专利名称：用于确定牙根管的尖端位置的设备和方法
技术领域：
本发明涉及医疗方法和器械领域，并且在优选实施例中涉及牙科中使用的器械和方法。尤其是涉及用来确定牙根管的尖端位置的设备，其中所述设备允许在较短的时间跨度内获取更精确的数据。
背景技术：
在根管治疗中，在用替代材料填充根部之前要去除根部内部。如果在用替代材料填充之前没有完全清空管中的根部材料，则剩余的根部材料能够阻碍治愈并且甚至作为感染病灶。为此，在填充之前要去除根部中的全部天然内部材料。为了防止进一步感染，使用机械和化学手段两者来消除根管中的这些病菌。传统地使用诸如扩孔钻或锉刀等机械手段来做到这一点。此外，应当完全封闭根管几乎所有通向根尖孔的道路以完全防止再发生感染。因此，必需要精确地确定根管的端部的位置，该位置也作为根尖孔已知。为了测量根管的长度，迄今为止已经使用了不同方法。通常传统上将探针插入到凿开的根管并且确定探针的顶端距根部的尖端多远。这种方法可以包括例如，用手确定何时诸如锉刀或扩孔钻的探针与根尖孔接触，在所述探针插入在根管中的情况下照X射线，或者借助于阻抗变化电检测根尖孔。一旦已经确定了牙齿的尖端，则频繁地使用诸如手动扩孔钻或锉刀的机械切割器或者钻机扩孔钻或超声切割器来扩大和清洗根管。然而，即使对于技术熟练的牙医，也难以有效地实施这一系列操作，这种操作是耗时的并且可能使得患者经受严重的疼痛。已经设计出不同现有技术的系统来促进该方法。在一种基于阻抗测量的现有技术的系统中，电测量器件具有200Hz频率的交流电源。当扩孔钻到达根尖孔时，测量电压的 值。之后将该临床上预先确定的值用作参考值，该参考值指示扩孔钻何时已经到达根尖孔以用于进一步的测量。在另一系统中，开发了借助于阻抗差来检测根管中的任意给定的位置，使用具有两种不同固定频率(例如IkHz和5kHz)的电压。叠加这些频率的波形以提供合成或电压波形。在这种系统(参见美国专利5，080，586，其公开通过引用合并于此)中，通过利用两种不同的固定频率的施加的脉冲来使探针起电以定位尖端并测量探针和患者的牙龈处的电极之间的电流。对测量的电流进行滤波以仅向尖端位置确定电路提供基频。随着探针沿着根管运动来对比两种滤波信号中的改变并使用由此产生的电流值的改变来确定尖端位置。通过测量位于牙龈电极和地之间的电阻器上的电压来测量该电流。然而，前述现有技术系统受不足的信号灵敏度的影响，尤其是当探针紧邻牙齿尖端时。为了克服这些缺点，本发明提供了具有改进的信噪比的改进的系统，因而具有与现有技术的方法相比而言改善的精度。因此，在较短的时间跨度内更精确地确定尖端成为可能。
发明内容
为了解决前面提及的问题并且为了提供改进的手段以在测量探针和牙齿的根尖孔之间的距离期间获得快速且精确的结果，本发明在第一方面中提供了一种用来确定牙齿根管的尖端位置的设备，其中所述设备包括下列部件(a)第一电极，其形成能够插入到患者牙齿的所述根管中的形状；以及第二电极，其形成被放置为与所述患者的另一身体部分接触的形状，优选与口腔黏膜或者与所述患者的手部接触；(b)扫频发生器，其能够在所述第一电极和所述第二电极之间产生一系列至少四种具有不同频率的电压信号；(C)测量装置，其能够测量与由所述扫频发生器产生的所述电压信号对应的所述第一电极和所述第二电极之间的阻抗；(d)计算单元，其能够控制由所述扫频发生器产生的所述电压信号，能够从所述测量装置读取各阻抗值，并且能够根据所述阻抗值计算所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离；以及(e)可选输出装置，其能够输出所述计算的距离。·还在第二方面中提供了用于确定牙根管的尖端位置的方法，其中所述方法包括下列步骤(a)提供第一电极和第二电极，所述第一电极位于患者牙齿的根管内，所述第二电极与所述患者的另一身体部分接触，优选与口腔黏膜或者与所述患者的手部接触；(b)执行第一快速扫频，包括利用所述第一电极和所述第二电极并利用选自IOHz和40kHz之间的频率的频率来获得第一系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间占.(C)执行第二较慢扫频，包括(i)利用所述第一电极和所述第二电极并且利用与在步骤(b)中限定的频率范围大体上相同的频率范围但是以比步骤(b)中较慢的接续测量所述单个阻抗测量来获得第二系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间点；或者(ii)根据在步骤(b)中获得的阻抗数据组来外推第二慢扫频的阻抗测量；(d)将在步骤(b)中获得的阻抗数据组与在步骤(C)中获得的阻抗数据组进行比较以确定tmax和Λ Rmax，其中tmax为在步骤(b)中的tmax处或对应于步骤(b)中的tmax测量的阻抗与在步骤(c)中的tmax处或对应于步骤(c)中的tmax测量的阻抗之间的阻抗差Λ Rfflax最大处的两次扫频中的公共时间点；以及(e)利用所确定的tmax和Λ Rfflax值来确定所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的距离X。
