专利名称：激光强化的牙周洁治器具的制作方法
技术领域：
本发明涉及牙科器具，尤其涉及激光强化牙周洁治器具(LAPSI)。此类器具特别适合于牙周袋及其他牙周疾病的治疗。
背景技术：
牙周袋和牙周炎牙周袋是一种齿龈裂缝，由于齿龈附着物的尖端移行，其病理加深超过三毫米。齿龈附着物的尖端移行是由于起支承作用的牙周组织已经被损伤或破坏，并且最终将导致牙齿的松动，如果不进行检查和处理，牙齿最终将会脱落。存在许多与牙周袋相关的临床征象，包括龈缘变厚，牙龈出血，流脓，牙齿松动，牙移行以及疼痛。为了对牙周袋进行定位并予以正确地诊断，必须使用牙周探针进行大范围的牙齿探测，并且必须使用X射线，以确定牙周袋的深度及其被破坏的程度。
牙周袋的病原和发病机理，以及因此导致的牙周疾病都是公知的常识。其主因是病原菌，其响应微生物的攻击形成局部的免疫性及炎症，以减轻大块的、隐伏的局部组织损伤。可以在牙周袋的软组织的牙周构造中、暴露的牙骨质中或牙齿的牙本质中发现此类病原菌。当龈沟的结缔组织内开始炎性变化时(由于细菌的攻击)，有害的细胞渗出液和微生物渗透物开始降解连接所述组织至牙齿的牙龈纤维(牙周韧带)。当此附着物的胶原纤维断裂时，所述区域充满炎性细胞和水肿液。当此附着物组织失去其内聚性时，其与牙骨质的表面分离，并且尖端迁移形成牙周袋。此过程将在牙齿周围形成无法通过局部的斑块清除技术予以充分清洁的区域，将滋生大量的导致疾病(causative)的病原菌，并且建立连续的复发过程，其一旦开始，将最终导致牙周病和牙齿脱落。
通常认为牙周袋是一种慢性的炎性损伤，其使用新的胶原形成物及其他组织成分持续不断地设法修复本身。防止对损伤(牙周袋)修复的唯一因素是微生物对组织攻击的长期存在与持续性。此细菌的攻击持续不断地、长期地刺激免疫系统和炎性细胞，使得任何新形成的组织退化，同时还降解现存的健康组织。由于嵌入牙齿(牙骨质)的齿根表面的胶原组织被破坏，病原菌可以侵入牙齿的实际的齿根表面，远至牙骨质牙本质(cementodentinal)接合处，并且还可能进入牙本质小管。随着牙周袋的尖端迁移，骨质疏松变得明显。在牙周袋周围的骨构造的疏松也是炎性的、增生性的和退化的过程。
骨质疏松和对牙周袋顶端的破坏是细菌穿透进入以及与牙周袋的基底相关的炎症的直接后果。从牙周袋到具有骨破坏的牙周炎的疾病的变化和更加迅速蔓延的本性伴随着在该区域内的菌斑组成的变动。当骨破坏开始出现时，此变动被看成是能动和螺旋体细菌的较高的出现以及球形和直杆状杆菌的较低的出现。这些能动的细菌还侵入或开孔进入支承结构(胶原和骨)，引起更深入的免疫和炎性响应。一旦此细菌引起的炎性过程到达牙周韧带周围的骨，在此区域骨破坏细胞(破骨细胞)和白血球数目增加，并且开始骨破坏。
传统的牙周袋治疗为了成功地治疗牙周袋和牙周疾病，必须消除局部炎症及局部炎症的原因。一旦炎性反应的原因被消除，健康个体将显示出显著地治愈他/她自身牙周组织的能力。由于此种论点在牙周疾病的病因学中是普遍性原则，成功的牙周病治疗的主要焦点是清除侵入的牙周斑及所有伴随产生的炎性成分。如果此过程可以通过最小的组织处理完成(只有绝对必要时才进行翻瓣术)，保持所述区域免于外来物体的影响(清除牙垢，并不引入随着时间释放的固体或凝胶状的药物输送系统)，并且几乎完全清除与斑块相关的侵入微生物，那么治愈效果将改善，并且更完全。此完全治愈可以被认为是具有新的胶原和上皮附着物，其公知为牙周韧带附着物。此情况仅仅发生在以前没有暴露于牙周袋的区域中，并且长结合上皮(对齿根表面的强上皮适应作用)发生在暴露于牙周袋的区域中。牙周医学在传统上采用多种医疗设备和全套器械以完成此目标。多年来牙周病治疗器具已经被发明并被设计为用于实现牙垢清除、根面平整术及清创术并且清除病态牙周组织的特定目的。特别地，牙周洁治术、根面平整术和刮除术器具是清除牙斑、牙垢、病态牙骨质和病态牙周袋软组织时可选的医疗设备。以下所列出的为此类医疗设备最普遍应用的名称及使用1)镰形洁治器，用于清除牙龈上的斑块和牙垢其具有带两个刃口的平面，所述刃口会聚于切割端。
