль посредством воды, только в сочетании со специальным носиком.
На фиг. 18 представлено размещение контейнера 300 для текучей среды на лазерном устройстве 302 в виде настольного устройства, имеющего наконечник 212. Контейнер 300 для текучей среды вкручивается сверху вниз в лазерное устройство 302, обеспечивая выдавливание текучей среды из контейнера 300 в трубопровод лазерного устройства 302 только после установления плотного соединения для текучей среды и воздуха между контейнером 300 для текучей среды и лазерным устройством 302. Соединение является обратимым. Если остальная текучая среда и давление все еще останутся в контейнере 300 при снятии, текучая среда или газ не будут выходить из контейнера 300. Предлагаемое решение не ограничивается одним контейнером для текучей среды. Отдельный контейнер с дезинфицирующей текучей средой может быть размещен таким же способом в лазерном устройстве для удаления биопленки параллельно контейнеру для очищающей текучей среды, для недопущения замены контейнера для ежедневной/еженедельной процедуры дезинфекции устройства.
На фиг.19 представлены детали контейнера 300 для текучей среды с очищающей текучей средой 304 и резервуаром 306 для сжатого газа. Между контейнером и трубопроводом лазерного устройства установлен клапанный механизм 308, расположенный в крышке 310 контейнера, который позволяет воде протекать только после установки соединения, герметичного для воды и газа. Соответствующая часть в лазерном устройстве представляет собой трубку 312, имеющую уплотнительное кольцо 314, которое устанавливает соединение с контейнером, герметичное для воздуха и воды. Винтовая резьба на верхней части контейнера фиксирует контейнер к лазерному устройству.
Контейнер может быть изготовлен из металла или армированного пластика, выдерживающего давление в диапазоне 3-10 бар. Водяная пыль образуется, выходя из лазерного устройства в виде наконечника посредством безвоздушного рабочего носика.
Материал световода должен обеспечивать передачу в диапазоне длин волн 400 нм - 2,94 мкм с приемлемой потерей и стоимостью. Подходящим со всех сторон решением являются световоды на основе OH-восстановленной двуокиси кремния, имеющие ~50% ослабление на 5 см длины при 2,94 мкм (включающего в себя френелевское отражение). Световод 14 является одноразовым, выдерживающим 3-4 корневых канала при умеренном ухудшении. Конец 18 световода 14 имеет коническую форму без защитного слоя или металлизации. Альтернативно световод 14 может быть полусферическим. Световод 14 имеет наружный диаметр 200-300 мкм и диаметр сердечника, составляющий 180-240 мкм. Длина световода 14 составляет 30-40 мм. Формованная пластиковая часть соединяет световод 14 с наконечником. Световод 14 может иметь дополнительное покрытие для усиления устойчивости к разрушению, и может иметь поверхностную металлизацию для обеспечения измерения длины вставки в корневой канал, для определения расстояния до верхушки корня зуба во время обработки. Контактные поверхности электродов контактируют с соединителями для соединения с наконечником 48. Соединительная часть с наконечником 48 допускает только 2 положения под углом 180° для обеспечения однозначного соединения двух электродов. Электроды 180, 182 могут быть покрыты гидрофобным слоем. Дополнительные подробности световода 14 и его кончика можно изучить по фиг. 12.
Программное обеспечение управляет параметрами лазера, потоком воздуха и воды и, в расширенном варианте наконечника 48- потоком для двух дополнительных очищающих текучих сред.
Программы задания последовательностей доступны для следующих применений:
Очистка /Высушивание
Обнаружение бактерий
Тепловое уменьшение числа бактерий
aPDT
размещение затычки верхушки корня зуба
поддержка обтурации
Программа Очистка/высушивание обеспечивает последовательность этапов очистки и высушивания (см. Таблицу 2). Параметры могут программироваться индивидуально и храниться как “Предпочтительные программы обработки”.
Уничтожение бактерий представляет собой программу для обнаружения оставшихся бактерий и/или остатков бактерий в корневом канале посредством флюоресцентного обнаружения.
Тепловое уменьшение числа бактерий представляет собой программу для локального нагревания внутренней поверхности корневого канала четко определенным способом. Частоты повторения импульсов, предпочтительно составляющие 100-2000 Гц, используются в сочетании с низкими энергиями импульсов (0,1-1 мДж) для генерирования локально достаточно высоких температур на внутренней поверхности корня и в пределах нескольких сотых мкм в стенке корневого канала для уничтожения оставшихся бактерий. В этой программе не используются текучие среды. Движение световода отслеживается детектором движения для недопущения какого-либо риска локального перегревания.
Программа aPDT объединяет известную традиционную последовательность aPDT, например, предложенную Helbo, когда созданные лазером пузырьки пара создают движение в окрашенной текучей среде aPDT для улучшения контакта и замены текучей среды вдоль стенки корневого канала. Вместо контейнера для очищающей текучей среды в наконечник вставляется краситель aPDT. После проведения aPDT краситель вымывается из корневого канала автоматически посредством промывания струей воды с помощью генерированных лазером пузырьков пара.
Для искривленного, несформированного корневого канала 10 требуется иная стратегия обтурации. Для обеспечения такого способа обтурации устройство предлагает следующие программы:
Программа размещения затычки верхушки корня используется в сочетании со световодом с прикрепленной гуттаперчивой затычкой. Лазерное нагревание применяется для частичного расплавления затычки в положении у верхушки корня зуба и отсоединения ее от кончика световода.
Программа поддержания обтурации используется для ускорения перемещения обтурационного материала низкой вязкости, расположенного поверх верхушечной затычки в корневом канале, к стенке корневого канала для улучшения плотности покрытия всех стенок корневого канала обтурационным материалом. Для этой цели генерируются временные пузырьки пара в пломбировочном материале корневого канала. Приложенное тепло может дополнительно уменьшать вязкость при применении, дополнительно обеспечивая обтурационному материалу возможность проникнуть в любую неровность канала.
Изобретение обеспечивает автоматическое управление лазерными параметрами и последовательностью очищающих текучих сред, высушиванием с использованием лазера и сжатым воздухом, что обеспечивает полностью автоматизированный процесс очистки.
Хотя изобретение объяснено выше с помощью очистки корневого канала, идея изобретения подходит, как уже было объяснено, для очистки каналов, имеющих меньшие диаметры, чем диаметры корневых каналов, особенно таких каналов, которые не проходят ровно в продольном направлении. В связи с этим, следует обратиться к вводным пояснениям.