Изобретение включает создание заранее смоделированных паттернов микрозон лечения в тканях полости рта, пораженных заболеванием, применение энергии с заданными характеристиками для воздействия на мягкие ткани. Энергия подается через наконечник, при этом воздействие на ткани в полости рта ограничено минимум одним измерением. После создания смоделированного паттерна микрозон в мягких тканях полости рта воздействие энергии на ткани ротовой полости прекращается. Тип энергии и параметры смоделированного паттерна микрозон определяются в зависимости от состояния мягких тканей. К заболеваниям тканей ротовой полости могут относиться следующие состояния: появление десневого кармана, гингивит, заболевание периодонта, ксеростомия, "болезнь черных треугольников", а также дефекты межзубных/интеримплантных сосочков. Ткани ротовой полости могут представлять собой мягкие ткани полости рта, например мягкие ткани слизистой полости рта или мягкие ткани десны.

[0001] Способ профилактики и лечения образования десневых карманов, включающий следующие этапы:

Cсылки на аналогичные заявки

Данная Заявка является продолжением международной патентной заявки PCT/US 2009/054972 от 25 августа 2009 г., где указан приоритет от 25 августа 2008 г. в соответствии со Сводом законов США согласно предварительной патентной заявке 60/091, 522., "Регенерация тканей полости рта под контролем лазера", данный текст содержит ссылки на оба документа.

Область изобретения

Представленное изобретение связано со способом, предназначенным для применения в стоматологии, в частности со способом, предназначенным для лечения тканей полости рта, при этом список показаний включает состояние периодонта, в частности образование десневых карманов вокруг зубов и имплантов.

Состояние вопроса и обоснование изобретения

Заболевания зубов являются наиболее распространенной проблемой здравоохранения. Заболевания зубов, например, такие как заболевания десен, в значительной степени влияют на внешний облик человека, часто устранение таких заболеваний является частью косметологического лечения при моделировании улыбки.

Таким образом, болезни периодонта имеют очень широкое распространение и являются наиболее частой причиной утраты зубов у взрослых людей. При обычной форме развития болезни периодонта первым признаком заболевания является воспаление десен (чаще всего вызванное бактериальной инфекцией), следующей стадией заболевания является отсутствие прилегания ткани десны к зубу, образование десневого кармана, затем появление подвижности зуба, вслед за этим происходит неизбежное разрушение кости и утрата зуба. Болезнь периодонта возникает по причине воздействия патогенных бактерий и в значительной степени зависит от ответной реакции организма на инфекцию. Виды лечения болезни периодонта можно разделить на две большие группы - консервативное (нехирургическое) и хирургическое. Консервативное лечение включает глубокую чистку (процедуру, известную как снятие зубного камня) и выравнивание поверхности корня зуба (SRP), а также кюретаж. Эти процедуры позволяют сформировать среду с пониженным содержанием бактерий, то есть создать условия, при которых возможно заживление. В сочетании с надлежащей гигиеной полости рта, консервативное лечение может поддерживать десны в здоровом состоянии. Консервативное лечение периодонта может основываться на одном из методов: информирование пациента о правилах гигиены и профилактика, удаление зубного камня и выравнивание поверхности корня зуба, применение антибиотиков, выравнивание окклюзионной поверхности (коррекция прикуса). Консервативное лечение может быть эффективным на ранних стадиях заболевания периодонта при агрессивном периодонтите, или на более поздней стадии заболевания, когда образуются глубокие карманы в периодонте и происходит значительное углубление или/и разрушение и утрата зуба.

Обычно единственным вариантом эффективного лечения на более поздней стадии заболевания периодонта является хирургическое вмешательство, которое может включать хирургическое лечение кости, трансплантацию десны, процедуру перемещения десневых лоскутов, френэктомию, гингивэктомию и контролируемую процедуру регенерации тканей/наращивания кости, лазерное лечение при удалении зубного камня, санацию карманов и лазерный кюретаж. Однако даже при хирургическом вмешательстве не всегда удается получить удовлетворительные результаты. Хирургические методы являются единственными вариантом лечения при быстро прогрессирующем заболевании или на его поздней стадии; однако это дорогостоящие, инвазивные процедуры, которые могут иметь нежелательные эффекты и осложнения. Следовательно, по-прежнему сохраняется потребность в большем количестве консервативных, но эффективных терапевтических методов.

Появление углублений в десне или десневых карманов - это серьезная клиническая проблема, затрагивающая большую часть популяции. Десневые карманы - это апикальная миграция соединительного эпителия, сопровождаемая обнажением поверхности корня. По имеющимся данным в целом в популяции в 50% случаев можно выявить 1 или более мест с обнажением корня 1 мм или более. Этот показатель распространенности возрастает до 88% для лиц 65 лет и старше. Десневые карманы являются фактором риска корневого кариеса и изнашивания/эрозии корня из-за воздействия среды ротовой полости. Десневые карманы являются причиной появления косметологического дефекта, при этом возникает необходимость коррекции, являющаяся частью процедуры моделирования улыбки. Пациенты часто страдают от гиперчувствительности зубов и эстетических проблем. Было разработано и в настоящее время используется много методов лечения при появлении десневых карманов, включая хирургические методы - трансплантацию соединительной ткани (CTG), пластическуюая хирургию периодонта (FGG), контролируемую процедуру регенерации тканей (GTR) и устранение избытка коронарного лоскута (CAF). Эти методы обычно сочетают с удалением камня, выравниванием поверхности корня зуба и полированием. Хирургические методы могут быть очень успешными, однако по естественным причинам они являются инвазивными, травматичными, дорогостоящими, связаны с рисками, после их проведения возможны осложнения, свойственные для всех хирургических процедур, такие как инфекция, плохое заживление раны, и т.п. Следовательно, хирургические методы используются только при тяжелых состояниях, при этом сохраняется настоятельная необходимость в менее инвазивном альтернативном лечении.

