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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Kontrolle der
Positionierung eines zahnmedizinischen Instrumentes in einem Wurzelkanal bezüglich der
Wurzelspitze (Scheitelpunkt) eines Zahns.
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Es ist bekannt, daß in der Zahnmedizin die Positionierung eines Instruments manchmal
an einer bestimmten Stelle eines gegebenen Milieus in der Nähe eines zweiten Milieus
erfolgen muß, wo der ausführende Arzt keine direkte Sichtkontrolle ausüben kann.
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Daher muß die Zahnkanalpräparierung zwei Hauptziele erfüllen, nämlich zum einen
Exstirpieren des Zahnmarkgewebes und Entleerung des Wurzelkanals, und zum anderen
eine Bearbeitung des Kanals, um Ihm eine geeignete Form zu geben, so daß er einen
luftdichten Verschluß aufnehmen kann, welcher den Kanal bis zu seinem Ende hin
perfekt verschließt.
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Aus Gründen der Schnelligkeit und Leistungsfähigkeit wird diese Bearbeitung für
gewöhnlich mit Hilfe eines Geräts ausgeführt, welches ein Werkzeug, wie beispielsweise
eine Feile aufweist, die in Schwingungen versetzt wird, deren Frequenz im
Ultraschallbereich liegt.
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Ein Problem, welches sich dem ein derartiges Verfahren durchführenden Arzt stellt,
besteht darin, eine Reinigung und eine praktisch perfekte Bearbeitung des
Zahnwurzelkanals des Patienten zu gewährleisten und dabei ein Passieren des
Kanalscheitelpunkts zu vermeiden, d. h. der Einschnürung, die sich auf dem Boden des
Kanals befindet und diesen von der Schleimhaut des Patienten trennt, welche andernfalls
schwerwiegend geschädigt wird.
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Die Mittel, über welche der ausführende Arzt für diese Erfassung verfügt, sind zum einen
die herkömmlichen Lokalisierungsverfahren, wie etwa taktile Wahrnehmung oder
radiographische Kontrolle, und andererseits die elektronische Kontrolle.
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Bei letzterer wird für gewöhnlich der elektrische Widerstand gemessen, welcher
zwischen einer ersten Elektrode, der Zahnfleischelektrode, die sich in Kontakt mit dem
Zahnfleisch des Patienten befindet, und einer zweiten Elektrode besteht, welche
manchmal aus der in den Wurzelkanal eingeführten Feile selber besteht, wobei eine
Widerstandsverkleinerung auf Höhe der Scheitelpunkteinengung die Nähe der
Schleimhaut und somit des Scheitelpunkts des Zahns signalisiert.
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Durch das französische Patent 2 590 476 sind Geräte bekannt, welche es erlauben, im
Verlauf des Vorschiebens einer Sonde oder eines außer Betrieb befindlichen Werkzeugs
im Inneren des Wurzelkanals die Schwankung eines physikalischen Parameters zu
messen, wie etwa den Wirkleitwert, welcher einen sehr starken Anstieg erfährt, wenn die
Sonde in die unmittelbare Nähe des Scheitelpunkts gelangt. Wenn die Nähe zum
Scheitelpunkt bestimmt ist, bringt der ausführende Arzt dann auf seinem Werkzeug einen
Markierungsanschlag an, welcher meistens aus einer elastischen Scheibe besteht, die
durch Reibung auf diesem gehalten wird und ihn während der Bearbeitungsphase davon
in Kenntnis setzt, zu welchem Zeitpunkt sein Werkzeug den Scheitelpunkt erreicht.
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Wenn eine derartige Vorrichtung auch einerseits erlaubt, mit guter Genauigkeit die
Relativposition des Werkzeugs bezüglich des Scheitelpunkts zu bestimmen, benötigt sie
dazu das Anbringen eines Markierungsanschlags auf dem Werkzeug. Dessen
Positionierung auf dem Werkzeug ist aber, bedingt durch die Befestigungsart, weder
genau noch zuverlässig, insofern als er, beispielsweise infolge einer falschen Bewegung,
eine Verschiebung über seine Sollposition hinaus erfahren kann, was während der
Bearbeitungsphase ein Passieren des Scheitelpunkts des Zahns nach sich ziehen kann.
