Устройство для определения плотности челюстной кости
JAW BONE DENSITY MEASURING DEVICE

Область применения
Предлагаемое устройство для определения плотности челюстной кости относится к медицине, а именно к стоматологии и может быть использовано для определения плотности костной ткани челюстей и дает возможность провести все измерения с высокой точностью, безвредно, а дешевизна процедуры позволит ввести ее в повседневную практику стоматологии. Основное направление, где будет использоваться данная методика - хирургическая стоматология, а именно имплантология.
Аналоги
Известны и устройства для эхоостеометрии, количественной компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии, рентгенографии, двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии.
Критика аналогов
Существующие на сегодняшний день устройства для определения плотности костной ткани являются, не обладают высокой точностью, либо являются дорогостоящими:
• Аппарат для эхоостеометрии. Принцип основан на исчислении скорости, с которой УЗИ - волны распространяются по костным структурам. Этот метод носит малую информативность и при значительных потерях костной массы неэффективен. Его недостатком также является то, что для оценки характеристик нужен прямолинейный участок не менее 4 см, поэтому применяют эхоостеометрию только на нижней челюсти.
• Компьютерный томограф. Достоинством является точность измерения и возможность получить трехмерную картинку структурной плотности костных элементов. Но лучевое облучение при данной методике очень высокое, поэтому ее используют крайне редко.
• Магнитно-резонансный томограф. Структура кости определяется ясно, но высокая стоимость ограничивает применение данного метода.
• Рентгеновский аппарат сильно уступает по качеству всем остальным. Рентгеновские снимки позволяют выявить патологию только тогда, когда потеряна уже 1/3 костной массы и данные полученные по ним недостаточны при дентальной имплантации.
Прототип изобретения
Прототипом предлагаемого изобретения является «Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр», предложенный Синицыным Л.Н., Иванниковым А.П., Лоскутовым Ю.П., Соколовым В.В.
Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр (фиг. 3) содержит:
поз. 1 - приемную диагностическую головку
поз. 2 - усилитель
поз. 3 - аналого-цифровой преобразователь
поз. 4 - управляющее вычислительное устройство
поз. 5 - счетчик импульсов установки
поз. 6 - постоянное запоминающее устройство
поз. 7 - генератор импульсов
поз. 8 - формирователь импульсов загрузки
поз. 9 - счетчик с параллельной загрузкой кода
поз. 10 - делитель частоты следования импульсов на два
поз. 11 - усилитель
поз. 12 - передающую диагностическую головку
Устройство, взятое за прототип, работает следующим образом. Управляющее вычислительное устройство (в качестве которого используют ЭВМ) запускает генератор импульсов. Импульсы преобразуются, усиливаются до необходимой величины и поступают на передающую диагностическую головку. Ультразвуковые колебания, пройдя через исследуемый участок костной ткани пациента, в виде эхосигналов поступают на приемную диагностическую головку, усилитель и аналого-цифровой преобразователь. Усиленный эхосигнал преобразуется в аналого-цифровом преобразователе в двоичный цифровой код, который передается в управляющее вычислительное устройство и запоминается. Процесс сканирования осуществляется по программе, заданной в ЭВМ, в низкочастотном (от 0,5 до 10 кГц), среднечастотном (от 10 до 40 кГц) и высокочастотном диапазонах (от 40 до 130 кГц). При сканировании эхосигналов по каждому диапазону частот управляющее вычислительное устройство анализирует величину сигнала, прошедшего через костную ткань, и выбирает максимальное значение в каждом диапазоне частот.
Критика прототипа
Недостатками прототипа являются недостаточная достоверность и точность результатов анализа костной ткани из-за отсутствия оперативного контроля устройства на соответствие эталонным параметрам непосредственно перед каждым измерением, а также необходимость проведения сравнительной эхографии поврежденного и симметричного здорового сегментов, что снижает оперативность получения диагностических данных, так как требует значительных затрат времени.
Цель изобретения
Целью предлагаемого изобретения является разработка устройства, которое позволяет получить точные данные о плотности костной ткани, которые основаны на прохождении, анализе и измерении теплового потока через костную ткань.