Образование десневых карманов вокруг имплантов - еще одна серьезная проблема, уменьшающая количество успешных результатов такой дорогостоящей и сложной процедуры, как размещение и имплантация зуба. Ткани, окружающие имплант, в значительной степени отличаются от тканей периодонта, так как в них нет цементного вещества зубов и периодонтальной связки, меньше кровеносных сосудов и фибробластов в соединительной ткани, отсутствует прилегающая супракрестальная соединительная ткань. Углубления вокруг имплантов могут приводить к обнажению основы импланта или шейки. В научной литературе по стоматологии существуют различные мнения относительно важности наличия кератинизированной ткани для профилактики периимплантита и появления углублений, однако многие стоматологи согласны с тем, что ширина и толщина кератинизированной ткани вокруг имплантов - это важный фактор прогнозирования качества мягкой ткани вокруг импланта и общего результата процедуры. В частности, для восстановления кератинизированной ткани вокруг имплантов могут проводиться различные хирургические процедуры, такие как CTG, получение соединительнотканного трансплантата на ножке (CTPF) или FGG. Существует потребность в большем количестве консервативных процедур лечения мягких тканей, позволяющих улучшить ширину и толщину кератинизированной ткани вокруг имплантов и уменьшить степень периимплантита и углублений.

Еще одна проблема возникает в связи с развитием дефектов межзубных и интеримплантных сосочков в полости рта. Межзубный сосочек представляет собой часть десны, которая заполняет пространство между двумя соседними зубами. Интеримплантный сосочек заполняет пространство между двумя соседними имплантами. Он является биологическим барьером, защищающим структуры периодонта, а также играет исключительно важную эстетическую роль. Утрата межзубных сосочков может вызвать фонетические проблемы, задержку пищи, повышенное слюноотделение в процессе речи, а также косметические дефекты ("болезнь черных треугольников"). Папиллярная недостаточность может быть результатом хирургического иссечения, травматического удаления зуба, апикального расположения лоскута и многих других обстоятельств. В ходе многочисленных исследований предпринимались попытки определить состояние, при котором может появиться сосочек и способы его восстановления. Хотя были предложены различные варианты лечения для восстановления отсутствующего межзубного сосочка, предсказуемость и долговременная стабильность этих процедур остается спорной. Следовательно, существует потребность в методе выращивания и восстановления межзубного и интеримплантного сосочка.

Краткое описание изобретения

В соответствии с представленным изобретением предлагаются системы для применения в стоматологии, которые позволяют преодолеть вышеуказанные проблемы, и обеспечить лечение и регенерацию тканей ротовой полости, что необходимо при агрессивном заболевании периодонта, при необходимости лечения десневых карманов, для профилактики их образования, с целью восстановления роста межзубного/интеримплантного сосочка, для снижения гиперчувствительности, утолщения десны с целью размещения импланта, при помощи контролируемых и местных термических, микроповреждающих процедур, направленных на стимуляцию восстановления роста ткани, а также при других подобных состояниях.

Если говорить более точно, представленное изобретение описывает способ, включающий этапы создания смоделированных структур для обработки микрозон мягких тканей полости рта, пораженных заболеванием. Такая смоделированная структура (паттерн) возникает в процессе воздействия энергии с заданными параметрами на мягкие ткани полости рта через наконечник, при этом воздействие на ткани в полости рта ограничено минимум одним измерением. Затем воздействие энергии на мягкие ткани полости рта после создания смоделированного паттерна микрозон лечения в мягких тканях полости рта завершается. В соответствии с данным методом тип энергии и параметры смоделированного паттерна микрозон лечения определяется в зависимости от состояния мягких тканей полости рта и их типа. В соответствии с данным изобретением основная применяемая энергия - это оптическая энергия. Состояние мягких тканей полости рта может характеризоваться, например, появлением десневого кармана. Мягкие ткани полости рта могут представлять собой мягкие ткани слизистой полости рта или мягкие ткани десны.

Кроме того, если говорить более точно, представленное изобретение обеспечивает способ профилактики, включающий этапы создания заранее определенных структур (паттернов) микрозон лечения в мягких тканях полости рта для профилактической обработки, путем воздействия энергии с заранее установленными характеристиками на мягкие ткани полости рта, при этом передача энергии осуществляется через наконечник, а воздействие на ткани в полости рта ограничено минимум одним измерением. Способ также предусматривает полный цикл воздействия энергии на мягкие ткани полости рта после создания смоделированного паттерна микрозон лечения в мягких тканях полости рта, при этом тип энергии и параметры смоделированного паттерна микрозон определяются в зависимости от типа профилактики и типа мягких тканей в полости рта. В качестве энергии, воздействующей на мягкие ткани полости рта, может использоваться оптическая энергия. Профилактика, которой подвергаются мягкие ткани полости рта, может предотвращать развитие десневых карманов вокруг зуба или импланта. К мягким тканям полости рта относятся мягкие ткани слизистой полости рта или мягкие ткани десны.

Принципы и характеристики данного изобретения могут быть использованы в различных и многочисленных способах внедрения изобретения, не выходя за пределы области изобретения.

Краткое описание рисунков

На представленных иллюстрациях, являющихся частью данного описания, показаны некоторые аспекты представленного изобретения. Рисунки, наряду с описанием, разъясняют принципы представленного изобретения.

На фиг. 1 показана концепция лечения периодонта с использованием особого способа воздействия на ткань в соответствии с представленным изобретением;

на фиг. 2 представлена диаграмма, показывающая единственную микрозону лечения (TMZ) в ткани десны, полученную при неабляционном режиме (а) или при абляционном режиме (b) при помощи источников энергии, вызывающих нагревание;

на фиг. 3a представлена диаграмма, показывающая формы и особенности обработки микрозон лечения;

на фиг. 3b представлена другая диаграмма, показывающая формы и особенности обработки микрозон лечения;

на фиг. 4 представлено изображение стимуляции роста кости с использованием матрицы абляционных колонок в десне, окружающей кость;

на фиг. 5 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с одним из вариантов внедрения представленного изобретения;

на фиг. 6 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с другими вариантами внедрения представленного изобретения;

на фиг. 7 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с другими вариантами внедрения представленного изобретения;

на фиг. 8 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с другими вариантами внедрения представленного изобретения;

на фиг. 9 показана стимуляция подъязычной слюнной железы для лечения ксеростомии с использованием смоделированной TMZ, полученной при прохождении через слизистую оболочку железы;

на фиг. 10 представлено схематическое изображение лечения заболевания периодонта и возможной геометрии TMZ;

на фиг. 11 представлено схематическое изображение укрепления мягких тканей вокруг импланта, чтобы предотвратить или остановить развитие углублений в ткани десны;

на фиг. 12 представлено схематическое изображение лечения межзубных сосочков для уменьшения "черных треугольников";

на фиг. 13 представлено схематическое фронтальное изображения зоны TMZ для лечения периодонтального кармана;

на фиг. 14 представлено схематическое изображение установки для лечения зубов;

на фиг. 15 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с другими вариантами внедрения представленного изобретения, где аппарат образует паттерны TMZ в сочетании с зубной камерой;

на фиг. 16 представлено схематическое изображение установки для применения в стоматологии в соответствии с другими вариантами внедрения представленного изобретения, где имеется аппликатор, предназначенный для формирования области лечения полости рта в виде десневой арки (фиг. а) или периодонтальной области зуба (фиг. b);

на фиг. 17 представлено схематическое изображение аппликатора с отверстиями для ткани.

