Устройство и способ для диагностики вторичного кариеса зубов

Группа изобретений относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использована для обнаружения вторичного кариеса. Группа изобретений представлена устройством и способом обнаружения вторичного кариеса. Устройство содержит в своем корпусе (6) блок генерации тока, блок предусилителей (4), микропроцессорный блок управления (5), и, по меньшей мере, один неподвижный электрод (2), расположенный на слизистой оболочке полости рта, и, по меньшей мере, один подвижный электрод, установленный на зубе (1). Подают на электроды электрический сигнал стимуляции, имеющий форму синусоидально изменяющегося тока с частотой от 200 Гц до 100 кГц и амплитудой от 50 мВ до 5 В. Проводят измерение амплитуды и фазы электрического отклика на электродах на выбранной частоте и частотах, кратных выбранной частоте, для предоставления спектра гармонического отклика. Проводят анализ спектра отклика для идентификации признаков, характерных для кариозных изменений. Группа изобретений позволяет быстро, неинвазивно и точно обнаружить вторичный кариес за счет определения изменения гармонического отклика зуба на выбранной частоте и частотах, кратных выбранной частоте. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к устройству и способу для обнаружения вторичного кариеса зубов, которые могут применяться в стоматологии.

Способ исследования биологических клеток с помощью их стимуляции синусоидальным переменным током и изучения нелинейного отклика от этих клеток был описан в заявке на патент WO 92/04630. Вышеуказанные клетки находятся в исследуемой аналитической среде, например, в виде суспензии или биологической ткани.

Описанное изобретение используется для изучения свойств раствора или биологической ткани в целом. В случае проведения исследований в естественных условиях основной проблемой является наличие сложных биологических систем ткани, которые значительно отличаются по связанным с ними биофизическим и биохимическим параметрам. В естественных условиях исследования в большинстве случаев будут исследованы целые органы, а не ткани или группы одинаковых клеток.

Таким образом, описанное изобретение не может быть использовано для диагностики вторичного кариеса зубов, так как зуб - это орган, состоящий из множества тканей, свойства которых существенно отличаются, включая твердые ткани, которые имеют уникальные физические и химические свойства, которые явно отличаются от свойств электролитов клетки или мягких тканей, которые должны были быть изучены по способу, описанному в предшествующем уровне техники.

При изучении зуба с использованием способа, указанного в предшествующем уровне техники изобретения, невозможно механически отделить один выбранный участок ткани без ее разрушения.

Зуб состоит из минеральных компонентов, электролитов и биологических клеток, а также тех минеральных компонентов, электролитов и биологических клеток, которые расположены в мягких тканях.

Таким образом, как исследование человеческого зуба биоимпедансным способом (включая анализ частотной характеристики) в искусственных условиях, так и исследование в естественных условиях, как в целом, так и способом анализа результатов, существенно отличается от исследования отдельных биологических тканей.

Электрические свойства (проводимость и диэлектрическая проницаемость) зуба или твердой ткани в целом существенно отличаются от тех же характеристик мягкой ткани.

Существуют и другие источники нелинейности в ткани зуба, отличные от тех, которые описаны в указанном патенте.

В настоящее время диагностика вторичного кариеса проводится с использованием хорошего глазомера и прикусной рентгенограммы зубов.

При использовании вышеупомянутого способа зуб должен быть очищен от налета и высушен. Также пациент подвергается потенциально вредному ионизирующему излучению. Этот способ требует больших затрат времени и не позволяет получить немедленный диагноз.

Также существуют современные оптические способы, например устройство для обнаружения кариеса Diagnodent, которые имеют ограниченные возможности обнаружения. Амальгамовые пломбы непрозрачны, и эффективность устройства демонстрирует низкую чувствительность и избирательное действие.

Другим способом, который находит широкое применение в диагностике качества эмали, является измерение биоимпеданса. Его нередко применяют в исследованиях по пломбированию корневого канала и в последнее время используют, в частности, для изучения качества эмали.

Измерение биоимпеданса эмали заключается в анализе спектра ее импеданса переменному току и позволяет точно определять параметры проницаемости и проводимости эмали, которые существенно изменяются при наличии болезненных процессов.

Этот способ особенно точен, если известна структура зуба. Кроме того, исследование является неинвазивным, оно не занимает много времени, и затраты на производство измерительного устройства относительно низки. Эти преимущества уже были использованы в коммерчески доступных устройствах для анализа биоимпеданса эмали (например www.cariescan.com).

