Иллюстрированная история разработки ротационных систем в стоматологии часть II (XX век)

ИСТОРИЯ СТОМАТОЛОГИИ

ИЛЛЮСТРИРОВАННАЯ ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ РОТАЦИОННЫХ СИСТЕМ В СТОМАТОЛОГИИ ЧАСТЬ II

Полонейчик Николай Михайлович, кандидат медицинских наук, доцент,

заведующий кафедрой общей стоматологии

Белорусского государственного медицинского университета, Минск

Poloneychik N.M. Belarusian State Medical University, Minsk Illustrated History of the development of rotary systems in dentistry

Part II

Резюме. Сегодня современную стоматологию невозможно представить без бормашин. В статье представлена детальная история разработки средств, осуществляющих механическое воздействие на твердые ткани зуба, и долгий путь совершенствования ротационных систем в стоматологии.

Ключевые слова.: ротационные системы в стоматологии, история разработки, ХХвек.

Современная стоматология. — 2016. — №1. — С. 48-52. Summary. Today one cant imagine modern dentistry without a drilling machine. The article presents a detailed history of the development of the devices carrying out mechanical action on the hard tissues of the tooth, and a long way of improving of the rotary systems in dentistry. Keywords: rotary systems in dentistry, history of development, the XX century.

Sovremennaya stomatologiya. — 2016. — N1. — P. 48-52.

Вначале XX века совершенствование бормашин шло в направлении создания конструкций, обеспечивающих повышение скорости вращения бора.

Одним из первых, признавших выгоды высоких скоростей вращающихся зубоврачебных инструментов, был бельгийский дантист Эмиль Уэ (Emile Huet, 1874-1944, рис. 1а). В 1911 году он сконструировал электрический двигатель (рис. 1б), скорость вращения которого, по не вполне достоверным данным, достигала 10 000 об/мин.

В начале XX века появляются стоматологические модули, питающиеся от встроенного сетевого оборудования и сочетающие в себе все необходимые для работы узлы в одном устройстве. Компания SS White в 1914 году представила интегрированную систему бормашины со стоматологическим креслом (рис. 2а), а в 1917 году Френк Риттер наладил промышленный выпуск стоматологического модуля для лечения стоматологических пациентов (рис. 2б). Основная концепция этих систем коренным образом не изменилась даже сегодня.

Наряду с бормашинами в XX веке совершенствовались и стоматологические наконечники, посредством которых предпринимались попытки увеличить скорость вращения инструментов.

В 30-х годах прошлого столетия у дантистов большой популярностью пользовался наконечник, запатентованный в 1925 году Германом Чейсом (рис. 3). Устройство позволяло обеспечить скорость вращения инструмента до 20 000 об/мин.

Ï

б

Рис. 1. Бельгийский дантист Эмиль Уэ

Рис. 2. Стоматологические модули производства компании SS White

Рис. 3. Наконечник 1ермана Чейса

Рис. 7. Стоматологический наконечник компании KERR

Рис. 4. Стоматологический наконечник «Император» с алмазными головками и дисками

Рис. 5. Повышающая трансмиссия Л. Флатланда

Рис. 8. Педальная бормашина Волгоградского завода медицинского оборудования

Рис. 6. Стоматологический наконечник Пэйджа - Чейса

Среди успешных попыток увеличения скорости вращения бора в бормашинах с «жестким рукавом» следует отметить ротационную систему с наконечником «Император». В 1951 году немецкие инженеры Уильям Дрендел (Wilhelm Hugo Drendel) и Фриц Цвайлинг (Fritz Zweiling) в принадлежащей им компании D&Z с уча-

Рис. 9. Ручная механическая бормашина катушечного типа 50-х годов прошлого столетия

стием дизайнеров компании Kaltenbach & Voigt (KaVo) разработали и наладили промышленный выпуск стоматологических наконечников «Император». Благодаря зубчатому передаточному механизму наконечники обеспечивали скорость вращения бора 30 000 об/мин. В наконечнике были применены специальные

подшипники и плавающий привод для режущего инструмента. К этому наконечнику были изготовлены специальные режущие алмазные инструменты (головки, диски) со своими собственными подшипниками, обеспечивающими точное концентрическое вращение инструмента. Режущие инструменты закреплялись в наконечнике с помощью оригинального соединения (рис. 4).

