Способ определения расстояния между концом апикального электрода и апикальным сужением канала корня зуба
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Способ осуществляют следующим образом. На основании измеренных амплитуд напряжения между клеммами измерительной цепи, образованной апикальным электродом, сопротивлением тканей зуба и базовым электродом, подключенным к выходам генератора, определяют комплексное сопротивление измерительной цепи на каждой частоте и получают экспериментальную зависимость комплексного сопротивления от расстояния конца апикального электрода до апикального сужения канала и по этой зависимости определяют указанное расстояние. В качестве генератора используют генератор импульсов, а подачу импульсов на клеммы измерительной цепи осуществляют через мультиплексор попеременно на каждую со смещением во времени, при этом импульсы генерируют пачками, амплитуда и длительность которых в одной пачке одинакова, а длительность импульсов в каждой другой пачке отлична от предыдущей. Способ обеспечивает повышенную надежность измерения. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области медицины, а именно к стоматологии.
Как известно, корневая часть твердых тканей зуба окружена снаружи тканями периодонта. Канал корня зуба проходит внутри зуба насквозь и выходит наружу, где находятся ткани периодонта. Нижняя зауженная часть канала корня зуба, за которым находятся ткани периодонта, получила название: физиологическое сужение канала корня зуба или, иначе, апикальное сужение канала корня зуба, или, просто, апекс.
Согласно требованиям стоматологии при лечении корня зуба недопустимо повреждение тканей периодонта инструментом, то есть недопустим контакт инструмента с тканями периодонта. По этой причине, например, проходить канал корня зуба инструментом можно только не далее апикального сужения канала корня зуба (не далее апекса). Но поскольку, с одной стороны, у разных людей длина канала корня зуба различна, а, с другой стороны, при обработке канала зуба апикальное сужение не видно стоматологу, то актуальное значение имеет аппаратурное определение положения апикального сужения при обработке канала стоматологом.
Известен аппаратный электрометрический способ определения расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением корневого канала корня зуба, при котором измерительный файл вводят в канал корня зуба, базовый электрод соприкасают с телом человека, подают через образовавшуюся электрическую цепь электрические сигналы разной частоты, измеряют параметры электрических сигналов на каждой из частот и на основании отношения их амплитуд определяют расстояние между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба (1).
Способ, охарактеризованный в этом источнике информации, принят в качестве прототипа заявленного изобретения, поскольку является наиболее близким по совокупности общих существенных признаков и достигаемому результату.
Рассмотрим его более подробно.
Известный способ заключается в том, что берут два электрода, изготовленных из электропроводных материалов. Один электрод из электропроводного материала представляет собой тонкий стержень или иглу, которую вводят в открытый канал зуба до апикального сужения. Его называют апикальный электродом, или лечебным электродом, или измерительным файлом. Для удобства будем называть его далее измерительным файлом. Другой электрод соприкасают с телом человека. Для надежности электрического контакта он может представлять собой изготовленный из электропроводного материала крючок, которым охватывают губу пациента так, чтобы конец крючка оказался во рту и контачил там с мягкими тканями, например слизистой оболочкой полости рта. Для удобства его будем далее называть далее базовым электродом. Если теперь свободные концы измерительного файла и базового электрода подключить к источнику электрического тока, то образуется замкнутая электрическая цепь, по которой пойдет электрический ток. При этом электрический ток будет проходить от одной клеммы источника тока сначала через один электрод, например измерительный файл, затем через ткани зуба, затем через ткани периодонта и далее через другой электрод (базовый электрод) вернется к другой клемме источника тока. Одной из характеристик данной электрической цепи является импеданс или, иначе говоря, комплексное сопротивление электрической цепи. Причина того, что характеристикой данной электрической цепи является не активное, а комплексное сопротивление, заключается в том, что в этой электрической цепи электрический ток проходит через ткани организма пациента, представляющие собой электролит, который обладает, помимо активного сопротивления, еще и емкостным сопротивлением.
Рассмотрим процесс использования известного технического решения задачи.
