DE19649689A1 - Method of determining vitality of tooth - Google Patents

Method of determining vitality of tooth

Info

Publication number
DE19649689A1
DE19649689A1 DE1996149689 DE19649689A DE19649689A1 DE 19649689 A1 DE19649689 A1 DE 19649689A1 DE 1996149689 DE1996149689 DE 1996149689 DE 19649689 A DE19649689 A DE 19649689A DE 19649689 A1 DE19649689 A1 DE 19649689A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tooth
intensities
transmission spectrum
curvature
lies
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1996149689
Other languages
German (de)
Inventor
Hans Heusmann
Gerald Dr Soelkner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE1996149689 priority Critical patent/DE19649689A1/en
Publication of DE19649689A1 publication Critical patent/DE19649689A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0088Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for oral or dental tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A61B2562/0238Optical sensor arrangements for performing transmission measurements on body tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04Measuring instruments specially adapted for dentistry

Abstract

The method involves irradiating the tooth in the region of the pulp a with non-ionising electromagnetic radiation. The intensity of the radiation transmitted from the tooth is measured according to wavelength in a spectral range where the absorption coefficient of a blood content substance has at least a maximum and a minimum. Two parameters are calculated from the measured intensities. The values of the parameters depend on the position and height of the maxima and minima in the transmission spectrum, on the curve of the spectrum in the region of the maxima and minima or on the envelope of the spectrum in the observed wavelength range. The method then involves determining whether the pair of parameters lies within or outside a predetermined value range.

Description

1. Einleitung1 Introduction

Der menschliche Zahn läßt sich morphologisch in drei Regionen einteilen: den außenliegenden Zahnschmelz, das Dentin- oder Zahnbein und die auch als Zahnmark bezeichnete Pulpa. Der Zahnschmelz besteht zu 95 Gew.-% aus dem sehr harten und che­ misch stabilen Hydroxylapatit, aus 4 Gew.-% Wasser und 1 Gew.-% organischem Material. Vom Volumen her ist das unter dem Zahn­ schmelz liegende Dentin die größte Komponente des Zahnes. Es enthält nur etwa 70 Gew.-% Hydroxylapatit, während 20 Gew.-% auf organische Bestandteile (vorwiegend Kollagen und Elastin) und 10 Gew.-% auf Wasser entfallen. Das Dentin weist eine Vielzahl, bis zu 5 mm lange, etwa 3 µm breite und sich in Richtung Pulpa erstreckende Kanäle auf. Die Pulpa bildet das Innere des Zahnes. Sie wird über die aus der Zahnwurzel ein­ tretenden Gefäße mit Blut versorgt. Neben dentinbildenden Zellen enthält die Pulpa auch schmerzempfindliche Zellen, welche bei fortgeschrittenem Karies aber auch durch äußere Reize (Kälte, Wärme, Erschütterung) stimuliert werden.The human tooth can be morphologically divided into three regions divide: the external enamel, the dentin or Toothbone and the pulp, also known as dental pulp. Of the Tooth enamel consists of 95% by weight of the very hard and che mixed stable hydroxyapatite, from 4% by weight water and 1% by weight organic material. In terms of volume, it's under the tooth enameled dentin is the largest component of the tooth. It contains only about 70% by weight of hydroxyapatite, while 20% by weight on organic components (mainly collagen and elastin) and 10% by weight are water. The dentin has one Variety, up to 5 mm long, about 3 µm wide and in Channels extending towards the pulp. The pulp forms that Inside of the tooth. It is about the one from the tooth root blood supply to the blood vessels. In addition to dentin-forming Cells, the pulp also contains pain-sensitive cells, which in advanced caries but also by external Stimuli (cold, heat, vibration) are stimulated.

2. Stand der Technik2. State of the art

In der Praxis nutzt man die Reizbarkeit der in der Pulpa vor­ handenen Nervenzellen, um die Vitalität eines Zahnes zu über­ prüfen. Das häufig angewandte Besprühen des betreffenden Zah­ nes mit einem Kältemittel ist für den Patienten allerdings äußerst unangenehm, häufig sogar mit Schmerzen verbunden. Zu­ dem lassen sich die Ergebnisse des konventionellen Kältetests nur sehr schwer interpretieren.In practice, the irritability of the pulp is pre-used available nerve cells to ensure the vitality of a tooth check. The frequently used spraying of the relevant number However, using a refrigerant is for the patient extremely uncomfortable, often even associated with pain. To the results of the conventional cold test difficult to interpret.

Mit Hilfe der bildgebenden Verfahren der Röntgentechnik läßt sich die Vitalität eines Zahnes ebenfalls untersuchen. Die Auswertung der Röntgenbilder führt allerdings in nur wenigen Fällen zu einem eindeutigen Ergebnis. Außerdem stehen Teile der Ärzteschaft und der Patienten dieser Untersuchungsmethode zunehmend kritisch gegenüber, da man eine Schädigung des durchstrahlten Bereichs nicht mit Sicherheit ausschließen kann.With the help of imaging techniques of x-ray technology lets also examine the vitality of a tooth. The Evaluation of the x-rays, however, leads to only a few  Cases to a clear result. There are also parts the medical profession and the patients of this examination method increasingly critical of, as damage to the Do not exclude the irradiated area with certainty can.

In der klinischen Erprobung befinden sich zur Zeit eine Reihe von Verfahren zur optischen Messung der Pulpavitalität. Allen Verfahren gemeinsam ist die Durchleuchtung des zu untersu­ chenden Zahnes mit nichtionisierender elektromagnetischer Strahlung und die Messung der Intensität des vom Zahn trans­ mittierten Lichtes bei Wellenlängen im Bereich 400 nm ≦ λ ≦ 900 nm. Ausgewertet wird beispielsweise die Zeitabhängigkeit der transmittierten Intensität I(λ) [1] oder das Verhältnis I(λ1)/I(λ2) der transmittierten Intensitäten bei geeigneten Wellenlängen λ1 und λ2 [2].There are currently a number of clinical trials of methods for optical measurement of pulp vitality. Everyone The procedure together is to examine the fluoroscopy tooth with non-ionizing electromagnetic Radiation and measuring the intensity of the trans from tooth averaged light at wavelengths in the range of 400 nm ≦ λ ≦ 900 nm. The time dependence is evaluated, for example the transmitted intensity I (λ) [1] or the ratio I (λ1) / I (λ2) of the transmitted intensities at suitable Wavelengths λ1 and λ2 [2].

3. Gegenstand, Ziele und Vorteile der Erfindung3. Object, aims and advantages of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Messung der Vitalität eines Zahnes. Das Verfahren soll sich durch ei­ ne hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, keine Schädigung des durchstrahlten Gewebes hervorrufen und insbesondere dem kon­ ventionellen Kältetest hinsichtlich der Unterscheidbarkeit vital/avital zumindest ebenbürtig sein.The invention relates to a method for optical measurement the vitality of a tooth. The procedure should be through ei ne high reliability, no damage to the cause radiated tissue and especially the con conventional cold test with regard to distinctness at least equal to vital / avital.

Die Anwendung des völlig schmerzfreien Verfahrens erfordert keine medizinischen Spezialkenntnisse oder Fähigkeiten. Vita­ le Zähne lassen sich sehr gut von avitalen Zähnen unter­ scheiden, wobei die Zahngeometrie das Ergebnis der Auswertung nicht oder nur unwesentlich beeinflußt.The application of the completely painless procedure requires no special medical knowledge or skills. Vita Le teeth can be easily removed from vital teeth divide, the tooth geometry being the result of the evaluation not or only slightly influenced.