Подробное описание указанных вариантов внедрения изобретения

Представленное изобретение связано с использованием лазера для стоматологических способов и устройств, а, если говорить более точно, представленное изобретение направлено на использование лазера для устройств и способов лечения, обработки и регенерации тканей полости рта, при таких, например, заболеваниях, как образование десневых карманов вокруг зубов и имплантов.

Представленное изобретение связано со способом, основанном на использовании лазера для лечения и профилактики заболевания зубов, а также с разработкой прибора для такого лечения, способного обеспечить лечебный эффект, при этом ответной реакцией живого организма на контролируемое лечение тканей полости рта является стимуляция роста тканей в полости рта. В соответствии с данным изобретением, лечение тканей полости рта является контролируемым процессом, который может выполняться при помощи средств термического, механического или химического воздействия. Термическое лечение может быть индуцировано при помощи электромагнитного излучения, включая оптическое и микроволновое, непосредственное применение температуры, электрического тока (переменного или постоянного), включая применение радиочастотной энергии, механической энергии и ультразвука. Химическое контролируемое лечение тканей полости рта может проводиться за счет непосредственного специфического воздействия химических веществ, или может быть результатом введения химического вещества в ткань полости рта, подлежащую обработке. После этого применяется свет в соответствии с заранее определенным режимом воздействия, происходит последующая активация использованного химического вещества, которое, в свою очередь, индуцирует местную фототоксичность и позволяет получить нужный, смоделированный фотодинамический эффект лечения.

Смоделированные микрозоны лечения

Как показано на фиг. 3a и 3b, микрозоны лечения (TMZ) 302, 304, 306, 310 могут иметь разную форму, например цилиндра (302), прямоугольника (304), овала (306), сферы, полусферы и другие аналогичные формы. Важно, чтобы минимальный размер d (310) TMZ был небольшим, это необходимо для лучшего взаимодействия с окружающей тканью, не подлежащей лечению, для более быстрого заживления без осложнений и рубцов, если TMZ содержит участок ткани, подлежащий лечению. Обычно минимальный размер TMZ варьирует от одной клетки (несколько μм) до одного мм. Предпочтительно, чтобы размер этой области был от 30 до 500 μм. Глубина Å (312) TMZ может варьировать от d до 10 мм и может быть достаточно большой, чтобы обеспечить проникновение в несколько типов тканей полости рта и органов. Например, TMZ может включать области десны, цемента зуба и дентина или проходить сквозь слизистую в железу.

TMZ, показанная на фиг. 3a, может быть создана при помощи лазера или другой коагуляции, при воздействии энергии, химической или фотохимической реакции, например, при фотодинамической обработке. TMZ, показанная на фиг. 3b, может возникнуть в результате абляции тканей с образованием микрополости 318 в ткани или без коагулированного слоя 316. TMZ в виде микрополости 318 в ткани также может образоваться в результате механического или термомеханического лечения горячим наконечником.

Паттерны выделенной TMZ могут быть периодическими (как показано на фиг. 3a, 3b), или случайными. В периодическом паттерне период Δ (308) равен или больше d. Фактор заполнения F - это соотношение объема или поверхностной площади TMZ и объема или поверхностной площади обрабатываемой ткани полости рта. Фактор заполнения может изменяться в пределах от 0,1 до 70%, предпочтительно в пределах от 1 до 30%.

Общий вид установки для лечения тканей полости рта 1400 с выделенной TMZ 1402 показан на фиг. 14. Прибор включает микронаконечник 1404, встроенный в стоматологическую насадку 1406, которая, в свою очередь, связана с главным блоком 1410 через составной жгут 1408. Источник лечебной энергии полностью или частично размещен в основном блоке. Энергия проходит в насадку, а затем через насадку в микронаконечник. Микронаконечник позволяет получить TMZ 1402 на челюсти 1400. Источники энергии могут представлять собой диодный или другой лазер, расположенный в главном блоке 1410, который обеспечивает поступление энергии через оптическое волокно в составном жгуте 1408 к оптическому наконечнику 1404. В другом варианте практического применения изобретения твердотельный лазер с накачкой диодным лазером может располагаться в насадке 1406. В другом варианте практического применения изобретения источники электроэнергии могут находиться в главном блоке 1410, обеспечивая поступление энергии через составной жгут 1408 в булавочный микронаконечник в насадке 1406. Смоделированная геометрия TMZ 1402 в данном варианте практического применения изобретения может контролироваться оператором за счет правильного расположения микронаконечника на обрабатываемой ткани.

В частности, представленное изобретение основано на использовании концепции термического лечения при лазерном моделировании для ускорения регенерации тканей полости рта, таких как десна, слизистая ротовой полости. Ткани ротовой полости, в частности, слизистая и десна, как известно, обладают мощным потенциалом регенерации, намного превосходящим возможности кожи, при этом было продемонстрировано эффективное омоложение кожи в качестве ответной реакции на обработку кожи лазером, механический и химический пилинг. Следовательно, создание режима лечения и соответствующая ответная реакция ткани стимулирует регенерацию и обновление, образование новой фиброзной ткани, и может способствовать увеличению толщины ткани. В соответствии с представленным изобретением, указанные процессы используются для лечения заболеваний полости рта, таких как образование десневых карманов и другие.

Кроме того, еще одним признаком оздоровления тканей является появление большого количества фибробластов, которые, как известно, являются фактором, обеспечивающим контакты клеток в периодонте. По этой причине в данном случае лазер используется в режиме обработки смоделированных зон, чтобы обеспечить соответствующие контакты клеток в периодонте.

