СПОСОБ ПРИЖИЗНЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ТКАНЕЙ ЗУБА
METHOD OF LIFETIME MEASUREMENT OF TOOTH TISSUE HARDNESS

Изобретение относится к медицине, в частности к стоматологии, и может использоваться для определения устойчивости твердых тканей зуба к истиранию.
Одним из показателей механической прочности и устойчивости к истиранию зуба является механическая твердость эмали.
Известны способы и устройства для измерения твердости материалов в технике /1, 2/, называемые методами Роквелла, Бринелля и Виккерса. Сущность методов заключается в том, что в испытываемый материал с заданным усилием вдавливается индентор в виде алмазной призмы, конуса или стального шарика, затем по глубине или размеру отпечатка с помощью пересчетных таблиц или формул определяется твердость в единицах, характерных для данного метода.
Известные в технике способы и устройства измерения твердости материалов непригодны для прижизненного измерения твердости зубных тканей. Они слишком громоздки и травматичны, поскольку нагрузка на индентор варьируется от 50 до 30000 ньютон, и размер отпечатка (лунки) достигает нескольких миллиметров.
Известен способ определения микротвердости материалов в технике /1, 2/, заключающийся во вдавливании с заданной силой алмазной пирамидки стандартной формы в материал и измерении размеров отпечатка с помощью микроскопа. Недостатком способа является громоздкость и невозможность фиксации зуба в поле микроскопа, т.е. способ не может быть применен для прижизненного измерения твердости тканей зуба.
2
Известен способ для прижизненного определения твердости тканей зуба /3/. Метод заключается в измерении по нониусной шкале глубины внедрения вращающегося фиссурного бора №3 за контролируемое время в ткани зуба при силе давления 0,5 кгс. Затем по эмпирическим формулам, разным для эмали и дентина, измеренная глубина пересчитывается в единицы твердости в кгс/мм. В качестве данных для пересчета используются результаты сравнительных измерений твердости тканей удаленных зубов на твердомере ПМТ-3.
Недостатком известного способа является высокая чувствительность глубины погружения бора к структуре разрушаемых устройством тканей, а не только к их твердости, т.е. способности сопротивляться пластической деформации.
Поэтому невозможно прямое перенесение глубины пропиленной бором ткани на шкалу единиц твердости, которая определяется по деформации, а не по деструкции. Это же следует из указанной авторами разницы в формулах пересчета для разных тканей. Кроме того, точность измерения сильно зависит от частоты вращения бора, стабилизация вращения которого не предусмотрена конструкцией стоматологического оборудования.
2
Целью предлагаемого способа является повышение точности измерения твердости тканей зуба. Способ заключается во вдавливании с заданной силой индентора в диапазоне от 3 до 10 Н в виде конуса из твердого материала с углом при вершине в пределах 70-100 градусов в ткани зуба и одновременном измерении глубины погружения. Затем по градуировочному графику измеренная глубина переводится в единицы твердости в МПа или кгс /мм. В качестве данных для градуировочного графика используются результаты сравнительных измерений твердости известным стандартным способом и глубины погружения конуса по заявляемому способу для металлов различной твердости и образцов тканей удаленных зубов. Глубина погружения, являясь мерой сопротивления пластической деформации, однозначно связана с твердостью по Виккерсу. За счет этого повышается точность способа.
Пределы угла при вершине конуса ограничиваются со стороны малых углов (острые углы) повышением чувствительности к структуре ткани зуба и, как следствие, отклонением от однозначной связи с микротвердостью по Виккерсу; со стороны больших уголов (тупые углы) снижением чувствительности способа в области больших твердостей. Экспериментально определенные пределы угла при вершине конуса составляют значение 70-100 градусов.
При повышении давящей силы диапазон измеряемого перемещения индентора по глубине расширяется, т.е. повышается чувствительность, однако при силе свыше 30 ньютон эмаль растрескивается. При силе 10 ньютон и менее растрескивания эмали не наблюдается. Снижение давящей силы понижает чувствительность способа в области больших твердостей. Экспериментально установленный оптимальный предел давящего усилия составляет величину 3-10 Н, при этом эмаль не повреждается. Диапазон измерений включает значения твердости для здоровой эмали, а пациент не испытывает дискомфорта и болевых ощущений при измерении. Таким образом, указанная новая совокупность признаков позволяет достичь цели - повышения точности.
Для подтверждения соответствия заявляемого способа критерию "промышленная применимость" приводим конкретный пример.
Пример поясняется Фиг.1, где цифрами обозначено: 1 - индикатор перемещений часового типа; 2 - рабочая часть штока измерительного щупа; 3 - задняя часть штока; 4 - конусный индентор; 5 - пружина; 6 - регулировочный винт; 7 и 8 корпус.
Для использования предлагаемого метода в качестве меры твердости измеряется глубина погружения конуса из твердосплавного материала под нагрузкой 5 Н. Конус 4 имеет угол при вершине 90°. Глубина вдавливания измеряется в нашем примере с помощью микрометра-индикатора часового типа 1, к рабочей части штока которого 2 прикреплен конус-индентор 4. Пружина 5 задает усилие надавливания на заднюю часть штока 3 индикатора, регулируемую винтом 6, расположенным в торце корпуса 7. Вручную прибор нижней (на чертеже) частью с усилием, соответствующим выбранной нагрузке, приводится в контакт с выбранным участком поверхности зуба. При этом конус утапливается внутрь корпуса и частично в поверхность зуба. Измерение прекращается при достижении контакта (упора) корпуса (8) с поверхностью зуба. Индикатор показывает глубину внедрения конуса в ткани зуба.
Методом сравнительных испытаний на наборе материалов (металлы и сплавы, ткани зуба) соответствующей твердости можно перевести результаты наших измерений в числа твердости (микротвердости), измеренные другими методами, например Виккерса. Это необходимо для сравнения результатов по твердости тканей зуба, получаемых разными авторами. На фиг.2 представлен график перевода измеренного значения глубины погружения конуса в единицы твердости. График получен по результатам измерений на материалах разной твердости (в порядке ее увеличения): чистый свинец, образец дентина, чистый алюминий, образец эмали с патологической стираемостью, алюминиевый сплав, сталь - 45, образец интактной эмали зуба. По оси абсцисс отложены измеренные на приборе ПМТ-3 значения твердости в МПа, по оси ординат - измеренные значения глубины погружения конуса в микрометрах по шкале использованного в примере применения способа прибора-твердомера.
Источники информации
1. Лахтин Ю.М. Основы металловедения. - М.: Металлургия, 1988, 320 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. T.1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: ил.
3. Суржанский С.К. Прижизненное определение твердости тканей зубов и ее роль в патогенезе и ортопедическом лечении патологической стираемости. - Автореф. канд. дисс. Мед. Н., Киев, 1988 г., 23 с.