4. Zeichnungen4. Drawings

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläu­ tert. Es zeigen: The invention is explained below with reference to the drawings tert. Show it:  

Fig. 1 die logarithmierten, in vivo gemessenen Transmissi­ onsspektren eines vitalen und eines avitalen Zahnes im Bereich einer Absorptionsbande des Oxyhämoglobins; . Figure 1 shows the logarithmic measured in vivo TRANSMISSI onsspektren a vital and non-vital tooth in an area of an absorption band of the oxyhemoglobin;

Fig. 2a und 2b die graphische Darstellung eines ersten Ver­ fahrens zur Auswertung eines logarithmierten Trans­ missionsspektrums; FIGS. 2a and 2b show the graphical representation of a first method for evaluating a logarithmic transmission spectrum;

Fig. 3 die mit Hilfe des ersten Auswerteverfahrens bestimm­ ten, als Punkte eines Diagrammes dargestellten Para­ meterpaare {IBLc), mAB} für avitale Zähne, obere Schneidezähne und Premolare (vgl. Fig. 2); FIG. 3 shows the parameter pairs {I BLc ), m AB } for avital teeth, upper incisors and premolars (see FIG. 2) determined as points of a diagram using the first evaluation method;

Fig. 4 die graphische Darstellung eines zweiten Verfahrens zur Auswertung eines logarithmierten Transmissions­ spektrums; Fig. 4 is a graphical representation of a second method for evaluating a logarithmic transmission spectrum;

Fig. 5-7 die jeweils mit Hilfe des zweiten Auswerteverfah­ rens bestimmten, als Punkte eines Diagrammes darge­ stellten Parameterpaare {IBLB)/IBLc)} für alle Zahntypen, für Molare und Premolare sowie für Schnei­ dezähne (vgl. Fig. 4); Fig. 5-7 the parameter pairs {I BLB ) / I BLc )} determined with the aid of the second evaluation method and represented as points on a diagram for all tooth types, for molars and premolars and for incisors ( see Fig. 4);

Fig. 8 das logarithmierte Transmissionsspektrum eines vita­ len Zahnes und die Krümmung K(λ) des Transmissions­ spektrums; Figure 8 shows the logarithmic transmission spectrum of a vita len tooth and the curvature K (λ) of the transmission spectrum.

Fig. 9 und 10 die aus einer Vielzahl von Transmissionsspek­ tren verschiedener Zahntypen abgeleiteten Werte des Parameterpaares {Krümmung im zweiten Maximum; Krüm­ mung im Minimum} bzw. des Parameterpaares {Krümmung im ersten Maximum; Krümmung im Minimum}; FIGS. 9 and 10, the centers of a plurality of transmission Spek different tooth types derived values of the parameter pair {curvature of the second maximum; Curvature in the minimum} or the parameter pair {curvature in the first maximum; Minimum curvature};

Fig. 11 und 12 die aus einer Vielzahl von Transmissionsspek­ tren verschiedener Zahntypen abgeleiteten Werte des Parameterpaares {Krümmung im zweiten Maximum; Lage des zweiten Maximums im Transmissionsspektrum} bzw. des Parameterpaares {Krümmung im Minimum; Lage des Minimums im Transmissionsspektrum} (vgl. Fig. 8); Fig. 11 and 12, the transmission of a plurality of different types of teeth Spek centers derived values of the parameter pair {curvature of the second maximum; Position of the second maximum in the transmission spectrum} or of the parameter pair {curvature in the minimum; Location of the minimum in the transmission spectrum} (cf. FIG. 8);

Fig. 13 die aus einer Vielzahl von Transmissionsspektren verschiedener Zahntypen durch Anwendung der Singulär­ wertanalyse berechneten, als Parameterpaar darge­ stellten Wichtungsfaktoren der bedeutendsten Eigen­ spektren; FIG. 13 is the different from a plurality of transmission spectra types of teeth calculated by using the singular value analysis, as a pair of parameters Darge set weighting factors spectra of the most important intrinsic;

Fig. 15 und 16 Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren. Fig. 15 and 16, devices for carrying out the method.

5. Beschreibung der Ausführungsbeispiele5. Description of the embodiments

Wie eingangs erwähnt, besitzt der vitale Zahn eine gut durch­ blutete Pulpa. Das in der Pulpa vorhandene Netzwerk feiner Blutgefäße versorgt die Gewebe- und Nervenzellen mit Sauer­ stoff, mineralischen Salzen und anderen, für den Stoffwechsel erforderlichen Substanzen. Im Wellenlängenbereich zwischen λ ≈ 500 nm und λ ≈ 600 nm wirkt das für den Sauerstofftrans­ port verantwortliche Oxyhämoglobin (HbO) als starker Absor­ ber, wobei der Absorptionskoeffizient des Oxyhämoglobins bei λ ≈ 540 nm und λ ≈ 578 nm jeweils ein Maximum aufweist und bei λ ≈ 560 nm ein Minimum durchläuft. Durchstrahlt man die Pulpa eines gesunden Zahnes mit Weißlicht, so bestimmt das Verhalten des Hauptabsorbers Oxyhämoglobin die Struktur des Spektrums der transmittierten Strahlung im genannten Wellen­ längenbereich. Wie die in Fig. 1 dargestellte Abhängigkeit der logarithmierten Intensitäten I(λ) der transmittierten Strahlung von der Wellenlänge λ zeigt, besitzt das Spektrum bei den Wellenlängen λ ≈ 540 nm und λ ≈ 578 nm die erwarteten Minima, bei λ ≈ 560 nm das dem Minimum des HbO-Absorptions­ koeffizienten entsprechende Maximum. Der vergleichsweise steile Anstieg der transmittierten Intensität I(λ) bei Wel­ lenlängen λ < 580 nm korrespondiert mit dem starken Abfall des HbO-Absorptionskoeffizienten in diesem Spektralbereich. In dem ebenfalls in vivo gemessenen Transmissionsspektrum ei­ nes avitalen Zahnes fehlen entsprechende, dem HbO zuzuord­ nende Strukturen, da die Blutversorgung unterbrochen und die Pulpa abgestorben ist. Die Analyse des Verlaufs, der Form und/oder der Krümmung des Transmissionsspektrums im Bereich und in der Umgebung der Absorptionsbande des HbO liefert so­ mit Hinweise über die Menge des im durchstrahlten Volumen vorhandenen Oxyhämoglobins und damit der Durchblutung der Pulpa bzw. der Vitalität des Zahnes.As mentioned at the beginning, the vital tooth has a pulp that is well bleeding. The network of fine blood vessels in the pulp supplies the tissue and nerve cells with oxygen, mineral salts and other substances required for metabolism. In the wavelength range between λ ≈ 500 nm and λ ≈ 600 nm, the oxyhemoglobin (HbO) responsible for oxygen transport acts as a strong absorber, with the absorption coefficient of the oxyhemoglobin having a maximum at λ ≈ 540 nm and λ ≈ 578 nm and at λ ≈ 560 nm passes through a minimum. If the pulp of a healthy tooth is irradiated with white light, the behavior of the main absorber oxyhemoglobin determines the structure of the spectrum of the transmitted radiation in the wavelength range mentioned. As shown in Fig. 1 dependency of the logarithmic intensities I (λ) of the transmitted radiation on the wavelength λ, the spectrum at the wavelengths λ ≈ 540 nm and λ ≈ 578 nm has the expected minima, at λ ≈ 560 nm that Minimum of the HbO absorption coefficient corresponding maximum. The comparatively steep increase in the transmitted intensity I (λ) at wavelengths λ <580 nm corresponds to the sharp drop in the HbO absorption coefficient in this spectral range. In the transmission spectrum of an vital tooth, which is also measured in vivo, there are no corresponding structures to be assigned to the HbO, since the blood supply is interrupted and the pulp has died. The analysis of the course, the shape and / or the curvature of the transmission spectrum in the area and in the vicinity of the absorption band of the HbO thus provides information about the amount of oxyhemoglobin present in the irradiated volume and thus the blood flow to the pulp and the vitality of the tooth.

Im folgenden werden eine Reihe von Parametern Pi, Pj angege­ ben, welche von der Struktur des Transmissionsspektrums im interessierenden Wellenlängenbereich abhängen bzw. welche als Maß für den Verlauf oder die Krümmung des Transmissionsspek­ trums dienen. Die Zusammenfassung der aus den Spektren extra­ hierten Parameter zu Wertepaaren {Pi; Pj} und deren Darstel­ lung in einem Diagramm erlaubt es, vitale und avitale Zähne zu unterscheiden.In the following, a number of parameters P i , P j are given which depend on the structure of the transmission spectrum in the wavelength range of interest or which serve as a measure for the course or the curvature of the transmission spectrum. The combination of the parameters extracted from the spectra into pairs of values {P i ; P j } and their representation in a diagram makes it possible to differentiate between vital and vital teeth.

