СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВЕЛОСИММЕТРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБОВ
METHOD OF ULTRASONIC BILOSYMMETRY FOR ASSESSING THE STATE OF HARD TISSUES OF TEETH

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и предназначено для выявления структурных изменений в твердых тканях временных и постоянных зубов, а также кариозных процессов, возникающих на разных стадиях развития кариеса.
Наиболее близким является способ, описанный в [1. Ерганова О.И. Совершенствование методов комплексной диагностики состояния твердых тканей и пульпы зубов у лиц пожилого возраста: Автореф. дис. канд. мед. наук/. - М., 2010. - 23 с.]. В этом способе определяют акустические параметры твердых тканей зуба у лиц пожилого возраста с использованием теневой ультразвуковой денситометрии (in vitro). Сущность известного способа заключается в выполнении следующей последовательности действий:
слой геля накладывают между шлифом зуба и датчиком, чтобы обеспечить хороший акустический контакт,
с помощью универсального позиционера ультразвуковые (диагностические) датчики с нанесенным на них эхогелем неподвижно фиксируют на шлифе зуба,
регистрируют расстояние между датчиками и время прохождения ультразвуковой волны, отображаемое на экране дефектоскопа,
выполняют расчет скорости прохождения ультразвуковой волны производится по формуле V=S/t, где V - скорость распространения ультразвука, S - толщина шлифа, t - время прохождения ультразвука,
по изменениям скорости распространения ультразвука в исследуемом зубе определяют минеральную плотность твердых тканей зуба.
Недостатком данного способа является большой разброс показателей ультразвукового исследования по причине отсутствия четкой локализации геля для ультразвукового исследования между исследуемым объектом и пьезоэлектрическими преобразователями. При плотном контакте диагностических датчиков с твердыми ткани зуба происходит растекание геля по поверхности, приводящее к более выраженному дифракционному расхождению ультразвуковых волн, увеличению их интерференции и искажению формы импульса, что влияет на разброс показателей скорости ультразвуковой волны в исследуемом объекте и точность исследования.
Задачей изобретения является повышение до статистически достоверной точности оценки состояния твердых тканей зубов посредством ультразвуковой теневой велосимметрии в результате уменьшения разброса показателей скорости ультразвукового сигнала в исследуемом объекте.
Поставленная задача решается посредством способа ультразвуковой теневой велосимметрии для оценки состояния твердых тканей зубов, который включает следующие этапы:
на корпуса передающего и принимающего ультразвуковой сигнал пьезоэлектрических преобразователей стоматологического ультразвукового денситометра устанавливают адаптационные манжеты, при этом адаптационные манжеты представляет собой трубки, ориентированные вдоль направления распространения сигнала,
на область протекторов пьезоэлектрических преобразователей наносят гель для ультразвуковых исследований высокой вязкости до уровня краев адаптационных манжет,
пьезоэлектрические преобразователи фиксируют неподвижно на исследуемой зоне исследуемого объекта посредством позиционера,
определяют значение скорости ультразвукового сигнала посредством стоматологического ультразвукового денситометра,
вычисляют разность между определенной таким образом скоростью ультразвукового сигнала и заранее определенной эталонной скоростью и определяют состояние твердых тканей зуба.
Внутренний диаметр отверстия адаптационной манжеты выбирают таким образом, что он равен диаметру основания протекторов пьезоэлектрических преобразователей.
Толщину стенки адаптационной манжеты выбирают равной 1-2 мм.
В качестве материала адаптационной манжеты могут использовать медицинский силикон.
Исследуемым объектом может являться коронковая часть временного или постоянного зуба, или шлиф зуба.
Значение заранее определенной эталонной скорости могут заранее определять для каждой группы временных и постоянных зубов.
В предлагаемом способе использование адаптационных манжет позволяет обеспечить оптимальное прилегание передающих и принимающих ультразвуковой сигнал пьезоэлектрических преобразователей к неровным поверхностям исследуемого объекта, например, коронковой части временного или постоянного зуба, шлифам зуба, предотвратить растекание и улучшить локализацию геля для ультразвукового исследования, создать оптимальный акустический тракт с менее выраженными дифракционным расхождением ультразвуковых волн, их интерференцией и искажениями формы импульса.
Предлагаемый способ позволяет повысить качество исследований и более точно выявлять скрытые очаги деминерализации, кариозные дефекты в структуре твердых тканей временных и постоянных зубов, возникающих на разных стадиях развития кариеса.
Изобретение поясняется фигурой, при этом на фиг. 1 показано использование адаптационных манжет в предлагаемом способе.