具体实施例方式在下面详细描述本发明之前，应该理解的是，本发明不局限于此处所描述的特定的方法、协议和反应，因为这些方法、协议和反应可以变化。还应该理解的是，此处所使用的术语仅是为了描述特定的实施例，而不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅受限于所附的权利要求。除非另外地限定，此处所使用的技术和科技术语具有与本领域中的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。优选地，此处所使用的术语被限定为如在“A multilingual glossary ofbiotechnological terms (IUPAC Recommendations)，，，(Leuenberger, H. G. ff, Nagel,B.和 Kolbl, H. eds. (1995),Helvetica Chimica Acta, CH_4010Basel，Switzerland)中所述。在整个说明书和所附的权利要求书中，除非上下文另有要求，否则单词“包括”，以及其变化形式诸如“包含”和“含有”应理解为暗示包括所述整体或步骤或者整体或步骤的组，但是不排除任意其它的整体或步骤或者整体或步骤的组。整个说明书的文本中引用了几篇文献。此处所引用的每篇文献(包括所有专利、专利申请、科技公开、制造商说明书、使用说明等)，不论在前文或后文中，都以其全部内容通过引用合并于此。全文中没有一处要被视为对于本发明无权借助于现有发明而早于这些公开的认可。本申请意义上的“患者”可以是可有利的应用本发明的设备的任何动物。因此，“患
者”可以是任何动物。在更优选的实施例中，“患者”为哺乳动物。在尤其优选的实施例中，患者为马、驴、牛、绵羊、山羊、猪、狗、猫，或者尤其是人类。此处所使用的“曲线拟合”指的是获得最好地拟合到所提及的值例如阻抗值的曲线。曲线拟合为构造最好地拟合到一系列数据点的曲线或数学函数的过程。曲线拟合例如可包括数据的内插或者平滑，其中“平滑”函数视为近似地拟合数据。为了本发明的目的可以使用代数拟合或几何拟合。也可利用多项式函数使曲线拟合到数据点。因此，如在本领域中所公知的，许多可能的曲线拟合方法是可用的，可使用所有这些方法。优选的拟合包括内插和将多项式函数拟合到值。术语“绝缘体”指的是基本上不会传导电流的材料，S卩，指的是任意绝缘物质，绝缘物质中的许多为本领域所公知。在本说明书中各处使用的词语“扫频”指的是产生一系列(优选至少四个)具有不同频率的电压信号。在扫描期间，各电压信号频率以任意次序变化。因而，在扫频期间，每个电压信号的频率可在给定的频率范围内随时间增大或减小。优选地选择增大或减小频率以使得所述增大或减小对于扫描是恒定的(即线性)或非线性的。下面进一步提供了为第一和/或第二扫频(即，分别为所述至少四个电压信号)选择频率的优选实施例。优选的是，此处所指的“扫频”包括多于10，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90，100，120，140，160，180，200，250，300，350，400，450，500 乃至更多的不同频率。在第一和/或第二扫频的优选实施例中，可以为要产生的电压信号选择非线性的一系列频率。本发明提供了这样一种设备，由于在测量期间通过应用增强扫频的方法(也见下面的示例)来获得最佳信噪比，该设备在确定牙齿的尖端位置时提供了更大的精度。具体地，本发明在第一方面中提供了用于确定牙齿根管的尖端位置的设备，其中所述设备包括下列部件(a)第一电极，其能够插入到患者牙齿的所述根管中；以及第二电极，其形成放置为与所述患者的另一身体部分接触的形状，优选与口腔黏膜或者与所述患者的手部接触；(b)扫频发生器，其能够在所述第一电极和所述第二电极之间产生一系列至少四种具有不同频率的电压信号；(C)测量装置，其能够测量与由所述扫频发生器产生的所述电压信号对应的所述第一电极和所述第二电极之间的阻抗；(d)计算单元，其能够控制由所述扫频发生器产生的所述电压信号；从所述测量装置读取各阻抗值；并且能够根据所述阻抗值计算所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离；以及(e)可选输出装置，其能够输出所述计算的距离。测量装置优选地为每个产生的电压信号测量对应的阻抗(还可以是如本文进一步概述的电压读数)。在优选实施例中，电压信号为利用优选地耦接到(也如本文所描述的)振荡器的电源经由电阻器供给到第一电极的电压波形。 在本发明的设备中使用的优选的第一电极包括细长且优选为圆柱形的电极。在一个实施例中，第一电极为针或扩孔钻电极，具有IOmm和50mm之间的长度。优选地，根据本发明所使用的第一电极是细长的并且具有不超过10mm, 12mm, 14mm, 16mm, 18mm, 20mm, 25mm,30mm或者不超过35mm的长度。第一电极必须由作为电导体的材料制成。因此，在一个优选实施例中，第一电极由不锈钢、手术用钢、铜、银或者其混合物制成。进一步优选的是诸如针电极的细长的第一电极，其具有O. Imm至O. 