1. Auswerteverfahren1. Evaluation procedure

Geeignete Parameter für die Beurteilung der Vitalität eines Zahnes sind beispielsweise der in Fig. 2a mit IBLc) be­ zeichnete vertikale Abstand des Maximums der logarithmierten Intensität ln I(λc) bei λc ≈ 560 nm von der die Minima ln I(λA) und ln I(λB) bei λA ≈ 540 nm bzw. λB ≈ 578 nm verbin­ denden Geraden AB sowie die durch
Suitable parameters for the assessment of the vitality of a tooth are, for example, the vertical distance of the maximum of the logarithmic intensity ln I (λ c ) at λ c ≈ 560 nm from the the minima ln I in FIG. 2a with I BLc ) (λ A ) and ln I (λ B ) at λ A ≈ 540 nm and λ B ≈ 578 nm connecting straight lines AB as well as through

gegebene Steigung der Geraden AB. Der Parameter IBLc) ist durch
given slope of the straight line AB. The parameter I BLc ) is through

IBLc):=ln I(λc) - ln IABc) (2)
I BLc ): = ln I (λ c ) - ln I ABc ) (2)

definiert, wobei ln IABc) die Größe
defines, where ln I ABc ) the size

ln IABc):=ln I(λA)+mAB.(λcA) (3)
ln I ABc ): = ln I (λ A ) + m AB . (λ cA ) (3)

bezeichnet.designated.

Da die Pulpa eines vitalen Zahnes eine vergleichsweise große Menge an HbO enthält, sind auch die Maxima und Minima des Transmissionsspektrums entsprechend stark ausgeprägt, der Wert des Parameters IBLc) also vergleichsweise groß. Demge­ genüber ist das Transmissionsspektrum eines avitalen Zahnes im gleichen Wellenlängenbereich nur schwach gekrümmt. Es weicht demzufolge nur unwesentlich von der die Punkte A* und B* verbindenden Geraden ab, so daß auch der Parameter I'BLc) nur kleine Werte I'BLc*) < IBLc) annimmt (siehe Fig. 2b).Since the pulp of a vital tooth contains a comparatively large amount of HbO, the maxima and minima of the transmission spectrum are correspondingly pronounced, i.e. the value of the parameter I BLc ) is comparatively large. In contrast, the transmission spectrum of an avital tooth is only slightly curved in the same wavelength range. It deviates consequently from only insignificantly from the points A * and B * connecting lines, so that the parameter assumes I 'BLc) is only small values I' BLc *) <I BLc) ( see Fig. 2b).

Die Ergebnisse der oben beschriebenen Auswertung einer Viel­ zahl von Transmissionsspektren zeigt Fig. 3. Dargestellt sind jeweils die Werte des Parameterpaares {IBLc); mAB}, (λc= 560 nm) welche aus den Transmissionsspektren oberer Frontzähne (Schneidezähne ohne die Eckzähne) und vorderer Backenzähne (Premolare) abgeleitet wurden. Als Referenz dien­ ten Messungen an wurzelbehandelten und damit sicher avitalen Schneide- und Backenzähnen sowie Zähnen, die man aufgrund des konventionellen Kältetests als avital einstufen konnte. Die Meßwerte wurzelbehandelter Zähne heben sich in der Mehrzahl deutlich von den Meßwerten vitaler Zähne ab, wobei die wur­ zelbehandelten Zähnen zugeordneten Intensitäten IBLc) und Steigungen mAB aufgrund des Rauschens in den jeweiligen Transmissionsspektren vergleichsweise stark streuen. Das Rau­ schen in den Transmissionsspektren wurzelbehandelter Zähne läßt sich auf das in den Pulpahohlraum eingebrachte, häufig stark absorbierende Füllmaterial zurückführen, welches den zentralen Durchtritt des eingekoppelten Lichtes verhindert. Die detektorseitige Glasfaser erfaßt dann vorwiegend solche Photonen, deren Streuweg außerhalb des Pulpahohlraums im Den­ tin senkrecht zu den darin vorhandenen Kanälen verläuft. Der Photonenfluß im Bereich der Stirnfläche des detektorseitigen Glasfaserbündels ist demzufolge nur sehr klein, häufig nicht mehr meßbar.The results of the above-described evaluation of a large number of transmission spectra are shown in FIG. 3. The values of the parameter pair {I BLc ) are shown in each case; m AB }, (λ c = 560 nm) which were derived from the transmission spectra of the upper anterior teeth (incisors without the canines) and anterior molars (premolars). Measurements on root-treated and thus safely avital incisors, molars and teeth, which could be classified as avital due to the conventional cold test, served as a reference. The measured values of root-treated teeth stand out clearly in the majority from the measured values of vital teeth, the intensities I BLc ) and gradients m AB assigned to root-treated teeth being comparatively strongly scattered due to the noise in the respective transmission spectra. The noise in the transmission spectra of root-treated teeth can be attributed to the filler material, which is often highly absorbent and is placed in the pulp cavity, which prevents the central passage of the injected light. The detector-side glass fiber then mainly detects those photons whose scattering path outside the pulp cavity in the tin is perpendicular to the channels present therein. The photon flux in the area of the end face of the detector-side glass fiber bundle is consequently only very small, often no longer measurable.

Die aus den Transmissionsspektren avitaler Zähne (Kältetest) abgeleiteten Intensitäten IBLc) liegen in der Regel außer­ halb des von vitalen Zähnen abgedeckten Wertebereichs. Ver­ glichen mit den Transmissionsspektren wurzelbehandelter Zähne sind die Transmissionsspektren avitaler Zähne deutlich weni­ ger verrauscht, was auf eine lichtdurchlässigere Füllung des Pulpahohlraums hindeutet.The intensities I BLc ) derived from the transmission spectra of vital teeth (cold test) are generally outside the range of values covered by vital teeth. Compared to the transmission spectra of root-treated teeth, the transmission spectra of avital teeth are significantly less noisy, which indicates a more translucent filling of the pulp cavity.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, fallen die Meßwerte der einzel­ nen Zahntypen in verschiedene, sich allerdings überlappende Wertebereiche. Für die relativ dünnen, mit einer kleinen Pul­ pa ausgestatteten Schneidezähne erhält man etwas kleinere Werte der Steigung mAB und der Intensität IBLc) als für die dickeren Premolaren. Der größere Wert der Intensität IBLc) bei Backenzähnen (Molare und Premolare) ist wahrscheinlich auf das größere Volumen der Pulpa und damit auf die größere Menge an Oxyhämoglobin im Zahn zurückzuführen. Daraus resul­ tiert eine stärkere Ausprägung der beiden Minima im entspre­ chenden Transmissionsspektrum gegenüber dem dazwischenliegen­ den Maximum (vgl. Fig. 2b).As can be seen from FIG. 3, the measured values of the individual tooth types fall into different but overlapping value ranges. For the relatively thin incisors equipped with a small pulse, the values of the slope m AB and the intensity I BLc ) are somewhat smaller than for the thicker premolars. The larger value of the intensity I BLc ) in molars and premolars is probably due to the larger volume of the pulp and thus to the larger amount of oxyhemoglobin in the tooth. This results in a stronger expression of the two minima in the corresponding transmission spectrum compared to the maximum in between (see FIG. 2b).

Die im Mittel größere Steigung mAB der Geraden AB in den Spektren der Backenzähne läßt sich mit der Wellen­ längenabhängigkeit der Streuung erklären. Da kurzwelliges Licht stärker gestreut wird als langwelliges Licht, liegt das erste Minimum der transmittierten Intensität (Punkt A) in al­ len Spektren tiefer als das zweite Minimum (Punkt B), wobei die Absenkung des ersten Minimums gegenüber dem zweiten Mini­ mum in den Spektren der Backenzähne aufgrund der größeren Dicke der Zahnhartsubstanz allerdings stärker ausfällt als in den Transmissionsspektren der dünneren Schneidezähne.The larger gradient m AB of the straight line AB in the spectra of the molars can be explained by the wavelength-dependent scattering. Since short-wave light is scattered more than long-wave light, the first minimum of the transmitted intensity (point A) in all spectra is lower than the second minimum (point B), with the lowering of the first minimum compared to the second minimum in the spectra of Because of the greater thickness of the hard tooth substance, molars are stronger than in the transmission spectra of the thinner incisors.

Prinzipiell ließen sich auch die Transmissionsspektren im Wellenlängenbereich zwischen λ1 ≈ 500 nm und λ2 ≈ 540 nm mit dem Maximum bei λ3 ≈ 525 nm in der oben beschriebenen Weise analysieren. In diesem Spektralbereich mißt man allerdings nur noch sehr kleine Intensitäten, was die Auswertung erheb­ lich erschwert.In principle, the transmission spectra in the wavelength range between λ 1 ≈ 500 nm and λ 2 ≈ 540 nm with the maximum at λ 3 ≈ 525 nm could also be analyzed in the manner described above. However, only very small intensities are measured in this spectral range, which makes the evaluation considerably more difficult.