Образование десневых карманов - это тот случай, когда лечение, основанное на применении лазера, может стать успешной минимально инвазивной альтернативой хирургической операции. Мы предлагаем запускать процесс регенерации десны и роста при помощи создания специальных микрозон лечения в десне за счет применения лазерного излучения. Каждая зона может представлять собой структуру в виде колонки, сферы, полусферы, линии, прямоугольника или иметь другую форму абляции или коагуляции при варьировании глубины от 0,05 до 2 мм, диаметра или ширины от 0,005 до 1 мм и фактора заполнения от 1 до 75% из расчета на одну процедуру лечения. Фактор заполнения - это соотношение между площадями, занятыми зонами, к общей обрабатываемой площади. Такие микрозоны лечения могут быть созданы при помощи разных лазеров и длин волн, включая ультрафиолетовое излучение, видимый спектр, ближнее инфракрасное, среднее инфракрасное или дальнее инфракрасное излучение. В частности, для создания таких зон могут быть успешно использованы диодные лазеры, работающие в пределах 800 - 2300 нм, Nd:YAG, Er лазер с длиной волны 2600-3000 нм и другие лазеры, применяемые в современной микрохирургии.

В одном из предлагаемых вариантов практического применения изобретения может быть использован диодный лазер с длиной волны от 800 до 2100 нм и мощностью от 1 до 100 W, работающий в контактном режиме. В этом случае может использоваться кремниевый или сапфировый микронаконечник с диаметром от 0,1 до1 мм. Давление, создаваемое наконечником на ткани ротовой полости, усиливает проникновение света в ткань, а также увеличивает глубину коагуляционной колонки, частично из-за изменения содержания крови в ткани под наконечником. С другой стороны, может быть использован эрбий-активируемый лазер в контактном или бесконтактном режиме, работающий в спектре 1500 или 3000 нм, со сходными наконечниками. При бесконтактном режиме могут быть использованы соответствующие прокладки для сохранения пространства между тканью и фокусирующей оптикой. Время воздействия для создания каждой колонки может варьировать от 1 нс до 1 с. Лучше, чтобы время воздействия не превышало примерно 10-кратный показатель времени расслабления для каждой колонки, и, следовательно, предпочтительное время воздействия может быть от 1 до 300 мс.

При выборе оптимальной длины волны лазера и режимов обработки следует учитывать целый ряд факторов. Одна из имеющихся возможностей - это выбор между абляционным и неабляционным лечением. Неабляционное лечение менее инвазивно, более щадящее, а также рекомендуется при возможности достижения желаемого клинического эффекта. Абляционное (или термомеханическое) лечение с созданием микрополостей является более агрессивным и инвазивным, оно может давать более значимый лечебный эффект.

Разрушение эпителиального/соединительнотканного барьера при абляционном лечении повышает вероятность заражения раны и последующих осложнений. В то же время, высвобождение факторов роста (в частности, TGF- α) клетками эпителия играет критически важную роль в процессе заживления, и, следовательно, в окончательном восстановлении ткани. Этот процесс обычно не происходит при интактном эпителии. При абляционном лечении необходимо сильное линейное или нелинейное поглощение в тканях ротовой полости на уровне до 1000-10000 см ^-1 . Нелинейное (двух и мультфотонное) поглощение подразумевает очень высокую интенсивность воздействия, которая может быть достигнута только с использованием относительно сложных и дорогостоящих пикосекундных и фемтосекундных лазеров. Кроме того, данные по безопасности относительно интенсивного ультракороткого пульсового лазерного излучения еще не вполне изучены. В этой связи, один из рекомендуемых спектров включает длины волны лазера с сильным линейным поглощением в воде, которая является первичным хромофором в мягких тканях полости рта. В частности, твердотельные лазеры с использованием кристаллов Er:YLF, ER:YAG и Er:YSGG работают при нескольких длинах волн в спектре 3000 нм. Поглощение воды при этих длинах волн варьирует от ~500 см ^-1 и до ~10,000 см ^-1 соответственно, что позволяет достигать очень разных зон латеральной коагуляции вокруг абляционного кратера. Излучение с более высоким поглощением не может глубоко проникать в ткани ротовой полости и создает зоны коагуляции меньшего размера. Поглощение воды в спектре 3000 нм может быть аналогично излучению CO ₂ лазера, при этом ожидается, что будет оказываться сходное воздействие на ткани. Однако твердотельные лазеры обладают значительными эргономическими и экономическими преимуществами по сравнению с CO ₂ лазерами.

Для неабляционного лечения в качестве среды поглощения возможно использование эндогенных хромофоров, или воды, которая всегда присутствует в мягких тканях полости рта. Важно, чтобы TMZ проникала сквозь эпителий и способствовала контролируемому лечению в нижележащей соединительной ткани. Десна обычно имеет эпителий толщиной от 0,2 до 0,5 мм; следовательно, на практике минимальная глубина TMZ должна быть минимум 0,7 мм. Коэффициент линейного поглощения может варьировать от 0,5 до 25 см ^-1 для неабляционных вариантов лечения для создания соответствующих колонок термического повреждения. Лазер с длиной волны 960-980 нм - неплохой вариант для лечения с использованием в качестве хромофоров компонентов воды и крови. Другие длины волн с относительно высоким (1470 нм, 25 см ^-1 ) и относительно низким (1550 нм, 10 см ^-1 ) поглощением в воде также могут использоваться для описанного смоделированного лечения.

Естественная способность тканей полости к регенерации может быть усилена введением клеточных культур, например стволовых клеток, или химических веществ, известных как факторы роста. Факторы роста - это сигнальные молекулы, которые стимулируют или ингибируют пролиферацию, миграцию и дифференциацию, в зависимости от типа клеток. Другим фактором, оказывающим значительное влияние на восстановление тканей ротовой полости и их регенерацию после лечения, является внеклеточный матрикс (ЕСМ). ЕСМ - это сложное сочетание структурных и функциональных белков, гликопротеинов, а также протеогликанов, организованных в уникальную, тканеспецифичную трехмерную ультраструктуру. ЕСМ присутствует во всех тканях и органах, однако его можно выделить для использования в качестве вспомогательного терапевтического средства из внешних источников. В продаже также имеются некоторые материалы, разрешенные к применению Управлением по продуктам питания и лекарственным препаратам США (УПЛ), такие как фильтр Millipore ® (НА) с тефлоновой мембраной (Biopore ®; ВО) и периодонтальный материал на основе тефлона (Gore-Tex ®; GT).