2)刮器，用于龈下洁治、根面平整术和软组织清创术(最普遍的是Gracey刮器/洁治器)其具有刃口，所述刃口与柄的下端呈9O度角，并且具有多种形状及尺寸。
3)锄形、凿式和锉式洁治器，用于进一步辅助将牙垢和病态的牙骨质清除。
4)超声波器具其以20,000至45,000赫兹的频率振动，致力于辅助清除牙垢、沉积物和斑块。许多超声波器具还将水或局部抗菌剂泵送至所述区域，以作为冲洗机构。用于牙周洁治的超声波和手持装置的对比研究显示出，在探测深度减少、探测过程出血和龈下微生物群减少这些方面没有显著的统计差异。手持装置和超声波洁治器看起来似乎具有等同的功效和治疗效果。同时，随着牙周疾病的病因变得更加明确(即其是由细菌引起)，最近进行了许多药理学介入试验，以作为传统的机械治疗的补充。在机械清创后，这些药剂以随时间释放抗菌制剂的形式被输送至牙周袋内，以帮助根除病原菌，并且由此减少组织的炎性反应。然而，他们存在明显的局限1)必须保证他们达到希望的作用的地点(较深的3维牙周袋)。
2)他们必须维持足够的有效的浓度。
3)他们必须持续足够的有效的时间。
为了维持足够的浓度，并持续足够的时间，必须具有抗菌剂沟内输送系统，以在所述治疗或给药过程中(通常为7-10天)，将牙周袋的物理空间填充上可再吸收的凝胶体、可再吸收的球状物、浸渍的切片。在机械清创后，位于此类物品内的物质及其本身将成为异物，其防碍快速治愈过程，并且防碍在牙周袋界面形成长结合上皮的过程。而且，所使用的大多数局部抗菌剂本质上是抑菌的，永远不会从治疗位置完全地消除牙周病的病原体。这只会响应抗菌剂的亚致死效应导致在牙周袋内形成长期抗性菌株。
发明内容
已经确信的是，二极管光纤激光器清创术协同机械洁治(有和没有外原性发色团)是用于牙周疾病的一种有效的辅助治疗形式。本发明将二极管激光器阵列耦合至包含浸渍光纤的洁治器，并且在牙周病治疗期间同时完成两项任务。当进行传统洁治和根面平整术时，激光强化洁治器具可以有效地清除牙周袋中的病原菌的99％(有效地消除并停止炎性反应)。这样对侧支组织或牙齿没有伤害。此外，完成这一过程无需在系统或牙周袋中引入抗生素或可再吸收的输送媒介，并且允许快速治愈以及牙周组织的再附着开始进行。由于协同传统的机械洁治，由激光照射牙周袋引起的有生命力的病原菌的对数递减迅速并且深入，所以本发明与所有其它传统的牙周病治疗模式完全不同。这导致迅速的脱离炎性破坏，并且使身体很快地开始治愈所述区域。
为了更加完整地了解本发明的特征及目的，参考以下结合附图进行说明的说明书，其中图1是实施本发明的激光强化牙周洁治器具(LAPSI)的示意图；图2是示出图1中的器具的头部的细节的分解示意图；图3是示出图1中的器具的刀口的一个实施例的细节的分解示意图；以及图4是示出图1中的器具的刀口的另一个实施例的细节的分解示意图。
具体实施例方式
激光强化的牙周洁治器具(LAPSI)的理论基础任意及所有牙周病治疗总是包括致力于阻止传染、促进治愈和维持没有不适当损伤的健康组织。
为了使前述的医疗设备和药理学辅助在牙周病和牙周袋消除的治疗过程中有效，必须遵循和执行许多原则，例如，适当的病人定位，牙齿形态学知识，正确的器具选择，正确的药理选择和适应作用，以及适当的器具使用。适当使用时，许多局部和侵蚀性牙周病可以被抑制并且扭转这些特征。然而，近来在内科和牙科激光器、激光输送系统和光药理领域的技术进步已经推动这方面研究者探索一些新的应用，该应用可以与传统的手持机械洁治器结合。
本发明绕过需要进行局部抗菌剂输送及其相关问题，而将传统的机械洁治器变为更有效的机械和激光输送器件。