В середине 50-х годов американский изобретатель Л. Флатланд (L. Flatland) патентует повышающий наконечник для жесткого рукава Дорио.

Увеличение скорости вращения обеспечивалось за счет дополнительной передачи вращения с помощью резинового кольца от шнурового вала на фрикционное колесо меньшего диаметра (рис. 5). Повышающая трансмиссия позволяла увеличить скорость вращения до 50 000 об/мин.

В 1955 году Ричард Пэйдж (R.W. Page) сконструировал и запатентовал скоростной угловой наконечник для бормашин с жестким рукавом. Конструкция базировалась на основе наконечника Г. Чейса, однако кинематическая схема передачи вращения внутри наконечника Пейд-жа обеспечивала повышение скорости вращения бора в 5 раз. В конечном счете устройство позволяло обеспечить скорость вращения боров, превышающую 100 000 об/мин. В 1955 году устройство поступило в продажу под названием наконечник Пэйджа - Чейса (рис. 6).

В 1960 году компанией KERR (США) были произведены усовершенствованные модели наконечника Пэйджа - Чейса, которые обеспечивали скорость вращения бора до 180 000 об/мин (рис. 7).

Первая производственная модель отечественной бормашины педального типа (с ножным приводом) создана в 30-е годы прошлого столетия в ОКБ Сталинградского (Волгоградского) завода медицинского оборудования (рис. 8). Эта бормашина длительное время являлась одной из главных принадлежностей зубоврачебного кабинета. Серийный выпуск педальной бормашины продолжался до 1963 года.

Наряду с заводскими стоматологическими установками известны и другие приспособления, относящиеся к периоду СССР, обеспечивавшие вращение инструментов. На рис. 9 представлен экземпляр ручной механической бормашины катушечного типа (1950-е годы). В отличие от педального устройства в ручной бормашине вращение инструмента обеспечивалось посред-

Рис. 10. Электрические бормашины с ножными реостатами: педальная бормашина, интегрированная с электромотором

Рис. 11. Установки стоматологические УС-30

б

Рис. 12. Гибкий (а) и жесткий (б) рукава бормашин

ством системы повышающих шестерен, расположенных в катушке, приводимых в движение рукояткой при ее вращении самим пациентом (!). Ручная бормашина не имела промышленного выпуска. Скорее всего, это была идея врача-стоматолога, воплощенная в единственном экземпляре. Это устройство представляет интерес как артефакт истории отечественной стоматологии.

В 50-е годы в СССР был начат промышленный выпуск бормашин с электроприводом и педальными реостатами (рис. 10).

С 70-х годов в СССР наиболее распространены стоматологические установки УС-30, УС-10/100, УС-10/300, УС-30/300 (рис. 11). Большинство из них состояли из колонки, в которую были вмонтированы все основные узлы, включая бормашину. Кроме того, установки имели столик для инструментов, плевательницу с проточной водой, пистолеты для воздуха и воды, слюноотсос, вентилятор, светильник, узел подогрева лекарств и др. Скорость вращения бора электрических бормашин УС Волгоградского завода медицинского оборудования составляла до 10 000 об/мин.

Все описанные зарубежные и отечественные бормашины, обеспечивавшие относительно высокую скорость вращения бора, имели неудобный механизм передачи вращения - рукав (рис. 12).

Гибкий рукав (рис. 12а) во время работы мог сгибаться во всех направлениях и обеспечивать скорость вращения инструмента до 10 000 об/мин. Жесткий рукав (рис. 12б) даже после увеличения фрикционных свойств шкива двигателя и наконечника

обеспечивал скорость вращения инструментов до 30 000 об/мин. Конструкция жесткого рукава не обеспечивала полной свободы движений кисти, не позволяла врачу работать в положении сидя.

Уже в 40-х годах XX века внимание конструкторов зубоврачебного оборудования, в том числе и отечественных, было сосредоточено на создании безрукавных машин с использованием электрических и пневматических микродвигателей, встроенных или присоединяемых непосредственно к наконечнику.

