MX2011001829A - Aparato y metodo para la mineralizacion de materiales biologicos. - Google Patents

Abstract

Un aparato y método para la mineralización de material biológico desmineralizado e hipo-mineralizado, como dientes o huesos; el aparato cuenta con un electrodo de sonda para recibir un agente de mineralización y un contraelectrodo; también se provee con un medio para controlar la señal eléctrica provista a la sonda, de manera que el grado de mineralización del material biológico sea controlado mediante la modulación o el cambio de la señal eléctrica provista por la sonda con base en el producto medido del circuito formado por la sonda, el contraelectrodo y el material biológico; la generación eléctrica proporciona una medición del grado de mineralización del material biológico, que se compara con datos de una técnica de referencia que proporciona información estructural tridimensional sobre un área de interés en el material biológico.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA LA MINERALIZACIÓN DE MATERIALES BIOLÓGICOS CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato y método para la mineralización de material biológico y, en particular, para la re-minerálización de tejido desmineralizado e hipo-mineralizado, como dientes o huesos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las caries son el deterioro de los dientes o los huesos. La caries dental (también conocida como deterioro dental, caries o lesiones cariosas) es provocada por los ácidos producidos por la acción enzimática microbiana sobre los carbohidratos ingeridos. Los ácidos descalcifican (desmineralizan) la porción inorgánica del diente inicialmente, creando una lesión subsuperficial, posteriormente se desintegra la porción orgánica, conduciendo a la creación de una cavidad. En odontología, la desmineralización de un diente a través del desarrollo de una lesión cariosa puede describirse en términos de la profundidad de la lesión cariosa.

La caries dental es tratada comúnmente mediante la remoción del material deteriorado en el diente y el llenado del orificio resultante (cavidad) con una amalgama dental u otro material de restauración. En casos más severos, podría retirarse todo el diente. Previamente a la cavitación de la lesión, es posible curar o revertir la destrucción del tejido mediante la remineralización de las lesiones de las caries. Sin embargo, este proceso funciona mejor cuando las proteínas y lípidos exógenos (v.g., derivadas de los alimentos o salivales) han sido retirados de la lesiones de las caries.

Se sabe que el nivel de deterioro dental altera las características eléctricas de un diente. Esto se debe a que, a medida que se pierden minerales, la porosidad del diente se incrementa y el incremento consecuente en el número de iones dentro de los poros aumenta la conductividad, es decir, la transportación eléctrica en el diente. Como consecuencia de ello, la desmineralización de un diente producirá un mejoramiento de sus propiedades transportadoras de carga. Esto podría manifestarse en una reducción en la diferencia potencial que debe aplicarse a un diente desmineralizado, en comparación con un diente sano, con el fin de lograr una corriente comparable a través de ello. De manera correspondiente, esto podría manifestarse en un incremento de la corriente medible a partir de un diente desmineralizado, en comparación con un diente sano, en la aplicación de la misma diferencia potencial. Estos efectos pueden ser detectados en la aplicación de una corriente constante o diferencia potencial constante, respectivamente. De manera alternativa, la impedancia (que incluye la resistencia de DC) puede ser monitoreada usando señales de AC.

Existe toda una serie de dispositivos diseñados específicamente para detectar las caries dentales mediante la aplicación de una corriente eléctrica alterna en un diente empleando una sonda o electrodo de contacto y contraelectrodo. Según se ha descrito anteriormente, la principal fuente de impedancia en el circuito formado por el contraelectrodo y la sonda es provista por el diente y, por lo tanto, los cambios en la impedancia del circuito proporcionan una medición de los cambios en la impedancia del diente. Esta técnica se describe en la solicitud internacional de patente WO97/42909.

La iontoforesis es un método no invasivo de realizar la propulsión de una sustancias cargada, normalmente una medicación o un agente bioactivo, empleando una corriente eléctrica. Se conoce el uso de la iontoforesis en el suministro de fármacos transdérmicos. La iontoforesis también puede ser empleada conjuntamente con los compuestos con contenido de fluoruro para dar tratamiento a la hipersensibilidad de la dentina y para remineralizar las lesiones de caries dentales sin cavitación. Los dispositivos de iontoforesis generalmente incluyen un ensamble de electrodos activos y un ensamble de contraelectrodos, cada uno de los cuales se acopla con polos opuestos o terminales de una fuente de voltaje. El agente active puede ser catiónico o aniónico y la fuente de voltaje puede configurarse para aplicar la polaridad de voltaje apropiada con base en la polaridad del agente activo. El agente activo podría almacenarse, por ejemplo, en un depósito como una cavidad o en una estructura porosa o un gel.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un propósito de la presente invención consiste en proveer un aparato, sistema y método mejorados para la mineralización de material biológico.