Вышеупомянутый способ демонстрирует очень высокую чувствительность (правильная идентификация кариесных пятен) в физическом, а не в медицинском смысле, но очень низкое разрешение (правильная идентификация здоровых мест), а это означает, что отклик может зависеть от ряда биофизических факторов и явлений, таких как, например, присутствие воды, чистота поверхности, включая микробиологическую чистоту. Способ не может быть использован для исследования вторичного кариеса.

Таким образом, все еще существует потребность в способе и устройстве для диагностики вторичного кариеса, причем данный способ должен быть быстрым, не должен подвергать пациентов ионизирующему излучению, должен иметь высокое разрешение, позволяющее обнаружить присутствие водной среды, такой как бактериальная микрофлора, или изменения здоровой эмали, вызванные развитием вторичного кариеса. Этот способ также должен учитывать специфические электрические свойства (проводимость и диэлектрическая проницаемость) зуба и его пломбы (то, что амальгама не прозрачна).

Цель настоящего изобретения состоит в изучении всех нелинейных процессов, связанных с протекающими переменными токами, которые присутствуют в человеческом зубе, и установления связи определенной частотной характеристики с возникновением вторичного кариеса, который представляет собой изменение эмали и/или состава и структуры дентина в результате кариозных процессов. Неожиданно вышеупомянутая проблема была решена представленным изобретением.

Первый вариант воплощения изобретения представляет собой устройство для обнаружения вторичного кариеса, отличающееся тем, что оно содержит в своем корпусе блок генерации тока, предпочтительно оснащенный высоколинейными усилителями, причем ток имеет форму синусоидально изменяющегося сигнала, предпочтительно с одной частотой, выбранной в диапазоне частот от 200 Гц до 100 кГц и амплитудой от 50 мВ до 5 В; блок предусилителей, предпочтительно высокой чувствительности и линейности с измерительными компонентами фазочувствительных детекторов, предпочтительно с одной частотой, выбранной в диапазоне частот от 200 Гц до 100 кГц, а также в основном предпочтительно кратными ей; микропроцессорный блок управления, предпочтительно с миниатюрной клавиатурой и блоком отображения, и по меньшей мере один неподвижный электрод, расположенный на слизистой оболочке полости рта, и по меньшей мере один подвижный электрод, устанавливаемый на зубе.

Также предпочтительно, чтобы устройство в соответствии с изобретением содержало дополнительный интерфейс, который может взаимодействовать с внешним устройством, предпочтительно с компьютером или другим периферийным устройством.

Второй вариант воплощения изобретения представляет собой способ для обнаружения вторичного кариеса с помощью по меньшей мере одного подвижного электрода, расположенного на поверхности обследуемого зуба, в частности на амальгамовой пломбе, и по меньшей мере одного неподвижного электрода, закрепленного на слизистой оболочке ротовой полости около обследуемого зуба, который обычно включает:

подачу электрического сигнала стимуляции в виде синусоидально изменяющегося тока, предпочтительно с одной частотой, выбранной в диапазоне частот от 200 Гц до 100 кГц, и амплитудой от 50 мВ до 5 В,

измерение амплитуды и фазовых компонентов электрического отклика системы, предпочтительно с одной частотой, выбранной в диапазоне частот от 200 Гц до 100 кГц, и кратных ей, предпочтительно до 1 МГц, а затем

анализ спектра отклика для идентификации признаков, характерных для кариозных изменений.

Способ, соответствующий изобретению, также эффективен потому, что обычно характерные признаки спектра кариозных поражений коррелируют с наличием бактерий, вызывающих кариес, что приводит к выводу о наличии поражений.

Тот факт, что кариес зубов имеет микробиологическое происхождение, используется в качестве основы для обнаружения и мониторинга вторичного кариеса с помощью биогармонических измерений в соответствии с изобретением.

Измерения импеданса, которые использовались до сих пор, были недостаточно селективными по сравнению с биогармоническими измерениями в соответствии с настоящим изобретением.

Отклик системы, полученный в ходе выявления кариеса, использующий биогармонический способ, также содержит информацию о структуре биологической ткани и процессах переноса заряда или переноса вещества. Все эти явления вместе с микробиологическими процессами используются для диагностики вторичного кариеса с высокой чувствительностью и избирательностью.

