ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРООДОНТОМЕТРИИ
THERMOELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICE FOR THERMOODONTOMETRY

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в стоматологии.
Определение реакции зуба на температурные раздражители - один из самых старых физических методов исследования, широко применяемый для определения состояния пульпы.
Изучение реакции пульпы на раздражители показало, что зуб с нормальной пульпой реагирует на значительные температурные отклонения. Индифферентная зона (зона отсутствия реакции) составляет 30°С (50-52°С - реакция на тепло, 17-22°С - на охлаждение).
Зубы обладают как холодовой, так и тепловой чувствительностью. Адекватная реакция (если нагревание и охлаждение вызывают соответствующее ощущение) свидетельствует о нормальном состоянии пульпы. При воспалении пульпы происходит сужение индифферентной зоны и при незначительных отклонениях от температуры тела (на 5-7°С) уже возникает ответная реакция в виде продолжительных интенсивных или ноющих болей. Кроме того, при воспалении отмечается неадекватная реакция: от холодного и от теплого возникает боль. Зубы с некротизированной пульпой на температурные раздражители не реагируют.
В качестве аналога рассмотрено термоэлектрическое устройство для температурной диагностики и электроодонтометрии состояния зубов [1], содержащее размещенные в корпусе медный зонд, термоэлектрическую батарею, находящуюся в тепловом контакте с медным зондом и проточным радиатором, источник постоянного тока, выполненный с возможностью задания температуры воздействия, и датчик температуры, расположенный внутри корпуса.
Недостатками данного устройства являются его массогабаритные характеристики, отсутствие в устройстве элемента электровоздействия и низкая точность температурной диагностики в результате:
- малой контактной площади и неплотного прилегания медного зонда к поверхности зуба;
- инерционности процесса ввиду существенного массогабаритного показателя теплопередающей части устройства, а именно зонда и его основания, контактирующего с термоэлектрическим модулем;
- удаленности датчика температуры от воздействующей части наконечника;
- отсутствия автоматической смены температурных режимов;
- отсутствия обратной связи с пациентом.
Целью изобретения является повышение точности диагностики, контроля и регулировки температуры воздействия, улучшение массогабаритных показателей устройства, повышение качества контакта с поверхностью зуба, уменьшение инерционности процесса при смене температурных режимов, совмещение режимов тепло- и электровоздействия, повышение скорости учета обратной реакции пациента.
Для устранения указанных недостатков предлагается устройство, содержащее аппликатор из гелевого материала с высокой теплопроводностью, приводимый в контакт с поверхностью зуба, эластичность которого обеспечит плотное прилегание аппликатора; блок контроля и регулировки температуры воздействия, включающий блок питания, программируемый блок управления, позволяющий задавать импульсное воздействие, цифровое табло, портативный размыкающий ключ, обеспечивающий высокую скорость учета обратной реакции пациента, и датчик температуры, расположенный на внутренней поверхности аппликатора с целью повышения точности определения температуры воздействия. Также устройство содержит термоэлектрическую систему изменения температуры воздействия, которая состоит из последовательно соединенных посредством коммутационных пластин чередующихся в линию ветвей полупроводников p- и n-типа, концы коммутационных платан, представляющие воздействующие спаи, выступают за поверхность, образованную ветвями p- и n-типа, с одной стороны, а концы коммутационных пластин, представляющих опорные спаи, с другой стороны. При этом концы коммутационных пластин, представляющие воздействующие спаи, входят в полость аппликатора и контактируют с его высокотеплопроводным гелевым материалом, что сокращает время достижения им заданной температуры. Концы коммутационных пластин, представляющие опорные спаи, находятся в контакте с жидкостью, циркулирующей по каналу системы охлаждения. Торцы ветвей p- и n-типа покрыты слоем материала с низкой теплопроводностью, а выступающие части коммутационных пластин покрыты слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью. Использование импульсного режима позволяет устранить инерционность за счет малых габаритов составляющих термоэлектрической системы изменения температуры, а также создать временной интервал регистрации ответной реакции пациента. Для обеспечения электровоздействия внутри теплоизолирующего диэлектрического корпуса устройства размещен электропроводящий выдвижной зонд с возможностью фиксации в двух положениях.
Конструкция предлагаемого устройства приведена на фиг. 1.