De conformidad con un primer aspecto de la invención, se provee un aparato para mineralizar un área de interés en un material biológico, el aparato comprendiendo: un electrodo de sonda para recibir un agente de mineralización; un contraelectrodo; un modulador adaptado para producir una señal de entrada eléctrica en un circuito formado a partir del electrodo de sonda y el contraelectrodo, así como para provocar la transferencia del agente de mineralización desde el electrodo de sonda hasta el material biológico bajo la acción de la señal de entrada eléctrica; un detector para detectar la respuesta eléctrica del circuito; y un controlador adaptado para recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y para controlar el modulador de manera que se modifique la forma de onda de la entrada eléctrica como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito.

De preferencia, el modulador se encuentra adaptado para modular la forma de la forma de onda.

De preferencia, el modulador se encuentra adaptado para modular la frecuencia de la forma de onda.

De preferencia, el modulador se encuentra adaptado para modular la amplitud de la forma de onda.

De preferencia, el modulador proporciona una única frecuencia o entrada de DC.

De preferencia, el detector mide la impedancia y/o la resistencia de DC del circuito.

De preferencia, el modulador controla la corriente de la señal eléctrica de entrada.

De mayor preferencia, el modulador proporciona una corriente constante.

Opcionalmente, el modulador controla el voltaje de la señal eléctrica de entrada.

De mayor preferencia, el modulador proporciona un voltaje constante.

De preferencia, el aparato comprende adicionalmente un electrodo de referencia adaptado para controlar la señal eléctrica de entrada.

De preferencia, el electrodo de referencia se localiza cerca del electrodo de sonda.

De preferencia, el electrodo de sonda transfiere el agente de mineralización al material biológico mediante iontoforesis.

De preferencia, el controlador comprende un programa de computadora. De preferencia, el controlador comprende un primer módulo de software que cuenta con un conjunto de datos que describe la respuesta eléctrica característica de un material biológico de muestra en distintas etapas de la mineralización, así como un segundo módulo de software que compara dichos datos con la respuesta eléctrica detectada para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De preferencia, el conjunto de datos comprende la respuesta de impedancia o resistencia característica de dicho material biológico de muestra.

De preferencia, el conjunto de datos se deriva de los datos experimentales.

De preferencia, el conjunto de datos proporciona información estructural 3D (tridimensional) sobre la remineralización. De preferencia, el conjunto de datos proporciona la cuantificación del grado de remineralización.

De preferencia, el conjunto de datos en combinación con el segundo módulo de software proporciona información estructural tridimensional sobre la remineralización del material biológico.

De preferencia, la información estructural tridimensional se proporciona en tiempo real.

De preferencia, los datos en combinación con el segundo módulo de software proporcionan la cuantificación del grado de remineralización.

De preferencia, la cuantificación del grado de remineralización se determina en tiempo real.

De preferencia, el conjunto de datos comprende la información estructural que caracteriza a la densidad mineral en por lo menos parte del área de interés.

De preferencia, el segundo módulo de software aplica una función que define la relación entre la mineralización y la respuesta eléctrica con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De manera alternativa, el segundo módulo de software aplica una tabla de búsqueda que contiene información sobre la respuesta eléctrica de los dientes y su mineralización, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De preferencia, el electrodo de sonda transfiere el agente de mineralización al material biológico mediante iontoforesis.

De preferencia, la respuesta eléctrica del circuito indica la presencia de proteínas y/o lípidos exógenos en el área de interés.

De preferencia, un agente de acondicionamiento es reaplicado al área de interés al indicarse la presencia de dichas proteínas exógenas y/o lípidos.

De manera ventajosa, la operación del aparato de la presente invención puede ser interrumpida para reaplicar el agente de acondicionamiento, retirando de este modo las proteínas y/o lípidos exógenos. De conformidad con un segundo aspecto de la invención, se provee un método para mineralizar un área de interés en un material biológico, el método comprendiendo los pasos de: controlar la forma de onda de una señal eléctrica de entrada en un circuito formado a partir del electrodo de sonda y un contraelectrodo para transferir un agente de mineralización al material biológico bajo la acción de la señal de entrada eléctrica; detectar la respuesta eléctrica del circuito; y recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y modificar la forma de onda de la entrada eléctrica como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito.

De preferencia, el paso de controlar la forma de onda comprende modular la forma de la forma de onda.

De preferencia, el paso de controlar la forma de onda comprende modular la frecuencia de la forma de onda.

De preferencia, el paso de controlar la forma de onda comprende modular la amplitud de la forma de onda.

De preferencia, el paso de detectar la respuesta eléctrica del circuito comprende medir la impedancia y/o la resistencia de DC del circuito.

De preferencia, la corriente es modulada.

