In-vitro-Untersuchungen zur Photoplethysmographie an Zähnen und der Eignung von Terahertzstrahlung für die Entwicklung eines Gerätes zur Detektion des Blutflusses in der Zahnpulpa

Fragestellung: Verfahren zur indirekten Bestimmung der Zahnvitalitat sind bekannt. Die Durchblutung der Zahnpulpa konnte ein Mas zur direkten Bestimmung der Zahnvitalitat sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war, (1) die Anwendbarkeit der Photoplethysmographie am humanen Zahnmodell zu untersuchen, (2) unterschiedliche Wellenlangen mittels Lichtleiter bei diesem Verfahren anzuwenden und schlieslich (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, Lange 25cm) durch den Bohrkanal gefuhrt. Mit einer Schlauchpumpe (Multifix SP Mini; Eigenbau) wurden drei Erythrozytenkonzentratsuspensionen unterschiedlicher Verdunnungen (unverdunnt, 1:10, 1:100 verdunnt), Algensuspension (Chlorella, 1000μg/l, Eigenzucht Physik, Universitat Regensburg, Deutschland) in Wasser, destilliertes Wasser und Luft mit 3 (F1) und 5 (F2) Schlagen 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 gegenuberliegenden Stellen dem Zahnmodell direkt an. System 2: 6 verschiedene Lichtquellen (430nm, 470nm, 530nm, 660nm, 870nm, 950nm, Industrial Fiber Optics, USA) wurden uber Lichtleiter (FB140-10-ND, Industrial Fiber Optics, USA) sowohl in das Zahnmodell eingekoppelt als auch zum Detektor (IF-D92, Industrial Fiber Optics, USA) zuruck gefuhrt. Signale aus dem Zahnmodell wurden uber einen Zweikanal-Photoplethysmographen erfasst und mit dem Speicheroszilloskop (Tektronix TDS2022B, Tektronix Inc., USA) aufgezeichnet. Signaldauer (SI) in Millisekunden und Signalintensitat (SD) in Volt wurden fur die Testmedien Algen, Stammlosung unverdunnt, Stammlosung 1/10 und 1/100 verdunnt bei F1 und F2 tabellarisch dargestellt. Statistische Analyse erfolgte nonparametrisch mit Mann-Whitney-Test (α = 0,05) fur Untersuchungsgruppen mit Stichprobenumfang von mindestens 5. Fur einen ganzen und ein halben karies- und fullungsfreier humanen Molaren, eine 2,4 mm dicke Schmelz- Dentinscheibe, sowie fur humanes Erythrozytenkonzentrat wurden im FT- IR- Spektrometer Transmissionsmessungen im Terahertzbereich durchgefuhrt. Jeweils zwei Messwerte mit unterschiedlicher Blendenkonfiguration wurden im PC erfasst. Die absolute Transmission T = I/I_0 (y-Achse) wurde grafisch gegen die Wellenlange Lambda (x-Achse) angetragen. Ergebnisse: Bei den Photoplethysmographie-Versuchen korrespondierten alle Messungen mit F1 und F2. SD war bei F1 fur Algen und Erythrozytenkonzentrat jeweils 330-350ms und fur F2 160-180ms. SI fur 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 Verstarkung nicht detektierbar. Die Transmissionsmessungen im Terahertzbereich lieferten lediglich fur humanes Erythrozytenkonzentrat ein verwertbares Spektrum. SI, F1 SI, F2 Algen 9.0 (9.0- 9.5) 7.0 (7.0- 7.2) Stammlosung unverd. 11.0 (11.0- 11.0) 9.5 (9.5- 9.5) Stammlosung 1/10 verd. 12.5 (12.5- 12.8) 8.0 (8.0- 8.0) Stammlosung 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 Wellenlange von 950 nm konnte ohne aufwandige Signalverarbeitung pulsierendes Erythrozytenkonzentrat in einem humanen Molaren detektiert werden. Die Eignung von Lichtleitern, sowie von Terahertzstrahlung, fur die Photoplethysmographie am humanen Zahn konnte nicht hinreichend geklart werden, weiterfuhrende Studien sind notwendig.