5mm之间的直径,优选地为O. Imm至O. 25mm之间的直径，例如大约O. Imm, O. 15mm, O. 2mm或者O. 25mm。在一个优选实施例中，第一电极是细长的并且所述细长电极的顶端被配置为具有O. 2mm至I. Omm之间的直径、优选地在O. 4mm至O. 6mm之间并且最优选为大约O. 5mm的珠状物。在优选的实施例中，根据本发明的设备的扫频发生器包括振荡器以及可选衰减器。已经详细描述了通过确定其中一个电极插入到牙齿管中的两个电极之间的电阻抗来测量牙齿中的尖端位置的电子装置(例如参见美国专利US 5, 080, 586 BI和US 6, 482, 008 B2以及欧洲专利EP 0392 518 BI)，因此，一般的技术人员能够根据前述信息并且使用本文提供的信息来构造本发明的设备。优选地，本发明的设备的测量装置包括用于放大在所述第一和第二电极之间测量的电压波形的放大器或由所述放大器组成。在进一步的优选实施例中，本发明的设备的所述测量装置包括用于整流所测量的电压波形的整流器或由所述整流器组成。本发明的设备还优选的是其中所述计算单元包括能够执行包括下列步骤的方法的硬件(i)以频率速率Y执行第一扫频并对于每个产生的电压信号记录各阻抗值和阻抗测量的时间点；以及( i i )根据在(i )中记录的所述阻抗值确定所述第一电极和所述牙齿尖端之间的所述距离。在一个实施例中，所述硬件可以是在具有到所述扫频发生器、所述测量装置以及可选所述输出装置的接口的计算机上运行的计算机程序。本发明的设备的所述计算单元不是必须与扫频发生器和/或测量装置物理地分开，而是可以是其组成部分。所述频率速率Y和β (见下文)限定了多快执行各扫频。如上文和下文所提及的，扫频可以是线性的或者非线性的。此外，扫描可以从高频率变为低频率，反之亦然。在下文中并且还在示例中描述了如何利用β和Y选择单个频率的优选实施例。
对于一般技术人员来讲公知的是，在本领域中有多种用于测量阻抗的方法可用。因此，如此处所使用的“阻抗值”或“阻抗”通常指的是对交流(AC)的对抗的测量。在一个示例中，通过向与电阻器串联的装置施加正弦电压并且测量电阻器两端和装置两端的电压来计算装置的阻抗。为了本发明的目的，能够直接使用所测量的阻抗值并且也可以将阻抗值变换为与阻抗相关的任意测量，例如，所测量的电压和电流的相对幅度。对所测量的阻抗值的“记录”例如可以以打印形式和/或以电子形式产生，例如将值存储在存储装置上，存储装置例如是硬盘、RAM、ROM和EEPROM (例如闪存存储器)和/或EPROM存储器。在一个实施例中，所述“计算单元”可以具有集成电路的形式。在优选实施例中，这种集成电路可以实施为专用集成电路(ASIC)，如在集成电路设计领域所公知的那样。所述输出装置(也参见图6中的步骤120)可以以本领域中公知的各种手段向牙科医生通信所确定的尖端位置，即，所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的所述距离X，所 述公知的各种手段包括通过听觉和/或视觉手段，诸如但是不局限于声音信号、闪光、LED显示器、平板显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示板(PDP)、液晶显示器(IXD), HPA显示器，薄膜晶体管显示器(TFT)，有机发光二极管显示器(OLED)以及表面传导电子发射显示器(SED)。因此，本发明的设备利用在扫频中获得的测量和可选的记录的阻抗值来确定所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离。在设备的优选实施例中，能够通过下列步骤获得距离X (即，所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离)拟合通过从所述第一扫频获得的阻抗值的第一曲线，其中所述第一曲线限定所述第一扫频期间的哪个时间点分别与所述第一扫描的哪个阻抗值关联；以及使曲线或者其导数与所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的所述距离X关联。使用拟合曲线而非离散的单个阻抗测量的优点在于，由于通过拟合到这些测量的单条曲线来精确地限定多个单个实验测量，所以能够更精确地确定距离X。因此，曲线特征，诸如，例如曲线下的面积，优选地仅曲线在扫描持续时间内的区段下的面积、曲线的平均值和/或中值优选地与距离X关联。还可使用其它更优选的曲线特征，如下文中将概述的。当测量的阻抗与距离X关联时，在一个实施例中能够通过用预定的因数乘以此处概述的曲线特征/特性来计算距离X。例如，可以使用包括X的临床确定值和作为结果产生的曲线的各个值的查询表。因此，在优选实施例中，通过使曲线特征与实际的物理上确定的距离X (如本领域所公知的，在一个实施例中能够利用X射线方法来确定距离X)关联而使本发明的设备达到平衡。一旦利用本发明的设备并且一旦利用确定实际距离X的不同方法(例如通过X射线成像)，通常会执行一系列扫频，在不同距离X处进行每一系列扫频。