De forma opcional, el voltaje es modulado.

De preferencia, la señal eléctrica de entrada es controlada adicionalmente por un electrodo de referencia.

De preferencia, el electrodo de referencia se localiza cerca del electrodo de sonda.

De preferencia, el paso de recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y modificar la forma de onda comprende comparar el conjunto de datos de la respuesta eléctrica característica de un material biológico de muestra en distintas etapas de la mineralización con la respuesta eléctrica detectada para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De preferencia, el conjunto de datos comprende la respuesta de impedancia o resistencia característica de dicho material biológico de muestra.

De preferencia, el conjunto de datos se deriva de los datos experimentales.

De preferencia, el conjunto de datos proporciona información estructural tridimensional sobre remineralización.

De preferencia, el conjunto de datos proporciona la cuantificación del grado de remineralización.

De preferencia, el conjunto de datos en conjunto con el módulo de software proporciona información estructural tridimensional sobre la remineralización del material biológico.

De preferencia, la información estructural tridimensional se proporciona en tiempo real.

De preferencia, el conjunto de datos en conjunto con el módulo de software proporciona la cuantificación del grado de remineralización.

De preferencia, la cuantificación del grado de remineralización es determinada en tiempo real.

De preferencia, el conjunto de datos comprende la información estructural que caracteriza a la densidad mineral en por lo menos parte del área de interés.

De preferencia, el segundo módulo de software aplica una función que define la relación entre la mineralización y la respuesta eléctrica, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De manera alternativa, el segundo módulo de software aplica una tabla de búsqueda que contiene información sobre la respuesta eléctrica de los dientes y su mineralización, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

De preferencia, el agente de mineralización es transferido al material biológico mediante iontoforesis.

De preferencia, la respuesta eléctrica del circuito indica la presencia de proteínas y/o lípidos exógenos en el área de interés. De preferencia, un agente de acondicionamiento es reaplicado en el área de interés al detectarse la presencia de dichas proteínas exógenas y/o lípidos.

De manera ventajosa, la operación del aparato de la presente invención puede ser interrumpida con el fin de reaplicar el agente de acondicionamiento, eliminando de esta manera las proteínas y/o lípidos exógenos.

De conformidad con un tercer aspecto de la invención, se provee un programa de computadora que comprende instrucciones de programa para implementar los pasos del método de conformidad con el segundo aspecto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención será descrita ahora a manera de ejemplo, hacienda referencia únicamente a los dibujos anexos, en donde: Las figuras 1a y 1b son gráficas que muestran el voltaje aplicado y la velocidad de caída de corriente para un diente sano y un diente desmineralizado.

La figura 2a es un diagrama de flujo que muestra una modalidad del método de la presente invención, mientras que la figura 2b es un diagrama de bloques de un aparato para implementar el método de la figura 2a.

La figura 3 es una representación esquemática de una primera modalidad de la presente invención.

La figura 4 es una representación esquemática más detallada del controlador de la modalidad de la figura 1.

La figura 5 es una representación esquemática más detallada de la sonda de la modalidad de la figura 3.

La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra una primera modalidad del método de la presente invención.

La figura 7 es un diagrama de flujo que muestra otra modalidad del método de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un aparato y método para la mineralización de un material biológico. La invención resulta particularmente adecuada para la remineralización de los dientes en donde se ha producido un deterioro por desmineralización o para la oclusión de túbulos dentales para tratar la hipersensibilidad de dentina, o bien para el blanqueamiento de los dientes o para el tratamiento de la erosión dental. Se advertirá que el aparato y método descritos en la presente no se limitan a la remineralización de los dientes, sino que pueden emplearse para mineralizar otro material biológico, por ejemplo, podrían utilizarse en la remineralización de los huesos para el tratamiento de la osteoporosis, osteopenia o padecimiento periodontal.

En modalidades preferidas de la presente invención, puede emplearse información estructural tridimensional o datos de imágenes espaciales para generar diferentes parámetros caracterizadores, incluyendo el rastreo de cambios (y/o cambios relativos [teniendo en mente que, normalmente, existe cierta variación en la densidad mineral de la dentina y el esmalte sanos]) en valores en escala de grises (en microimágenes de CT) en toda una serie de vectores paralelos diferentes en cualquiera de muchos planos diferentes, para generar una representación promedio de los cambios en la densidad mineral en la dirección de dichos vectores. El proceso de generación del promedio se realiza, de preferencia, sobre el volumen total de la lesión y la información resultante derivada de ello es procesada para calcular, entre otros parámetros, la profundidad de la lesión cariosa en la dirección de la pulpa. En vista de las complejas geometrías espaciales de las lesiones, la técnica de análisis de imágenes proporciona básicamente más información que aquella normalmente disponible para un dentista. Por lo tanto, podría resultar posible determinar otros parámetros de lesión que podrían resultar más útiles en la caracterización de la pérdida de densidad mineral que el parámetro de profundidad de lesión utilizado tradicionalmente.