Als Parameter für die Beurteilung der Vitalität eines Zahnes kommen neben der Steigung mAB auch die als Näherungswerte für die Steigung dienenden Verhältnisse ln I(λB)/ln I(λA) oder ln I(λc)/ln I(λA) in Betracht.In addition to the gradient m AB , the ratios ln I (λ B ) / ln I (λ A ) or ln I (λ c ) / ln I (λ A ) serve as parameters for the assessment of the vitality of a tooth ) into consideration.

2. Auswerteverfahren2. Evaluation procedure

Die Sicherheit der Zuordnung der Eigenschaft vital/avital läßt sich verbessern, wenn man auch den Verlauf des Transmis­ sionsspektrums im langwelligen Bereich λ ≧ 580 nm analysiert und in der Auswertung berücksichtigt. Hierbei können insbe­ sondere die in Fig. 4 mit IBLB') und IBLc') bezeichneten Größen als Parameter für die Beurteilung der Vitalität eines Zahnes dienen. Während die Größe IBLB' = 578 nm) den verti­ kalen Abstand der logarithmierten Intensität ln I(λB') von der die Intensitäten ln I(λA' = 560 nm) und ln I(λc' = 595 nm) verbindenden Geraden A'C' bezeichnet, entspricht IBLc' = 595 nm) dem vertikalen Abstand der Intensität ln I(λc') von der die Intensitäten ln I(λB' = 578 nm) und ln I(λD' = 615 nm) verbindenden Geraden B'D'. Der die Gerade A'C' definierende Punkt C' wird vorteilhafter Weise so gelegt, daß die Größe IBLc') bei vorgegebener Lage des Punktes D' im Bereich λD' < 600 nm und λD' < 630 nm im Transmissionsspektren möglichst groß, insbesondere maximal ist.The certainty of the assignment of the vital / avital property can be improved if the course of the transmission spectrum in the long-wave range λ 580 nm is also analyzed and taken into account in the evaluation. In particular, the sizes designated in FIG. 4 with I BLB ' ) and I BLc' ) can serve as parameters for assessing the vitality of a tooth. While the size I BLB ' = 578 nm) is the vertical distance of the logarithmic intensity ln I (λ B' ) from that of the intensities ln I (λ A ' = 560 nm) and ln I (λ c' = 595 nm) connecting straight lines A'C ', I BLc' = 595 nm) corresponds to the vertical distance of the intensity ln I (λ c ' ) from the intensities ln I (λ B' = 578 nm) and ln I (λ D ' = 615 nm) connecting straight line B'D'. The point C 'defining the straight line A'C' is advantageously set such that the size I BLc ' ) for a given position of the point D' in the range λ D ' <600 nm and λ D' <630 nm in Transmission spectra is as large as possible, in particular maximum.

Wie die in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Ergebnisse der Auswertung einer Vielzahl von Transmissionsspektren zei­ gen, heben sich die Meßwerte vitaler Zähne sehr gut von den Meßwerten der aufgrund des Kältetests als avital eingestuften Zähnen und den Meßwerten wurzelbehandelter Zähne ab. Aufge­ tragen sind jeweils das Parameterpaar {IBLB'); IBLc')}.How gen the results of the evaluation of a variety of transmission spectra shown in FIGS. 5, 6 and 7 zei, the measured values vital teeth lift very well from the measured values of root-treated because of the cold tests than non-vital classified teeth and the measured values teeth. Wear the parameter pair {I BLB ' ); I BLc ' )}.

3. Auswerteverfahren3. Evaluation procedure

Neben den Intensitäten des transmittierten Lichtes bei ausge­ wählten Wellenlängen liefert auch die Krümmung K(λ) der Transmissionsspektren im Bereich der Absorptionsbande des Oxyhämoglobins eine Aussage über die Durchblutung des Zahnes. So führt eine hohe Konzentration von Oxyhämoglobin im durch­ strahlten Zahn zu ausgeprägten Maxima und Minima im Transmis­ sionsspektrum und damit auch zu einer starken Krümmung K(λ) des Spektrums im Bereich der Wellenlängen λ ≈ 540 nm, λ ≈ 560 nm und λ ≈ 580 nm (s. den in Fig. 8 dargestellten Verlauf der Krümmung K(λ) des Transmissionsspektrums eines vitalen Zahnes).In addition to the intensities of the transmitted light at selected wavelengths, the curvature K (λ) of the transmission spectra in the area of the absorption band of the oxyhemoglobin also provides information about the blood flow to the tooth. A high concentration of oxyhemoglobin in the radiated tooth leads to pronounced maxima and minima in the transmission spectrum and thus to a strong curvature K (λ) of the spectrum in the range of the wavelengths λ ≈ 540 nm, λ ≈ 560 nm and λ ≈ 580 nm (see the curve of the curvature K (λ) of the transmission spectrum of a vital tooth shown in FIG. 8).

In Fig. 9 ist jeweils der Wert des zweiten Maximums der Krümmung bei λ ≈ 578 nm gegen den Wert der Krümmung im Mini­ mum bei λ ≈ 560 nm für eine Vielzahl von Zahnspektren aufge­ tragen. Die aus Transmissionsspektren gesunder Zähne abgelei­ teten Krümmungswerte der beiden Extrema sind in der Regel deutlich größer als diejenigen avitaler und wurzelbehandelter Zähne. Zu einem ähnlichen Ergebnis gelangt man durch Auftra­ gen des Wertes der Krümmung im ersten Maximum bei λ ≈ 540 nm gegen den Wert der Krümmung des Transmissionsspektrum im Mi­ nimum bei λ ≈ 560 nm (s. Fig. 10).In Fig. 9, the value of the second maximum of the curvature at λ ≈ 578 nm is plotted against the value of the curvature in the mini mum at λ ≈ 560 nm for a large number of tooth spectra. The curvature values of the two extremes derived from the transmission spectra of healthy teeth are generally significantly larger than those of avital and root-treated teeth. A similar result is obtained by plotting the value of the curvature in the first maximum at λ ≈ 540 nm against the value of the curvature of the transmission spectrum in the minimum at λ ≈ 560 nm (see FIG. 10).

Auch die genaue Lage der Extrema der Krümmung K(λ) des Trans­ missionsspektrum gibt Aufschluß über die Vitalität des jewei­ ligen Zahnes. Trägt man beispielsweise den Wert der Krümmung im zweiten Maximum bzw. im Minimum gegen die zugehörige Wel­ lenlänge auf (s. die Fig. 11 und 12), so zeigt sich, daß die aus Transmissionsspektren vitaler Zähne abgeleiteten Meß­ werte vergleichsweise groß sind und alle in einem sehr engen, etwa 2 nm breiten Wellenlängenbereich liegen. Die wurzelbe­ handelten und den im Kältetest als avital eingestuften Zähnen zugeordneten Krümmungswerte K(λ) sind demgegenüber im allge­ meinen kleiner. Außerdem streuen die Wellenlängen, bei denen die Extrema der Krümmung auftreten, wesentlich stärker.The exact location of the extrema of the curvature K (λ) of the transmission spectrum also provides information about the vitality of the respective tooth. If, for example, the value of the curvature is plotted in the second maximum or in the minimum against the associated shaft length (see FIGS . 11 and 12), it is shown that the measured values derived from transmission spectra of vital teeth are comparatively large and all in a very narrow, approximately 2 nm wide wavelength range. In contrast, the root values acted and the curvature values K (λ) assigned to the teeth classified as avital in the cold test are generally smaller. In addition, the wavelengths at which the extrema of the curvature occur scatter much more strongly.

4. Auswerteverfahren4. Evaluation procedure

Die Zahnspektren lassen sich auch durch Anwendung des soge­ nannten Singulärwertanalyse (Principle Component Analysis) auswerten. Diese in [3] beschriebene mathematische Methode beruht auf einem Theorem der linearen Algebra, wonach man je­ de M Zeilen und N ≦ M Spalten aufweisende M × N-Matrix A als Produkt einer spaltenorthogonalen M × N-Matrix U, einer N × N-Diagonalmatrix W mit Elementen wi ≧ 0 und der transpo­ nierten einer spaltenorthogonalen N × N-Matrix V schreiben kann (s. Gleichung 4).
The tooth spectra can also be evaluated using the so-called singular value analysis (Principle Component Analysis). This mathematical method described in [3] is based on a theorem of linear algebra, according to which each M × N matrix A with M rows and N ≦ M columns is a product of a column-orthogonal M × N matrix U, an N × N Diagonal matrix W with elements w i ≧ 0 and the transpo ned a column orthogonal N × N matrix V can write (see Equation 4).