具体地说，本发明通过将光纤并入常规牙周洁治器的柄中，改变了传统的从牙周袋清除细菌的逻辑和方法。在机械洁治过程期间，此强化光纤承载并输送杀菌的固态二极管激光光能穿过柄，从洁治器刀口下方出射到达病态牙周袋的所有侧面。在进行机械清创的时候，传输穿过洁治器的红外光能从洁治器刀口下方出射，穿过耐刮和耐热光学石英或蓝宝石窗(其为光纤束的最末梢)，并照射位于牙周袋内的牙周组织。激光能量优选地位于近红外光谱内的600nm至1060nm范围内，并且用于促进所选择的细菌的死亡。这通过细胞内细菌色基定位、具有液态外原性色基的局部输送的细菌定位和/或通过将激光能量转换为局部的、和可控的热能产生的牙周袋内的普遍的细菌热分解实现。
已经确信的是，二极管光纤激光器清创协同机械洁治(有和没有外原性色基)是用于牙周疾病的一种有效的辅助治疗形式。本发明将二极管激光器阵列与包含浸渍光纤的洁治器结合，在牙周病治疗期间，同时完成两项任务。当进行传统的洁治和根面平整术时，激光强化洁治器具可以有效地清除牙周袋中病原菌的99％(有效地消除并停止炎性反应)。这样对侧支组织或牙齿没有伤害。此外，完成这一过程无需在系统或牙周袋中引入抗生素或可再吸收的输送媒介，并且使得快速治愈以及牙周组织的再附着开始进行。
由于协同传统的机械洁治，由激光照射牙周袋引起的有生命力的病原菌的对数递减迅速并且深入，所以本发明与传统的牙周病治疗模式不同。这导致炎性破坏被即时排除，并且使身体很快地开始治愈所述区域。
牙周袋内激光辅助杀菌的背景技术热力学基本定律表明，能量的交换与传递需要至少以两种方式发生，其中一种方式是热传递。本发明中来自光学红外能的吸收的热沉积被具体地用作一种清除牙周袋及其它牙周病或植入式疾病实体内细菌的辅助方法。波长位于600nm至1100nm的近红外光谱内的固态二极管激光器已经被用于医疗及牙科技术中的多种用途，因为它们在生物系统中对于黑色素、血红蛋白以及着色细菌具有优先吸收曲线。因为红外辐射的此光谱的水中的吸收较低，在生物组织中的辐射能的穿透性能较强。
其对于水的色基具有低的吸收性，而对于组织具有深度穿透性，此特征使得其成为符合本发明独特需求的极好的光谱。由于此独有的特性，从本发明的激光强化牙周洁治器具输送的二极管近红外激光能量能够充分地穿透牙周袋、牙骨质及围绕的骨构造，以实现其杀菌的目的。
为了在局部生物系统(牙周袋)内利用近红外激光杀死细菌细胞，因为热沉积特性及近红外线辐射的特性，操作者只有一个非常狭窄的条件(opportunity)治疗窗口。正常人的体温是37℃，并且此温度对应于牙周袋和周围组织内快速细菌生长曲线。当近红外辐射能被应用于生物系统时，被照射区域(lazed area)的温度开始立即上升。温度每增加10℃，潜在地增加了对被治疗的生物实体的有害效应。在45℃时，出现适度的组织高温；在50℃时，酶活性和细胞不动性降低；在60℃时，出现蛋白质变性作用，并且胶原开始凝固；在80℃时，细胞膜透化(permeabilization)；并且在100℃时，水和生物物质开始汽化。如果在牙周袋内出现任意显著的持续时间(5-10秒)，其温度处于或超过80℃标记以上，将对牙周结构产生不可逆并且不必要的伤害。
为了通过光热分解(photothermolysis)过程杀死细菌(热致死亡)，因为所有的组织邻近病原菌、或者已被病原菌侵入，所以在牙周组织内必须出现给定时间数量的显著温度升高。大部分病原牙周细菌将持续不衰退地生长，直到局部系统的温度达到50℃标记，在此温度，细菌生长曲线开始减速。在60℃时，细菌生长开始以显著方式停止。必须达到60℃至80℃的温度范围，以由时间决定的照射以导致细菌死亡。这是杀死已感染的牙周袋内的细菌的条件窗口，并且不会引起周围牙周组织的不可逆的热致损伤(在60℃至80℃保持5至10秒)。
这种逻辑(光热分解)将可很好地与目前市场上任意一种常规牙科二极管激光器一起使用。在波长为810nm、830nm和/或980nm时，他们可容易地实现并且发挥作用。因为这些波长中的每一个都可基本上透射过细菌(已经由光钳(optical tweezer)的研究证明)，光热效应是一种使细菌死亡的方法。