Según se ha descrito anteriormente, los cambios en la impedancia y/o Resistencia de un diente pueden ser detectados en la aplicación de una señal de AC o una corriente constante de DC, o bien una diferencia potencial constante. La aplicación de una corriente de onda cuadrada o pulsación, o bien de diferencial potencial, en un diente sano o desmineralizado produce también información dinámica a partir de la gráfica de corriente (o potencial) en relación con el tiempo.

La figura 1a es una gráfica 1 del voltaje en relación con el tiempo, que muestra un voltaje pulsado 3 con magnitud básicamente constante. La figura 1b es una gráfica de la corriente en relación con el tiempo, que muestra la velocidad de caída de corriente como respuesta a la pulsación de la diferencia de potencial aplicada (voltaje) para un diente ano y uno que se ha desmineralizado. La curva 7 muestra la respuesta de corriente para el diente sano, mientras que la curva 9 muestra la respuesta para el diente desmineralizado.

Empleando un abordaje mecanicista de la transportación de carga a través de un diente y el efecto de la desmineralización del diente sobre la conductividad iónica del diente, puede formarse una relación entre los perfiles de densidad mineral determinados a partir de la técnica de procesamiento de imágenes mencionada anteriormente y un perfil de respuesta eléctrica temporal medido. La presente invención conforma la relación a través del análisis de las propiedades eléctricas y el análisis de las imágenes de un gran número de dientes sanos y dientes con lesiones cariosas, estableciendo un modelo analítico que crea una función matemática para describir esta relación.

De manera alternativa, la presente invención puede emplear una tabla de búsqueda entre los datos de respuesta eléctrica medida y los valores promedio de la densidad mineral (determinados a partir de las técnicas de análisis de imágenes anteriores) obtenidos de los estudios de los dientes sanos y enfermos.

Al establecer la relación y/o tabla de búsqueda anteriores, pueden emplearse microtécnicas de CT en donde los datos se calibran en relación con toda una pluralidad de fantasmas, de manera que se asegura que la variación medida en valores en escala de grises sea realmente representativa de un cambio en la densidad mineral a través de un diente, en oposición a un efecto aberrante (o dispositivos de generación de imágenes). El proceso anterior será descrito con mayor detalle más adelante.

El aparato de la presente invención emplea un mecanismo de retroalimentación, en donde se realiza una medición eléctrica (que puede relacionarse con AC o DC) mientras que un diente es remineralizado mediante iontoforesis. La medición eléctrica se relaciona con la densidad mineral de una lesión cariosa en el diente (a través de la relación mencionada anteriormente y/o la tabla de búsqueda formada durante un proceso fuera de línea) para calcular una señal de control apropiada para que el aparato ajuste de manera óptima el proceso iontoforético.

La figura 2a muestra una modalidad del método de la presente invención que comprende los siguientes pasos.

Paso 0: En un primer paso para calibrar los valores en escala de gris obtenidos de un microanálisis de CT (utilizado para la formación de los valores de densidad mineral empleadas en la relación mencionada anteriormente y/o tabla de búsqueda), una pluralidad de fantasmas (que comprenden un material isotrópico homogéneo que se parece de forma sustancial con el material dental) son digitalizados empleando un microdispositivo de CT. En el presente ejemplo, los fantasmas comprenden discos de hidroxiapatita que representan una particular densidad de material.

Paso 1 : Después del microanálisis de CT de los fantasmas por sí solos, cada uno de una pluralidad de dientes sanos y dientes con lesiones cariosas es sometido a un proceso de digitalización similar, junto con los fantasmas. Las densidades minerales calculadas de los dientes digitalizados, se procesan empleando una técnica de segmentación conocida para identificar las fronteras de cualquier lesión que exista en ese sitio. Se establece un perfil de la densidad mineral dentro de las fronteras mediante el proceso de segmentación y los perfiles de la densidad mineral se relacionan con una medición eléctrica temporal o en estado constante obtenida a partir de los mismos dientes.

Paso 2: Durante la iontoforesis, se aplica una corriente o diferencia potencial constante a un diente con una lesión cariosa 13. Se mide una función de respuesta eléctrica 15 a partir del diente bajo tratamiento y la relación (y/o tabla de búsqueda) establecida en el Paso 1 se utiliza para determinar 17 la densidad mineral de la lesión cariosa.

Paso 3: Se determina 19 la escala de densidad mineral del material del diente sano próximo a las fronteras establecidas durante el Paso 1. Esto se emplea para establecer el grado deseado de remineralización requerido del tratamiento iontoforético.