Das auf der Singulärwertanalyse basierende Auswerteverfahren ist im einzelnen durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
The evaluation method based on the singular value analysis is characterized in detail by the following steps:

  • - Auswahl einer Anzahl N typischer Transmissionsspektren vi­ taler und avitaler Zähne, wobei jedes der beispielsweise N = 60 geglätteten Spektren durch M = N Stützpunkte ln I(λi), i = 1 . . . N definiert ist;- Selection of a number N of typical transmission spectra of vital and avital teeth, each of the, for example, N = 60 smoothed spectra by M = N bases ln I (λ i ), i = 1. . . N is defined;
  • - Aufbau einer M × N-Marix A derart, daß jeder Spaltenvektor der Matrix A die M=N Stützstellen eines der N ausgewählten Transmissionsspektren repräsentiert
    S1j, S2j, S3j . . . SNj: Stützstellen des Transmissionsspektrums Nr. j
    - Structure of an M × N Marix A such that each column vector of the matrix A represents the M = N nodes of one of the N selected transmission spectra
    S 1j , S 2j , S 3j . . . S Nj : nodes of the transmission spectrum no. J
  • - Singulärwertanalyse der Matrix A, d. h. Zerlegen der Matrix A in ein Produkt
    Uk=1 . . . N: Spaltenvektor der Matrix Ui; wk=1 . . . N: Singulärwerte
    - Singular value analysis of matrix A, ie decomposing matrix A into a product
    U k = 1. . . N : column vector of the matrix U i ; w k = 1. . . N : singular values
  • - Auswahl einer Anzahl N1 ≦ N der größten Singulärwerte mit wk1 ≧ wk2 ≧ . . . ≧ wN1 und der zugeordneten Spaltenvekto­ ren Uk1, Uk2 . . ., UN1 (Beispiel: dem Singulärwert w3 ist der Spaltenvektor U3 der Matrix U zugeordnet);- Selection of a number N 1 ≦ N of the largest singular values with w k1 ≧ w k2 ≧. . . ≧ w N1 and the assigned column vectors U k1 , U k2 . . ., U N1 (example: the singular value w 3 is assigned to the column vector U 3 of the matrix U);
  • - Näherungsweise Beschreibung des als N × 1-Matrix darge­ stellten und durch N Stützstellen definierten Transmissi­ onsspektrums S* eines zu untersuchenden Zahnes als Linear­ kombination der N1 Spaltenvektoren Uki ("Eigenspektren")
    mit den Wichtungsfaktoren αk1, αk2 . . ., αN1;
    - Approximate description of the transmission spectrum S * of a tooth to be examined as a linear combination of the N 1 column vectors U ki ("eigenspectrums") represented as an N × 1 matrix and defined by N reference points.
    with the weighting factors α k1 , α k2 . . ., α N1 ;
  • - Darstellung eines Paares {αki; αkj} von Wichtungsfaktoren in einem Diagramm bzw. feststellen, ob die Wichtungsfaktoren innerhalb des vitalen/avitalen Zähnen zugeordneten Wertebe­ reichs liegen.- Representation of a pair {α ki ; α kj } of weighting factors in a diagram or determine whether the weighting factors lie within the range of values assigned to vital / vital teeth.

Im allgemeinen reichen N1 ≦ 4 Eigenspektren aus, um ein ge­ messenes Transmissionsspektrum mit hinreichender Genauigkeit zu rekonstruieren. Trägt man beispielsweise nur die beiden größten der Wichtungsfaktoren αk gegeneinander auf (s. Fig. 13), heben sich die vitalen Zähnen zugeordneten Parameter- Werte deutlich von den aus Transmissionsspektren avitaler und wurzelbehandelter Zähne abgeleiteten Parameterwerten ab.In general, N 1 ≦ 4 intrinsic spectra are sufficient to reconstruct a measured transmission spectrum with sufficient accuracy. If, for example, only the two largest of the weighting factors α k are plotted against one another (see FIG. 13), the parameter values assigned to vital teeth stand out clearly from the parameter values derived from transmission spectra of avital and root-treated teeth.

Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle der Trans­ missionsspektren die Krümmungen K(λ) dieser Spektren in ent­ sprechender Weise zu analysieren oder die Transmissionsspek­ tren bzw. deren Krümmungen K(λ) durch eine Anzahl N'<N von Stützstellen zu repräsentieren (die Matrix A ist dann nicht mehr quadratisch). Der Vorteil der PCA-Analyse der Transmis­ sionsspektren ln I(λ) bzw. deren Krümmung K(λ) besteht insbe­ sondere darin, daß der gesamte Wellenlängenbereich 400 nm ≦ λ ≦1000 nm mit in die Auswertung eingeht und man somit keine Information verliert. Allerdings sind die die Information enthaltenden Singulärwerte wi bzw. Wichtungsfaktoren αki phy­ sikalisch nicht mehr anschaulich zu interpretieren.It is of course also possible to analyze the curvatures K (λ) of these spectra in a corresponding manner instead of the transmission spectra or to represent the transmission spectra or their curvatures K (λ) by a number N '<N of support points (the matrix A is then no longer square). The advantage of the PCA analysis of the transmission spectra ln I (λ) or their curvature K (λ) is in particular that the entire wavelength range 400 nm ≦ λ ≦ 1000 nm is included in the evaluation and therefore no information is lost. However, the singular values w i or weighting factors α ki that contain the information can no longer be interpreted physically.

6. Vorrichtungen zur Durchführung der Auswerteverfahren6. Devices for carrying out the evaluation process

Die in Fig. 14 schematisch dargestellte Vorrichtung ähnelt im Aufbau einer Zange. Sie besteht aus zwei drehbar miteinan­ der verbundenen Schenkeln 2/3, deren vergleichsweise kurzen vorderen Teile (Backen) den jeweils zu untersuchenden Zahn 4 fassen. Den erforderlichen Anpressdruck erzeugt die ein ent­ sprechendes Drehmoment erzeugende Schenkelhalterung 1 (Federbelastete Schraube oder Nut). Nicht gezeigt sind die als Griffe ausgebildeten Endstücke der beiden Schenkel 2/3. Das im Backen des oberen Schenkels 2 angeordnete Glasfaser­ bündel 5 erfaßt die von der Weißlichtquelle 6 (Halogenlampe) emittierte Strahlung und koppelt sie im Bereich der Pulpa in den Zahn 4 ein. Auf der dem Glasfaserbündel 5 gegenüberlie­ genden Seite des Zahnes 4 tritt die durch Streu- und Absorp­ tionsvorgänge geschwächte Strahlung in das detektorseitige Glasfaserbündel 6 ein. Das in den unteren Schenkel 3 inte­ grierte Detektorsystem besteht im gezeigten Ausführungsbei­ spiel aus vier Einheiten, wobei die Detektoreinheiten jeweils ein Interferenzfilter 71/72/73/74 (optische Bandpaßfilter) und eine Si-Photodiode 81-84 als Strahlungsempfänger auf­ weisen. Die Durchlaßeigenschaften der Interferenzfilter 71-74 sind hierbei so gewählt, daß die in den nachgeschalteten Photodioden 81-84 registrierten Strahlungsintensitäten ein von der Zahngeometrie weitgehend unabhängiges Maß für die Blutmenge bzw. den Oxigenierungsgrad des Blutes darstellen. Wie oben erläutert, können die Transmissionsmaxima der vier Interferenzfilter 71-74 insbesondere im Bereich der Wellen­ längen λ1 ≈ 540 nm, λ2 ≈ 560 nm, λ3 ≈ 580 nm und λ4 ≈ 600 nm oder λ1' ≈ 560 nm, λ2' ≈ 580 nm, λ3' ≈ 590-600 nm und λ4' ≈ 610-630 nm liegen. Die Berechnung der für die Bewertung der Vitalität des Zahnes 4 relevanten Parameter {Pi; Pj} und de­ ren Vergleich mit vorgegebenen, den Vitalitätsbereich defi­ nierenden Grenzwerten erfolgt in der Auswerteelektronik 9. The device shown schematically in FIG. 14 is similar in construction to a pair of pliers. It consists of two rotatable miteinan the connected legs 2/3 , the comparatively short front parts (jaws) grasp the tooth 4 to be examined in each case. The required contact pressure is generated by the leg bracket 1 (spring-loaded screw or groove) which generates a corresponding torque. The end pieces of the two legs 2/3 designed as handles are not shown. The arranged in the baking of the upper leg 2 glass fiber bundle 5 detects the radiation emitted by the white light source 6 (halogen lamp) and couples it into the tooth 4 in the area of the pulp. On the glass fiber bundle 5 gegenüberlie constricting side of the tooth 4, a weakened radiation tion processes by scattering and Absorp enters the detector-side glass fiber bundles. 6 In the lower leg 3 inte grated detector system consists in the embodiment shown game of four units, the detector units each having an interference filter 71/72/73/74 (optical bandpass filter) and an Si photodiode 81-84 as radiation receivers . The transmission properties of the interference filters 71-74 are chosen so that the radiation intensities registered in the downstream photodiodes 81-84 represent a measure of the amount of blood or the degree of oxygenation of the blood which is largely independent of the tooth geometry. As explained above, the transmission maxima of the four interference filters 71-74 can be in particular in the range of the wavelengths λ 1 ≈ 540 nm, λ 2 ≈ 560 nm, λ 3 ≈ 580 nm and λ 4 ≈ 600 nm or λ 1 ' ≈ 560 nm, λ 2 ' ≈ 580 nm, λ 3' ≈ 590-600 nm and λ 4 ' ≈ 610-630 nm. The calculation of the parameters relevant to the assessment of the vitality of tooth 4 {P i ; P j } and their comparison with predetermined limit values defining the vitality range takes place in the evaluation electronics 9 .

