Способ обработки эмали зуба

 

Изобретение относится к стоматологии и может использоваться при лечении и профилактике зубов при кариесе. Способ основан на зависимости изменения нелинейно-оптических свойств эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами излучения лазеров для повышения кариесрезистентности эмали. Способ учитывает связь между величиной изменения эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пикосекундного неодимового лазера в эмали зуба и степень ее лазерного поражения. Способ включает облучение эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения. Эмаль зуба дополнительно облучают импульсами излучения неодимового лазера, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет от 0,1 до 5 Дж/см². Регистрируют интенсивность свечения эмали зуба на частоте ω = 2ω_o где ω_o - частота излучения неодимого лазера. По величине свечения определяют безопасную дозу облучения эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения. Способ позволяет повысить безопасность обработки зубной эмали. 2 ил.

Изобретение относится к стоматологии и может использоваться при лечении и профилактике зубов по отношению к кариесу.

Известен способ обработки поверхности зуба лазерным излучением (см. H. Yamamoto and K.Sato "Prevention of dental caries by Nd: YAG laser irradiation" /Journal of Dental Research, v.59(DII) Dec.1980, pp. 2171-2177) с целью предотвращения кариеса, включающий облучение поверхности эмали зуба субмиллисекундными импульсами излучения YAG:Nd лазера. Недостатком этого способа является отсутствие процедуры объективной количественной оценки безопасной дозы лазерного облучения зубной эмали.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным за прототип является способ обработки эмали зуба, включающий облучение эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения (см. K.Kamiyama "Basic and clinical research in the prevention of dental caries using the Nd:YAG laser" /Proc. of the 4-th International Congress on Lasers in Dentistry, Singapore, August, 1994, pp. 19-28). Недостатком прототипа также является отсутствие процедуры объективной количественной оценки безопасной дозы лазерного облучения зубной эмали.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении безопасности обработки зубной эмали лазерным излучением и уменьшении степени риска нанесения пациенту лазерной травмы.

Указанная задача при осуществлении изобретения решается за счет технического результата, заключающегося в обнаруженной авторами зависимости нелинейно-оптических свойств эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами излучения лазеров, применяемых в лазерной стоматологии для повышения кариесрезистентности эмали, а также в связи между величиной изменения эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пиросекундного неодимового лазера в эмали зуба и степенью ее лазерного поражения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки эмали зуба, включающем облучение эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения, эмаль зуба дополнительно облучают импульсами излучения неодимового лазера, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет от 1,1 до 5 Дж/см², регистрируют интенсивность свечения эмали зуба на частоте ω = 2ω₀, где ω₀ - частота излучения неодимового лазера, по величине которой определяют безопасную дозу облучения эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлены: (а) зависимость эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пиросекундного ИАГ:Nd лазера в интактной эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами излучения лазера на ортоалюминате иттрия, активированном ионами Nd, с плотностью энергии излучения на обрабатываемой поверхности 4 Дж/см², (б) зависимость изменения эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пикосекундного ИАГ:Nd лазера в интактной эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами излучения ИАГ:Ho лазера с плотностью энергии излучения на обрабатываемой поверхности 6 Дж/см², (в) зависимость изменения эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пикосекундного ИАГ:Nd лазера в интактной эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами излучения ИАГ:Ho лазера с плотностью энергии излучения на обрабатываемой поверхности 8 Дж/см². На фиг. 2 показана схема устройства для реализации заявляемого способа.

Известно, что при воздействии мощным лазерным излучением на какой-либо материал в его структуре могут возникнуть изменения, способные вызвать даже его разрушения. Принято различать два порога лазерного изменения структуры вещества. Первый порог соответствует изменению структуры материала без нарушения его механической связности [Conditioning of tooth enamel surfase by radiation of Nd:YAG and Ho:YAG lasers./G.B.Altshuler, A.V.Belikov, R.Slavichek, at al // Proc. SPIE, 1996, 1263: 169-178]. Превышение второго порога приводит к нарушению механической целостности вещества и становится возможным удаление его части [Application of ultrachort laser pulses in dentistry. /G. B.Altshuler. N.R.Belashenkov, V.B.Karasev, A.V.Skripnik, A.A.Solounin // Proc. SPIE, 1993, 2080: 77-81].

Существует необходимость обеспечить управляемое лазерное воздействие на материал в том случае, когда наведенные лазерным излучением изменения структуры вещества имеют место, а второй порог (порог разрушения) не достигнут. В этом случае лазерное облучение материала может приводить к направленному изменению его физико-химических свойств. В частности, лазерное облучение эмали зуба может вызывать повышение ее кислотной резистентности и, как следствие, повышение ее устойчивости к кариесу.

Одним из механизмов взаимодействия лазерного излучения с твердыми тканями зуба является нагрев объема ткани в течение лазерного воздействия и быстрое его охлаждение после снятия воздействия. Исследования образцов эмали зуба, облученной субмиллисекундными импульсами излучения неодимового и гольмиевого лазеров, с помощью сканирующего электронного микроскопа показали, что в поле лазерного излучения происходит неоднородное расширение эмалевых призм и межпризменных промежутков. Таким образом, после снятия лазерного воздействия фиксируется структура эмали, отличная от интактной, с большим удельным объемом призм и, как следствие, с большей твердостью и кислотной резистентностью, а следовательно, и с большей устойчивостью к кариесу. Данный процесс происходит при плотностях энергии лазерного излучения значительно меньших, чем порог карбонизации и порог разрушения эмали. Подобное допороговое лазерное воздействие на эмаль зуба может быть небезопасным в том случае, если наряду с позитивным эффектом повышения твердости и кислотной резистентности непосредственно после лазерной обработки наступят отдаленные негативные последствия лазерного воздействия на белковый каркас эмали, находящийся в объеме межпризменных промежутков.