Paso 4: Se calcula 21 el cambio en la magnitud de la señal iontoforética, el cambio calculado siendo suficiente para llevar mineral a la lesión, de manera que la densidad mineral de la lesión se parezca más estrechamente a aquella del material dental sano.

En la implementación del método de la figura 2a, el aparato de la figura 2b comprende un bloque lógico 23 que, además de recibir una indicación del cambio deseado en la magnitud de la señal iontoforética (a partir del Paso 4), recibe información concerniente al tiempo 25 a lo largo del cual ha estado operando el tratamiento de ¡ontoforesis. El bloque lógico 23 recibe también información de protocolo adicional 27 concerniente a los tiempos, por ejemplo, en los que la ¡ontoforesis debe iniciarse o detenerse (v.g., para permitir que la sonda eléctrica sea limpiado y pueda aplicarse un agente de acondicionamiento 29 adicional en ese sitio).

La figura 3 muestra otra modalidad de un aparato 31 para la mineralización de un material biológico de conformidad con la presente invención, que comprende una sonda 33 que cuenta con un mango 35, un cuello 37 y una cabeza 39. La sonda 33 se conecta con un controlador 41 mediante el 45 que, a su vez, se conecta con el contraelectrodo 43 a través del cable 47. El electrodo 43 puede ser un electrodo portátil o de "bucle" de boca o labio. La figura 4 muestra con mayor detalle el controlador 41 que comprende un modulador 49 que modula la forma y/o frecuencia y/o amplitud de la forma de onda enviada a la sonda 33.

La figura 5 muestra con mayor detalle la sonda 33 del aparato de la primera modalidad de la presente invención. En esta modalidad, el cable 45 se extiende a través del mango 35 de la sonda 33 hasta un depósito 55 que contiene un agente de mineralización 57. El agente de mineralización es empujado desde el depósito 55 a través de la cabeza 39 de la sonda 33 para entrar en contacto con el material biológico que, en este ejemplo, es un diente.

En otros ejemplos de la presente invención, el agente activo puede almacenarse de otros modos, como en una estructura porosa o un gel que puede ser aplicado directamente a un diente. En las modalidades de la presente invención en las que el agente de mineralización se almacena en una cámara en la sonda, éste puede ser introducido en la superficie de la sonda fabricando la cámara a partir de material flexible, para permitir que el agente de mineralización sea exprimido. De manera alternativa, la cámara podría contar con un émbolo o componente similar que empuje el agente de mineralización fuera de la cámara.

Con el fin de evitar la infección cruzada, el reactivo de mineralización generalmente es mantenido separado del dispositivo o implementado como una "punta de sonda" separable que se une/hace clic con la parte final del dispositivo.

La figura 6 es un diagrama de flujo 61 que muestra una primera modalidad del método de la presente invención. En el método de la presente invención, la forma de onda de la señal eléctrica de entrada en el circuito a partir del electrodo de sonda y el contraelectrodo, es controlada de modo que se transfiera desde un agente de mineralización hasta el material biológico 63. La respuesta eléctrica del circuito es entonces detectada 65 y la señal detectada es analizada para determinar si y el grado al que la forma de onda de la entrada eléctrica debe ser modificada como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito 67.

El siguiente ejemplo de uso de una modalidad de la presente invención se proporciona en relación con la remineralización de los dientes. El dentista identifica, en un paciente, un sitio específico del diente que debe ser remineralizado. Después de ello, es aplicado un agente de acondicionamiento y el sitio es limpiado para eliminar las proteínas y/o lípidos exógenos del sitio. El agente de acondicionamiento puede ser propulsado hacia una lesión cariosa hipo-mineralizada o desmineralizada, mediante iontoforesis, utilizando la sonda y los contraelectrodos, para optimizar la perturbación y eliminación del contenido de proteínas y/o lípidos exógenos.

La sonda 33 es insertada en la boca del paciente en el sitio del diente. El contraelectrodo 43 se conecta con el paciente. La sonda, que en este ejemplo comprende un dispositivo iontoforético, propulsa el reactivo de mineralización cargado 57 a través de la superficie externa del diente, con el fin de remineralizar la lesión cariosa en dicho sitio del diente.