Обработка мягких тканей. Могут быть использованы два первичных тканевых хромофора: кровь и вода. Для поглощения кровью могут быть использованы длины волн от 290 до 1100 нм, предпочтительно в пределах от 390 до 600 нм, лучше - от 480 до 600 нм, от 390 до 450 нм и от 900 до 1100 нм. При использовании в качестве хромофора воды, могут быть использованы длины волн от 900 до 11000 нм, предпочтительно в пределах от 900 до 2600 нм и от 3500 до 5900 нм для коагуляциоиного лечения, а также от 2600-11000 для абляционного лечения.

Для создания оптимальной коагуляционной микроскопической зоны лечения предпочтительна длительность импульса короче примерно 10 ×TRT (время термической релаксации) микроскопической зоны лечения. Размер микроскопической зоны лечения должен составлять примерно от 1 μм до 1 мм, при этом TRT находится в пределах примерно от 1 μс до 1 с. Следовательно, предпочтительна длительность импульса в пределах от 10 μс до 10 с.

Для создания оптимальной абляционной микроскопической зоны лечения, предпочтительна длительность импульса короче TRT (время термической релаксации) микроскопической зоны лечения. Размер микроскопической зоны лечения должен составлять примерно от 1 μм до 1 мм, a TRT - примерно от 1 μс до 1 с. Длительность импульса находится в пределах от 1 фс до 1 с, предпочтительный интервал составляет от 1 μс до 1 с.

Лечение с использованием смоделированных зон может быть выполнено с использованием источников энергии с непрерывным излучением (CW) или квази CW, работающих в импульсном режиме, за счет сканирования луча, или за счет прохождения энергии через наконечник к тканям ротовой полости, которые подвергаются обработке. Эффективная длительность импульса в этом случае соответствует формуле τ _eff = W/v, где W - это размер луча или наконечника, контактирующего с тканью ротовой полости, и v - это скорость сканирования. В данном случае, показатель τ _eff для коагуляционного лечения микроскопической зоны должен быть короче 10 TRT, а для абляционного лечения микроскопической зоны - короче TRT. При линейной диффузии тепла в ткани TRT=W ² /8 α, где α - это коэффициент диффузии тепла в ткани. Скорость сканирования должна соответствовать значению v> 0,8 α/W и v> 8 α/W для коагуляционного и абляционного лечения микрозон соответственно. Для обычной обработки мягких тканей должны применяться следующие параметры: v> 1 мм/s и v> 10 мм/с для коагуляционного и абляционного лечения микрозон, соответственно.

Энергия, применяемая для одной зоны, зависит от размера TMZ, длины волны и длительности импульса. Рекомендуются значения в пределах примерно от 1 μДж до 10 Дж. Желательно, чтобы плотность энергии была в пределах от 0,01 Дж/см ² до 1 кДж/см ² .

Для видимого спектра могут использоваться диодные лазеры на основе различных активных сред, такие как GaN, InGaN, GaP. Для близкого инфракрасного спектра (700-1200 нм) могут использоваться лазеры на основе GaAs, GaAsAl. Лазеры на основе InP, InGaAsP/InP могут использоваться в интервале 1200-2000 нм, а лазеры на основе GaSb могут использоваться в интервале 2000-3100 нм. Диодные лазеры могут использоваться как отдельные эмиттеры, или могут быть объединены в составе одной лазерной панели. Диодный лазер может быть встроен в оптическое волокно.

В качестве диодного может быть использован лазер VECSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором), также известный как VCSEL. Устройство типа VCSEL также может использоваться как отдельный эмиттер или в составе решетки. Квантовый каскадный диодный лазер может применяться для длин волн более 3000 нм.

Излучение высокой яркости производится твердотельными лазерами с диодной накачкой или с накачкой импульсной лампой. Могут использоваться различные активные ионы, такие как Cr, Tm, Nd, Yt, Но, Еr, Ti, присутствующие в различных первичных материалах, таких как стекло, монокристаллы, керамика. Самыми популярными кристаллическими первичными материалами являются YAG, YLF, YSSG и другие.

Волоконный лазер на кварцевых волокнах, активируемый Nd, Yt, Er или Tu, производит излучение высокой мощности в интервале 900-2000 нм, он также может быть дополнен конвертором Raman или инфракрасным волокном, активируемым Er, Но, Tm, Cr.

Газовые лазеры, такие как СО ₂ лазеры, генерируют длины волн от 9300 нм до 10600 нм.

Другим полезным классом источников света являются эмитирующие диоды (LED) с длиной волны от 290 до 2000 нм. LED сходны с диодными лазерами и могут помещаться в 1D или 2D решетке, при этом производится передача оптического изображения решетки на зону лечения. В данном случае каждый отдельный LED или диодный лазерный эмиттер может создать одну микроскопическую зону лечения (TMZ).

Паттерны TMZ можно генерировать при помощи интерференции, дифракции или распределения спектров от всех источников света, перечисленных выше.

Микроволновые электромагнитные источники энергии

Для образования TMZ, полученной при помощи нагревания, может использоваться микроволновая энергия с длинами волн около 1 мм (300 ГГц). Параметры ширины импульса и энергии могут быть близкими к показателям световых источников энергии.