Сущность изобретения
Устройство иллюстрировано на фиг. 1, где
Поз. 13 - Матричный набор интенсификаторов теплопередачи;
Поз. 14 - Матричный набор сенсоров;
Поз. 15 - Перемычка с соединительным шлейфом;
Поз. 16 - Альвеолярная кость;
Поз. 17 - Зуб.
В основе устройства для определения плотности костной ткани лежит анализ теплового потока, проходящего через кость, данные которого поступают на ПК и заносятся в базу данных, вшитую в программу.
Устройство состоит из следующих структурных составляющих: (фиг. 2), где
поз. 13 - Матричный набор интенсификаторов теплопередачи;
поз. 14 - Матричный набор сенсоров;
поз. 18 - Биологический объект;
поз. 19 - Блок питания;
поз. 20 - Блок управления;
поз. 21 - Интерфейс сопряжения с ПК;
поз. 22 - ПК.
Для изучения плотности челюстной кости в месте установки зубного импланта необходимо установить датчики на челюсть с целью измерения теплового потока, проходящего через кость. С передней стороны челюсти в месте установки зубного импланта устанавливаются высокопрецизионные термопреобразователи (Фиг. 1, поз. 13), преобразующие электрическое напряжение в тепловой поток. Данные элементы представляют собой полупроводниковые термоэлектрические преобразователи, работающие на эффекте Пельтье (Фиг. 1, поз. 13)
На внутренней стороне челюстной кости противоположно установке термопреобразователей устанавливаются высокопрецизионные датчики регистрации теплового потока, работающие на эффекте Зеебека (Фиг. 1, поз. 14).
Аппарат работает следующим образом: с персонального компьютера (Фиг. 2, поз. 22) цифровой сигнал поступает на интерфейс сопряжения (Фиг. 2, поз. 21), где он преобразуется в аналоговые команды, которые идут на блок управления (Фиг. 2, поз. 20). К блоку управления (Фиг. 2, поз. 20) подключен блок питания (Фиг. 2, поз. 19), который выдает нужное напряжение для элементов Пельтье. С блока управления (Фиг. 2, поз. 19) ток питания идет на каждый из элементов матричного набора интенсификатора теплопередачи (Фиг. 2, поз. 13) с помощью шлейфа (Фиг. 1, поз. 15), чтобы сформировать тепловой поток. С матричного набора интенсификатора теплопередачи (Фиг. 2, поз. 13) тепловой проток проходит через слизистую оболочку и костную ткань (Фиг. 2, поз. 18) и выходит на матричный набор сенсоров (Фиг. 2, поз. 14), который состоит из элементов Пельтье, работающих на основе эффекта Зеебека. В матричном наборе сенсоров (Фиг. 2, поз. 14) вырабатывается электрический ток, который пропорционален температуре теплового потока, прошедшего через костную ткань. Сигнал поступает в блок управления (Фиг. 2, поз. 20), где он отфильтровывается и далее идет на интерфейс сопряжения ПК (Фиг. 2, поз. 21), откуда сигнал оцифровывается и поступает непосредственно на ПК (Фиг. 2, поз. 22). На ПК (Фиг. 2, поз. 22) имеется программа, куда записываются данные пациента и результаты исследования. Все данные сохраняются в базе данных программы.
Разница в величине между поступившим из матричного набора интенсификатора теплопередачи теплом (Фиг. 2, поз. 13) и принятым тепловым потоком в матричном наборе сенсоров (Фиг. 2, поз. 14) позволит получить данные, исходя из которых в программе будет формироваться состояние структуры костной ткани на основании предварительных исследований. Структура кости на распиле кости челюсти подтверждает данные, полученные в результате исследования кости предлагаемым устройством.
Пример конкретного выполнения способа
Пример 1
Пример конкретного выполнения способа приводится в эксперименте на фрагменте кости нижней челюсти. Исследование плотности на челюстной кости с нормальной структурой на распиле:
С наружной стороны челюсти устанавливаются матричный набор интенсификаторов теплопередачи, преобразующий электрический ток в тепловой поток величиной в 50 градусов Цельсия. При исследовании костной ткани высокой плотности наблюдается проникновение теплового потока температура которого 46-47 градусов Цельсия на матричный набор сенсоров спустя 2,75-3 сек.
Пример 2
Пример конкретного выполнения способа исследования плотности на челюстной кости с плотностью на 25% ниже:
С наружной стороны челюсти устанавливаются матричный набор интенсификаторов теплопередачи, преобразующий электрический ток в тепловой поток величиной в 50 градусов Цельсия. При исследовании костной ткани высокой плотности наблюдается проникновение теплового потока температура которого 46-47 градусов Цельсия на матричный набор сенсоров спустя 2,75-3 сек.
Пример 3
Пример конкретного выполнения способа исследования плотности на челюстной кости с плотностью на 50% ниже:
С наружной стороны челюсти устанавливаются матричный набор интенсификаторов теплопередачи, преобразующий электрический ток в тепловой поток величиной в 50 градусов Цельсия. При исследовании костной ткани высокой плотности наблюдается проникновение теплового потока температура которого 46-47 градусов Цельсия на матричный набор сенсоров спустя 3,75-4 сек.
Пример 4
Пример конкретного выполнения способа исследования плотности на челюстной кости с плотностью на 75% ниже:
С наружной стороны челюсти устанавливаются матричный набор интенсификаторов теплопередачи, преобразующий электрический ток в тепловой поток величиной в 50 градусов Цельсия. При исследовании костной ткани высокой плотности наблюдается проникновение теплового потока температура которого 46-47 градусов Цельсия на матричный набор сенсоров спустя 4,75-5 сек.
Результат:
Таким образом, время прохождения теплового потока через костную ткань пропорционально ее плотности, т.е. чем выше плотность, тем быстрее тепловой поток достигает матричного набора сенсоров.
Результаты исследования плотности костной ткани подтверждают достижение поставленной в цели изобретения: получение точных данных о плотности костной ткани, которые основаны на прохождении, анализе и измерении теплового потока через костную ткань. Структура кости на распиле кости челюсти подтверждает данные, полученные в результате исследования кости предлагаемым устройством.
Признаки изобретения, отличительные от прототипа
Признаки прототипа: «Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр», предложенный Синицыным Л.Н., Иванниковым А.П., Лоскутовым Ю.П., Соколовым В.В.
1) Управляющее вычислительное устройство запускает генератор, где формируются импульсные сигналы в виде ультразвуковых волн.
2) Ультразвуковые колебания, пройдя через исследуемый участок костной ткани пациента, в виде эхосигналов поступают на приемную диагностическую головку.
3) Данные анализируются в вычислительном устройстве, где происходит обработка и отображение прохождения сигнала в виде эхограмм.
Отличительные признаки изобретения:
поз. 13 - Матричный набор интенсификаторов теплопередачи;
поз. 14 - Матричный набор сенсоров;
поз. 18 - Биологический объект;
поз. 19 - Блок питания;
поз. 20 - Блок управления;
поз. 21 - Интерфейс сопряжения с ПК;
поз. 22 - ПК.
- Элементы матричного набора интенсификаторов теплопередачи преобразуют электрическое напряжение в тепловой поток, который проходит через челюстную кость и поступает на матричный набор сенсоров.
- Данные об изменении теплового потока поступают в ПК и заносятся в базу данных, вшитую в программу.
- Исходя из этих данных, в программе формируются данные о состояние структуры костной ткани.
Положительный эффект от применения изобретения
Устройство для определения плотности челюстной кости в хирургической стоматологии будет широко использоваться в клинической практике врачей стоматологов, челюстно-лицевых хирургов. Устройство будет иметь спрос среди врачей-имплантологов для изучения структуры костной ткани перед проведением дентальной имплантации. Устройство позволяет получить точные данные о состоянии костной ткани и ее плотности, тем самым решает поставленную цель в изобретении.
Проведение экспериментальных исследований позволит разработать методические рекомендации по применению предлагаемой методики в хирургической стоматологии при проведении имплантации. Результаты исследования плотности костной ткани подтверждают достижение поставленной в цели изобретения: получение точных данных о плотности костной ткани, которые основаны на прохождении, анализе и измерении теплового потока через костную ткань.
Структура кости на распиле кости челюсти подтверждает данные, полученные в результате исследования кости предлагаемым устройством.
Информация, принятая во внимание:
Патент №2076635 1997 г. Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр», предложенный Синицыным Л.Н., Иванниковым А.П., Лоскутовым Ю.П., Соколовым В.В.