Eine Batterie 10 versorgt sowohl die Auswerteelektronik 9 als auch die Weißlichtquelle 6 mit den erforderlichen Betriebs­ spannungen.A battery 10 supplies both the evaluation electronics 9 and the white light source 6 with the required operating voltages.

Die Strahlungsquelle der in Fig. 15 dargestellten Vorrich­ tung besteht beispielsweise aus insgesamt 4 Leuchtdioden 11/12, die Strahlung der Wellenlänge λ1 ≈ 540 nm, λ2 ≈ 560 nm, λ3 ≈ 580 nm und λ4 ≈ 600 nm oder λ1' ≈ 560 nm, λ2' ≈ 580 nm, λ3' ≈ 590-600 nm und λ4' ≈ 610-630 nm emittieren. Die Aus­ werteelektronik 13 steuert die den Leuchtdioden 11/12 zuge­ ordnete Treibereinheit 14 hierbei derart an, daß der Zahn 4 nacheinander in einer vorgegebenen Reihenfolge mit Licht der gewünschten Wellenlänge durchstrahlt wird. Als Lichtleiter dient ein Glasfaserbündel 5 oder ein gekrümmter Glasstab. Da die Leuchtdioden 11/12 zeitlich nacheinander emittieren, ge­ nügt eine einzige in die Backe des unteren Schenkels 3 inte­ grierte Photodiode 15 als Strahlungsempfänger. Ihr Ausgangs­ signal wird verstärkt und der Auswerteelektronik 13 zuge­ führt. Eine Batterie 10 versorgt die Auswerteelektronik und die Treibereinheit 14 mit den erforderlichen Betriebsspannun­ gen.The radiation source of the device shown in FIG. 15 consists for example of a total of 4 light emitting diodes 11/12 , the radiation of the wavelength λ 1 ≈ 540 nm, λ 2 ≈ 560 nm, λ 3 ≈ 580 nm and λ 4 ≈ 600 nm or λ 1 ' ≈ 560 nm, λ 2' ≈ 580 nm, λ 3 ' ≈ 590-600 nm and λ 4' ≈ 610-630 nm. The evaluation electronics 13 controls the driver unit 14 assigned to the light emitting diodes 11/12 in such a way that the tooth 4 is successively irradiated with light of the desired wavelength in a predetermined sequence. A glass fiber bundle 5 or a curved glass rod serves as the light guide. Since the light emitting diodes 11/12 emit one after the other in time, a single ge is integrated into the jaw of the lower leg 3 inte grated photodiode 15 as a radiation receiver. Your output signal is amplified and the evaluation electronics 13 leads. A battery 10 supplies the evaluation electronics and the driver unit 14 with the required operating voltages.

Soll die Intensität der transmittierten Strahlung nicht nur bei den als besonders relevant eingestuften 4 Wellenlängen, sondern im gesamten Spektralbereich 400 nm ≦ λ ≦ 1000 nm mit hoher Auflösung gemessen werden, empfiehlt sich der folgende, allerdings vergleichsweise teure Meßaufbau:
Weißlichtquelle-Lichtwellenleiter-Zahn-Lichtwellenleiter-Git­ termonochromator-Detektoreinheit (Photodiodenarray oder CCD)- Auswerteelektronik (PC). Entsprechende Systeme sind am Markt erhältlich. Mit ihnen läßt sich ein Spektralbereich von mehr als 300 nm Breite innerhalb weniger Millisekunden aufnehmen, was Störungen der Meßwerterfassung durch Bewegungen der Zange (wackeln) ausschließt.
If the intensity of the transmitted radiation is to be measured with high resolution not only at the 4 wavelengths classified as particularly relevant, but in the entire spectral range 400 nm ≦ λ ≦ 1000 nm, the following, however, comparatively expensive measurement setup is recommended:
White light source-optical waveguide-tooth-optical waveguide-grid thermonochromator-detector unit (photodiode array or CCD) - evaluation electronics (PC). Corresponding systems are available on the market. With them, a spectral range of more than 300 nm width can be recorded within a few milliseconds, which excludes disturbances of the measured value acquisition due to movements of the clamp (wobble).

7. Ausgestaltungen und Weiterbildungen7. Refinements and training

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. So ist es bei­ spielsweise auch möglich,
The invention is of course not limited to the exemplary embodiments described above. For example, it is also possible

  • - anstelle der logarithmierten Intensitäten ln I(λ) jeweils die Intensitäten I(λ) selbst in analoger Weise auszuwerten,- instead of the logarithmic intensities ln I (λ) in each case evaluate the intensities I (λ) itself in an analogous manner,
  • - mehr als 4 Leuchtdioden oder Detektoreinheiten in den be­ schriebenen Vorrichtungen vorzusehen;- More than 4 light emitting diodes or detector units in the be to provide written devices;
  • - den Zahn gleichzeitig mit Strahlung unterschiedlicher Wel­ lenlänge λi=1 . . . N3 zu durchleuchten, wobei die Intensität je­ der Strahlung mit einer anderen Frequenz fi=1 . . . N moduliert ist/frequenz- und wellenlängenselektiver Nachweis der transmittierten Strahlung ("Heterodyn-Empfang")- The tooth simultaneously with radiation of different wavelengths λ i = 1. . . To examine N3 , the intensity of each radiation having a different frequency f i = 1. . . N is modulated / frequency- and wavelength-selective detection of the transmitted radiation ("heterodyne reception")
  • - die Auswertung der gemessenen Intensitäten in einem Rechner vorzunehmen;- The evaluation of the measured intensities in a computer to make;
  • - das Ergebnis der Auswertung dem Anwender optisch anzuzei­ gen.- to visually display the result of the evaluation to the user gene.
8. Literatur8. Literature

  • [1] US-A-5,040,539[1] US-A-5,040,539
  • [2] US-A-4,836,206[2] US-A-4,836,206
  • [3] Numerical Recipes in FORTRAN, "The Art of Scientific Com­ puting", W.H. Press et al.; Cambridge University Press (1992); S. 51-63.[3] Numerical Recipes in FORTRAN, "The Art of Scientific Com puting ", W.H. Press et al .; Cambridge University Press (1992); Pp. 51-63.