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Andererseits findet der Eingriff dann in zwei Phasen statt, und zwar einer ersten
Meßphase und einer zweiten Phase, in welcher die eigentliche Bearbeitung ausgeführt
wird, was einen Zeitverlust sowohl für den ausführenden Arzt als auch für seinen
Patienten bedeutet.
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Schließlich kommt es bei dieser Art Vorrichtung vor, daß sich eine extreme Zunahme des
gemessenen Wirkleitwerts durch verschiedene Gründe bedingt einstellt, ohne daß sich
das Werkzeug in der Nähe des Scheitelpunkts des Zahns befindet, so daß die Gefahr
besteht, daß die Bearbeitung des Wurzelkanals unterbrochen wird, bevor dessen
Scheitelpunkt erreicht ist. Selbstverständlich kann man zur Vermeidung dieses Nachteils
den Schwellenwert zur Erfassung des Scheitelpunkts erhöhen, jedoch ist damit das
Risiko verbunden, daß während der Bearbeitungsphase des Wurzelkanals die
Bearbeitung bis über den Scheitelpunkt hinaus in der Schleimhaut des Patienten
fortgesetzt wird.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen, indem sie eine
Vorrichtung vom zuvor erwähnten Typ unter Vermeidung der Verwendung eines
Markierungsanschlags vorschlägt, welcher eventuell nur einen einzigen Arbeitsgang
benötigt und welcher für eine plötzlich und isoliert auftretende Änderung des
Wirkleitwerts unempfindlich ist.
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Der Gegenstand der vorliegende Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur automatischen
Kontrolle der Positionierung eines zahnmedizinischen Instrumentes in einem Wurzelkanal
bezüglich des Scheitelpunkts eines Zahns, welche aufweist: ein leitendes Element,
welches geeignet ist, sich im Wurzelkanal zur Schleimhaut eines Patienten hin zu
verschieben, eine Einrichtung zum Messen des Wirkleitwerts, welche im Verlauf des
Verschiebens einen Änderungsschwellenwert liefert, wenn sich das leitende Element in
Kontakt mit der Schleimhaut befindet, eine Einrichtung zum Erfassen von zumindest
einem vorbestimmten kritischen Wirkleitwert und eine Einrichtung zum Erzeugen eines
Signals, wenn der bestimmte Wert den kritischen Wert erreicht. Sie ist gekennzeichnet
durch:
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- eine Einrichtung zum Bestimmen der Ableitung oder Steigung des Wirkleitwerts
während der Verschiebung des leitenden Elements im Wurzelkanal, eine
Aufzeichnungseinrichtung, welche den Wert der maximalen Ableitung oder
Steigung der Wirkleitfähigkeit zu speichern gestattet, und eine Analyseeinrichtung,
welche erlaubt, den kritischen Wert vom Wert der maximalen Ableitung oder
Steigung herzuleiten.
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In einem Ausführungsmodus der Erfindung besteht das leitende Element aus einem
Werkzeug, welches durch die Einwirkung eines Ultraschallgenerators in eine
Vibrationsbewegung versetzt wird, und die Vorrichtung weist eine Regeleinrichtung auf;
welche erlaubt, die Betriebsparameter des Werkzeugs zu steuern, d. h. dessen Amplitude
und/oder Vibrationsfrequenz, wobei die Regeleinrichtung geeignet ist, wenn der Wert
der Ableitung oder Steigung der Wirkleitfähigkeit den kritischen Wert erreicht, die
Betriebsparameter des Werkzeugs gemäß einer vorbestimmten Kurve zu modifizieren,
und diese Betriebskurve eventuell zum völligen Stoppen der Vibration des Werkzeugs
führt.
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Nachfolgend wird beispielhaft und nicht einschränkend eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
welche zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 ein Diagramm, welches die charakteristische Kurve der Änderung des
elektrischen Wirkleitwerts im Verlauf des Vorrückens eines leitenden Elements
in den Wurzelkanal des Zahns eines Patienten darstellt.
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Fig. 3 ein Diagramm, welches zwei Änderungsverläufe über die Zeit von
Funktionsparametern des Werkzeugs zeigt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben
wird, dient zur Präparierung eines Zahnes, d. h. die Reinigung und Bearbeitung von
dessen Wurzelkanal.
