In vitro Untersuchungen an humanen Zähnen zur Ermittlung der Anwendbarkeit der Photoplethysmographie zur Detektion des Blutflusses in der Zahnpulpa unter Berücksichtigung des Blutflusses in der Gingiva

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-300780
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.30078

Jaeger, Andreas

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Date of publication of this fulltext: 05 Jun 2014 15:41

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	6 June 2014
Referee:	Prof. Dr. Gottfried Schmalz
Date of exam:	15 May 2014
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Zahnerhaltung und Parodontologie
Keywords:	Pulpa, Vitalität, Photoplethysmographie, Rotes Licht, Infrarotes Licht, Transmission, Dentin, Gingivadurchblutung, Lichtwellenleiter, Spektrum
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:	30078

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Abstract (German)

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Gegenstand der vorliegenden in vitro Studie ist es, einen Beitrag zur Entwicklung eines Untersuchungsverfahrens zu leisten, das durch Messung der Zahndurchblutung mittels Photoplethysmographie (PPG) dem zahnmedizinischen Behandler eine objektive Möglichkeit der Vitalitätsprüfung von Zähnen zur Verfügung stellt. Dazu wurde ein Versuchsaufbau mit einem Zahnmodell entwickelt und Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen über einen Lichtwellenleiter integriert. In diesem Aufbau konnte sowohl eine elastische als auch eine starre Pulpa durch ein entsprechendes Rohr simuliert werden, um zu prüfen ob das Verfahren der PPG auch bei einer nicht ausdehnungsfähigen Pulpa (starr), wie sie in vivo vorliegt, überhaupt angewendet werden kann und welche Wellenlängen für PPG-Untersuchungen am Zahn am besten geeignet sind. Anschließend wurde zur weiteren Annäherung an das anatomische Vorbild ein Gingivamodell entwickelt und in den Versuchsaufbau integriert und damit der etwaige Einfluss der Gingivadurchblutung auf PPG Messungen am Zahn untersucht. Um die Eignung des nahen Infrarotbereichs für PPG Untersuchungen am Zahn zu prüfen wurden humane Dentinscheiben von 200 µm-800 µm Dicke am FTIR-Spektrometer untersucht und Transmissionsmessungen im nahen Infrarotbereich durchgeführt. Die Auswertung der Untersuchungen am Zahnmodell ergab mit dem Lasermodul als Lichtquelle eine signifikante Abnahme der Signalamplitude (∆U) bei Wechsel von elastischem zu starrem Rohr aber ein dennoch deutlich messbares ∆U für das starre Rohr. Bei den Wellenlängenuntersuchungen konnte für alle Wellenlängen ein ∆U ermittelt werden, so dass PPG Untersuchungen am Zahnmodell mit den untersuchten Wellenlängen möglich war. Für die Wellenlänge von 625 nm (rot) konnte jedoch ein signifikant größeres ∆U als bei allen anderen Wellenlängen ermittelt werden. Die Untersuchungen am Gingivamodell ergaben eine signifikante Zunahme von ∆U, nachdem neben der Pulpa auch die Gingiva durchblutet wurde. Mit einer Abschirmung der Gingiva durch Alufolie konnte eine signifikante ∆U-Abnahme registriert werden. Für die humanen Dentinscheiben wurde ein Transmissionsspektrum von 0,8 µm bis 3,0 µm mit einem Bereich erhöhter Transmission zwischen 0,9 µm und 1,33 µm aufgezeichnet. Abschließend kann man festhalten, dass die in vitro Untersuchungen zur Photoplethysmographie am humanen Zahnmodell vor allem im roten Wellenlängenbereich vielversprechend waren. Auch im Hinblick auf ein späteres in vivo Verfahren sind die Untersuchungen als positiv zu werten. Neben einer Signalübertragung durch Lichtleiter konnte trotz einer starren Pulpa und dem Einfluss von Störsignalen aus der durchbluteten Gingiva ein PPG-Signal der Pulpa detektiert werden.

Translation of the abstract (English)

The aim of the present in vitro study is to develop an investigation procedure that by measuring the pulpal blood flow with the optical technique of photoplethysmograpghy (PPG) offers the dentist an objective possibility for the testing of the teeth vitality. A test set-up with a tooth model was designed and light sources with different wavelengths over a multi-fiber optical cable were integrated. In this set-up both an elastic and a rigid pulp could be simulated by a suitable tube to check whether the PPG-technique may generally be also applied to a non-expansive pulp (rigid) as it exists in vivo and which wavelengths are best suited for PPG-investigations on the tooth. Afterwards a tooth-gingiva model was developed to further approach the anatomical example. It was integrated into the set-up to investigate the influence of the gingival blood flow on the PPG measurements on the tooth. To check the suitability of the near infrared range for PPG investigations on the tooth, human dentin slices with a thickness of 200µm-800µm were examined and transmission measurements performed at the FTIR spectrometer. The evaluation of the studies of the tooth model revealed that with the laser as a light source the signal amplitude (∆U) decreased significantly when switching from an elastic to a rigid tube, but nevertheless there was a clearly measurable ∆U for the rigid tube. For the wavelength investigations, a ∆U could be determined for all wavelengths, so that PPG studies on a tooth model with the tested wavelengths were possible. However the study shows a significantly larger ∆U for the wavelength of 625nm (red) than for all other wavelengths. Studies of the tooth-gingiva model showed a significant increase of ∆U after the gingiva was perfused with blood in addition to the pulp. With a shielding of the gingiva by aluminium foil a significant decrease of ∆U was detected. For the human dentin slices a transmission spectrum from 0,8 µm to 3,0 µm was recorded with an increased transmission range between 0,9 µm and 1,33 µm. Finally we can note that in vitro studies of PPG on the human tooth model, especially in the red wavelength range were promising. With respect to a future in vivo method, the results of the tests are to be considered positive, too. In addition to a signal transmission through a multi-fiber optical cable, a PPG signal of the pulp could be detected in spite of its being rigid and interference from the perfused gingiva.

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