К этому времени известно несколько патентов, в основу которых заложены

принципы работы первых электрических бормашин 1рина, Нехмера и Труве (рис. 13).

Вторым рождением ротационных систем, работающих под давлением воздуха, следует признать пневматические моторы, роторная группа которых по аналогии с «турбинами» Дж.Ф. Грина, А. Страубе, Г. Лоренса и Б. Вилкерсона обеспечивала вращение инструментов.

В 1941 году Джон Айсман ЦМ/. ^етап) патентует воздушную турбину, располагающуюся непосредственно на прямом стоматологическом наконечнике. Устройство обеспечивало вращение инструмента со скоростью до 25 000 об/мин (рис. 14а).

История стоматологии

Рис. 13. Наконечники с электрическим микромотором, запатентованные в 1916 (а) и в 1936 (б) годах Ховарадом А. Вайтсайдом

Рис. 14. Наконечники Джона Айсмана (а) и Ивара Норлена (б), интегрированные с «пневматическим» мотором

Рис. 16. Гидротурбина Turbo-Jet

Рис. 17. Дантист Джон Патрик Уолш

Рис. 15. Турбинная стоматологическая установка Dentalair

В 1948 году шведский дантист Ивар Нор-лен (№аг Norlen) получил патент на прямой и угловой турбинные наконечники (рис. 14б). Вращение ротора под давлением воздуха трансформировалось посред-

ством ведущего и ведомого валов на ротационный инструмент, закрепленный в стоматологическом наконечнике.

Патент И. Норлена в 1952 году приобрела американская компания Atlas

Copcko, специализировавшаяся в области производства воздушных компрессоров, которая наладила промышленный выпуск турбинных установок Dentalair (рис. l5) и впервые представила их в Париже в 1956 году. Первая турбинная воздушная бормашина обеспечивала скорость вращения инструмента до 5О ООО об/мин.

В середине XX века не осталась без внимания и идея Б. Вилкерсона об использовании давления воды на ротационную систему. В 1953 году дантист из Вашингтона Роберт Нельсон (Robert Nelson) патентует гидротурбину Turbo-Jet, которая обеспечивает скорость вращения инструмента до 6О ООО об/мин (рис. 16а). Ротор из шести лопастей, закрепленный на подшипниках (рис. 16б), под давлением водяного насоса (объем воды - 6 литров в минуту) обеспечивал высокий крутящий момент стоматологического наконечника Turbo-Jet (рис. 16в).

Гидротурбина Turbo-Jet была запущена в производство компанией Боуен в 1955 году, однако ожидания автора изобретения и производителей в спросе на устройство среди дантистов не оправдались из-за его размеров и нарастающей популярности воздушных турбин.

Дантист из Новой Зеландии Джон Патрик Уолш (John Patrick Walsh, 1911-2ОО3, рис. 17а) совместно с инженерами физической лаборатории Веллингтона в 195О году патентуют турбинный наконечник, принципиально отличающийся от патентов Дж.Ф. Грина, А. Страубе, Г. Лоренса, Б. Вилкерсона, Дж. Айсмана и И. Норлена тем, что роторная группа в устройстве располагается непосредственно внутри головки наконечника (рис. 17б). Промышленного производства наконечников Дж. Уолша не было налажено по причине примитивных подшипников, которые перегревались при работе роторной группы под давлением воздуха. Несмотря на неудачу, идея Дж. Уолша о размещении ротора в головке турбинного наконечника сегодня признана пионерской.

1957 году американский изобретатель Л. Флатланд (L. Flatland) патентует вакуумную турбину, обеспечивавшую вращение инструмента со скоростью 3ОО ООО об/ мин. Вращение турбины обеспечивалось всасыванием атмосферного воздуха через головку наконечника, в которой располагался ротор (рис. 18). Несмотря на то что один из ведущих производителей стоматологического оборудования - компания Ritter Dental Mfg - приобрел лицензию на производство вакуумных турбин, про-

История стоматологии

американского изобретателя Л. Флатланда Рис. 19. Джон Виктор Борден

мышленного выпуска данной модели не состоялось. Вакуумный турбинный наконечник не мог обеспечить работу в условиях подачи на операционное поле охлаждающей жидкости.

В 1957 году американский дантист Джон Виктор Борден (John Victor Borden, l9l6—2011) запатентовал турбинный наконечник (Airotor), позволявший обеспечить вращение бора со скоростью 250 000 об/ мин (рис. l9). В этом же году American Dental Supply Co. (Dentsply) заключила эксклюзивное соглашение на производство и распространение турбинных наконечников.

В сентябре 1957 года Airotor Дж. Бор-дена был представлен в Риме на XII Международном стоматологическом конгрессе, где произвел сенсацию. Вскоре три производителя Dentsply International, SS White и Ritter начали производство и распространение Airotor (рис. 20).

Появившиеся в 1957 году в зубоврачебной практике бормашины с турбинными наконечниками, впоследствии укомплектованные встроенными системами охлаждения и локального освещения места операции, привели к постепенному отказу от высокоскоростных бормашин с передачей вращения от двигателя на наконечник с бором с помощью «рукава». Использование бормашин ознаменовало внедрение в зубоврачевание новых технологий лечения болезней зубов.

Совершенствование бормашин и стоматологических наконечников способствовало развитию производства режущих вращающихся инструментов.

В 1915 году компанией Kerr Manufakturing налажено промышленное производство файлов и римеров К-типа.

В 1932 коду компания Meisinger стала выпускать широкий ассортимент абразивных карборундовых головок.

В 1939 году немецкий промышленник W.H. Drendel разработал алмазные инструменты и запустил их в промышленное

производство. Для соединения зерен абразива впервые использовалась технология гальванопластики.

Еще в 1909 году изобретатель и промышленник из Дюссельдорфа (1ермания) Рудольф Функе (Rudolf Funke, 1884-1967) основал компанию Gebrueder Funke Aktiengesellschaft, которая позже была переименована в Jota Werke Gebrueder Funke Aktiengesellschaft и специализировалась в производстве стоматологических боров. В 1917 году Р. Функе предложил использовать в качестве материала для изготовления боров карбид вольфрама. Были разработаны устройства для изготовления твердосплавных боров, созданы алмазные круги для нарезки лопастей в материале из карбида вольфрама и налажен промышленный выпуск опытной партии инструментов. Однако маркетинговые исследования показали, что низкие скорости вращения инструментов не соответствовали оптимальным качествам твердосплавных боров. Спустя 30 лет (в 1947 году) компания SS White вернулась к идее Р. Функе, наладив промышленный выпуск карбидных боров для стоматологов.

В 1948 году советские металлурги Г.В. Курдюмов и Л.Г. Хандорсон предложили сплав, наделенный способностью после значительных пластических деформаций восстанавливать первоначальную форму при нагреве до определенной температуры. В 1980 году это изобретение было признано открытием и стало известно как эффект Курдюмова (эффект восстановления заданной конфигурации, или эффект памяти формы). В 1962 году Уильям Бюлер вместе с Фредериком Вангом открыли свойства этого сплава в ходе исследования в военно-морской лаборатории. Сплав получил название нитинол (англ. nitinol, от англ. nickel - ни-

Рис. 20. Первые турбинные стоматологические установки с наконечниками Airotor Дж. Бордена: Alston

кель, англ. titanium - титан, англ. Naval ordnance laboratory, сокр. NOL - лаборатория морской артиллерии США). Процентное содержание титана в сплаве составляет 45%, никеля - 55%, что соответствует формуле TiNi. Хотя и сразу было осознано потенциальное применение нитинола, реальные попытки коммерциализации сплава произошли спустя десятки лет. Эта задержка возникла в значительной степени из-за чрезвычайной трудности плавления, переработки и обработки металла.

В 1988 году H. Walia, W.A. Brantley и H. Gerstein исследовали свойства ни-тинола, использованного для изготовления эндодонтических инструментов. Показатели гибкости эндодонтических инструментов, изготовленных из нити-нола, в 2-3 раза превышали гибкость инструментов из нержавеющей стали. С 1994 года налажен промышленный выпуск эндодонтических инструментов из никель-титанового сплава.

Достижения в области производства стоматологического оборудования и инструментов в середине прошлого века определили развитие всей последующей практической стоматологии.

Поступила 07.12.2015