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Sie weist einen Ultraschallwandler 1 auf; auf dessen Vorderseite eine abnehmbare und
austauschbare Sonotrode 3 befestigt ist, welche mit einem chirurgischen Instrument
ausgerüstet ist, d. h. im vorliegenden Fall mit einer Feile 4. Der Ultraschallwandler 1 ist
über einen Trenntransformator 5 mit einem Ultraschallgenerator 7 verbunden, welcher
wiederum über einen durch ein Steuerpedal betätigten Schalter 11 mit einer
Stromversorgungseinrichtung verbunden ist.
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Die Vorrichtung weist auch eine Einrichtung auf; mit welcher die Messung des
Wirkleitwertes zwischen dem Ende der Feile 4 und der Schleimhaut des Patienten
durchgeführt werden kann. Diese Einrichtung besteht aus einem Widerstandsmesser 13,
dessen eine Klemme über einen Leiterdraht 14 mit der Feile 4 und dessen anderes Ende
mit der Schleimhaut des Patienten verbunden ist, und zwar über einen Leiterdraht 15,
dessen Ende mit einem "Mundhöhlenclip" 17 versehen ist. Die Ausgangsklemme 19 des
Widerstandsmessers 13 ist mit einer Signalabtastschaltung verbunden, deren Ausgang 23
wiederum mit einer Glättungsschaltung 25 verbunden ist. Der Ausgang 27 der
Glättungsschaltung 25 ist seinerseits mit einer Analyseschaltung 29 verbunden, deren
Ausgang 28 mit einem Komparator 30 verbunden ist, welcher den Vergleich des
Ausgangssignals der Analyseschaltung 29 mit einem Schwellenwert vornimmt, der einem
vorbestimmten kritischen Wert entspricht. Der Ausgang 31 des Komparators 30 ist
seinerseits mit einer Ansteuerschaltung 33 versehen, welche die Steuerung des
Ultraschallgenerators 7 gewährleistet.
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Unter diesen Bedingungen arbeitet die Vorrichtung gemäß der Erfindung wie
nachfolgend beschrieben:
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Nachdem er den Ultraschallgenerator 7 durch Schließen des Schalters 11 mittels des
Steuerpedals in Betrieb gesetzt hat, verschiebt der ausführende Arzt die Feile 4 im
Inneren des Wurzelkanals des Zahns und mißt im gesamten Verlauf dieses Verschiebens
mittels des Widerstandsmessers 13 den Widerstand zwischen dem Ende der Feile 4 und
der Schleimhaut des Patienten. Das am Ausgang des Widerstandsmessers 13 erhaltene
Signal wird der Signalabtastschaltung 21 zugeführt, welcher während einer ersten Zeit
das vom Widerstandsmesser 13 gelieferte Signal für dessen Umwandlung in ein
Wirkleitwert-Signal umkehrt, und danach die Abtastung von diesem analogen Signal
durchführt, und zwar mit einer bestimmten Abtastfrequenz, welche für die Genauigkeit
der Messung, welche man realisieren möchte, geeignet ist. Die am Ausgang der
Signalabtastschaltung 21 erhaltenen Abgetastsignale werden danach von der
Glättungsschaltung 25 geglättet, beispielsweise durch ein numerisches
Verarbeitungsverfahren, so daß am Ausgang 27 der Glättungsschaltung 25 die erhaltene
Kurve, oder Kennlinie X (siehe Fig. 2), den Mittelwert der durchgeführten Messungen
darstellt und die Schwankung des Wirkleitwertes C = 1/R in Abhängigkeit von der
Eindringtiefe x der Feile in den Wurzelkanal liefert. Durch diese Verarbeitung werden
die unterschiedlichen Störsignalspitzen gedämpft oder in gewissen Fällen sogar
vollständig beseitigt; beim Stand der Technik konnten sie die Kennlinie X beeinträchtigen
und fälschlicherweise die Nähe des Scheitelpunkts signalisieren. Das geglättete Signal
wird dann der Analyseschaltung 29 zugeführt, welche in jedem Moment während des
Vorschiebens des Werkzeugs 4 im Wurzelkanal die momentane Änderung des
Wirkleitwerts C bestimmt, d. h. die Steigung p in allen Punkten der Kennlinie X.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sendet die Komparatorschaltung 30, wenn man sich im Verlauf
des Verschiebens der Feile 4 im Inneren des Wurzelkanals an einem Punkt a der
Kernlinie X befindet, wo die Steigung pa der Kennlinie, welche von der
Analyseschaltung 29 bestimmt wurde, gleich dem kritischen Wert Pc ist, von dem ab auf
die Funktionsparameter des Werkzeugs Einfluß genommen werden muß, ein Signal zur
Ansteuerschaltung 33. Diese leitet dann einen Steuerprozeß für den Ultraschallgenerator
ein, um beispielsweise die Amplitude der Schwingungen zu modifizieren, welchen die
Feile 4 unterzogen wird, und zwar entsprechend einer vorbestimmten Änderungskurve,
die mit dem vollständigen Stoppen der Feile 4 endet.