通常，第一电极越接近牙齿尖端，测量的阻抗将变得越小，并且如果将阻抗表示为电压，则该电压将变得越大(由于低的阻抗值-也参见例如EP 0392 518 Al的图3)。因此，通过校正，能够找到公式，或者可替代地如上面所提及的建立查询表，所述查询表将允许将所确定的曲线特征与实际的距离X关联。可替代地，针电极和牙齿尖端之间的距离还可例如使用在下文的示例I中提供的公式来计算。因此，在一个优选实施例中，本发明的设备的计算单元通过下列步骤计算所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离(a)获得被拟合到从所述第一和/或第二扫频中获得的所述阻抗值的曲线(也参见例如图6的步骤110);以及(b)利用在(a)中获得的所述曲线的特征优选地通过利用查询表或预定的校准因数(诸如本文所述)来确定所述距离X，其中所述曲线的特征选自由曲线下的面积、曲线的平均值、曲线的中值、曲线的导数和曲线特性以及其组合组成的组，所述曲线特性包括如本文下文所述获得第二和第三曲线。
在下文中，将描述通过如下所概述地获得第二和第三曲线来确定曲线特征的优选方法在根据本发明的设备的优选实施例中，如上所概述的步骤(ii )包括下列进一步的步骤(iii)使第一曲线拟合到从第一扫频中获得的阻抗值，其中所述第一曲线限定所述第一扫频期间的哪个时间点分别与所述第一扫描的哪个阻抗值关联(即，所述曲线限定随时间测量的(或者拟合的)阻抗值);(iv)与(i)类似以不同于频率速率Y的频率速率β或通过根据在(iii)中获得的所述第一曲线外推所述阻抗和时间点的值来执行第二扫频，优选地频率速率β小于频率速率Y (也参见图7的步骤200)；(V)拟合通过从所述第二扫频获得的所述阻抗值的第二曲线，其中所述第二曲线限定所述第二扫频期间的哪个时间点分别与所述第二扫频的哪个阻抗值关联(也参见图7的步骤210)；(Vi)获得作为所述第一曲线和所述第二曲线之间的(优选地绝对)差的第三曲线；(vii)找出所述第三曲线的最大值，所述最大值为在所述时间点t_处记录的最大阻抗差Λ Rfflax ;可选地，确定在所述第三曲线下在t=0和t=tmax之间的面积F(也参见图7的步骤230);以及(viii)利用所确定的tmax和Λ Rfflax值以及可选地利用F值确定所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的距离X。在该上下文中，“外推”指的是通过计算而不通过实际测量获得第二曲线。对于外推(也参见图7 )，通过重缩放时间值而不重缩放记录的阻抗值而优选地在时间轴上重缩放在(iii)中获得的第一曲线。因此，利用与因数相乘的所述第一曲线的阻抗值而优选地获得第二曲线，所述因数为实数值，优选地不为I并且最优选为大于I。在下面的图3中还示出了可利用本发明的设备获得的示例性的第一(Re)和第二(Ry)阻抗曲线。在本发明的设备的进一步的优选实施例中，所述设备被配置为在第一和第二扫频期间实施相同次数的阻抗测量。发明人已经确定了能够用来执行第一和/或第二扫频的最佳频率范围。在设备的一个实施例中，在第一和/或第二扫频中使用的频率选自包括IOHz和40kHz之间的频率的频率范围，更优选地，选自包括14Hz和IOkHz之间的频率的频率范围。此处所使用的“频率范围”指的是执行第一和/或第二扫频时的频率范围。因此，在通过本发明的设备执行扫描时所使用的所述至少四个频率选自这样的频率范围。所述范围通过最小频率和最大频率限定。在整个说明书中提及了优选频率范围的优选最小频率和最大频率。然而，优选的是，为了本发明的目的的频率范围的最大频率不会超过40kHz，由于在该频率之上可能会发生电压信号(频率脉冲)的衰减。
优选地，所述设备将被配置为使得在第一和/或第二扫频期间产生至少4，5，6，7，8，9或者至少10、更优选地至少50并且最优选地至少100个具有不同频率的电压信号并且进行各阻抗测量。测量的次数还要适于在本发明的设备中使用的频率范围。对于越大的频率范围，优选地使用越多次数的测量。例如，如果本发明的设备被配置为使得例如使用500Hz至40kHz的频率范围来执行所述第一扫频，则在一个实施例中所述扫描可以包括790次测量。优选地，也对于如下所概述的原因，以小于O. 6,小于O. 5,小于O. 4,小于O. 3,小于O. 2或者最优选地小于O. I秒的时间间隔来进行这些测量，即以前述优选的时间跨度而优选地完成第一和/或第二扫频。震颤为任意身体部分的非主动运动或摇动。能经常在手部注意到。生理上的震颤通常为肉眼几乎看不到的非常低幅度的轻微震颤。其出现在每个正常个体在保持一个姿势和运动期间。疲劳(例如硬的肌肉)，低血糖水平，摄取咖啡因和许多其它因素会影响轻微震颤的频率和幅度。如果医生测量牙齿尖端的位置，则自然产生的手部震颤可能会稍微影响探针的位置。因此，有利的是在小的时间量内完成对尖端位置的确定。这也将允许对于每个针位置取距离X的多个读数。在本发明的设备的优选实施例中，在输出平均的距离X值之前，对尖端位置的多个测量例如X的两个、三个或四个单次测量取平均。·因此,在本发明的设备的优选实施例中，在小于O. 6,小于O. 5,小于O. 4,小于O. 3,小于O. 2或最优选地在小于O. I秒内完成第一和/或第二扫频。