Claims (16)

1. Verfahren zur Bestimmung der Vitalität eines Zahnes durch Ausführen der folgenden Schritte:
  • a) Beleuchten des Zahnes im Bereich der Pulpa mit nichtioni­ sierender elektromagnetischer Strahlung;
  • b) Wellenlängenabhängige Messung der Intensität I(λ) der vom Zahn transmittierten Strahlung in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoeffizient eines Blutinhaltstoffes zu­ mindest ein Minimum und zumindest ein Maximum aufweist;
  • c) Berechnung zweier Parameter Pi und Pj aus den gemessenen Intensitäten I(λ), wobei die Werte der Parameter Pi, Pj von der Lage und Höhe der Maxima und Minima im Transmissi­ onsspektrum, von der Krümmung des Transmissionsspektrums im Bereich der Maxima und Minima oder vom Verlauf des Transmissionsspektrums im betrachteten Wellenlängenbereich abhängen;
  • d) Feststellen, ob das Parameterpaar {Pi; Pj} innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.
1. Procedure for determining the vitality of a tooth by performing the following steps:
  • a) illuminating the tooth in the area of the pulp with non-ionizing electromagnetic radiation;
  • b) Wavelength-dependent measurement of the intensity I (λ) of the radiation transmitted by the tooth in a spectral range where the absorption coefficient of a blood substance has at least a minimum and at least a maximum;
  • c) Calculation of two parameters P i and P j from the measured intensities I (λ), the values of the parameters P i , P j on the position and height of the maxima and minima in the transmission spectrum, on the curvature of the transmission spectrum in the range of Maxima and minima or depend on the course of the transmission spectrum in the wavelength range under consideration;
  • d) determining whether the parameter pair {P i ; P j } lies within or outside a predetermined value range.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter Pi und Pj der Gruppe der folgenden Größen angehören:
  • a) Differenz IBL(λ') der Intensitäten mit IBL(λ'): = |ln I(λ')-ln I12(λ')|, wobei ln I12(λ') die durch eine die Inten­ sitätswerte ln I(λ1) und ln I(λ2) verbindende erste Gerade definierte Intensität bei der Wellenlänge λ' mit λ1 < λ' < λ2 bezeichnet;
  • b) Steigung m12 einer die Intensitätswerte ln I(λ1) und ln I(λ2) verbindenden Geraden;
  • c) Verhältnis V1 = ln I(λ2)/ln I(λ1) oder Verhältnis V2 = ln I(λ')/ln I(λ1);
  • d) Differenz der Intensitäten IBL(λ''):= |ln I(λ'')-ln I34(λ'')|, wobei ln I34(λ'') die durch eine die Intensi­ tätswerte ln I(λ3) und ln I(λ4) verbindende zweite Gerade definierte Intensität bei der Wellenlänge λ'' mit λ3 < λ'' < λ4 bezeichnet;
  • e) Krümmung Ki max des Transmissionsspektrums im Bereich des i-ten Maximums;
  • f) Krümmung Kj min des Transmissionsspektrums im Bereich eines j-ten Maximums;
  • g) Wellenlänge λK max, bei der die Krümmung K(λ) des Transmis­ sionsspektrums ein Maximum durchläuft;
  • h) Wellenlänge λK min, bei der die Krümmung K(λ) des logarith­ mierten Transmissionsspektrums ein Minimum durchläuft.
2. The method according to claim 1, characterized in that the parameters P i and P j belong to the group of the following variables:
  • a) Difference I BL (λ ') of the intensities with I BL (λ'): = | ln I (λ ') - ln I 12 (λ') |, where ln I 12 (λ ') is the one by the intensities intensity values ln I (λ 1 ) and ln I (λ 2 ) connecting first straight line of defined intensity at the wavelength λ 'denoted by λ 1 <λ'<λ2;
  • b) slope m 12 of a straight line connecting the intensity values ln I (λ 1 ) and ln I (λ 2 );
  • c) ratio V 1 = In I (λ 2 ) / In I (λ 1 ) or ratio V 2 = In I (λ ') / In I (λ 1 );
  • d) Difference of the intensities I BL (λ ''): = | ln I (λ '') - ln I 34 (λ '') |, where ln I 34 (λ '') is determined by the intensity values ln I (λ 3 ) and ln I (λ 4 ) connecting second straight line defined intensity at the wavelength λ '' with λ 3 <λ ''<λ4;
  • e) curvature K i max of the transmission spectrum in the area of the i-th maximum;
  • f) curvature K j min of the transmission spectrum in the region of a jth maximum;
  • g) wavelength λ K max at which the curvature K (λ) of the transmission spectrum passes through a maximum;
  • h) wavelength λ K min at which the curvature K (λ) of the logarithmic transmission spectrum passes through a minimum.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob das Parameterpaar {IBL(λ'); m12}, {IBL(λ'), V1}, {IBL(λ'); V2}, {IBL(λ'); IBL(λ'')} ; {Ki max; Kj min}, {Ki max; λK max} oder {K min; λK min] innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.3. The method according to claim 2, characterized in that it is determined whether the parameter pair {I BL (λ '); m 12 }, {I BL (λ '), V 1 }, {I BL (λ'); V 2 }, {I BL (λ '); I BL (λ '')}; {K i max ; K j min }, {K i max ; λ K max } or { K min ; λ K min ] lies within a predetermined value range. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen λ1, λ2 und λ' wie folgt gewählt sind:
  • - λ1 liegt in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoef­ fizient des Oxyhämoglobins ein erstes Maximum aufweist,
  • - λ2 liegt in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoef­ fizient des Oxyhämoglobins ein zweites Maximum aufweist;
  • - λ' liegt in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoef­ fizient des Oxyhämoglobins ein Minimum durchläuft.
4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 'are selected as follows:
  • λ 1 lies in a spectral range where the absorption coefficient of oxyhemoglobin has a first maximum,
  • - λ 2 lies in a spectral range where the absorption coefficient of the oxyhemoglobin has a second maximum;
  • - λ 'lies in a spectral range where the absorption coefficient of the oxyhemoglobin passes through a minimum.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: λ1 ≈ 540 nm, λ2 ≈ 578 nm und λ' ≈ 560 nm.5. The method according to claim 4, characterized in that the following applies: λ 1 ≈ 540 nm, λ 2 ≈ 578 nm and λ '≈ 560 nm. 6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Berechnung der Parameter IBL(λ') und IBL(λ'') eingehenden Wellenlängen wie folgt gewählt sind:
  • a) λ1 liegt in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoef­ fizient des Oxyhämoglobins ein Minimum durchläuft;
  • b) λ' liegt in einem Spektralbereich, wo der Absorptionskoef­ fizient des Oxyhämoglobins ein zweites Maximum besitzt;
  • c) λ3 = λ' und λ2 = λ'';
  • d) λ4 < λ''.
6. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the incoming wavelengths in the calculation of the parameters I BL (λ ') and I BL (λ'') are selected as follows:
  • a) λ 1 lies in a spectral range where the absorption coefficient of oxyhemoglobin passes through a minimum;
  • b) λ 'lies in a spectral range where the absorption coefficient of oxyhemoglobin has a second maximum;
  • c) λ 3 = λ 'and λ 2 = λ'';
  • d) λ 4 <λ ''.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß λ'' so gewählt ist, daß der Parameter IBL(λ'') einen Ma­ ximalwert aufweist.7. The method according to claim 6, characterized in that λ '' is selected so that the parameter I BL (λ '') has a Ma ximalwert. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen wie folgt gewählt sind:
λ1 = 560 nm, λ' = 575-585 nm, λ2 = λ'' = 590-620 nm und λ4 = 615-630 nm.
8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the wavelengths are selected as follows:
λ 1 = 560 nm, λ '= 575-585 nm, λ 2 = λ''= 590-620 nm and λ 4 = 615-630 nm.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der logarithmierten Intensitäten ln I(λ) jeweils die gemessenen Intensitäten I(λ) ausgewertet werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized, that instead of the logarithmic intensities ln I (λ) each the measured intensities I (λ) are evaluated. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität I(λ) der transmittierten Strahlung im Wel­ lenlängenbereich 400 nm ≦ λ ≦ 1000 nm gemessen wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized, that the intensity I (λ) of the transmitted radiation in the world lenlength range 400 nm ≦ λ ≦ 1000 nm is measured. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) eine Anzahl N aufgezeichneter, jeweils durch eine Anzahl M ≧ N Stützstellen definierter Transmissionsspektren als Spaltenvektoren einer M × N-Matrix A dargestellt werden,
  • b) die Matrix A einer Singulärwertanalyse unterworfen und als Produkt A = U.W.VT einer M × N-Matrix U, einer N × N-Dia­ gonalmatrix W mit Diagonalelementen wk ≧ 0, k = 1, 2, . . . N und der transponierten einer N × N-Matrix V dargestellt wird;
  • c) eine Anzahl N1 ≦ N von Diagonalelementen wk1, . . ., wN1 mit wk1 ≧ wk2 ≧ . . . ≧ wN1 und die zugeordneten Spaltenvektoren Uk1, Uk2, . . ., UN1 der Matrix U ausgewählt werden;
  • d) ein durch eine Anzahl M Stützstellen definiertes, als Spaltenvektor dargestelltes Transmissionsspektrum S durch die Linearkombination S = αk1Uk1 + . . . + αN1UN1 der Spalten­ vektoren Uki angenähert wird, und daß
  • e) festgestellt wird, ob das Parameterpaar {αk1; αkj} inner­ halb oder außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt.
11. The method according to claim 1, characterized in that
  • a) a number N of recorded transmission spectra, each defined by a number M ≧ N support points, are represented as column vectors of an M × N matrix A,
  • b) the matrix A is subjected to a singular value analysis and as the product A = UWV T an M × N matrix U, an N × N diagonal matrix W with diagonal elements w k ≧ 0, k = 1, 2,. . . N and the transposed of an N × N matrix V is represented;
  • c) a number N 1 ≦ N of diagonal elements w k1 ,. . ., w N1 with w k1 ≧ w k2 ≧. . . ≧ w N1 and the assigned column vectors U k1 , U k2,. . ., U N1 of the matrix U are selected;
  • d) a transmission spectrum S defined by a number of M support points and represented as a column vector by the linear combination S = α k1 U k1 +. . . + α N1 U N1 of the column vectors U ki is approximated, and that
  • e) it is determined whether the parameter pairk1 ; α kj } lies within or outside a predetermined range of values.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Krümmung Ki(λ) einer Anzahl N von Transmissi­ onsspektren berechnet und jeweils durch eine Anzahl M ≧ N Stützstellen definiert wird, daß die Krümmungen Ki(λ) als Spaltenvektoren einer M × N-Matrix A' dargestellt werden und daß die Verfahrensschritte b) bis e) in entsprechender Weise ausgeführt werden.12. The method according to claim 11, characterized in that in each case the curvature K i (λ) of a number N of transmission spectra is calculated and each defined by a number M ≧ N support points that the curvatures K i (λ) as column vectors of an M × N matrix A 'are shown and that the process steps b) to e) are carried out in a corresponding manner. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der transmittierten Intensitäten die logarith­ mierten Intensitäten ausgewertet werden.13. The method according to claim 11 or 12, characterized, that instead of the transmitted intensities, the logarith mated intensities are evaluated. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patent­ anspruch 1 mit den folgenden Merkmalen:
  • - ein erster und ein zweiter Schenkel (2, 3) sind nach Art einer Zange um eine Achse drehbar miteinander verbunden;
  • - jeder der beiden Schenkel (2, 3) weist einen als Backe aus­ gebildeten vorderen Teil und einen als Griff dienenden hin­ teren Teil auf;
  • - im ersten Schenkel (2) ist eine Photonenquelle (6, 11, 12, 14), im zweiten Schenkel (3) eine ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit (13) verbundene Detektoreinheit (71-74, 81-84) angeordnet.
14. Device for performing the method according to claim 1 with the following features:
  • - A first and a second leg ( 2 , 3 ) are rotatably connected to each other in the manner of a pair of pliers;
  • - Each of the two legs ( 2 , 3 ) has a front part formed as a jaw and a rear serving part as a handle;
  • - In the first leg ( 2 ) there is a photon source ( 6 , 11 , 12 , 14 ), in the second leg ( 3 ) a detector unit ( 71-74 , 81-84 ) connected on the output side to an evaluation unit ( 13 ).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Photonenquelle (6) Weißlicht emittiert und daß das Detektorsystem mindestens drei Einheiten umfaßt, wobei jeder Einheit ein lichtleitendes Element zugeordnet ist und jede Einheit einen Photonendetektor (81-84) und ein dem Photonen­ detektor (81-84) vorgelagertes optisches Bandpaßfilter (71-74) enthält.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the photon source ( 6 ) emits white light and that the detector system comprises at least three units, each unit being assigned a light-conducting element and each unit having a photon detector ( 81-84 ) and one of the photons detector ( 81-84 ) upstream optical bandpass filter ( 71-74 ) contains. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Photonenquelle (6) mindestens drei individuell an­ steuerbare, in unterschiedlichen Spektralbereichen emittie­ rende Lichtquellen (11, 12) aufweist.16. The apparatus according to claim 14, characterized in that the photon source ( 6 ) has at least three individually controllable, in different spectral ranges emitting light sources ( 11 , 12 ).
DE1996149689 1996-11-29 1996-11-29 Method of determining vitality of tooth Withdrawn DE19649689A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996149689 DE19649689A1 (en) 1996-11-29 1996-11-29 Method of determining vitality of tooth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996149689 DE19649689A1 (en) 1996-11-29 1996-11-29 Method of determining vitality of tooth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19649689A1 true DE19649689A1 (en) 1998-06-04