Физической основой способа является ультразвуковой велосимметрический контроль, учитывающий влияние дефектов на скорость распространения упругих волн в исследуемом объекте, а также на изменение пути волны между излучателем и приемником, вызванном наличием дефекта. Это явление фиксируют по запаздыванию прихода импульса. Исследование этим методом велосимметрического контроля может осуществляться односторонним и двусторонним способами. Регистрируется разность скоростей на бездефектном и дефектном участках, а также изменение амплитуды принятого сигнала [2. Алешин Н.П., Бобров В.Т., Ланге Ю.В., Щербинский В.Г. Ультразвуковой контроль: учеб. пособие / под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Издательский дом «Спектр», 2011. - 224 с.: ил. - Диагностика безопасности. ISBN 978-5-904270-59-9. 3. Зацепин, А.Ф. Акустический контроль: учебное пособие / А.Ф. Зацепин; под ред. чл.-кор. РАН, проф., д-ра техн. наук В.Е. Щербинина. — Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2016 - 211 с., ISBN 978-5-7996-1818-6.].
Для осуществления способа используют стоматологический ультразвуковой денситометр, который содержит передающий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1, который преобразует электрический сигнал в ультразвуковые колебания с зондирующей частотой в диапазоне от 5,0 до 10,0 МГц, излучаемые в исследуемый объект 4, и принимающий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 3, который преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал, подаваемый на вход предварительного усилителя. Исследуемым объектом 4 может быть коронковая часть временного или постоянного зуба (как показано на фиг. 1), или шлифы зуба.
Оба ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователя 1 и 3 выполнены с возможностью установки на них адаптационных манжет 6. Адаптационные манжеты 6 могут представлять собой трубки, выполненные из медицинского силикона. К положительным свойствам медицинского силикона можно отнести: не поглощает влагу; препятствует адгезии; не выделяет токсинов; высокая совместимость с органическими тканями; отсутствие неприятного запаха; гибкость, быстрая восстанавливаемость; высокая прочность - удлинение на разрыв составляет до 700% от первоначальной длины; устойчивость к деформации; хорошие изоляционные свойства.
Адаптационная манжета 6, являясь трубкой, представляет собой полый цилиндр и в надетом на преобразователь 1 или 3 состоянии ориентирована вдоль направления распространения сигнала. Внутренний диаметр отверстия адаптационной манжеты 6 равен диаметру основания протекторов пьезоэлектрических преобразователей, а толщина стенки манжеты 6 составляет 1-2 мм.
Для обеспечения хорошего акустического контакта и лучшей передачи ультразвукового сигнала используют гель 2 для ультразвуковых исследований, при этом гелем 2 заполняют отверстия адаптационных манжет 6 между пьезоэлектрическими преобразователями 1 или 3 и исследуемым объектом 4.
В качестве стоматологического ультразвукового денситометра может быть использован, например, ультразвуковой аппаратно-программный комплекс (УАПК), представляющий собой компьютеризированную многофункциональную систему обработки и хранения аналоговой и цифровой информации и содержащий два ультразвуковых широкополосных пьезоэлектрических преобразователя, входной широкополосный малошумящий усилитель "Olympus" (модель 5682) и портативный промышленный компьютер "ОНИКС-4412/14", снабженный блоками цифро-аналогового преобразования (ЦАП типа "Генератор сигналов произвольной и специальной формы ГСПФ-52") и аналого-цифрового преобразования (АЦП типа "ЛА-н10-12РС1", предназначенный для прецизионного аналого-цифрового преобразования с высокой частотой дискретизации и снабженный двумя синхронными каналами, что позволяет работать с квадратурными каналами или с двумя приемными антеннами).
Усилитель, входящий в состав УАПК, увеличивает входной сигнал, поступивший от пьезоэлектрического преобразователя 3 и с выхода передает его на вход АЦП, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой, сохраняет его во внутреннем буфере, а затем передает данные в оперативную память промышленного компьютера. Компьютер осуществляет хранение, обработку сигнала с использованием программы «Denta.32» и вывод результата обработки на экран в виде осциллограмм, диаграмм и графиков.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
На корпуса пьезоэлектрических преобразователей 1 и 3 устанавливают адаптационные манжеты 6 из медицинского силикона.
На область протекторов пьезоэлектрических преобразователей 1 и 3 наносят гель 2 для ультразвуковых исследований высокой вязкости до уровня края адаптационной манжеты 6.
Преобразователи 1 и 3 неподвижно фиксируют на исследуемой зоне исследуемого объекта 4 посредством позиционера.
Используя программу Denta.32 стоматологического ультразвукового денситометра, выставляют необходимые параметры ультразвукового сигнала, наиболее подходящие для акустических свойств твердых тканей, обладающих гетерогенной структурой: рабочая частота 6500 кГц, девиация 50%, включается флажок «теневой режим», активируется «накопление» и выставляется параметр «100» для исключения возникновения помех УЗ сигнала, активируется флажок «порог 0,5» для выявления необходимого значения задержки сигнала в мкс. Скорость ультразвукового сигнала в м/с программа вычисляет в автоматическом режиме.
Используя автоматически определенную таким образом скорость ультразвукового сигнала в твердых тканях временных и постоянных зубов, вычисляют разность между этой скоростью ультразвукового сигнала и заранее определенной эталонной скоростью, затем по вычисленной разности скоростей определяют состояние твердых тканей зуба.
Например: скорость ультразвукового сигнала через здоровый дентин в зубах группы премоляров у подростков составляет в среднем 2932 м/с, через деминерализированный дентин в среднем - 2170 м/с, разница этих значений на 762 м/с является задержкой ультразвукового сигнала измененными деминерализированными тканями и может быль использована как диагностический критерий.
Указанное выше значение 2932 м/с для скорости ультразвукового сигнала через здоровый дентин в зубах группы премоляров может быть использовано в качестве заранее определенной эталонной скорости для этой группы зубов. Специалист может сформировать набор значений заранее определенной эталонной скорости для каждой группы временных и постоянных зубов. Это позволит повысить точность диагностики.
Результатом исследования может быть, например, обнаружение очагов деминерализации, кариозной полости 5, и других дефектов твердых тканей зубов.
Авторы установили, что эта разница скоростей ультразвуковой сигнала у здоровых и патологически измененных твердых тканей эмали и дентина временных и постоянных зубов, является диагностически значимой.
Примеры Пример № 1
Проводилось изучение разброса скорости ультразвукового сигнала в образцах шлифов зубов пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 3 стоматологического ультразвукового денситометра с использованием адаптационных манжет 6 и без них. Исследование проводилось на удаленных у детей подросткового возраста по различным показаниям постоянных зубах группы премоляров. В исследование включали зубы с сохраненной коронкой и отсутствием видимых изменений. Образцы зубов для исследования собирались в нужном количестве и замораживались. Перед исследованием зубы размораживались, очищались от мягких тканей, далее с целью дезинфекции помещались в 0,05% водном растворе хлоргексидина. Из этих зубов для исследования приготовили сагиттальные шлифы толщиной ~2,0 мм в количестве 18 штук.
Проводилась оценка акустических свойств твердых тканей шлифов зубов в теневом режиме работы с использованием адаптационных манжет 6 и без них. Исследование проводилось в зоне щечного бугра эмали и щечного бугра дентина у каждого образца. Для изучения разброса в ряде данных использовали статистическую программу «BioStat 7» при вычислении статистического коэффициента вариации для каждой из групп образцов. Результаты исследования: результаты измерения представлены в таблице №1.
Коэффициент вариации позволяет оценить разброс данных по относительной величине в условных единицах и процентах. При использовании ПЭП без AM в группе образов в зоне щечного бугра эмали, и щечного бугра дентина были получены данные скорости прохождения ультразвукового сигнала с коэффициентом вариации 36% и 34% соответственно. При использовании ПЭП с AM разброс данных скорости прохождения ультразвукового сигнала в зоне щечного бугра эмали в группе образцов сокращается до 23%, для щечного бугра дентина в группе образцов сокращается до 17%. Таким образом, точность измерения скорости ультразвукового сигнала пьезоэлектрическими преобразователями с адаптационными манжетами для эмали увеличивается до 40%, для дентина до 50%.
Пример № 2
Проводилось изучение скорости ультразвукового сигнала в образцах шлифов зубов до и после деминерализации пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 3 стоматологического ультразвукового денситометра с использованием адаптационных манжет 6. Исследование проводилось на удаленных у детей подросткового возраста по различным показаниям постоянных зубах группы премоляров. В исследование включали зубы с сохраненной коронкой и отсутствием видимых дефектов. Образцы зубов для исследования собирались в нужном количестве и замораживались. Перед исследованием зубы размораживались, очищались от мягких тканей, далее с целью дезинфекции помещались в 0,05% водном растворе хлоргексидина биглюконата. Из этих зубов для исследования готовили сагиттальные шлифы толщиной ~2,0 мм в количестве 14 штук.
Для воспроизведения деминерализации твердых тканей зуба в эксперименте, проводили следующую подготовку каждого образца: половину шлифа каждого из зубов покрывали кислотоустойчивым лаком, далее после полимеризации лака образцы помещали в пробирку с 50 мл р-ра лактатного буфера, который содержал 2,2 мМ кальция и фосфата в соответствии с рекомендациями [Mclntyre JM, Featherstone JDB, Fu J. Studies of dental root surface caries. 1: comparison of natural and artificial root caries lesions. Australian Dental Journal. 2000 Mar; 45(l):24-30. English. PubMed: 10846269]. Буферный раствор доводили до рН 3,0. Раствор для деминерализации меняли еженедельно в течение 2 недель. После извлечения образцов из деминерализирующего раствора, образцы обрабатывались в ультразвуковой ванночке в деионизированной воде с тимолом, чтобы предотвратить рост бактерий.
Оценка акустических свойств твердых тканей шлифов зубов проводилась пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 3 стоматологического ультразвукового денситометра с использованием адаптационных манжет 6. Исследование проводилось в зоне щечного бугра эмали и щечного бугра дентина у каждого образца до и после деминерализации. Статистический анализ проводили на персональном компьютере с использованием программы "BioStat 7". Для проверки достоверности различий значений в группах использовали U-критерий Манна-Уитни.
Результаты измерения представлены в таблице №2
вычислялась по стандартной формуле расчета U-критерия Манна-Уитни для сравниваемых независимых выборок.
При сравнении средних значений скорости ультразвукового сигнала в группах образцов эмали до и после декальцинации - «эмаль №1» и «эмаль №2» выявлены статистически значимые различия (U=44<55). Так же выявлены статистически значимые различия (U=27<55) средних значений скорости ультразвукового сигнала в группах образцов дентина до и после декальцинации - «дентин №2» и «дентин №4».
Пример № 3
д
Проводилось изучение скорости ультразвукового сигнала в образцах коронковой части временных и постоянных зубов пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 3 стоматологического ультразвукового денситометра с использованием адаптационных манжет 6. В исследование включали временные и постоянные зубы группы моляров, удаленные у детей разного возраста по хирургическим показаниям с сохраненной коронкой частью и наличием кариозного дефекта. Образцы зубов для исследования собирались в нужном количестве и замораживались. Перед исследованием зубы размораживались, очищались от мягких тканей, далее с целью дезинфекции помещались в 0,05% водном растворе хлоргексидина биглюконата. Датчики располагали на щечной и язычной поверхностях коронковой части зуба, в зонах со здоровыми твердыми тканями и кариозным дефектом. Вычисляли разницу показателей скорости ультразвукового сигнала (АС) для каждого образца в зонах со здоровыми твердыми тканями и кариозным дефектом (Сз.т. -С)
Результаты измерения представлены в таблице №3
Таблица №3. Оценка скорости ультразвукового сигнала в (м/с) в исследуемых объектах - коронковая часть временных и постоянных зубов.
3
3
3
3
3
3
По результатам исследования установлено: скорость ультразвукового сигнала через коронковую часть временных моляров в зоне здоровых твердых тканях (Сз.т) определялась в диапазоне 2,5-4,0×10 м/с , в зоне кариозного дефекта (Сд) определялась в диапазоне 1,4-2.0×10 м/с, Разница значений (АС) составила в диапазоне 1.0-2.4×10 м/с. Скорость ультразвукового сигнала через коронковую часть постоянных моляров в зоне здоровых твердых тканях (Сз.т) определялась в диапазоне 2,0-2,2×10 м/с , в зоне кариозного дефекта (Сд) определялась в диапазоне 1,1-1,7×10 м/с, Разница значений (ΔС) составила в диапазоне 0.5-0.7×10 м/с.
Вывод: разработанный способ ультразвуковой велосимметрии для оценки состояния твердых тканей временных и постоянных зубов, в котором используют пьезоэлектрические преобразователи с адаптационными манжетами, с высокой степенью точности позволяет дифференцировать кариозные дефекты, а также деминерализированные ткани эмали и дентина от здоровых (не деминерализированных), что дает возможность рекомендовать данный способ исследования для дополнительной диагностики скрытых очагов деминерализации, кариозных дефектов в структуре твердых тканей временных и постоянных зубов, возникающих на разных стадиях развития кариеса.
Достоинствами способа являются: безопасность (в отличие от рентгеновского снимка, компьютерной томографии и других методов рентгенологической диагностики в ультразвуковом способе отсутствует радиоактивное излучение, что делает его оптимальным способом обследования для беременных и детей на регулярной основе, без ограничений по частоте прохождения); скорость обследования (процесс диагностики занимает в среднем 5-7 минут); мобильность (портативный аппарат легко перемещается при необходимости, подходит для массовой диагностики); доступность (по сравнению с МРТ- и КТ-денситометрией, ультразвуковые обследования отличаются невысокими ценами).