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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-162851
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.16285
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 25 August 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Gottfried Schmalz |
| Date of exam: | 16 August 2010 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Zahnerhaltung und Parodontologie |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | pulp vitality, photoplethysmography, fiberoptics, terahertz, tooth, Zahnvitalität, Photoplethysmographie, Lichtleiter, Terahertz, Zahn |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 16285 |
Abstract (German)
Fragestellung: Verfahren zur indirekten Bestimmung der Zahnvitalität sind bekannt. Die Durchblutung der Zahnpulpa könnte ein Maß zur direkten Bestimmung der Zahnvitalität sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war, (1) die Anwendbarkeit der Photoplethysmographie am humanen Zahnmodell zu untersuchen, (2) unterschiedliche Wellenlängen mittels Lichtleiter bei diesem Verfahren anzuwenden und schließlich ...
Abstract (German)
Fragestellung:
Verfahren zur indirekten Bestimmung der Zahnvitalität sind bekannt. Die Durchblutung der Zahnpulpa könnte ein Maß zur direkten Bestimmung der Zahnvitalität sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war, (1) die Anwendbarkeit der Photoplethysmographie am humanen Zahnmodell zu untersuchen, (2) unterschiedliche Wellenlängen mittels Lichtleiter bei diesem Verfahren anzuwenden
und schließlich (3) die spektroskopischen Eigenschaften von humaner Zahnhartsubstanz im Vergleich mit Blut im Terahertzbereich zu messen.
Methode:
In einen humanen Molaren wurde mittig ein pulpaaxiales Loch (∅ 2,5mm) gebohrt und ein Silikonschlauch (Innen∅ 1mm, Aussen∅ 2mm, Länge 25cm) durch den Bohrkanal geführt. Mit einer Schlauchpumpe (Multifix SP Mini; Eigenbau) wurden drei
Erythrozytenkonzentratsuspensionen unterschiedlicher Verdünnungen (unverdünnt, 1:10, 1:100 verdünnt), Algensuspension (Chlorella, 1000μg/l, Eigenzucht Physik,
Universität Regensburg, Deutschland) in Wasser, destilliertes Wasser und Luft mit 3 (F1) und 5 (F2) Schlägen pro Sekunde durch den Versuchsaufbau gepumpt. Zwei Sensorsysteme wurden entwickelt. System 1: Lichtquelle (SFH409, 950nm, Osram,
Deutschland) und der Detektor (SFH229FA Photodiode, 880nm, Siemens, Deutschland) lagen an gegenüberliegenden Stellen dem Zahnmodell direkt an. System 2: 6 verschiedene Lichtquellen (430nm, 470nm, 530nm, 660nm, 870nm, 950nm, Industrial Fiber Optics, USA) wurden über Lichtleiter (FB140-10-ND, Industrial Fiber Optics, USA) sowohl in das Zahnmodell eingekoppelt als auch zum Detektor (IF-D92, Industrial Fiber Optics, USA) zurück geführt. Signale aus dem Zahnmodell wurden über einen Zweikanal-Photoplethysmographen erfasst und mit dem Speicheroszilloskop (Tektronix TDS2022B, Tektronix Inc., USA) aufgezeichnet. Signaldauer (SI) in Millisekunden und Signalintensität (SD) in Volt wurden für die Testmedien Algen, Stammlösung unverdünnt, Stammlösung 1/10 und 1/100 verdünnt bei F1 und F2 tabellarisch dargestellt. Statistische Analyse erfolgte nonparametrisch mit Mann-Whitney-Test (α = 0,05) für Untersuchungsgruppen mit Stichprobenumfang von mindestens 5. Für einen ganzen und ein halben karies- und füllungsfreier humanen Molaren, eine 2,4 mm dicke Schmelz- Dentinscheibe, sowie für humanes Erythrozytenkonzentrat
wurden im FT- IR- Spektrometer Transmissionsmessungen im Terahertzbereich durchgeführt. Jeweils zwei Messwerte mit unterschiedlicher Blendenkonfiguration wurden im PC erfasst. Die absolute Transmission T = I/I_0 (y-Achse) wurde grafisch
gegen die Wellenlänge Lambda (x-Achse) angetragen.
Ergebnisse:
Bei den Photoplethysmographie-Versuchen korrespondierten alle Messungen mit F1 und F2. SD war bei F1 für Algen und Erythrozytenkonzentrat jeweils 330-350ms und für F2 160-180ms. SI für Algen und Erythrozytenkonzentrat ist in der Tabelle dargestellt. Destilliertes Wasser und Luft lieferten kein verwertbares Signal. Die Lichtleiterversuche zeigten nur Rauschen, ein Pulssignal war trotz Filterung und Verstärkung
nicht detektierbar. Die Transmissionsmessungen im Terahertzbereich lieferten lediglich für humanes Erythrozytenkonzentrat ein verwertbares Spektrum.