Для того, чтобы не допустить лазерной травмы при реализации способа обработки эмали зуба, включающего ее облучение субмиллисекундными импульсами лазерного излучения, ни в коем случае нельзя превысить безопасную дозу облучения. Величина этой дозы в силу различий структуры эмали у различных пациентов может быть разная. Таким образом, способ-прототип необходимо усовершенствовать, введя дополнительные операции, связанные с процедурой определения безопасной дозы лазерного облучения эмали зуба.

Авторами обнаружен и исследован эффект изменения эффективности генерации второй гармоники интенсивного излучения пикосекундного неодимового лазера в интактной эмали зуба при ее облучении субмиллисекундными импульсами лазерного излучения. Авторами экспериментально показано, что интенсивность свечения эмали на частоте ω = 2ω₀, где ω₀ - частота излучения неодимового лазера, при ее облучении импульсами излучения неодимового лазера, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет от 0,1 до 5 Дж/см², может уменьшаться с увеличением дозы облучения эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения, причем динамика снижения эффективности генерации второй гармоники в эмали в процессе лазерной обработки зависит, в том числе, и от параметров излучения субмиллисекундного лазера. Экспериментально показано также, что отмеченный выше эффект отсутствует при использовании пикосекундных импульсов неодимового лазера, длительность которых превышает 100 пс. Эффект генерации второй гармоники не наблюдается также в том случае, если плотность излучения на поверхности эмали была меньше 100 мДж/см². При плотностях энергии излучения пикосекундного лазера, превышающих значение 5 Дж/см², в широком диапазоне длительностей пикосекундных импульсов наблюдается оптический пробой поверхности эмали, что делало невозможным реализацию заявленного способа.

В ходе проведенных экспериментов с использованием пикосекундного ИАГ:Nd лазера установлено, что в результате облучения эмали зуба субмиллисекундными импульсами излучения лазера на ортоалюминате иттрия, активированном ионами Nd, и ИАГ:Ho лазера при фиксированной плотности энергии наблюдается уменьшение интенсивности свечения эмали на длине волны λ = 532 нм, что соответствует удвоенной частоте излучения генерации неодимового лазера, от дозы облучения эмали субмиллисекундными импульсами излучения лазера на ортоалюминате иттрия, активированном ионами Nd, и ИАГ:Ho лазера, причем скорость изменения эффективности генерации второй гармоники излучения пикосекундного ИАГ:Nd лазера в эмали зависит как от длины волны излучения, модифицирующего ее структуру (фиг.1, кривые а и б), так и от значения плотности энергии излучения, при которой производится лазерная обработка эмали (фиг.1, кривые б и в).

Авторы полагают, что критерием нанесения лазерной травмы можно считать уменьшение интенсивности свечения эмали зуба на частоте ω в поле интенсивных пикосекундных импульсов неодимового лазера на 20% по сравнению с интенсивностью свечения интактной эмали при тех же условиях до ее облучения субмиллисекундными импульсами лазерного излучения.

Техническая реализация заявляемого способа лазерной обработки эмали зуба может быть осуществлена с помощью устройства, принципиальная схема которого приведена на фиг.2. Устройство включает импульсный субмиллисекундный лазер 1, пикосекундный неодимовый лазер 2, спектральный фильтр 3, пропускающий излучение на частоте второй гармоники неодимового лазера, фотоприемник 4, компаратор 5, индикатор 6.

Пример конкретной реализации заявляемого способа состоит в следующем.

Перед началом обработки эмали зуба импульсами излучения субмиллисекундного лазера 1 проводят калибровку измерительного тракта устройства. Для этого эмаль зуба облучают импульсами излучения неодимового лазера 2, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет от 0,1 до 5 Дж/см², фотоприемником 4 регистрируют в качестве начального значения интенсивности свечения эмали зуба на частоте ω = 2ω₀, эффективно пропускаемой спектральным фильтром 3, где ω₀ - частота излучения неодимового лазера. После этого производят обработку эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения. В процессе обработки либо во время облучения субмиллисекундными лазерными импульсами, либо в паузах между ними производят облучение подвергаемых обработке участков эмали импульсами излучения неодимового лазера, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет от 0,1 до 5 Дж/см², регистрируют значение интенсивности свечения эмали зуба на частоте ω и сравнивают получаемые значения с начальным при помощи компаратора 5. В том случае, если в результате лазерной обработки интенсивность свечения эмали зуба на частоте ω в поле интенсивных пикосекундных импульсов неодимового лазера уменьшается на 20% по сравнению с начальной интенсивностью свечения необлученной эмали, индикатор 6 сигнализирует, что обработку эмали следует прекратить. Безопасной дозой облучения субмиллисекундными лазерными импульсами эмали зуба пациента следует считать полную затраченную на обработку энергию излучения.

На основании вышеизложенного заявляемая совокупность признаков в способе позволяет решить задачу, а именно снизить опасность нанесения травмы пациенту при лазерной обработке эмали зуба при лечении кариеса и протезировании.

Формула изобретения

Способ обработки эмали зуба, включающий облучение эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения, отличающийся тем, что эмаль зуба дополнительно облучают импульсами излучения неодимового лазера, длительность которых не превышает 100 пс, а плотность энергии составляет 0,1 - 5 Дж/см², регистрируют интенсивность свечения эмали зуба на частоте ω = 2ω₀, где ω₀ - частота излучения неодимого лазера, по величине которой определяют безопасную дозу облучения эмали зуба субмиллисекундными импульсами лазерного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2