Разместим сначала оба электрода в указанном выше положении, не вводя измерительный файл глубоко в канал корня зуба и включим переменный электрический ток определенной частоты, например, 400 Гц. После этого будем постепенно вводить измерительный файл внутрь канала зуба, измеряя импеданс (комплексное сопротивление) и составляя экспериментальную зависимость импеданса (комплексного сопротивления) от расстояния от конца вводимого в канал измерительного файла до апикального сужения (апекса). При этом примем во внимание, что сопротивление материала электродов и проводов постоянны и значительно меньше сопротивления тканей зуба и периодонта и поэтому с небольшой погрешностью можно считать, что сопротивление цепи определяется сопротивлением тканей зуба и периодонта. Вначале в верхней части канала импеданс будет максимальным, так как электрический ток проходит через твердые ткани зуба и через ткани периодонта. Затем по мере погружения конца измерительного файла внутрь канала зуба импеданс будет постепенно уменьшаться. Это объясняется тем, что электрический ток будет проходить все меньшие расстояния через твердые ткани зуба. В области, близко расположенной к апикальному сужению, происходит резкое снижение комплексного сопротивления. Если дальше продолжать погружение конца измерительного файла, то он коснется периодонта и импеданс будет определятся комплексным сопротивлением тканей периодонта.
В результате получим экспериментальную зависимость комплексного сопротивления от расстояния до апикального сужения при определенной частоте электрического сигнала электрического тока, например, 400 Гц.
Затем то же самое можно проделать при частоте 8 кГц электрического сигнала электрического тока. В результате на том же графике можно изобразить зависимость комплексного сопротивления от расстояния до апикального сужения при другой определенной частоте электрического сигнала электрического тока, например, 8 кГц, которая пройдет несколько ниже первой экспериментальной зависимости.
На основании этих двух зависимостей можно точно определить расстояние от кончика измерительного файла до апикального сужения.
Необходимость проведения экспериментов при разных частотах обусловлена тем, что емкостное сопротивление, а следовательно, комплексное сопротивление, зависит от частоты. Поэтому для точного измерения комплексного сопротивления необходимо сначала получить ее значение при разных частотах, а затем вычислить комплексное сопротивление как функцию отношений этих импедансов при различных частотах. Данные методы расчетов общеизвестны в радиотехнике, не являются сущностью изобретения и поэтому в данной заявке не рассматриваются (см., например. International Endodontic Journal, (1997), 30, 403-407; или "Джей Морита Корп." Полностью автоматизированный прибор для измерения длины зубного канала" Инструкция по эксплуатации. // СО МЕД. 1997. - 14 с.; или Guerra J.A., Skribner J., Lin L.M. Electric pulp tester and apex locator barrier technique.// J. Endod. - 1993. - Vol.19, №10. - P.532-534; или J. Morita Corporation. Root. ZX-full automatic apex locator, operator's manual. Tustin, CA. //Japan. Morita Corporation. - 1993. - Р.14 и т.д.).
Заявитель считает необходимым отметить, что на практике удобно вместо измерения реактивного сопротивления при разных частотах и их отношения использовать измерение амплитуд электрических сигналов при разных частотах (ведь амплитуды электрических сигналов обратно пропорциональны импедансу) и на основании их отношения (то есть отношения амплитуд) по экспериментальным кривым точно определять расстояние между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба, что и делается в известном способе.
В этом состоит сущность известного способа.
Заявитель считает необходимым обратить особое внимание на следующие две его важнейшие особенности.
Первая особенность известного способа заключается в следующем. Согласно ему электрические сигналы проходят через ткани зуба, ткани периодонта, а также, в зависимости от конструкции базового электрода, возможно, его прохождение через другие ткани организма, в частности через слизистую оболочку полости рта, если базовый электрод представляет собой загубный электрод в виде крючка, надеваемого на губу. Как известно, ткани организма человека представляют собой электролиты. А электролиты имеют ту особенность, что при прохождении через них постоянного электрического тока они поляризуются. При поляризации электролитов сопротивление их значительно возрастает. Поэтому, если подключить охарактеризованную выше электрическую схему к источнику постоянного тока, то измерения проводить нельзя, так как сопротивление цепи будет расти все время и его нельзя будет точно измерить. Поэтому обязательным условием проведения известного способа является подключение цепи к источнику переменного тока. Поскольку переменный ток все время меняет направление на противоположное, то не происходит поляризации электролитов (тканей тела человека) и становится возможным точно измерить комплексное сопротивление электрической цепи.