Durante este proceso, el circuito eléctrico formado por la sonda 33, el paciente y el contraelectrodo 43, proporciona una señal de salida que identifica los cambios en la respuesta eléctrica del circuito que han sido provocados por el constante proceso de remineralización. La respuesta eléctrica es detectada por el detector 53, la señal es transferida al controlador 51 que procesa y compara la respuesta eléctrica con un conjunto de datos de respuestas eléctricas conocidas obtenidas de forma experimental para la remineralización. Estas respuestas proporcionan información estructural tridimensional sobre la cantidad y ubicación de la remineralización del diente. Por lo tanto, el controlador es capaz de enviar instrucciones de programa al modulador para alterar la forma de onda de la entrada de la señal eléctrica a la sonda 33 cambiando su frecuencia y/o amplitud y/o forma. Una vez que se ha determinado cualquier cambio a la forma de onda, el modulador 49 proporciona una salida a la sonda 33 que, a su vez, determina la manera en la que el agente de mineralización es propulsado a través de la superficie externa del diente. Una respuesta a los cambios en el patrón de remineralización del diente, puede producirse en tiempo real o de otro modo.

La comparación del conjunto de datos de las respuestas eléctricas obtenidas experimentalmente para la remineralización con la señal de salida detectada por el detector 53, requiere de la creación de un conjunto de datos o biblioteca de respuestas obtenidas experimentalmente. Esta información se deriva de los datos experimentales en donde las microimágenes de CT son tomadas para proveer las rebanadas de dientes virtuales. En este ejemplo de la presente invención, el proceso es de la siguiente manera.

Una muestra que tiene caries dental, o bien otros defectos generales (v.g., pérdida de densidad mineral), es digitalizada usando un sistema de tomografía tridimensional (v.g., rayos X, MRI, neutrón (ultrasonido). Se emplea un fantasma de calibración para determinar la relación entre el coeficiente de atenuación y la densidad de los electrones. Se emplean soluciones de hardware and software para reducir al mínimo las interferencias intrínsecas a las imágenes (v.g., endurecimiento por rayos, anillos, expansión). La reconstrucción de la muestra se logra usando las imágenes de proyección angular bidimensionales adquiridas y se alcanza para diferentes resoluciones espaciales o de voxeles (es decir, pixeles tridimensionales). Los algoritmos que procesan las imágenes tridimensionales se emplean para calcular las distribuciones espaciales de la densidad de los electrones, según lo representan los datos de atenuación vinculados con el fantasma. Estas distribuciones proporcionan información sobre el grado de mineralización de volúmenes relevantes de interés.

Después de un tratamiento de remineralización iontoforética, la muestra es digitalizada nuevamente y sometida a las metodologías mencionadas anteriormente. Las distribuciones subsiguientes (antes y después de los tratamientos) de la densidad mineral de volúmenes relevantes de interés, se comparan para informar de cambios inducidos en los patrones de mineralización.

Este proceso se repite para las muestras con grados variables de remineralización, para proporcionar información sobre los cambios en la estructura de muestra interna, que puede relacionarse con los cambios en las respuestas eléctricas de la muestra que se han producido durante el tratamiento de la muestra.

La técnica descrita informaría sobre cualquier heterogeneidad espacial de remineralización, proporcionando retroalimentación a partir de las respuestas eléctricas de la muestra a la ubicación espacial de la remineralización. Los conjuntos de datos adquiridos experimentalmente de tipo experimental, serán codificados en la biblioteca de dispositivo para proporcionar firmas características de la ubicación espacial y distribución de las densidades minerales que permitirían que el médico decida en relación con la respuesta en tiempo real para los patrones de remineralización. La retroalimentación proporcionada por la integración de los valores de impedancia de AC o de resistencia de DC del diente muestra y su incorporación en el controlador, informa las especificaciones del dispositivo, con el fin de optimizar la remineralización del tejido. De forma adecuada, las especificaciones iniciales podrían involucrar el uso de culometría potencial controlada, en donde las pulsaciones más largas son aplicadas, o bien cronoamperometría, en donde son aplicadas las pulsaciones más cortas. La retroalimentación sobre la naturaleza y grado del proceso de remineralización proporcionada por la presente invención, incluye información sobre el mismo y cuándo se deben modificar las especificaciones para que la culometría de corriente controlada optimice la remineralización a todo lo largo de la lesión.

En el caso de culometría de corriente controlada, la corriente se encuentra en un nivel constante, lo que significa que el flujo del reactivo de mineralización sería también constante. Esto resultaría deseable para promover una velocidad de remineralización constante, dado que se espera que la velocidad de remineralización sea directamente proporcional a la cantidad de corriente que fluye. De manera alternativa, puede permitirse que la corriente caiga como una función del tiempo y de manera que la velocidad de remineralización no sea constante con el tiempo.

En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 7, además de .caracterizarse el estado de mineralización del diente, la respuesta eléctrica del circuito proporciona información indicativa de la acumulación de proteínas y/o lípidos exógenos en el área de interés.

El diagrama de flujo 71 ilustra la transferencia de un agente de mineralización al material biológico 73. La respuesta eléctrica del circuito es entonces detectada 75 y la señal detectada es analizada para determinar si y el grado al que la forma de onda de la entrada eléctrica debe ser modificada como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito 77. Además, el detector de la presente invención se encuentra adaptado para detectar 81 cambios en la señal eléctrica que se deriven de la acumulación de proteínas, lípidos y otros materiales exógenos. Una vez que es detectado, el proceso de remineralización es interrumpido 83 y es reaplicado un agente de acondicionamiento 85 para un periodo específico. Posteriormente a ello, el proceso de remineralización puede reiniciarse.

La presencia de las proteínas y/o lípidos exógenos podría ser indicada por el aparato de la presente invención mediante el análisis de la respuesta eléctrica. En estas circunstancias, se indicará al usuario que se requiere del paso de re-acondicionamiento y realizará las acciones apropiadas para reaplicar un agente de acondicionamiento.

En otra modalidad de la invención, el aparato se encuentra provisto con un electrodo de referencia que, en este ejemplo, comprende un pequeño alambre de Ag/AgCI localizado cerca del electrodo de sonda. El electrodo de referencia permite un control más preciso del potencial eléctrico y es de uso particular cuando se requiere de grandes corrientes para tratar lesiones grandes.

La impedancia del diente puede ser medida mediante la aplicación de una señal de AC, como se ha descrito anteriormente. De manera alternativa, puede utilizarse una técnica de interrupción de corriente, por medio de la cual una corriente es aplicada para una cierta cantidad de tiempo y entonces el circuito se rompe con rapidez usando un relevador. La caída del potencial con el tiempo puede proporcionar información sobre la resistencia del diente.

Además, la invención puede ser utilizada en el preacondicionamiento de, por ejemplo, un diente en el que se emplea iontoforesis en el preacondicionamiento. Un agente de acondicionamiento puede ser propulsado en una lesión cariosa hipo-mineralizada o desmineralizada, mediante iontoforesis, para optimizar la perturbación del contenido de proteínas y lípidos exógenos y entonces la polaridad de la iontoforesis es invertida, si así se requiere, para ayudar a eliminar el material proteínico y otros materiales orgánicos del tejido hipo-mineralizado o desmineralizado. Los ejemplos de agentes adecuados incluyen blanqueador, detergente, agentes caotrópicos como urea, concentraciones altas de fosfatos, cocteles de proteasas (v.g., endopeptidasas, proteinasas y exopeptidasas) y cualquier otro agente hidrolizante, perturbador o solubilizante de proteínas. En este ejemplo de la presente invención, la sonda se une a una cámara separable que contiene un agente de acondicionamiento y se emplea la iontoforesis con esta cámara para propulsar el agente de acondicionamiento hacia el diente antes de realizarse el paso de remineralización.

El aparato y método de la presente invención proporciona retroalimentación eléctrica durante el acondicionamiento iontoforético a un detector y un controlador que modifica la forma de onda de la entrada eléctrica como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito durante el acondicionamiento.

Pueden incorporarse mejoras y modificaciones en la presente, sin desviarse del alcance de la invención.

Claims (43)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para mineralizar un área de interés en un material biológico, el aparato comprendiendo: un electrodo de sonda para recibir un agente de mineralización; un contraelectrodo; un modulador adaptado para producir una señal de entrada eléctrica en un circuito formado a partir del electrodo de sonda y el contraelectrodo y para provocar la transferencia del agente de mineralización desde el electrodo de sonda hasta el material biológico bajo la acción de la señal de entrada eléctrica; un detector para detectar la respuesta eléctrica del circuito; y un controlador adaptado para recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y para controlar el modulador, de manera que se modifique la forma de onda de la entrada eléctrica como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito.

2. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el modulador se encuentra adaptado para modular la forma de la forma de onda.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizado además porque el modulador se encuentra adaptado para modular la frecuencia de la forma de onda.

4. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el modulador se encuentra adaptado para modular la amplitud de la forma de onda.

5. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el detector mide la impedancia o la resistencia de DC del circuito.

6. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el modulador controla la corriente de la señal eléctrica de entrada.

7.- El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el modulador proporciona una corriente constante.

8. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el modulador controla el voltaje de la señal eléctrica de entrada.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el modulador proporciona un voltaje constante.

10. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el aparato comprende adicionalmente un electrodo de referencia adaptado para controlar la señal eléctrica de entrada.

11- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el controlador comprende un primer módulo que cuenta con ün conjunto de datos que describe la respuesta eléctrica característica de un material biológico de muestra en distintas etapas de la mineralización, así como un segundo módulo que compara dichos datos con la respuesta eléctrica detectada para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

12.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el conjunto de datos comprende información estructural tridimensional sobre la mineralización.

13.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 ó la reivindicación 12, caracterizado además porque el conjunto de datos proporciona la cuantificación del grado de mineralización.

14.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado además porque el conjunto de datos en combinación con el segundo módulo proporciona información estructural tridimensional sobre la mineralización del material biológico.

15 - El aparato de conformidad con las reivindicaciones 12 ó 14, caracterizado además porque la información estructural tridimensional se proporciona en tiempo real.

16.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el conjunto de datos comprende la información estructural que caracteriza a la densidad mineral en por lo menos parte del área de interés.

17. - El aparato de conformidad con las reivindicaciones 1 1 y 16, caracterizado además porque el segundo módulo aplica una función que define la relación entre la mineralización y la respuesta eléctrica, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

18. - El aparato de conformidad con las reivindicaciones 1 1 y 16, caracterizado además porque el segundo módulo aplica una tabla de búsqueda que contiene información sobre la respuesta eléctrica de los dientes y su mineralización, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

19. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrodo de sonda transfiere el agente de mineralización al material biológico mediante iontoforesis.

20. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el detector se encuentra adaptado para indicar, a partir de la respuesta eléctrica, la presencia de proteínas exógenas y/o lípidos en el área de interés.

21. - El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque un agente de acondicionamiento es aplicado al área de interés al indicarse la presencia de dichas proteínas exógenas y/o lípidos.

22 - Un método para mineralizar un área de interés en un material biológico, el método comprendiendo los pasos de: controlar la forma de onda de una señal eléctrica de entrada en un circuito formado a partir del electrodo de sonda y un contraelectrodo para transferir un agente de mineralización desde la sonda hasta el material biológico bajo la acción de la señal de entrada eléctrica; detectar la respuesta eléctrica del circuito; y recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y modificar la forma de onda de la entrada eléctrica como respuesta a la respuesta eléctrica detectada del circuito.

23.- El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el paso de controlar la forma de onda comprende modular la forma de la forma de onda.

24.- El método de conformidad con la reivindicación 22 ó la reivindicación 23, caracterizado además porque el paso de controlar la forma de onda comprende modular de la frecuencia de la forma de onda.

25. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado además porque el paso de controlar la forma de onda comprende modular la amplitud de la forma de onda.

26. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, caracterizado además porque el paso de detectar la respuesta eléctrica del circuito comprende medir la impedancia o la resistencia de DC del circuito.

27. - El método de conformidad con las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado además porque la corriente de la señal eléctrica de entrada es controlada.

28. - El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la corriente es controlada para proporcionar una corriente constante.

29. - El método de conformidad con las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado además porque el voltaje de la señal eléctrica de entrada es controlado.

30. - El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque el voltaje es controlado para proporcionar un voltaje constante.

31.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30, caracterizado además porque la señal eléctrica de entrada es controlada adicionalmente por un electrodo de referencia.

32.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 31 , caracterizado además porque el paso de recibir la respuesta eléctrica detectada del circuito y modificar la forma de onda, comprende comparar un conjunto de datos de respuesta eléctrica característica derivada de una serie de muestras de material biológico en distintas etapas de la mineralización con la respuesta eléctrica, detectada para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

33. - El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el conjunto de datos comprende la respuesta de resistencia de DC o impedancia característica de dicho material biológico muestra.

34. - El método de conformidad con las reivindicaciones 32 ó 33, caracterizado además porque el conjunto de datos se deriva de los datos experimentales.

35.- El método de conformidad con las reivindicaciones 31 a 34, caracterizado además porque el conjunto de datos proporciona información estructural tridimensional sobre la mineralización del material biológico.

36. - El método de conformidad con las reivindicaciones 32 a 35, caracterizado además porque el conjunto de datos proporciona la cuantificación del grado de mineralización.

37. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque la información estructural tridimensional se proporciona en tiempo real.

38. - El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el conjunto de datos comprende la información estructural que caracteriza a la densidad mineral en por lo menos parte del área de interés.

39. - El método de conformidad con las reivindicaciones 32 y 38, caracterizado además porque el segundo módulo aplica una función que define la relación entre la mineralización y la respuesta eléctrica, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

40. - El método de conformidad con las reivindicaciones 32 y 38, caracterizado además porque el segundo módulo aplica una tabla de búsqueda que contiene información sobre la respuesta eléctrica de los dientes y su mineralización, con el fin de comparar dichos datos con la respuesta eléctrica detectada y para determinar cualquier modificación requerida para la forma de onda de la entrada eléctrica.

41. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 40, caracterizado además porque el agente de mineralización es transferido al material biológico mediante iontoforesis.

42. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 41 , caracterizado además porque la respuesta eléctrica del circuito indica la presencia de proteínas exógenas y/o lípidos en el área de interés.

43.- El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque un agente de acondicionamiento es reaplicado al área de interés al detectarse la presencia de dichas proteínas exógenas y/o lípidos.