如果在一个示例中假定具有给定的频率的单个电压信号的测量花费了 2 μ S，则这可用来计算最多可以进行多少次阻抗测量。例如，如果单次阻抗测量花费了 2μ s并且在O. I秒内会完成第一扫频，则将会允许50次阻抗测量。因此，在优选实施例中，本发明的设备被配置为使得第一扫频包括对于不少于50个不同频率测量阻抗值。因此，在设备的一个实施例中，在第一扫频期间使用4-50个频率，这些频率(如已经在上文中所概述的)优选地选自包括IOHz和40kHz之间的频率、更优选地包括14Hz和IOkHz之间的频率的频率范围。此外，根据本文下文提供的示例应意识到的是，为了能够确定Λ Rmax，仅必须要执行第一扫频直到时间点tmax。因此，在本发明的方法的优选实施例中，频率速率(扫描速率)β和Y被选择为使得tmax小于或者等于O. 6秒、优选地小于O. I秒。在本发明的设备的进一步的优选实施例中，通过根据下列公式选择频率来执行第二扫频W0 (t) = w0(l+^ t)n ；其中t为时间，W0 (t)为随时间变化的频率函数，W0为扫描的起始频率，β为频率速率(例如在第一扫描期间频率增大或减小的速率)，η为任意实数，η描述了 W0 (t)和t之间的关系并且产生不同曲线形式we (t)，例如n=l :产生w和t之间的线性关系:we (t) = w0(l+^ t)n=0 :产生恒定频率的已知情况we (t) = W。η=-1 :产生w和t之间的反比关系,经常用作示例we (t) = W。/ (l+β t)为了其它的具体测量要求，不同特定的η可能是更合适的。优选地，η不为0，因此这不会提供交变的频率。本发明的设备还优选的是，其中通过根据下列公式选择频率来执行第一扫频wy (t) = w0(l+ Y t)n
其中t为时间，wY (t)为随时间变化的频率函数，W。为扫描的起始频率，Y为频率速率(例如在第二扫描期间频率增大或减小的速率)，η为任意实数，优选不为零。如在示例中所示，当选择了频率速率β和Y之间的最佳比例时,距离X的测量是非常可靠的。因此，在本发明的设备的一个优选实施例中，扫描速率β和Y被选择为使得比例ιι=β / Y为4和8之间的值，更优选地比例ιι=β / Y为在5和7之间的值。在最优选的实施例中，比例u被选择为使得u=5. 83。在本发明的设备的一个实施例中，所述第二电极为能够接触患者的口腔黏膜的唇部电极和/或手持电极。优选的是第二电极具有Icm2和5cm2之间的接触(优选地平面)表面积。 此外，本发明的设备优选地包括由绝缘材料制成并被配置为保持所述第一电极的手柄(50)(图I中部分地示出了其一个示例)，在一个优选实施例中，所述第一电极被示出为图I中的针或扩孔钻电极(15)。在一个实施例中，手柄(50)由绝缘材料制成并且包括用来与第一电极(15)接触的导电金属芯(3)。所述手柄的长度大体为100mm,在头部(5)上具有优选12mm的直径，如图I中所看到的，针(15)的把手(I)能够插入到头部(5)中。提供了包括各种长度的各种各样的针/扩孔钻，但平均优选长度为大约30mm。它们的形状通常为锥形，直径从基部处的大约O. 25mm变化到顶端处的大约O. Imm(图I)。在一个实施例中，第一和/或第二电极可以由不锈钢制成。用于第一电极的把手(I)的直径优选为大约1_，后部分(2)的长度优选地为大约15mm并且前部分(4)的长度优选为大约5_。前端优选为相比于后端以大约110°的角度弯曲。假定必须要处理根部感染的牙齿(7)，通常要给予麻醉并且向齿冠中制作2_4mm直径的孔(6)以提供进入根管(14)(图I)的入口。之后用探针检查所述管以计算必要深度，所述必要深度应对应于管的从其尖端减去Imm的整个长度。所述牙齿管具有解剖上的尖端(8)和放射性的尖端(12)，如图I所示。神经束(10)、至少一个动脉(11)和静脉(9)将在牙齿的根尖孔处进入所述根管(见图I)。通过使用本发明的设备的所述第一电极(15)，能够通过本文所述的电子器件计算牙齿的尖端和所述针电极的顶端之间的距离。当朝牙齿尖端推进第一电极时，优选地利用本发明的设备重复地确定该距离以允许操作者将针停止在正确的位置处，优选地距尖端I. 5mm处。在这点上，在最优选的实施例中，所述设备配备有附加部件，通过对其施加高能电脉冲，优选地施加具有在300 Ω的大致70W RF的功率和大约O. 5MHz的频率的电流大约十分之一秒，以允许失活容纳第一电极的所述牙齿管，如在美国专利6，482，008B2中所描述的那样。这将分裂神经束(13)并且同时使静脉中的血凝固。实际地讲，有效去除了管中的所有材料并且对管进行了灭菌。作为本发明的第二方面，提供了一种用于确定牙根管的尖端位置的方法，其中所述方法包括下列步骤(a)提供第一电极和第二电极，所述第一电极位于患者牙齿的根管内，所述第二电极与所述患者的另一身体部分接触，优选与所述口腔黏膜或者与所述患者的手部接触；(b)执行第一快速扫频，包括利用所述第一电极和所述第二电极并利用选自IOHz和40kHz之间的频率的频率来获得第一系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间占.