Горячий наконечник

Для формирования TMZ может использоваться обработка горячим наконечником или несколькими горячими наконечниками. Например, обработка горячим наконечником может проводиться с помощью металлической иглы с диаметром 0,1-1 мм, нагретой электрическим током до температуры выше порога терапевтического эффекта - обычно более 45 °C, лучше более 60 °C. Горячий наконечник может иметь вид встроенного волновода либо может включать волокно с диаметром 0,1-1 мм с абсорбирующим материалом на периферии (активируемый оптический наконечник). В этом случае наконечник будет нагреваться световой энергией. Кроме того, может использоваться комплект оптических наконечников с заданными зазорами между волокнами. Длина волны света, генерирующего тепло, должна поглощаться соответствующим материалом, расположенным на периферии. Оптические горячие наконечники или набор таких наконечников может применяться в комбинированном режиме, когда эффект нагревания частично достигается проведением тепла от горячего наконечника, нагретого светом, а частично - за счет света, проникающего в ткани ротовой полости и поглощаемого тканями. Горячий наконечник может образовывать TMZ, как показано на фиг. 3b, где видно, что микроуглубление 308, созданное механической перфорацией, окружено коагулированной тканью. Такая TMZ сходна с лазерной абляционной TMZ, однако в данном случае для удаления ткани требуется низкая энергия. TMZ, смоделированная на твердой ткани, такой как цемент зуба, кость, хрящ или дентин, может быть создана механически с использованием острого наконечника или микробора (бор - это инструмент для разрезания/сверления).

Постоянный и переменный электрический, а также радиочастотный ток

TMZ можно получить нагреванием ткани электрическим током в области вхождения электрического тока в ткань. Для этих целей может использоваться один микроэлектрод или несколько микроэлектродов. Электроды в области контакта с тканью могут иметь разные формы, например кольцевую или вытянутую, чтобы можно было получить TMZ, как показано на фиг. 3. Размер микроэлектродов в области контакта при самых малых размерах может быть примерно от 1 μм до 1 мм. Микроэлектроды могут иметь вид проводящих штекеров для постоянного или переменного тока, или конденсаторов для радиочастотного тока (1 - 100 МГц). Электрический ток может проходить непосредственно между микроэлектродами или между микроэлектродом или группой микроэлектродов, а также коммутационным электродом с площадью контакта гораздо больше площади контакта микроэлектродов и их группы. Длительность импульса электрического тока может быть сопоставимой со временем термической релаксации самого малого размера TMZ (или может быть короче). Для размера TMZ от 1 μм до 1 мм время термической релаксации находится в пределах примерно от 1 μс до 10 с.

Ультразвук

TMZ могут быть созданы при помощи ультразвуковой энергии за счет образования полости при частотах от 0,02 до 1 МГц или при нагревании при частотах от 1 до 100 МГц либо при сочетании этих воздействий. Смоделированные TMZ могут быть созданы при помощи групп фокусных ультразвуковых или фазовых синхронизированных трансдукторов. Фокусный генератор шоковой волны может использоваться для формирования TMZ в твердых тканях, таких как кость, цемент или дентин.

TMZ могут быть получены путем химического или фотохимического воздействия. Например, химическое вещество с низким pH (pH <2) может быть использовано для воздействия на мягкие ткани через кислотно-инертную маску (примером такого материала является Teflon ®) с заранее определенными небольшими (0,05-1 мм) отверстиями в течение указанного времени. Смоделированные TMZ, как показано на фиг. 3a, могут образовываться в мягких тканях вследствие денатурации химических белков. Смоделированные микрополости в твердой ткани могут возникать в результате расплавления кислотой твердой ткани.

Лечение с использованием смоделированных зон может быть оптимизировано за счет создания давления на обрабатываемые ткани, а также при помощи охлаждения и шоковых волн. Например, создание дополнительного давления при применении оптического или горячего наконечника может увеличить глубину TMZ. Охлаждение ткани может уменьшить эффект повреждения эпителия без изменения уровня повреждения для нижележащей соединительной ткани. Кроме того, после создания микрозон лечения процесс регенерации может быть оптимизирован за счет использования световой энергии низкого излучения. По имеющимся данным, это способствует заживлению ран и стимулирует рост мягких и твердых тканей. В частности, для этой цели может использоваться свет видимого спектра и ближний инфракрасный свет. Ультразвуковое излучение и терапия шоковыми волнами также может использоваться для ускорения заживления ран и стимуляции регенерации и роста мягких и твердых тканей.

Регенерация периодонта

Регенерация периодонта - это восстановление структур, поддерживающих зуб, утраченных вследствие прогрессирования заболевания периодонта. Регенерация включает образование новой кости и нового цемента зуба с поддерживающей периодонтальной связкой. В настоящее время имплантация остеоцитов и контролируемая процедура регенерации тканей (GTR) - это два наиболее хорошо разработанных методов, применяемых в клинической практике. Однако в большинстве случаев при использовании различных видов этого лечения не было получено достаточного количества гистологических данных, подтверждающих, что при использовании этих методов действительно происходит истинная регенерация. Следовательно, необходимы дополнительные средства для стимуляции регенерации тканей и управления этим процессом.

Прежде всего, имплантируемый материал может служить матрицей для поверхностной регенерации. Создание смоделированной TMZ на ткани периодонта, включая мягкую ткань, цемент зуба, дентин и кость, может оказать положительное влияние на этот процесс. Локализация TMZ в ткани периодонта показана на фиг. 10. В частности, создание TMZ запускает процесс выздоровления. Большое количество фибробластов, появление которых стимулируется созданием TMZ, присутствует в ткани в течение длительного периода времени, при этом наличие фибробластов является необходимым условием успешного прикрепления периодонта. Размер TMZ и фактор заполнения могут быть сходными с аналогичными показателями при лечении углублений в десне. Режим лечения может включать создание микрополостей, созданных лазерной абляцией в кости и корне, внутри которой может происходить рост микрополостей мягких тканей. После этого кость и костно-корневое соединение восстанавливается, что является реакцией на смоделированные микрополости. Поскольку TMZ может проходить через мягкие и твердые ткани, для регенерации периодонта можно стимулировать все ткани одновременно.

