УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПЛОМБИРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПЛОМБ ДЕФЕКТНЫХ ЗУБОВ

Полезная модель относится к стоматологической испытательной технике и может быть использована для выбора адгезивных систем при пломбировании кариозных полостей, а также при определении прочностных характеристик и кинетики разрушения образцов широкого класса.
Известен способ оценки состояния и эффективности пломбировки твердых тканей зуба [Патент Р.Ф. №2112427 от 06.10.98, МПК A61B 6/00. Оценки состояния и эффективности пломбировки твердых тканей зуба / М.Т.Александров, С.Ю.Козьма, И.М.Таубинский и др.], включающий формирование полости испытываемого дефектного зуба, заполнение ее пломбировочным материалом, полировку полученной поверхности, определение состояния и эффективности пломбировки по величине зазора (возникающего при некачественном пломбировании) между зубом и пломбой путем оценки флюоресценции введенного в зазор фотохрома (например, фотосенса) при регистрации с помощью спектрофотометра инфракрасного спектра отраженного от полированной поверхности пломбы излучения гелий-неонового лазера. Недостатком способа является то, что о прочности пломб дефектных зубов судят без формирования нагрузки на дефектный зуб и только по качеству краевого прилегания пломбы на ее внешней полированной поверхности.
Известна установка для испытаний материалов на контактную выносливость [А.с. СССР №1536264 от 15.01.90, МПК G01N 3/56. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость / С.Г.Костогрыз, В.В.Ковалевский, В.Г.Каплун и др.], содержащая корпус, установленные в нем на опорах в одной плоскости три параллельных вала, средний из которых предназначен для размещения образца материала, а два крайних - для нажимных контробразцов, нагружающее устройство и пульсатор для создания циклической нагрузки на образец. Недостатками устройства являются невозможность автоматизации испытаний из-за отсутствия датчика начала разрушения образца, сложность установки.
Известен способ диагностики состояния зубочелюстной системы [Патент РФ №2138981 от 10.10.99, МПК A61B 5/00. Способ диагностики состояния зубочелюстной системы / P.M.Мулюков, Л.М.Бакусов]. Устройство для реализации этого способа содержит устройство дозированного удара, чувствительный элемент (миниатюрный микрофон, воспринимающий ответную на удар вибрацию зуба и механически связанный с зубом), устройство усиления и преобразования информации, устройство анализа и представления информации (в качестве которого использован компьютер), при этом анализ осуществляется путем сравнения амплитудно-частотной характеристики исследуемого зуба либо с эталонной (характерной для здорового зуба, с учетом возраста и диагноза) либо с симметричным зубом этого же больного (если заведомо известно, что он здоров). Недостатком устройства является отсутствие возможности определения прочностных характеристик пломб дефектных зубов.
Известно устройство для испытания зубьев колес [А.с. СССР №815559 от 23.03.81, МПК G01M 13/02. Устройство для испытания зубьев колес / О.И.Кузьменков, О.В.Берестнев, М.П.Бирюков]. Устройство является блоком формирования нагрузки на испытываемый зуб и содержит связанный с приводом вал, установленный на нем многопрофильный кулачок (участки рабочей поверхности которого идентичны рабочей поверхности зуба, сопрягаемого с испытуемым), регулятор эксцентриситета кулачка относительно вала, связанный с валом механизм создания статической нагрузки (направленной перпендикулярно оси вала и контактной линии взаимодействующих поверхностей), пульсатор (взаимодействующий с валом в плоскости, перпендикулярной плоскости приложения статической нагрузки), при этом для осуществления прочностных испытаний испытываемый зуб с помощью опоры подводится вершинной зоной под рабочую поверхность кулачка и нагружается требуемой величиной нагрузки от механизма статического нагружения и за счет установки соответствующей величины эксцентриситета кулачка, далее при вращении кулачка от приводного вала боковой профиль испытываемого зуба нагружается через выступы кулачка переменной циклической нагрузкой, а задаваемое пульсатором колебательное движение кулачка (в плоскости, перпендикулярной плоскости приложения статической нагрузки) имитирует при испытании процесс проскальзывания испытываемого зуба в зоне зацепления. Недостатками устройства являются использование для испытаний зуба неуниверсального, сменного (сопрягаемого только с профилем испытываемого зуба) кулачка, невозможность автоматизации испытаний из-за отсутствия датчика начала разрушения зуба, а также отсутствие информации о реальной нагрузке на различные участки зуба в процессе испытаний, низкая точность измерений.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для испытания прочности пломб дефектных зубов [Патент РФ №51861 от 10.03.06, МПК A61C 5/00, G01N 3/08. Устройство для испытания прочности пломб дефектных зубов / Т.Л.Рединова, Т.Ю.Метелева, Ю.К.Шелковников], содержащее блок формирования нагрузки, испытываемый зуб, зуб-антагонист, прикрепленный к основанию с возможностью вертикального перемещения и состоящий из четырех продольных сегментов, при этом между сегментами зуба-антагониста и основанием расположены соответственно четыре датчика давления, выходы которых соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам электронного блока сбора и оцифровки измерительной информации, выход которого подсоединен к входу ЭВМ, а пятый вход подключен к выходу ультразвукового датчика обнаружения начала разрушения пломбы дефектного зуба, размещенного на блоке крепления дефектного зуба и в механическом контакте с пломбой, при этом вход блока формирования нагрузки подсоединен к выходу ЭВМ. Недостатками устройства являются отсутствие возможности определения прочностных характеристик пломб дефектных зубов и оценки качества пломбирования в статике, в процессе эксплуатации и при отрыве пломбы.
Задачей полезной модели являются расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности и надежности испытаний, а также расширение диапазона получаемой информации.
Задача решается тем, что устройство содержит блок формирования нагрузки, зуб-антагонист, испытываемый зуб, четыре датчика давления, электронной блок сбора и оцифровки измерительной информации, ультразвуковой датчик обнаружения начала разрушения пломбы дефектного зуба. При этом в устройство введены четыре тензорезистора, наклеенные в форме прямоугольника на зуб вокруг пломбы либо на контролируемый участок образца из пломбировочного материала, выводы тензорезисторов подключены соответственно к восьми входам блока измерения деформаций, восемь выходов которого подсоединены к восьми входам электронного блока сбора и оцифровки измерительной информации, к девятому входу которого подключен выход резистивного датчика обнаружения начала разрушения пломбы, а к десятому, одиннадцатому и двенадцатому входам подсоединены соответственно выходы блоков оптического, акустического и электрометрического контроля прилегания пломбы.
Структурная схема устройства для испытания прочности пломб дефектных зубов приведена на фиг.1.
Устройство содержит испытываемый дефектный зуб 1 с пломбой 2, блоком 3 его крепления к устройству 4 формирования нагрузки на дефектный зуб, четыре сегмента зуба-антагониста 5 с датчиками давления 6, ультразвуковой датчик обнаружения начала разрушения пломбы 7, резистивный датчик 8 обнаружения начала разрушения пломбы, блок 9 оптического, акустического и электрометрического контроля прилегания пломбы, четыре тензорезистора 10, блок 11 измерения деформаций, электронный блок 12 сбора и оцифровки измерительной информации, ЭВМ 13.
Устройство работает следующим образом. По заданной программе ЭВМ управляет блоком 4 формирования нагрузки на дефектный зуб, который создает изменяющееся давление на зуб 1.
Верхний зуб-антагонист распилен на четыре сегмента 5, каждый из которых имеет возможность перемещения в небольшом диапазоне (~0-3 мм) в вертикальном направлении с последующей его фиксацией с целью создания локального давления в изучаемой области дефектного зуба. Между сегментами 5 зуба-антагониста и основанием устройства закреплены 4 измерительных датчика давления 6. Аналоговая информация о давлении на каждый сегмент 5 оцифровывается аналогово-цифровым преобразователем блока 8 и поступает в ЭВМ 13. ЭВМ по программе может задавать различные нагрузки на дефектный зуб 1 и записывать всю измерительную информацию о нагрузке на пломбу 2 с помощью четырех измерительных датчиков давления 6, закрепленных на каждом из четырех сегментов зуба-антагониста. Для повышения надежности обнаружения начала разрушения пломбы 2 используются два независимых датчика: ультразвуковой 7 и резистивный 8. При возникновении трещины между пломбой 2 и дефектным зубом 1 по началу акустической эмиссии ультразвуковой датчик 7 [Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - С.391-393], а также резистивный датчик 8 [Иванова Г.Г. Диагностическая и прогностическая оценка электрометрии твердых тканей зубов при кариесе: Авт. дис. канд. мед. наук. - Омск, 1984. - 209 с.] по изменению электрического сопротивления между пломбой и зубом независимо друг от друга регистрируют начало разрушения пломбы 2. При этом резистивный датчик 8 основан на свойстве краевой проницаемости на границе пломба-зуб: формировать в зависимости от качества краевого прилегания пломбы различный электрический ток между первым электродом, приклеенным к пломбе (или расположенным внутри пломбы при ее изготовлении) и вторым электродом, приклеенным к дефектному зубу.
Основной причиной разрушения реставраций кариозных полостей являются напряжения, возникающие на границе раздела зуб-пломба, что обусловливает необходимость изучения соотношения прочностных характеристик (модуля Юнга, коэффициента Пуассона и др.) материала и зуба для обеспечения их надежного и долговечного соединения. Для измерения прочностных характеристик дефектного зуба (или образцов из пломбировочных материалов) вокруг пломбы 2 на зуб 1 (или вокруг исследуемого участка образца из пломбировочного материала) наклеиваются образующие прямоугольник четыре тензорезистора 10, каждый из которых включен в плечо своего измерительного моста блока 11 измерения деформаций. При изменении рабочей базы наклеенных на зуб 1 тензорезисторов 10 изменяются и их электрические сопротивления, сопровождающиеся разбалансом соответствующих измерительных мостов. При этом тензорезисторы предварительно тарируются в единицах длины путем растягивания на тарировочной машине с регистрацией балансов соответствующих измерительных мостов согласно [Педдер В.В., Леонтьев В.К., Иванова Г.Г. и др. Собственное напряженное состояние зуба, возможности и перспективы его использования в стоматологии // Научные исследования в стоматологии, №65, Институт стоматологии, 2002]. Далее по известным значениям нагрузки и деформации вычисляются искомые прочностные характеристики дефектного зуба (или образцов из пломбировочных материалов). В частности, модуль упругости Юнга Е и коэффициент Пуассона µ находятся по формулам:
и ,
прод
поп
где  - напряжение, соответствующее приращению силы P при нагружении; F - площадь поперечного сечения рабочей части образца;  и  - соответственно, относительные продольная и поперечная деформации; Δl и Δl - соответственно, абсолютные продольная и поперечная деформации; l - длина тензорезистора.
Контроль качества пломбирования осуществляется блоком 9 оптического, акустического и электрометрического контроля прилегания пломбы, не требующим специальной подготовки дефектного зуба 1 и пломбы 2 для контроля и позволяющим периодически через каждые n-циклов нагрузки на зуб регистрировать краевое прилегание пломбы с ростом количества циклов воздействия. Особенностью встроенного цифрового оптического микроскопа блока 9 являются два канала («смотрящие» с разным увеличением в одну точку), что позволяет анализировать область контроля как в целом, так и с большим увеличением ее информационную часть. Акустический контроль с применением блока 9 дает возможность локализовать скрытые полости, дефекты в толще пломбировочного материала, расслоения на границе пломбы и зуба [Маев Р.Г. Акустическая микроскопия. - М.: Торус-Пресс, 2005. - 385 с.]. Электрометрический контроль с использованием блока 9 основан на способности твердых тканей зуба пропускать электрический ток в зависимости от степени кариозного поражения и позволяет достоверно определять качество краевого прилегания пломбы 2. Оценка краевой проницаемости на границе пломба-зуб осуществляется с помощью двух электродов: активного с точечным контактным элементом в виде капиллярной трубки из токопроводящего материала и пассивного хлорсеребряного в виде тонкой гибкой пластины, фиксированной на эластичной основе [Иванова Г.Г. Диагностическая и прогностическая оценка электрометрии твердых тканей зубов при кариесе: Авт. дис. канд. мед. наук. - Омск, 1984. - 209 с.]. При этом использование комплексной оценки качества пломбирования на основе блока 9 оптического, акустического и электрометрического контроля позволяет эффективно обнаруживать не только визуальные, но и скрытые дефекты, а также повысить достоверность получаемых результатов.
По сравнению с прототипом предложенное устройство обладает следующими преимуществами. Во-первых, расширены функциональные возможности устройства. Осуществляется измерение прочностных характеристик (модуля Юнга, коэффициента Пуассона и др.) в динамике и статике для дефектного зуба и образцов из пломбировочных материалов, необходимых для теоретических и экспериментальных исследований (в частности, для моделирования и расчета напряженно-деформированного состояния зуба и пломбы). При этом осуществляется контроль «раскрытия» кариозной полости после препарирования зуба и ее сокращения после пломбирования вследствие усадки пломбировочного материала. Во-вторых, повышается надежность обнаружения начала разрушения пломбы за счет введения дополнительного резистивного датчика измерения электрического сопротивления краевого прилегания пломбы. В-третьих, вышеперечисленные параметры контролируются как в статике, так и в динамике - в процессе эксплуатации зуба и при отрыве пломбы.