(c)执行第二慢扫频，包括(i)利用所述第一电极和所述第二电极并且利用与在步骤(b)中限定的频率范围相同的频率范围但是以比步骤(b)中更慢的接续测量单个阻抗测量来获得第二系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间点；或者(ii)根据在步骤(b)中获得的阻抗数据组来外推第二慢扫频的阻抗测量；(d)将在步骤(b)中获得的所述阻抗数据组与在步骤(C)中获得的所述阻抗数据组进行比较以确定tmax和A Rmax，其中tmax为在步骤(b)中的tmax处或对应于步骤(b)中的
测量的阻抗或者在步骤(C)中的处或对应于步骤(C)中的测量的阻抗模数之间的阻抗差A Rfflax最大处的两次扫频中的公共时间点；以及(e)利用所确定的和A Rfflax值来确定所述牙根管的尖端和所述第一电极之间 的距离X，如本文中对于本发明的设备所述。优选地，在本发明的方法的步骤(b)和(C)中，进行相同次数的阻抗测量。本发明的方法的进一步优选的是，其中所述频率选自包括14Hz和IOkHz之间的频率的频率范围。在一个实施例中，利用扫频发生器执行本方法的步骤(b)和/或(C)。在一个优选实施例中，通过曲线拟合从(b)中的所述低扫频获得的阻抗数据并且通过重缩放所述拟合曲线的时间值而不重缩放阻抗值来执行步骤(c)中的所述外推。在本发明的方法的进一步的优选实施例中，在步骤(d)中，通过比较分别通过在步骤(b)中获得的数据组和在步骤(C)中获得的数据组而拟合的两条阻抗曲线来确定所述最大阻抗差A R_。为了确定A R_，如本文上面所述，确定第三曲线是有用的。在另一方面中，本发明提供了计算机存储介质，其包括用于执行本发明的方法和在本发明的设备中所使用的方法的计算机可读程序代码。
图I是示出了第一电极(在该示例中为针电极)插入到牙齿的根管中以确定牙齿的尖端和电极之间的距离的图示。图2示出了示例频率速率，其可以用于本发明的设备中的一系列电压信号。图3示出了对于给定的根管内的针电极位置利用图2所示的频率的示例阻抗记录。在该示例中，在Y轴上，阻抗R被示出为记录的电压。图4 :该示例演示了如何基于图3中所示的阻抗曲线Re和Ry确定所述第三曲线和A Rmax、tmax以及在曲线下在t=0和t=tmax之间的面积F。图5示出利用三种不同频率速率比例u,即U1=Sutjpt ；U2=Uopt ;和u3=uopt/5获得的阻抗测量曲线。图5中所示的曲线演示了曲线形状和A Rfflax以及的值如何随各参数u变化。图6是确定和显示所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离的优选实施例的流程图。图7是图6中所示的步骤120在利用第二和第三曲线以可视化牙齿的尖端和第一电极之间的相对距离时的优选实施例的流程图。现在将利用示例进一步描述本发明并且更详细地限定了本发明的不同方面。如此限定的每个方案可以与任意其它的一个或多个方案结合，除非相反地明确指示。特别是，被指示为优选的或者有利的特征可以与任意其它被指示为优选的或者有利的一个或多个特征结合。示例示例I :能够利用例如在EP0392518B1中所述的设备和改进执行以下示例，所述改进是本发明的设备需要进行改进以能够执行如本文上面所述的扫频，并且所述设备包括如本文所述的计算单元。关于以下示例，应该理解的是下列步骤和参数仅为示范性的而不是限制性的。在第一步骤中，将在该示例中为针电极(15)的第一电极插入到牙齿管(14)中。接下来，用于快速第一扫频的频率速率Y被选择为使得优选地在小于0.6秒内完成第一扫频
(也参见下面的示例2如何优化频率速率P和Y的比例)。图2示出了 Y的一个示例值。图2中还示出了用来确定图2中所示的频率的参数和等式。接下来,利用频率速率Y ,利用图2中所示的频率执行第一扫频。在扫描期间,记录各阻抗值Ry并确定各曲线(“Ry”曲线)。在图3中示出了能够由第一扫频获得的示例结果。在进一步的步骤中，选择用于第二扫频的频率速率P，所述频率速率P理想地被选择为使得A Rmax最大且优选地小于0. 5秒，最优选地小于0. I秒(仍见下面的示例2)。利用P执行第二扫频，并且在一个示例中，记录图2所示的用于P的频率(即对于We (t)获得)，用于第二扫描的阻抗值Re。图3中示出了第二扫描的一种可能的结果(“Re ”曲线)。接下来，使对于第一和第二扫频的记录的阻抗值拟合的曲线彼此相减，S卩，从对于Ry值拟合的曲线中减去对于P扫描拟合的曲线(“曲线Re ”)。优选地，通过第一和第二曲线之间的绝对差根据A R=IRy-R0 I导出第三曲线。图4中示出了结果即第三曲线。接下来，从第三曲线导出A Rmax和tmax，也如图4所示。能够示出在临床上的相关范围中，即当第一电极和牙齿尖端之间的距离接近2mm或更小时，本发明的改进方法的精度比现有技术的方法(诸如在EP0392518中所述的方法)大近似2_3倍。利用所确定的A Rfflax和的值，能够计算针电极和牙齿尖端之间的距离，例如利用查询表或者校正因数或者也通过使用下列公式X1 = a (A+ (A2-I) °.5)，(对于 x > A)x2 = a (A- (A2-I) °.5)，(对于 x < A)其中x1/2为第一电极的顶端(在上文示例中的针电极)和牙齿尖端之间的距离；a= (D-d) / 2h ;例如 a 可以为 0. 00625，如果 D=O. 35mm 且 h=20mm ;b=d/a ；b 例如可以是 16,如果 d=0. Imm ；A= (B / R0-D ；B=2*roh/ (3,14*d*a) ;B 例如可以是 2*1040hm,如果 roh=6200hm*mm ;D=牙齿管的上端部的平均直径，其通常在0. 2-0. 5mm之间；d=牙齿管的下端部(尖端附近)的平均直径，其通常在(0. 05-0. 15mm)之间；h=牙齿管的长度,其可以为16mm和24mm之间；
roh=牙齿管的特定电阻(0hm*mm2/m),通常位于50-1000k0hm*mm2/m之间；以及u=^ / y 的比例；最佳为 u=5. 83。此外，能够使用以下关系来确定电阻R。如果在一个实施例中，w=w。/ (1+0 t)(如在上面所概述的和在图2中)，并且容性电阻Rc=I/ (w*C)，其中C为牙齿特定的电容，则R=Ro*Rc/ (Ro+Rc)。如果在一个实施例中W=W0/ (1+Y t)，则上述类似地适用。在图2中提供了能够与本发明的设备一起使用的包括R0和Ry的不例等式。不例2-确定最佳扫频速率0和Y。为了选择最佳的扫频速率Y和P，考虑两个方面，以使得能够以最佳精度执行阻抗测量一方面能够尽可能快地执行尖端的定位以允许接近实时地显示相对于牙齿尖端的电极位置。因此，Y应该被选择为使得充分快速地完成第一扫频，优选地在小于0.5秒内， 更优选地在小于0. I秒内。另一方面，在本发明的设备的优选实施例中，利用优选地较慢的扫频速率P执行第二较慢扫频。因此，如果已经将频率速率Y预先设定为已知为顺利执行即及时完成第一扫描的值，则方便根据关系P=UY (如u=0/Y )来确定扫频速率P。因此比例u确定了快速扫频与较慢的扫频相比快了多少。为了确定最佳扫描速率P，下列考虑适用于当通过根据下列公式选择频率来执行第一扫频的情况W0 (t) = W0 (1+^ t)n ；其中t为时间，W0⑴为随时间变化的频率函数，W。为扫描的起始频率，^为频率速率(例如在第一扫描期间频率增大或减小的速率)，n为-I。通过如上文所述从第一曲线减去第二曲线，即通过从对于Re值获得的阻抗曲线减去阻抗曲线Ry (图4中图示了所述第三曲线的示例)可获得第三曲线，根据第三曲线还可确定F，所述F为在第三曲线下方在t=0和t=t_之间的面积。面积F是有用的，例如，用来确定阻抗R0 = 2y Fu0.5 (u0.5+1) / (U0.5_ I)A Rmax和tmax的值取决于扫描速率的比例，即取决于u，u被限定为@ / Y :ARmax = R20/(R0+Rc) (u°-5-1)/(u°-5+1);其中 u>l ;并且tmax = (R0+Rc) / R0 / ( Y u0'5) ou变得越大，A Rfflax将变得越大，并且时间将变得越短。对于大的u值，这种关系变得较不明显，导致如下问题如果存在最佳U，则对于最佳U，面积F (见上文和图4)变得最大。这是有利的，因为在获得具有最大面积F的特征的A R(t)曲线(S卩如在图4中示例出的第三曲线)时，则利用本发明的设备的测量的信噪比将变得最大。当第一电极紧邻牙齿尖端时，由于该提高的噪声容限会是最明显的，这尤其相关。换句话讲，利用本发明的设备的最佳测量可在下列情况下获得(i)阻抗信号A R变得尽可能大，以使得其能够最有效地与测量中的任意背景噪音分开，以及(ii)如果用来获得最大阻抗差A Rfflax的测量时间尽可能的短，以使得能够接近实时地确定结果即尖端位置。通过利用下列近似来计算面积F
F(U) = 1/2 A Rmax tmax = R。(U0 5-I) / (u0.5+l)u_0.5/2 Y将第一导数dF/du设为零，可以如下计算最大最佳值u Uopt = (2°-5+1)2=5. 83 (在该示例中，下面适用频率的时间关系w(t) :n=_l因此，
W=W0/ (1+3 t))Y的值优选地被调节为使得利用本发明的设备的低成本设计能够测量所有阻抗值。已经获得最佳Y，在一个优选实施例中，能够通过公式P = Y/u方便地获得第二扫频的扫描速率P，即在该优选实施例中，P = Y /5. 83。当利用不同频率函数，例如利用非-I的n的值执行扫频时，能够类似于上面概述的过程计算最佳U。
图5示出了能利用三种不同扫描速率比例u,即U1=Sutjpt ；U2=Uopt ；u3=uopt/5获得的示例阻抗测量曲线。图5中所示的曲线演示了曲线形状和A Rmax和值如何随各参数u变化。如图5中所示中间曲线(A R2)表示当利用u=u_=5. 83时能够获得的示例结果。利用u比例导出如A R1和A R3所示的其它曲线，所述u比例为5倍于U_5. 83的因数(A R1)或者U。；. 83的1/5的因数(A R3)o如图5中所示，当为u选择更大的值时，A Rmax和tmax的值变得更大。然而，对于U=Utjpt=S. 83,曲线下的在t=0和各t=tmax之间的面积变得最大。因此下列适用A Rfflaxl> A Rfflax2> A Rfflax3 ；UxlU眶2〈t眶3 ;以及F1(F2)F3 ；(对于曲线A R1, A R2和A R3的各个面积)。
权利要求
1.一种用于确定牙齿根管的尖端位置的设备，其中所述设备包括下列部件 (a)第一电极，其形成能够插入到患者牙齿的根管中的形状；以及第二电极，其形成被放置为与所述患者的另一身体部分接触的形状，优选地所述第二电极形成被放置为与所述患者的手部或者与口腔黏膜接触的形状； (b)扫频发生器，其能够在所述第一电极和所述第二电极之间产生一系列至少四种具有不同频率的电压信号； (C)测量装置，其能够测量与由所述扫频发生器产生的电压信号对应的、第一电极和第二电极之间的阻抗； Cd)计算单元,其能够 控制由扫频发生器产生的电压信号；从测量装置读取各阻抗值；并且根据所述阻抗值计算所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离；其中所述计算单元包括能够执行包括下列步骤的方法的硬件 (i)以频率速率Y执行第一扫频并对于每个产生的电压信号记录各阻抗值和阻抗测量的时间点；以及 (ii)根据在(i)中记录的阻抗值确定所述第一电极和所述牙齿尖端之间的距离，以及 其中步骤(ii)包括向从第一扫频获得的阻抗值拟合第一曲线并利用所述第一曲线的曲线特征来确定所述距离， 或者其中步骤(i i )包括下列步骤 (iii)拟合通过从第一扫频获得的阻抗值的第一曲线，其中所述第一曲线限定所述第一扫频期间的哪个时间点分别与第一扫描的哪个阻抗值关联； (iv)与(i)类似地以与频率速率Y不同的频率速率β或者通过根据在(iii)中获得的第一曲线外推阻抗和时间点的值来执行第二扫频； (V)拟合通过从第二扫频获得的阻抗值的第二曲线，其中所述第二曲线限定第二扫频期间的哪个时间点分别与第二扫频的哪个阻抗值关联； (vi)获得作为第一曲线和第二曲线之间的差的第三曲线； (vii)找出第三曲线的最大值，所述最大值为在时间点tmax处记录的最大阻抗差ΛRmax;可选地，确定在第三曲线下在t=0和t=tmax之间的面积F，以及 (viii)利用所确定的t_和ΛRmax值以及可选地利用F值来确定所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的距离X，以及 (e)可选的输出装置，其能够输出所述计算的距离。
2.根据权利要求I所述的设备，其中所述扫频发生器包括振荡器并可选地包括衰减器；
3.根据权利要求I或2所述的设备，其中所述测量装置包括用来放大在所述第一电极和所述第二电极之间测量的电压波形的放大器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述测量装置包括用来整流所测量的电压波形的整流器。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的设备，其中对于所述第一扫频和所述第二扫频获取相同次数的阻抗测量。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的设备，其中在所述第一扫频和/或所述第二扫频中使用的频率选自包括IOHz和40kHz之间的频率的频率范围，更优选地，选自包括14Hz和IOkHz之间的频率的频率范围。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的设备，其中所述第一扫频和/或所述第二扫频在少于O. 6秒内完成，优选地在少于O. I秒内完成。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的设备，其中通过根据下列公式选择频率来执行所述第二扫频W0 (t) = w0*(l+3 *t)n ； 其中t为时间，we (t)为随时间变化的频率函数，W。为扫描的起始频率，β为频率速率，η为任意实数。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的设备，其中通过根据下列公式选择频率来执行所述第一扫频 Wy (t) = W0 (1+ Y t)n ; 其中t为时间，WY (t)为随时间变化的频率函数，W。为扫描的起始频率，Y为频率速率，η为任意实数。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的设备，其中选择所述扫描速率β和Y以使得比例U= β / Y为在4和8之间的值。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的设备，其中所述第一电极为优选地具有IOmm和50mm之间的长度的针电极或扩孔钻电极。
12.根据权利要求I至11中任一项所述的设备，其中所述第二电极为能够接触患者的口腔黏膜的唇部电极和/或手持电极。
13.一种用于确定牙根管的尖端位置的方法，其中所述方法包括下列步骤 (a)提供第一电极和第二电极，所述第一电极位于患者牙齿的根管内，所述第二电极与所述患者的另一身体部分接触，优选与口腔黏膜或者与所述患者的手部接触； (b)执行第一快速扫频，其包括 利用第一电极和第二电极并利用选自IOHz和40kHz之间的频率的频率来获得第一系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间点； (c)执行第二较慢扫频，其包括 (i)利用第一电极和第二电极并且利用与在步骤(b)中限定的频率范围实质上相同的频率范围但是以比步骤(b)中较慢的接续测量单个阻抗测量来获得第二系列至少四个电阻抗测量，同时对于每个单个阻抗测量记载测量被获取的时间点；或者 (ii)根据在步骤(b)中获得的阻抗数据组来外推第二慢扫频的阻抗测量； (d)将在步骤(b)中获得的阻抗数据组与在步骤(C)中获得的阻抗数据组进行比较以确定tmax和Λ Rmax，其中tmax为在步骤(b)中的tmax处或对应于步骤(b)中的tmax测量的阻抗与在步骤(c)中的tmax处或对应于步骤(c)中的tmax测量的阻抗之间的阻抗差Λ Rmax最大处的两次扫频中的公共时间点；以及 Ce)利用所确定的tmax和Λ Rfflax值来确定所述牙根管的尖端和所述第一电极之间的距离X。
全文摘要
本发明涉及医疗方法和器械领域，在优选实施例中涉及牙科中使用的器械和方法。本发明尤其涉及用来确定牙根管的尖端位置的设备，其中所述设备允许在较短的时间跨度内获取更精确的数据。
文档编号A61C19/04GK102762167SQ201080063850
公开日2012年10月31日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年1月14日
发明者路德维希·拉克斯胡贝尔 申请人:恩登萨菲有限公司