Устройство содержит аппликатор 1 из гелевого материала с высокой теплопроводностью, который контактирует с термоэлектрической системой изменения температуры воздействия. Термоэлектрическая система изменения температуры воздействия состоит из последовательно соединенных посредством коммутационных пластин 2 и 3 чередующихся в линию ветвей полупроводников p- 4 и n-типа 5. Концы коммутационных платин 2, представляющие воздействующие спаи, выступают за поверхность, образованную ветвями p- 4 и n-типа 5, с одной стороны, а концы коммутационных пластин 3, представляющих опорные спаи, выступают за поверхность термоэлектрической системы изменения температуры с другой стороны. При этом концы коммутационных пластин 2, представляющие воздействующие спаи, входят в полость аппликатора 1 и находятся в контакте с его гелевым материалом, а концы коммутационных пластин 3, представляющие опорные спаи, находятся в контакте с жидкостью, циркулирующей по каналу системы охлаждения 6. Канал системы охлаждения 6 представляет собой трубу прямоугольного сечения, выполненную из теплоизолирующего диэлектрического материала, выполняющего роль корпуса 7, один конец которой находится в контакте с концами коммутационных пластин 3, представляющими опорные спаи термоэлектрической системы изменения температуры, а другой конец имеет два штуцера 8 для подключения гибких трубок 9 и 10 с циркулирующей по ним жидкостью. Внутри трубы 7 прямоугольного сечения параллельно широким сторонам расположена плоская стенка 11, выполненная из теплоизоляционного материала, разделяющая полость трубы на две части. В одну из частей по гибкой трубке 9 подается жидкость, охлаждающая концы коммутационных пластин 3, представляющие опорные спаи термоэлектрической системы изменения температуры. Торцы ветвей p- 4 и n-типа 5 покрыты слоем материала с низкой теплопроводностью 12, а выступающие части коммутационных пластин покрыты слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 13. Блок контроля и регулировки температуры 14 включает блок питания 15, программируемый блок управления 16, цифровое табло 17. Блок контроля и регулировки температуры 14 электрически связан с термоэлектрической системой изменения температуры электропроводящим выдвижным зондом 18 и портативным размыкающим ключом 19. Программируемый блок управления 16, в свою очередь, электрически связан с датчиком температуры 20, расположенным на внутренней поверхности аппликатора 1. Электропроводящий выдвижной зонд 18 находится в полости теплоизолирующего диэлектрического корпуса 7 и контактирует с диэлектрическими пружинками 21 и диэлектрическим фиксатором 22, размещенным в одном из фиксационных отверстий 23 или 24, соответственно положению зонда.
Принцип работы предлагаемого устройства следующий.
Перед началом использования устройства на программируемом блоке управления 16 задается восходящая, либо нисходящая динамика температурного воздействия, при этом соответствующая данному моменту температура отображается на цифровом табло 17. Начальная температура воздействия при любой выбранной динамике устанавливается на уровне 36°С. В соответствии с заданной температурной динамикой программируемый блок управления 16 подает импульсные сигналы на блок питания 15, задавая импульсно необходимую величину питающего тока, подаваемого на термоэлектрическую систему изменения температуры воздействия, что обеспечивает импульсное изменение температуры аппликатора. Контроль за температурой аппликатора 1 осуществляется при помощи датчика температуры 20, сигналы с которого поступают на программируемый блок управления 16. При прохождении по полупроводниковой электрической цепи p-n-типа постоянного электрического тока, подаваемого от блока питания 15, между коммутационными пластинами 2 и 3, представляющими собой контакты ветвей p- 4 и n-типа 5, возникает разность температур, обусловленная выделением на одних концах ветвей и поглощением на других концах ветвей теплоты Пельтье. При направлении протекания электрического тока от ветвей n-типа 5 к ветвям p-типа 4 происходит нагрев коммутационных пластин 3 и охлаждение коммутационных пластин 2. При этом за счет теплостабилизации коммутационных пластин 3, осуществляемой при помощи жидкости, циркулирующей по каналу системы охлаждения 6, температура коммутационных пластин 2 поддерживается на постоянном уровне в период импульса тока. Установления температуры воздействия аппликатора 1 добиваются за счет теплового контакта коммутационных пластин 2 с гелевым высокотеплопроводным материалом аппликатора 1. В период импульса тока устанавливается температура воздействия аппликатора 1, что создает временной интервал для регистрации ответной реакции пациента, которая фиксируется нажатием кнопки на портативном размыкающем ключе 19 при испытываемых болевых ощущениях пациента. Если этого не происходит, подается следующий импульс тока, меняющий температуру аппликатора на 1°С, в соответствии с восходящей или нисходящей динамикой изменения температуры, при этом величина температуры воздействия отображается на цифровом табло 17.
При использовании функции воздействия электрическим током на программируемом блоке управления 16 задается величина электрического тока, которая поступает на электропроводящий выдвижной зонд 18 от блока питания 15. При нажатии на диэлектрический фиксатор 22, размещенный в фиксационном отверстии 23 и скрепленный с электропроводящим выдвижным зондом 18, опирающимся на диэлектрические пружинки 21, создается возможность перемещения диэлектрического фиксатора 22 в фиксационное отверстие 24, что позволяет выдвинуть зонд 18 из теплоизолирующего диэлектрического корпуса 7 и привести зонд 18 в контакт с биологическим объектом.
Литература
1. Патент US №4350488 А, 21.09.1982. Dental pulp tester / Laurance В. Devis.