Примеры реализации изобретения представлены на чертежах, где: на фиг. 1 показано устройство обнаружения кариеса, на фиг. 2 - устройство обнаружения кариеса с интерфейсом 3, который взаимодействует с периферийным устройством, а на фиг. 3 и 4 продемонстрированы примеры результатов протекания тока в здоровом зубе (фиг. 3) и в зубе с вторичным кариесом под амальгамовой пломбой (фиг. 4). Кроме того, фиг. 3а и 4а иллюстрируют структуру, а фиг. 3b и 4b - направления протекания тока, в то время как на фиг. 3с и 4с показано распределение плотности тока. На фиг. 5 схематически показано устройство, используемое для измерений в искусственных условиях, на фиг. 6 представлены результаты, полученные для удаленного здорового зуба, на фиг. 7 приведены результаты, полученные для здорового зуба с пломбой, а на фиг. 8 показаны результаты, полученные для зуба с пломбой и добавлением бактерий, а именно Lactobacillus acidophilus.

Пример 1

Подвижный электрод был помещен на поверхность зуба с амальгамовой пломбой, а неподвижный электрод был закреплен на слизистой оболочке полости рта в непосредственной близости от обследуемого зуба.

Затем был приложен электрический стимулирующий сигнал в виде синусоидальной формы волны с частотой 100 кГц.

Затем было произведено измерение амплитуды и фазовых компонентов электрического отклика системы на частоте 100 кГц и пяти ей кратных частотах до 1 МГц.

Затем был выполнен анализ спектра отклика для идентификации признаков, характерных для кариозных изменений. Идентичная процедура была повторена для здорового зуба.

Была выполнена имитация прохождения переменного тока через здоровый зуб и зуб с вторичным кариесом под амальгамовой пломбой в модели линейного отклика.

Имитация проводилась с использованием способа конечных элементов, исходя из прохождения переменного тока (с частотой 10 кГц) по двумерной части зуба в десне с одним электродом, расположенным на слизистой оболочке, а другим - касающимся окклюзионной (прикусной) поверхности зуба.

Было сымитировано наличие в зубе амальгамовой пломбы и вторичного кариозного поражения.

Используемые модели и результаты представлены на фиг. 3 и 4. На фиг. 3а и 4а показано распределение тканей, имеющих различные электрические свойства, на поперечном срезе зуба. Различными оттенками цвета отмечены эмаль, дентин и пульпа. Также отмечен электрод, расположенный в зубе.

Амальгамовая пломба в непосредственной близости от зоны вторичного кариеса показана на фиг. 4а. Направление сымитированного протекания тока отмечено тонкими линиями на фиг. 3b и 4b.

Карта плотности тока, рассчитанная при имитировании, представлена на фиг. 3с и 4с. Белыми областями отмечены самые низкие плотности тока, а черными - самые высокие плотности тока.

Из результатов имитации видно, что наиболее высокие плотности тока наблюдаются в пульпе и в дентине, в области между точкой расположения электрода и точкой пульпы, расположенной наиболее близко к ней.

Плотность тока увеличивается в зубе с пломбой из-за хорошей электрической проводимости амальгамы и уменьшения толщины слоя дентина, который имеет худшую электрическую проводимость.

Это приводит к еще более высокой концентрации линий, отображающих протекание тока в области, где может возникнуть вторичный кариес, что облегчает определение частотной характеристики кариозной ткани.

Пример 2

Устройство для обнаружения вторичного кариеса состоит из корпуса, в котором расположен блок генерации тока 6. Он содержит усилители с высокой линейностью. Генерируемый ток имеет форму синусоидально изменяющегося сигнала с частотой 100 кГц.

Неподвижный электрод 2 подключен к блоку генерации тока на одной стороне, а подвижный электрод 1, расположенный на зубе, подключен к другой его стороне.

Блок предусилителей высокой чувствительности и линейности, измерительные компоненты фазочувствительных детекторов с частотой 100 кГц, а также пяти ей кратных значений подключены параллельно к вышеупомянутому электроду.

Микропроцессорный блок управления 5 с миниатюрной клавиатурой и блоком отображения подключен к блоку предусилителя 4 с одной стороны и к блоку генерации тока 6 с другой стороны.

Блок генерации тока 6 производит измерение тока, который протекает через подвижный электрод, размещенный на зубе 1, и неподвижный электрод 2.

Затем сигнал считывается и усиливается в блоке предусилителей 4. Блок генерации тока 6 управляется предоставленной микропроцессорной системой управления 5, которая подключена к блоку предусилителей 4. Схема соединений устройства показана на фиг. 1.

Пример 3

Устройство, которое описано в примере 2, содержащее интерфейс 3, должно быть подключено к периферийному устройству, подключенному к микропроцессорному блоку управления 5. Компьютер был подключен к интерфейсу. Схема соединений устройства показана на фиг. 2.

Пример 4

Результаты, полученные в искусственных условиях на удаленном зубе

Измерения проводились на зубах, удаленных несколько дней назад. Корень каждого зуба, а также фиксированный электрод 2 погружали в 0,9% водный раствор NaCl, называемый физиологическим раствором. Острие стандартного зубного зонда было использовано в качестве подвижного электрода 1. Физиологический раствор также использовался для поддержания зубов увлажненными во время выполнения измерений для имитации условий ротовой полости. Синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой в 2,5 В был приложен к электродам 1 и 2 через последовательно включенные резисторы 2×10 кОм R, и отклик был проанализирован на цифровом частотном анализаторе 4, как показано на фиг. 5.

Измерения были проведены на здоровых зубах, в которых стоматолог сделал комбинированные пломбы, либо чистые, либо с добавлением бактерий (а именно Lactobacillus acidophilus). На скриншотах на фиг. 6-8 представлены результаты, полученные на частотном анализаторе. Результаты представлены в частотном диапазоне, т.е. горизонтальная ось является осью частот с единицей в 1/32 кГц. Пики на отметках 32, 64, 96 и т.д. соответствуют частоте возбуждения 1 кГц и ее гармоникам, т.е. 2 кГц, 3 кГц и т.д. Ось Y отображает интенсивность отклика зуба на каждой частоте, представленной в логарифмическом масштабе по отношению к частоте возбуждения отклика, т.е. основной пик на 1 кГц всегда соответствует 0 дБ. Порог чувствительности применяемого устройства составляет приблизительно -100 дБ для второй и третьей гармоники и приблизительно -110 дБ для более высоких гармоник; пики, которые появляются ниже этого уровня, являются искажениями.

Измеряемые гармоники были зарегистрированы только тогда, когда при пломбировании присутствовали (были добавлены) бактерии (живые). В таких случаях был получен нелинейный спектр биоимпеданса бактерий. На фиг. 6 показаны примерные результаты, полученные для удаленного здорового зуба (без пломбирования и без добавления бактерий). На фиг. 7 показаны примерные результаты для здорового зуба с чистой (без добавления бактерий) пломбой, сделанной стоматологом. На фиг. 8 показаны примерные результаты, полученные для здорового зуба, в который при пломбировании добавляли бактерии. Эти результаты были воспроизведены для различных зубов.

1. Устройство для обнаружения вторичного кариеса, содержащее в своем корпусе (6) блок генерации тока, генерирующий ток, который имеет форму синусоидально изменяющегося сигнала и имеет частоту, выбранную из диапазона частот от 200 Гц до 100 кГц, и амплитуду от 50 мВ до 5 В;
блок предусилителей (4), имеющий фазочувствительные измерительные компоненты, выполненные с возможностью измерения выбранной частоты и частот, кратных выбранной частоте, генерированных указанным блоком генерации тока для предоставления спектра гармонического отклика;
микропроцессорный блок управления (5), подключенный к блоку генерации тока и к блоку предусилителей;
по меньшей мере, один неподвижный электрод (2), подходящий для размещения на слизистой оболочке ротовой полости и подключенный к блоку генерации тока и к блоку предусилителей;
по меньшей мере, один подвижный электрод, выполненный с возможностью установки на зубе (1) и подключенный к блоку генерации тока и к блоку предусилителей.

2. Устройство по п. 1, в котором микропроцессорный блок управления содержит интерфейс (3), который может взаимодействовать с внешним устройством.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что блок генерации тока содержит высоколинейные усилители.

4. Устройство по п. 1 или 2, в котором микропроцессорный блок управления содержит миниатюрную клавиатуру и блок отображения.

5. Способ для обнаружения вторичного кариеса, включающий использование, по меньшей мере, одного подвижного электрода, расположенного на поверхности обследуемого зуба, и, по меньшей мере, одного неподвижного электрода, закрепленного на слизистой оболочке ротовой полости около обследуемого зуба, содержащий:
a) подачу на электроды электрического сигнала стимуляции, имеющего форму синусоидально изменяющегося тока и имеющего частоту, выбранную из диапазона частот от 200 Гц до 100 кГц и амплитуду от 50 мВ до 5 В;
b) измерение амплитуды и фазы электрического отклика на электродах на выбранной частоте и частотах, кратных выбранной частоте, поданное на электроды, для предоставления спектра гармонического отклика; и
c) анализ спектра отклика для идентификации признаков, характерных для кариозных изменений.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что этап анализа содержит идентификацию признаков спектра отклика, которые коррелируют с наличием бактерии, вызывающей кариес.

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что подвижный электрод расположен на поверхности амальгамовой пломбы.