На фиг. 4 показан вариант практического применения изобретения, где лазерная абляция TMZ 406 проходит через stratum corneum десны 410, эпителий 412, соединительную ткань 414 и где нижележащая кость 416 частично удалена. Другие способы локализации TMZ в ткани периодонта показаны на фиг. 10. TMZ может проходить в десну, периодонтальную связку (не показано), цемент зуба, дентин, альвеолярную кость. На фиг. 10 показан зуб с эмалью 1002, дентин 1004, цемент зуба 1006 и окруженный десной 1008, поддерживаемой альвеолярной костью 1010. Пространство между десной и зубом образует периодонтальный карман 1014. TMZ 1012 может быть создана в десне в разных областях, включая карман. TMZ также может проникать незначительно или глубоко в кость 1010, или даже проходить через кость и протравливать цемент зуба 1006, либо проникать в цемент зуба 1006, а также производить травление или иссечение в дентине 1004. Смоделированные TMZ в этих типах тканей полости рта могут стимулировать регенерацию ткани в полости рта. TMZ 1304 могут находиться в периодонтальном кармане между десной 1302 и корнем зуба 1306, как показано на фиг. 13. При таком варианте лечения может происходить стерилизация периодонтального кармана, например, за счет действия испаряющейся воды. Та же TMZ может обеспечить эффект выравнивания корня, если используются источники абляционной энергии. Благодаря эффекту шоковых волн в процессе и после завершения удаления отложений на поверхности корня, расслоение отложений может распространяться от TMZ 1304 на определенное расстояние. Периодический интервал А между TMZ 1304 должен быть равен или меньше этого расстояния. Для формирования абляционной колонки в различных тканях может быть использован эрбий-активируемый твердотельный лазер с микролучом, диаметр которого 0,05-0,5 мм, длина волны 2700-2950 нм, длительность импульса от 1 μс до 10 мс и энергия импульса 1-50 мДж.

Для смоделированных TMZ может быть проведено лечение только компонентов мягких тканей в периодонтальной области, стерилизация и кюретаж диодным лазером с длиной волны 900-2700 нм, длительностью импульса 1 μс до 10 с или CW и мощностью 1-50 W. Регенерацию можно улучшить за счет введения дополнительного клеточного (стволовые клетки), неклеточного (белки экстрацеллюлярного матрикса) биоматериала и неорганического материала, такого как биоактивные стекла. Все этапы лечения и материалы можно сочетать с лазерным микротекстурированием поверхностей ткани, а также можно улучшить пространственную организацию клеток, помимо стимулирования процесса регенерации. Аналогичный способ действий может использоваться при лечении гингивита и периодонтита на ранней стадии. Эта процедура может сократить частоту проведения регулярных профессиональных чисток для профилактики гингивита и агрессивного периодонтита. Данное лечение также можно сочетать с глубоким очищением или кюретажем.

Важная часть имплантационной стоматологии связана с возможностью создания костной ткани вокруг импланта, чтобы обеспечить хорошее удержание. Лазерное или механическое микротекстурирование поверхности импланта может обеспечить лучшее прилегание импланта к поверхности импланта. Лазерное микроуглубление или микроперфорация кости, окружающей имплант, стимулирует регенерацию костной ткани и лучшее соединение с имплантом. Кроме того, компонент, обеспечивающий рост кости, может быть введен в канал, созданный лазером, для эффективной доставки такого компонента в кость. Световое излучение низкой мощности также может усилить контакт и способствовать высвобождению факторов роста.

Десневые карманы вокруг зубов и имплантов

На фиг. 1 показан один из вариантов внедрения изобретения. Лазер с системой подачи энергии (не показано) используется для создания матрицы TMZ 108 в ткани десны 104 вокруг области с карманом 106 зуба 102. Лазер может работать при длине волны с высоким коэффициентом поглощения в десне и создавать абляционные колонки в ткани, либо он может работать при длине волны с низким поглощением и создавать неабляционные (коагуляционные) колонки.

Поперечный разрез каждой созданной колонки показан на фиг. 2 для неабляционных TMZ, имеющих форму колонки (а) и абляционных колонок TMZ (b). В неабляционных колонках ткань не удаляется, а коагулируется или изменяется другим образом внутри колонки (измененная ткань показана под номером 204). В абляционной колонке ткань удаляется из колонки, при этом создается пустое пространство микроуглубления 206, окруженное слоем измененной ткани 208. В обоих случаях колонки должны проходить сквозь корнеальный слой 210 и эпителий 212 и изменять или удалять соединительную ткань 214. На фиг. 3a и 3b показаны различные варианты TMZ и геометрии смоделированных структур. На фиг. 3a показаны неабляционные TMZ, а на фиг. 3b - абляционные TMZ соответственно. Они могут иметь форму колонки 302 или линий 304 или представлять собой вытянутые/овальные полости 306. TMZ имеют самые маленькие размеры d 310, глубину h 312, а также шаг Δ308. Линии (прямоугольники) имеют длину 1, равную 314. Фактор заполнения колонки (поверхностная площадь измененной ткани, поделенная на общую обработанную площадь) может быть в интервале 0,1 до 75%. Термическое повреждение десны может стимулировать регенерацию тканей и вертикальный рост, либо увеличение толщины, либо оба этих процесса. Вертикальный рост может непосредственно использоваться для покрытия корня и уменьшения углубления, тогда как увеличение толщины может остановить дальнейшее увеличение углубления, а также может обеспечить некоторое количество материала для извлечения и покрытия корня полученным материалом. Кроме того, даже частичное покрытие корня при наличии кармана у зуба может уменьшить гиперчувствительность дентина.

Другим вариантом лечения с использованием смоделированных зон является ситуация, когда имеются углубления мягких тканей вокруг имплантов, что является одной из распространенных проблем имплантологии. Успешно интегрированный в кость имплант может не прижиться, если имеются углубления в мягких тканях, видна основа импланта или другие элементы. Для пациентов, у которых уже есть углубления или уже установлены импланты, лечение мягких тканей может быть проведено при помощи создания паттерна TMZ в ткани десны вокруг импланта, чтобы уменьшить, сделать обратимым или предотвратить появление углубления. Для пациентов, которым только предстоит установить импланты, мягкие ткани можно обрабатывать профилактически, если биотип ткани дает основания предполагать, что прогноз неблагоприятный в отношении возможного появления углублений. После успешного выздоровления и укрепления ткани десны.

Многочисленные варианты практического применения могут использоваться для создания устройства для смоделированного лечения при помощи лазера. На фиг. 5 показан один из возможных вариантов применения изобретения, включающий простую и экономичную систему, где оптико-волоконный диодный лазер 502 соединен с кабелем 506 через оптико-волоконный коннектор 504. Свет проходит в насадку 508 и затем в наконечник 510. Наконечник находится в непосредственном контакте с тканями ротовой полости (не показано), обеспечивая хорошую оптическую связь. Связь может быть еще более оптимизирована применением давления к насадке. Описанный вариант внедрения изобретения позволяет создавать одну TMZ единовременно, при этом наконечник должен быть перемещен вручную для создания паттерна TMZ. Этот процесс может быть еще более оптимизирован и автоматизирован, как показано в следующем варианте практического применения.