为了拓展本发明中的耦合至增强牙周洁治器的现有常规牙科二极管激光器的治疗窗和安全界限，可以将溶解的色基靛氰绿(ICG)局部输送置于牙周袋内，以有选择地定位病原菌。ICG在810nm时具有吸收峰值。如果在牙周袋及周围组织中使用，用于直接细菌色基定位，激光强化牙周洁治器的操作者可以将功率降低，并且增加在治疗区域的照射时间，利用激光作用使细菌由于热分解而死亡。发生这种情况可能是因为ICG定位的细菌优先吸收800nm至840nm波长的辐射能，并且在病原菌内将光能转换为局部热能。980nm牙科二极管激光器不会发生这种情况，并且此类激光器的操作者需要更加注意。
适合于本发明的另一个二极管激光器允许操作者将功率降低，并且增加在接受激光照射的治疗区域的照射时间，以使细菌死亡。其为双波长(870nm和930nm)二极管激光器。此激光器被设计成使用光致损伤而不是光热效应来杀死细菌。发生这种情况是因为波长(870nm和930nm)不能透射过细菌，并与一个或多个细菌细胞内色基或色素反应，以损伤细菌细胞，并且导致其死亡。当结合到牙周洁治器时，此激光器并不要求ICG扩展其治疗窗，因为其已经有选择性地定位细菌色基，并且在光热分解发生很早以前已通过光致损伤将细菌杀死。
如上述逻辑过程的解释，激光强化牙周洁治器具能够用于并结合到行医者任何已经拥有的现存二极管激光器。通过行医者简单了解他/她现有的激光器的独特的物理性质和光生物性质，并且调整设置和技术，在大多数情况下，使用本发明可以成功、安全并且可预见地消除细菌。
本发明的机械结构的描述牙科器具被设计用于清除牙垢和斑块、根面平整术和从牙周袋中清除病态软组织。
本发明的器具通常包括(1)柄，其由牙科专业人士在手术期间手持及操作，(2)至少一个工作端，其上设置有相邻的激光光头和机械切割头，它们同时定位于手术部位，和(3)光纤激光束，其从位于柄一端的光输入部位延伸到达位于刀柄另一端的光输出部位，其中在光输入部位位置加载激光，在光输出部位输送激光能量。其结构使得在手术期间牙科专业人士可以对手术部位同时进行(1)机械切割、刮削和碾磨，以及(2)激光修整和烧灼。
一般地，柄由不锈钢、高碳钢和/或耐压耐热(autoclaveable)的高强度塑料(用于植入)制成。激光器入口通过可互换的配件连接至位于柄光纤束内的或在柄光纤束处的常规光导纤维束。这样使得光能通过耐热和耐刮石英窗在与所述器械头部相邻的位置出射。输出的所述能量将二极管激光器能量照射在手术部位，例如牙周袋和组织。
图1示出了根据本发明的刮器，其包括中空刀柄20，其具有在后面的可互换配件22，和在前面的触头24。光纤束26在柄20内部延伸。如图所示，激光能量36来自安全定时的激光振荡器28，穿过可互换配件22和激光束26，在手/脚控制29的作用下，输送到触头24。如图2所示，与触头24邻接的是刀口30和出射窗32。
分别如图3和4所示，刀口的一个实施例是如40所示的曲线弯曲的，刀口的另一个实施例如46所示直线的。在图3所示的实施例中，光导纤维束42和窗44紧邻刀口的刃口下方。在图4所示的实施例中，光纤束48和窗50紧邻刀口的刃口下方。图3和4中的各洁治器都具有可互换的配件，其类似于可互换配件22，用于可选地并且可互换地与相匹配的与激光振荡器联系的配件互连。
手术情况在手术过程中，采用实施本发明的器具使得牙科专业人士可以对手术部位同时进行(1)机械切割、刮削和碾磨，以及(2)激光修整和烧灼。因此，使得能够同时消除病态组织和破坏残存的细菌。
权利要求
1.一种牙科器具，包括(a)中空的柄，其具有在后面的配件和在前面的头部，所述头部包括接触区和与其邻近的窗口；(b)所述接触区用于切割、刮削和/或碾磨牙组织；(c)激光能量源；(d)所述窗口对于所述激光能量是可透射的；以及(e)光纤束，自所述激光能量源延伸穿过所述配件和所述柄，用于与所述窗口通信；(f)所述牙科器具使得牙科专业人士可以使得手术部位同时经受(1)所述机械切割、刮削和/或碾磨，以及(2)所述激光能量的修整和烧灼，以同时去除病态组织和破坏残存的细菌。
2.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述接触区是镰形洁治器，用于清除龈上斑块和牙垢，所述镰形洁治器具有带两个刃口的平面，所述刃口在切割端会聚。
3.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述接触区是用于龈下洁治、根面平整术和软组织清创的刮器，所述刮器具有刃口，所述刃口被设置为关于所述柄的轴线近似呈90度角。
4.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述接触区是锄形洁治器，以辅助牙垢和病态牙骨质的去除。
5.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述接触区是凿式洁治器，以辅助牙垢和病态牙骨质的去除。
6.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述接触区是锉式洁治器，以辅助牙垢和病态牙骨质的去除。
7.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述激光能量由在600nm至1100nm的近红外光谱范围内的固体二极管激光器产生。
8.如权利要求1所述的牙科器具，其中所述激光能量至少由一个在大约870nm和930nm附近的固体二极管激光器产生。
9.一种应用牙科器具的牙科处理方法，包括(a)中空的柄，其具有在后面的配件和在前面的头部，所述头部包括接触区和与其邻近的窗口；(b)所述接触区用于切割、刮削和/或碾磨牙组织；(c)激光能量源；(d)所述窗口对于所述激光能量是可透射的；以及(e)光纤束，其自所述激光能量源延伸穿过所述配件和所述柄，用于与所述窗口通信；(f)所述牙科处理方法包括使得手术部位同时经受以下处理的步骤，所述处理为(1)所述机械切割、刮削和/或碾磨，以及(2)所述激光能量的修整和烧灼，以同时去除病态组织和破坏残存的细菌；(g)所述激光能量至少由一个在接近600nm和1100nm的近红外光谱内的固体二极管激光器产生，所述激光能量能充分地穿透任何牙周袋、牙骨质以及周围的骨构造。
10.一种利用器具进行牙科手术的处理方法，包括(a)中空的柄，其具有在后面的配件和在前面的头部，所述头部包括接触区和与其邻近的窗口；(b)所述接触区用于切割、刮削和/或碾磨牙组织；(c)激光能量源；(d)所述窗口对于所述激光能量是可透射的；以及(e)光纤束，自所述激光能量源延伸穿过所述配件和所述柄，用于与所述窗口通信；(f)所述牙科处理方法包括应用所述器具使得手术部位同时经受如下处理的步骤，所述处理为(1)所述机械切割、刮削和/或碾磨，以及(2)所述激光能量的修整和烧灼，以同时去除病态组织和破坏残存的细菌；(g)所述激光能量至少由一个处于大约870nm和930nm的范围内二极管激光器产生。
全文摘要
一种器具，其使得牙科专业人士可以对手术部位同时进行(a)机械切割、刮削和碾磨，以及(b)激光修整和烧灼。因此，使得能够同时清除病态组织和破坏残存的细菌。所述器具包括中空的柄(20)，其具有在后面的配件(22)和在前面的触头(24)。光纤束(26)在柄内部延伸。如图所示，激光能量(36)来自激光器(28)穿过所述配件和所述激光束到达所述触头。位于触头内的是手术刀口(30)和所述激光能量的出射窗(32)。
文档编号A61C17/00GK1933788SQ200480040692
公开日2007年3月21日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年11月26日
发明者埃里克·博恩斯泰因 申请人:诺密尔医药技术公司