SI, F1 SI, F2 Algen 9.0 (9.0- 9.5) 7.0 (7.0- 7.2) Stammlösung unverd. 11.0 (11.0- 11.0) 9.5 (9.5- 9.5) Stammlösung 1/10 verd. 12.5 (12.5- 12.8) 8.0 (8.0- 8.0) Stammlösung 1/100 verd. 12.0 (11.750- 12.0) 6.5 (6.5- 7.0) SI in Volt (Mediane mit 25- 75% Perzentilen) Schlussfolgerung: Bei einer Wellenlänge von 950 nm konnte ohne aufwändige Signalverarbeitung pulsierendes Erythrozytenkonzentrat in einem humanen Molaren detektiert werden. Die Eignung von Lichtleitern, sowie von Terahertzstrahlung, für die Photoplethysmographie
am humanen Zahn konnte nicht hinreichend geklärt werden, weiterführende Studien sind notwendig.
Translation of the abstract (English)
Objectives: Several methods are available to indirectly measure the vitality of the human tooth pulp tissue in vivo. Pulse signals detected directly from the pulp might be considered reliable for an objective assessment of pulp vitality. The purpose of the present study was (1) to investigate photoplethysmography on an in vitro human tooth model, (2) to indirectly adapt different wavelengths to ...
Translation of the abstract (English)
Objectives:
Several methods are available to indirectly measure the vitality of the human tooth pulp tissue in vivo. Pulse signals detected directly from the pulp might be considered reliable for an objective assessment of pulp vitality. The purpose of the present study was (1) to investigate photoplethysmography on an in vitro human tooth model, (2) to indirectly adapt different wavelengths to the tooth model using fiberoptics and
finally (3) to investigate the spectral characteristics of human tooth specimens compared to human blood in the terahertzrange.
Methods:
A cylindrical hole was cut in incisal-apical direction into the center of a human molar crown. A silicon tube (outer/inner diameter: 2.0/1.0 mm) was carried through the hole and connected to a tube pump (Multifix). Setup 1: An individually designed sensor (infrared light emitter: SFH409, 950nm, Osram, Germany; detector: SFH229FA Photodiode, 880nm, Siemens, Germany) was applied lingual-buccaly to the crown. Air, tap-water, algae (Chlorella 1000μg/l, 685nm), and human
erythrocyte-concentrate were pulsed through the tube in two frequencies (F1:3/sec; F2:5/sec) and detected by an individually designed dual channel photopletysmograph. Signals were recorded using an oscillograph (Tektronix TDS2022B, Tektronix Inc., Beaverton, USA) and test parameters Signal-Intensity [SI,
Volt] and Signal Duration [SD, ms] were derived. Reference measurements were taken from the tube without surrounding tooth structure. Five samples per experimental group were statistically treated applying non-parametric procedures
(α≤0.05). Setup 2: Fiberoptic emitter and detector holders were applied lingualbuccaly to the tooth model using mono-fibers (Industrial Fiber Optics; FB140-10-ND). A fiberoptic device comprising different light emitting diodes (Industrial Fiber Optics; 430nm,470nm,530nm,660nm,870nm,950nm) was connected to the fiberoptic emitter holder and the fiberoptic detector holder was connected to a phototransistor (Industrial Fiber Optics;IF-D92). Pulse measurements were performed as described. Spectral analyses of a tooth and different thickness tooth-slices in the terahertzrange were compared to the spectral characteristics of human blood using an Brücker
Fourier Spectrumanalyser. Absolute transmission T = I/I_0 was derived.
Results:
Setup 1: All reference measurements reflected F1 and F2. Air and tap-water were not detected. SD of algae and erythrocyte concentrate was according to F1 (330-350ms) and F2(160-180ms). Results of the SI measurements (Medians with 25-75% Percentiles): Signal-Intensity, F1 Signal-Intensity, F2
Algae 9.0(9.0-9.5) 7.0(7.0-7.2) erythrocyte-concentrate undiluted 11.0(11.000-11.0) 9.500(9.5-9.5) erythrocyte-concentrate 1:10 12.5(12.500-12.8) 8.000(8.0-8.0) erythrocyte-concentrate 1:100 12.0(11.750-12.0) 6.500(6.5-7.0)
There was a significant decrease of SI with increasing dilution of erythrocyteconcentrate at F2. SI was significantly higher at F1 compared to F2. Setup 2: With fiberoptics no signals could be detected for all wavelengths tested. Even with infrared light at 950nm our results from setup 1 could not be reproduced.
Using the Brücker Fourier Spectrumanalyser only spectral characteristics of human blood could be derived in the terahertzrange.
Conclusions:
This in vitro system turned out to be a reliable means to detect pulsing blood through tooth structure using setup 1. Further investigations on setup 2 in combination with multi-fiber systems might increase the sensitivity. Also the spectral
analyses of human blood in the terahertzrange led to good results more research on human teeth has to be done.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 08:25
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