Family

ID=7813236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996149689 Withdrawn DE19649689A1 (en) 1996-11-29 1996-11-29 Method of determining vitality of tooth

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19649689A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7440788B2 (en) 2004-08-26 2008-10-21 Kelvyn Enterprises, Inc. Oral health measurement clamping probe, system, and method
EP3228241A1 (en) 2016-04-08 2017-10-11 VDW GmbH Dental probe

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7440788B2 (en) 2004-08-26 2008-10-21 Kelvyn Enterprises, Inc. Oral health measurement clamping probe, system, and method
EP3228241A1 (en) 2016-04-08 2017-10-11 VDW GmbH Dental probe
WO2017174806A1 (en) 2016-04-08 2017-10-12 Vdw Gmbh Dental probe
EP3439542B1 (en) * 2016-04-08 2023-07-12 VDW GmbH Dental probe
US11766177B2 (en) 2016-04-08 2023-09-26 Dentsply Sirona Inc. Dental probe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3031249C2 (en) Device for detecting caries and using this device
DE19840452B4 (en) Method and device for non-invasive measurement of blood component concentrations
DE2049716C3 (en) Method and device for measuring absorption in blood
DE10213692B4 (en) Method for controlling a device and device for measuring ingredients in the blood
DE69920170T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR MODULATING TISSUE
EP0728440B1 (en) Method and device for deep-selective, non-invasive detection of muscle activity
DE69727776T2 (en) METHOD FOR DETERMINING THE FRACTIONAL OXYGEN SATURATION
EP1130998B1 (en) Device for non-invasively detecting the oxygen metabolism in tissues
DE19612425C2 (en) Apparatus for measuring hemoglobin concentration
DE69627477T2 (en) OPTICAL COUPLING DEVICE FOR IN-VIVO EXAMINATION OF BIOLOGICAL TISSUES
DE4330460C2 (en) Device for examining tissue with light of different wavelengths
DE10163972A1 (en) Method and device for determining a light transport parameter and an analyte in a biological matrix
DE3528369A1 (en) SPECTRAL PHOTOMETER AND SPECTRAL PHOTOMETRIC METHOD
EP1292220A1 (en) Method and device for detecting substances in body fluids by raman spectroscopy
WO1996024836A1 (en) Process for examining biological tissue by spectroscopy
DE602004001794T2 (en) Method and device for in vitro or in vivo measurement of the concentration of a substance
WO2005094668A1 (en) Method for measuring the vessel diameter of optically accessible blood vessels
DE69632437T2 (en) Method and device for measuring optical values
DE10321338A1 (en) Method and device for determining blood components using the method of ratiometric absolute pulse spectroscopy
DE10129652B4 (en) Arrangement and method for determining the two-dimensional distribution of fundus pigments, in particular the macular pigment xanthophyll
DE19629342C2 (en) Method and arrangement for the non-invasive, transcutaneous determination of substance concentrations in body tissues
DE4410690C1 (en) Test system for spectrometric examination of structures in layers of bodies e.g. eyes
DE19649689A1 (en) Method of determining vitality of tooth
EP2777491A1 (en) Method and device for monitoring vital functions
DE2264433A1 (en) DEVICE FOR COLORIMETRIC EXAMINATION OF SUBSTANCES FOR SIGNIFICANT COMPONENTS

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee