Стоматологический зонд

 

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться в стоматологии при диагностике кариеса. Стоматологический зонд содержит металлический стержень с острием и ручкой, скрепленный с приемником акустических сигналов. Выход приемника соединен с частотным фильтром, частота пропускания которого свыше 10000 Гц. Вход блока индикации с индикатором подключен к выходу частотного фильтра, а выход является выходом зонда. Изобретение позволяет объективно оценить механические свойства дентина и повысить достоверность результата диагностики. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться в стоматологии при диагностике кариеса.

Известен стоматологический зонд, состоящий из тонкого стержня с ручкой (см. , например, патент США N 4886454, опубл. 12.12.89 и патент США N 5725373, опубл. 10.03.98). Подобные устройства используются в стоматологии при определении состояния десен, периодонта и т.п. Основным недостатком данного устройства является невозможность его использования при диагностике кариеса из-за того, что тонкий стержень выполнен из мягкого пластика.

Известен зубной зонд, состоящий из тонкого металлического стержня с ручкой (Энциклопедический словарь медицинских терминов, под ред. ак. Б.В. Петровского, Малая Советская Энциклопедия, 1982, т. 1, с.395). Основным недостатком этого устройства является низкая достоверность определения степени кариозного поражения дентина. Диагностика кариеса с помощью подобного зонда производится следующим образом: врач, перемещая острие стержня зонда по исследуемой поверхности так называемого пигментированного дентина и прижимая его с усилием к поверхности, на основе субъективного анализа своих зрительных, тактильных и слуховых ощущений оценивает твердость дентина, которая непосредственным образом связана со степенью его кариозного поражения. Как правило, чем темнее цвет и меньше твердость дентина, тем больше степень кариозного поражения. Субъективный характер диагностики определяет основной недостаток известных зубных зондов, а именно высокую вероятность постановки неправильного диагноза состояния зубной ткани.

Наиболее близким к предлагаемому устройству и принятым за прототип является устройство ультразвукового детектирования зубного кариеса (Заявка Великобритании PCT W095/04506 опубл. 16.02.95) содержащее металлический стержень с острием, передатчик и приемник ультразвука, источник электрического питания, процессор и дисплей. Диагностика кариеса и других аномалий зуба происходит по параметрам отраженного от границ раздела сред (эмаль-дентина, дентин-пульпа) и от дефектов в зубе ультразвукового сигнала. При этом, предусмотрена возможность тесного контакта излучающей ультразвук поверхности устройства и поверхности зуба. Этот метод детектирования достаточно эффективен. Однако данное устройство весьма сложно и дорого. Кроме того, результат детектирования зависит от звукового сопротивления контактного слоя, неизбежно возникающего между излучающей ультразвук поверхностью устройства и поверхностью зуба, который в свою очередь зависит от рельефа зуба и усилия, с которым излучающая площадка прижимается к зубу. Контроль величины этих параметров в устройстве не предусмотрен, что снижает достоверность детектирования.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении достоверности результата и скорости диагностики состояния дентина зуба без существенного повышения стоимости процедуры.

Данная задача решается за счет достижения технического результата, который состоит в дополнительной объективной оценке механических свойств дентина, проявляющихся при взаимодействии острия стержня зонда с поверхностью исследуемой ткани.

Указанный технический результат достигается тем, что в стоматологическом зонде, содержащем тонкий металлический стержень с острием и ручкой, скрепленной с приемником акустических сигналов, блок индикации, включающий индикатор, выход приемника акустических сигналов соединен с входом частотного фильтра с полосой пропускания свыше 10000 Гц, при этом вход блока индикации подключен к выходу частотного фильтра, а выход является выходом зонда.

В блок индикации включены электронный ключ и источник электрического питания, причем управляющий вход электронного ключа является входом блока индикации, а индикатор подключен к источнику питания через выход электронного ключа.

Блок индикации может включать последовательно электрически связанные амплитудный селектор, индикатор, а также источник электрического питания, подключенный ко входу питания амплитудного селектора, причем индикатор подключен к выходу амплитудного селектора.

Дополнительно выход приемника акустических сигналов может быть соединен с последовательно соединенными вторым частотным фильтром с полосой пропускания 1000 - 6000 Гц, вторым амплитудным селектором и вторым индикатором блока индикации, при этом источник электрического питания дополнительно подключен ко входу питания второго амплитудного селектора.

Амплитудные селекторы могут быть выполнены в виде компараторов, причем вторые их входы электрически связаны с источником электрического питания через регуляторы напряжения.

Ручка зонда может иметь полость, при этом приемник акустических сигналов расположен внутри этой полости в месте крепления ручки и тонкого металлического стержня.

Приемник акустических сигналов может быть расположен на поверхности зубного зонда.

Приемник акустических сигналов может быть выполнен в виде микрофона или пьезоэлемента.

Индикатор может быть выполнен в виде светодиода или жидкокристаллического дисплея.

Стоматологический зонд может дополнительно содержать звукопровод, вход которого акустически сопряжен с острием стержня зонда, а выход соединен со входом приемника акустических сигналов. Кроме того, острие стержня зонда может быть дополнительно снабжено вибратором.

Многочисленные экспериментальные исследования авторов позволили выявить различия в спектральном составе звуковых сигналов, возникающих при перемещении с прижимающим усилием острия стержня стоматологического зонда по поверхности дентина в зависимости от степени его кариозного поражения. Так в спектре акустического сигнала, возникающего при перемещении острия зонда по интактному дентину, в основном присутствуют колебания с частотой в диапазоне 500-2000 Гц с максимумом в области 1000 Гц. В спектре сигнала, получаемого от кариозного дентина, наряду с колебаниями на частотах 1000 Гц и 6000 Гц с амплитудой в 3-4 раза превышающей амплитуды колебаний для интактного дентина присутствует более высокая частота вплоть до 17 кГц с максимумом в области 13 кГц. При исследовании интактного дентина акустические сигналы с частотой свыше 10 кГц практически отсутствуют.

Сущность изобретения поясняется диаграммами электрических сигналов и схемами, представленными на фиг. 1-6.

Фурье-спектры акустических сигналов, полученных в описанных выше случаях, представлены на фиг. 1.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема стоматологического зонда.

На фиг. 3 представлена функциональная схема стоматологического зонда с блоком индикации, включающем индикатор, электронный ключ и источник электрического питания.

На фиг. 4 представлена функциональная схема зонда с блоком индикации, включающим индикатор, амплитудный селектор, и источник электрического питания.

На фиг. 5 представлена функциональная схема стоматологического зонда, дополнительно включающего второй частотный фильтр с полосой пропускания 1000-6000 Гц, второй амплитудный селектор и второй индикатор блока индикации.

На фиг. 6 представлен чертеж конструкции стоматологического зонда, содержащего приемник акустических колебаний, размещенный внутри полости ручки в месте ее крепления к тонкому металлического стержню, звукопровод и вибратор.

Сущность изобретения состоит в реализации технического решения, обеспечивающего возможность регистрации и анализа амплитуды и частотного спектра акустического сигнала, возникающего при перемещении с прижимающим усилием острия стоматологического зонда по исследуемой поверхности дентина зуба человека. В обнаруженном и исследованном авторами изобретения физическом явлении зависимости указанных выше характеристик акустического сигнала от степени кариозного поражения дентина, а именно в наличии высокочастотных (свыше 10 кГц) компонент акустического сигнала, возникающего при диагностике пораженного кариесом дентина, и в отсутствии таких компонент в спектре звукового сигнала от интактного дентина заключена физическая сущность изобретения. В результате многочисленных лабораторных исследований авторами подтвержден эффект повышения достоверности диагностики кариеса дентина с помощью заявляемого устройства. Экспериментально доказанным также является повышение достоверности диагностики кариеса дентина на ранних стадиях его развития при анализе амплитуды звукового сигнала, возникающего при перемещении с прижимающим усилием острия стоматологического зонда по исследуемой поверхности дентина зуба человека в диапазоне частот от 1 до 6 кГц. В частности, авторами показано, что амплитуда акустического сигнала в этом диапазоне спектра для кариозного дентина в несколько раз превышает амплитуду звукового сигнала в этом же диапазоне для интактного дентина. Спектральный состав сигнала от интактного дентина показан на фиг. 1 а, а от кариозного - на фиг. 1 б.

Заявляемое устройство (фиг. 2) состоит из металлического стержня 1 с острием и ручкой 2, скрепленных с приемником акустических сигналов 3, выполненного в виде микрофона или пьезоэлемента и расположенного вблизи острия зонда. Выход приемника 3 электрически соединен со входом частотного фильтра 4, пропускающего электрические сигналы с частотой свыше 10000 Гц. Выход фильтра 4 электрически соединен со входом блока индикации 5, включающего индикатор 6, выполненный, например, в виде светодиода или жидкокристаллического дисплея. Блок индикации 5 кроме индикатора 6 может содержать электронный ключ 7 (фиг. 3), выполненный, например, в виде транзистора, и источник электрического питания 8. В этом случае выход частотного фильтра 4 подключен ко входу электронного ключа 7, которым может служить база транзистора, а индикатор 6 включен в его эмиттер-коллекторную цепь. Источник электрического питания 8 может быть подключен через коммутатор к входу питания амплитудного селектора 9 (фиг. 4). В этом случае выход частотного фильтра 4 подключен ко входу амплитудного селектора 9, а индикатор 6 - к выходу амплитудного селектора 9. Амплитудный селектор 9 выполнен, например, в виде компаратора, ко входу которого подключен выход фильтра 4, а в качестве входа питания амплитудного селектора 9 служит второй вход компаратора, электрически соединенный с источником питания 8, например, через регулятор напряжения.

На фиг. 5 изображена схема предлагаемого стоматологического зонда, позволяющего обеспечить повышенную достоверность определения степени кариозного поражения дентина. Для этого к выходу акустического приемника 3 подключен дополнительный тракт прохождения сигнала от кариозного дентина, состоящий из второго частотного фильтра 10 с полосой пропускания 1000 - 6000 Гц, второго амплитудного селектора 11 и второго индикатора 12. В отличие от амплитудного селектора 9 амплитудный селектор 11 должен быть настроен на селекцию сигнала с высоким значением амплитуды.

Необходимые для работы стоматологического зонда перемещения могут производиться не только рукой врача, но и с помощью вибратора 13 (фиг. 6), которым снабжено острие зонда. Это особенно целесообразно в случае необходимости диагностики участков поверхности дентина малой площади, а также труднодоступных участков зубной ткани. С такой целью возможно расположение приемника акустических сигналов 3 внутри полости 14 ручки 2 в месте ее крепления к тонкому металлическому стержню 1. При этом зонд может быть снабжен звукопроводом 5 от стержня 1 до приемника акустических сигналов 3.

Устройство работает следующим образом. Электрический сигнал с выхода приемника акустических сигналов 3, возникающий в результате перемещения с прижимающим усилием острия металлического стержня 1 стоматологического зонда вдоль исследуемой поверхности дентина, поступает на вход частотного фильтра 4, преимущественно пропускающего электрические сигналы с частотой свыше 10000 Гц. Наличие сигнала на выходе частотного фильтра 4 однозначно свидетельствует о наличии высокочастотных компонент в спектре акустического сигнала, а это означает, что перемещение острия зонда происходит по поверхности кариозного дентина. В этом случае сигнал с выхода частотного фильтра 4 поступает на вход блока индикации 5, а затем на индикатор 6. В качестве входа блока индикации 5 может служить база транзистора или вход компаратора. Наличие сигнала на базе транзистора обеспечивает протекание тока в цепи эмиттер-коллектор транзистора и отображение выходного сигнала на индикаторе 6. Отсутствие выходного сигнала на индикаторе 6 будет означать отсутствие патологических изменений в дентине. При наличии в блоке индикации 5 амплитудного селектора 9, выполненного в виде компаратора, поступление сигнала с выхода частотного фильтра 4 на первый вход компаратора 9 в случае превышения амплитудой этого сигнала величины напряжения, поданного на второй вход компаратора 9 от источника электрического питания 8, например, через регулятор напряжения, приводит к появлению сигнала на выходе блока индикации 5. Наличие в спектре акустического сигнала от кариозного дентина колебаний с частотой в диапазоне от 1 кГц до 6 кГц с амплитудой, значительно превышающей амплитуду колебаний в этом же диапазоне от интактного дентина, позволяет дополнительно диагностировать состояние дентина. В частности, при подключении выхода приемника акустических сигналов 3 ко входу второго частотного фильтра 10, пропускающего электрические колебания в диапазоне частот от 1 кГц до 6 кГц и электрическом соединении выхода этого фильтра со входом второго амплитудного селектора 11, выполненного, например, также в виде компаратора, наличие сигнала высокого уровня на выходе второго частотного фильтра 10 обеспечивает появление сигнала на втором индикаторе 12. Очевидно, что это может происходить только в случае превышения поданного на второй вход второго амплитудного селектора 11 напряжения, соответствующего амплитуде колебаний от кариозного дентина.

Формула изобретения

1. Стоматологический зонд, содержащий металлический стержень с острием и ручкой, скрепленной с приемником акустических сигналов, и блок индикации, включающий индикатор, отличающийся тем, что выход приемника акустических сигналов соединен с входом частотного фильтра с частотой пропускания свыше 10000 Гц, при этом вход блока индикации подключен к выходу частотного фильтра, а выход является выходом зонда.

2. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что блок индикации включает электронный ключ и источник электрического питания, причем управляющий вход электронного ключа является входом блока индикации, а индикатор подключен к источнику питания через выход электронного ключа.

3. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что блок индикации включает амплитудный селектор и источник электрического питания, подключенный к входу питания амплитудного селектора, причем вход амплитудного селектора является входом блока индикации, а индикатор подключен к выходу амплитудного селектора.

4. Стоматологический зонд по п.3, отличающийся тем, что к выходу приемника акустических сигналов дополнительно подключены последовательно соединенные второй частотный фильтр с полосой пропускания 1000-6000 Гц, второй амплитудный селектор и второй индикатор блока индикации, при этом источник электрического питания дополнительно подключен к входу питания второго амплитудного селектора.

5. Стоматологический зонд по пп.3 и 4, отличающийся тем, что амплитудные селекторы выполнены в виде компараторов так, что их вторые входы электрически связаны с источником электрического питания через регуляторы напряжения.

6. Стоматологический зонд по п. 1, отличающийся тем, что ручка имеет полость, а приемник акустических сигналов расположен внутри этой полости в месте крепления ручки и тонкого металлического стержня.

7. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что приемник акустических сигналов расположен на поверхности зубного зонда.

8. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что приемник акустических сигналов выполнен в виде микрофона.

9. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что приемник акустических сигналов выполнен в виде пьезоэлемента.

10. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде светодиода.

11. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде жидкокристаллического дисплея.

12. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен звукопроводом, вход которого акустически сопряжен с острием стержня зонда, а выход соединен с входом приемника акустических сигналов.

13. Стоматологический зонд по п.1, отличающийся тем, что острие его стержня дополнительно снабжено вибратором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6