В другом варианте практического применения изобретения, показанном на фиг. 6, свет в насадке проходит в матрицу микролинзы 612, что позволяет создать матрицу микролучей на конце оптического аппликатора 610 и следовательно, создает смоделированную TMZ в течение одного сеанса применения насадки.

С другой стороны, как показано на фиг. 7, переключаемый оптико-волоконный мультиплексор 712 может быть использован для "сканирования" оптической мощности между несколькими волокнами. В данном случае, создание одной TMZ происходит последовательно. Однако это может быть сделано в течение короткого периода времени, поэтому для оператора полный цикл освещения всех волокон и соответствующих наконечников происходит очень быстро и в течение одного применения насадки. Мультиплексор контролируется контрольным блоком 714, который может работать синхронно с лазером, если лазер функционирует в пульсовом режиме. С другой стороны, для получения паттерна TMZ также может быть использован обычный сканер (на основе движущегося зеркала или другого отражающего или отклоняющего элемента, или на основе движения волокна наконечника).

Если оптическая мощность или энергия импульса достаточна для создания нескольких TMZ одновременно, может использоваться и другой вариант внедрения изобретения, показанный на фиг. 8. В данном варианте практического применения изобретения 1 ×N оптико-волоконный демультипликатор 812 используется для канализации энергии в различные наконечники 810 для одновременного создания смоделированных TMZ.

В другой группе вариантов практического применения изобретения твердотельный лазер (предпочтительно с диодной накачкой), расположенный в насадке, используется для подачи абляционного излучения с высокой яркостью в импульсном режиме. В одном рекомендованном варианте внедрения изобретения может быть использован эрбий-активируемый YLF или YAG или YSGG лазер, работающий в спектре 2700-3000 нм, с энергией импульса 1-100 мДж, длительностью импульса 1-1000 μс, частотой следования 1-500 Гц. Лазер может работать в контактном или бесконтактном режиме. В одном варианте внедрения изобретения лазер создает одну TMZ на сеанс применения насадки, и его необходимо перемещать для создания другой TMZ. Еще в одном варианте внедрения изобретения лазер используется в комбинации со сканером луча, создавая паттерн TMZ при одном применении насадки. Сканер может покрывать область от 1 ×1 мм до 10 ×10 мм, и цикл создания паттерна может занимать от 0.1 до 10 с.

Различные системы обратной связи (не показано) могут быть использованы для усиления процесса лечения или улучшения результата терапии. Обратная связь на основе отражения низкомощного пилотного излучения может определять оптический контакт между наконечником и тканью для автоматизированного запуска лазера. При излучении энергии, соответствующей определенной TMZ, может использоваться обратная связь в режиме реального времени на основе изменения рассеивания света или отражения от ткани, излучения горячей ткани или горячего наконечника, изменения акустических или электрических импендансных свойств, флуоресценции и т.п., для изменения параметров энергии, поступающей к TMZ, а также для прекращения подачи энергии после достижения заранее определенных параметров TMZ (глубины, объема, температуры, уровня коагуляции, уровня фотоокрашивания и т.п.).

В другом варианте практического применения изобретения устройство для лечения с применением паттернов TMZ может быть совмещено с зубной камерой, как показано на фиг. 15. Объединение позволяет получить хорошую визуализацию области лечения с использованием CCD сенсора 1520, видеопроцессора 1522 и монитора 1526, а также программировать локализацию смоделированной TMZ в ткани. При помощи лазера 1500 с оптическим волокном для передачи энергии 1502, коллимированной оптикой 1506 и сканнерами 1508 и 1510, луч лазера, при помощи которого проводится лечение 1504, проходит через зеркало 1512 и объектив 1518 к области лечения, объединенной с областью наблюдения, при освещении источниками света 1516. Компоненты 1502 -1522 помещаются в корпусе зубной камеры/насадки 1524 и электрически соединены с главным блоком 1526 с монитором. В данном варианте практического применения изобретения можно запрограммировать положение смоделированной TMZ в области лечения на экране с использованием изображения области лечения, захваченной зубной камерой.

Для получения смоделированной TMZ может использоваться аппликатор для лечения анатомической области в полости рта заранее определенной формы. Аппликатор, используемый при лечении, обеспечивающий проведение энергии в ткань, может быть адаптирован для сложной геометрии различных частей полости рта для облегчения лечения и получения соответствующих смоделированных TMZ. На фиг. 16 показано два примера аппликаторов, предназначенных для лечения челюсти. Элементы 1602 и 1604 являются компонентами системы доставки для передачи энергии лечения от насадки (не показано) к микронаконечникам 1600, которые предназначены для проведения энергии в TMZ. На фиг. 16а показан аппликатор для лечения десны в форме арки. На фиг. 16 представлен аппликатор для одновременного лечения фронтальной и задней части периодонтальной области зуба. Компоненты передачи энергии 1604 могут быть адаптированы для индивидуальных размеров периодонтальной единицы 1606. Такой аппликатор может быть одноразовым, чтобы избежать необходимости многочисленных стерилизаций.

Для создания смоделированной TMZ может использоваться фиксирующий элемент для лечения анатомической области в полости рта заранее определенной формы. На фиг. 17 показан фиксирующий элемент 1704, соответствующий минимум одной анатомической зоне, такой как область периодонта 1706. Фиксирующий элемент 1706 имеет отверстия 1704 для размещения наконечника 1700 насадки 1702 для передачи энергии в TMZ в области лечения зоны периодонта 1706. Геометрия отверстий на фиксирующем элементе 1704 позволяет создать паттерны геометрии TMZ. Фиксирующий элемент 1704 может быть разработан таким образом, чтобы соответствовать типичной анатомической области или может быть произведен отдельно с использованием техники, сходной с техникой формирования углубления. Такой фиксирующий элемент может быть одноразовым, чтобы избежать необходимости многочисленных стерилизаций.

Несмотря на то что данное изобретение было частично показано и описано со ссылками на рекомендуемые варианты практического применения, специалистам в данной области следует учитывать, что могут быть произведены различные изменения формы и отдельных деталей без отклонения от области изобретения, указанной в прилагаемых заявлениях.