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Dieser vorbestimmte Änderungskurvenverlauf kann beispielsweise eine lineare
Abhängigkeit von der Zeit t aufweisen (Kurve 1 von Fig. 3), d. h. die Amplitude A der
Schwingungen der Feile 4 nimmt proportional mit der Zeit ab, bis ein vollständiger Stopp
der Schwingungen erreicht ist. Selbstverständlich kann eine derartige Änderungskurve
über die Zeit auch nichtlinear sein (Kurve 2 von Fig. 3). Sie kann ebenso derart sein, daß
sie einen sofortigen Stopp der Schwingungen von Feile 4 anweist.
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In vorteilhafter Weise kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer
Auswähleinrichtung ausgerüstet sein, mit welcher diejenige aus einer Reihe von
vorprogrammierten Änderungskurvenverläufen der Schwingungsamplitude in
Abhängigkeit von der Zeit ausgewählt werden kann, welche für die auszuführende Arbeit
am geeignetsten ist.
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Die Erfindung erlaubt auf diese Weise mit zunehmender Annäherung an den
Scheitelpunkt beispielsweise die Amplitude der Schwingungen zu vermindern, und damit
auch die mit dessen Passieren verbundenen Risiken.
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Selbstverständlich können die Änderungskurven nicht nur auf die Änderung der
Amplitude des Werkzeugs sondern auch auf die Frequenz seiner Schwingungen
angewandt werden.
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Es sei ebenso darauf hingewiesen, daß die Genauigkeit der Vorrichtung verbessert
werden kann, indem mit zunehmender Annäherung an den Scheitelpunkt, d. h. wenn die
Neigung der Kennlinie X einen gewissen Anteil ihrer maximalen Steigung pM erreicht,
die Signalabtastfrequenz erhöht wird.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung läßt sich der vorbestimmte kritische Wert Pc
der Steigung automatisch bestimmen. Dazu führt man vor dem Verarbeitungsschritt
einen vorbereitenden Meßschritt aus, für welchen man als Sonde entweder eine spezielle
Sonde oder die Feile 4 selber verwenden kann. Im Verlauf dieses Schritts führt man, bei
nicht mit Strom versorgtem Ultraschallgenerator 7 und somit nicht in Schwingung
versetzter Feile 4, diese Feile, welche als Sonde fungiert, ins Innere des Wurzelkanals ein
und verschiebt sie in dessen Innerem, und dabei werden die Messungen ausgeführt bis die
maximale Steigung pM erfaßt wird, welche sich in Fig. 2 beim Punkt M befindet, und in
Abhängigkeit von dieser maximalen Steigung pM wird die kritische Steigung Pc
bestimmt, und zwar entweder durch eine Verschiebung in Richtung des Ursprungs,
welche den Sicherheitsspielraum darstellt, den man sich geben möchte, oder indem man
der kritischen Steigung pC einen Wert gibt, der einem Bruchteil der maximalen Steigung
pM entspricht. So erlaubt ein kritischer Wert pC von der Hälfte der maximalen Steigung
pM der Kennlinie X in den meisten Fällen eine wirksame Erfassung des Scheitelpunkts.
In vorteilhafter Weise läßt sich dieser Wert mit der Auswahl der Änderungskurve der
Funktionsparameter des Werkzeugs mittels Software und/oder einer elektronischen
Einrichtung verbinden. Der Wert pC wird dann in einem Speicher gespeichert, und von
da ab läßt sich der zweite Verfahrensschritt ausfuhren, d. h. die Bearbeitung des
Wurzelkanals, wobei es sich versteht, daß, sobald die Steigung der Kennlinie X den
kritischen Wert pC erreicht, die erfindungsgemäße Vorrichtung den Ablauf der Änderung
der Funktionsparameter des Werkzeugs, d. h. der Amplitude und/oder der
Schwingungsfrequenz, durchführt.