Вторая особенность известного принятого за прототип способа состоит в следующем. Оно было уже рассмотрено выше, но ввиду важности, заявитель считает необходимым вновь повторить ее. Как было отмечено выше, электрический ток согласно известному принятому за прототип способу проходит через ткани человека, представляющими собой электролит, который обладает помимо активного сопротивления еще и емкостным сопротивлением. В результате комплексное сопротивление данной цепи будет равно сумме активного и емкостного сопротивлений. Активное сопротивление является постоянным и не меняется от частоты. Как известно, емкостное сопротивление характеризуется тем, что оно меняется в зависимости от частоты. Поэтому для точного определения комплексного сопротивления необходимо исключить погрешность, связанную с зависимостью емкостного сопротивления от частоты тока. В связи с этим для определения точного значения комплексного сопротивления электрической цепи необходимо производить замеры минимум на двух различных частотах, а затем, получив результаты, можно на основании их сопоставления по общеизвестным из радиотехники формулам точно определить комплексное сопротивление (импеданс) данной цепи, которая характеризуется определенным нахождением конца измерительного файла внутри полости зуба. Переместив конец измерительного файла далее внутрь канала зуба можно, подав подряд электрические сигналы, как минимум, сначала с одной частотой, а затем с другой частотой (допускается затем подать сигналы с третьей частотой, затем с четвертой частотой и т.д.) можно, измерив полученные параметры, точно определить комплексное сопротивление данной электрической цепи при данном расположении конца измерительного файла внутри канала зуба. Затем, отметив значение комплексного сопротивления на экспериментальном графике зависимости комплексного сопротивления от расстояния кончика измерительного файла до апикального сужения, можно точно установить это расстояние.
Если измерительный файл совмещен с рабочим инструментом стоматолога, а определение расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба автоматизировано при помощи, например, вычислительной техники, то вычисление комплексных сопротивлений при каждом положении конца измерительного файла внутри канала зуба и определение расстояний до апикального сужения будет производиться автоматически и врачу будет сразу выдаваться информация о расстояния до апикального отверстия на электронном дисплее (табло, экране).
Такова сущность прототипа.
Преимущество его очевидны: большая точность измерения, сокращение времени измерения, возможность непрерывно контролировать глубину погружения конца рабочего режущего инструмента внутрь канала зуба и расстояние от него до апикального сужения канала.
Вместе с тем, данный способ имеет следующие недостатки.
Известный способ реализован при условии подачи в качестве электрических сигналов противоположной направленности синусоидальных сигналов, то есть подают сначала синусоидальные сигналы одной частоты, например, низкой, а затем синусоидальные сигналы другой частоты, например высокой частоты, и по амплитуде сигналов вычисляют комплексное сопротивление, а по нему расстояние от конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба на основании экспериментального графика зависимости комплексного сопротивления от расстояния конца измерительного файла до апикального сужения канала корня зуба. Однако синусоидальный сигнал относительно трудно получить и относительно трудно поддерживать постоянной форму синусоиды. Кроме того, надо поддерживать постоянной амплитуду. Как известно, всякое искажение формы синусоидального сигнала ведет к снижению точности результатов измерения. В итоге выполнение требования получения синусоидальных сигналов разной частоты с точным поддержанием их формы приводит к усложнению конструкции, увеличению веса и габаритов устройства.
Целью изобретения является намерение найти техническое решение, характеризующееся повышенной точностью измерений, простотой конструкции, малыми габаритами, повышенной надежностью измерений.
Указанная цель достигается тем, что в способе определения расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба, при котором измерительный файл вводят в канал корня зуба, базовый электрод соприкасают с телом человека, подают через образовавшуюся электрическую цепь электрические сигналы разной частоты, измеряют параметры электрических сигналов на каждой из частот и на основании отношения их амплитуд определяют расстояние между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба, причем, согласно изобретению, подаваемые электрические сигналы представляют собой импульсы, которые генерируют пачками, каждая из которых образована из, по меньшей мере, одной пары следующих друг за другом импульсов одинаковой длительности, один из которых подают с одного входа электрической цепи, а другой - с другого входа со смещением во времени относительно первого импульса, причем амплитуды и длительности импульсов каждой пачки одинаковы, а длительности импульсов разных пачек различны.
Примечание: в формуле изобретения вместо частоты импульсов используется параметр длительность импульса, обратно пропорциональный частоте, что ничего не меняет.
В результате вместо синусоидальных сигналов используются импульсные электрические сигналы, подаваемые пачками (или сериями) в определенной последовательности и с различной длительностью импульсных электрических сигналов в разных пачках. В частности, в качестве импульсных сигналов можно подавать прямоугольные импульсы, переключая их с помощью мультиплексора (электронного коммутатора или переключателя), подавая сигнал то с измерительного файла, то с базового электрода. Как известно, импульсный, в частности прямоугольный, сигнал в цифровой технике по сравнению с синусоидальным сигналом намного проще генерировать и поддерживать параметры (частоту и амплитуду). В частности, при прямоугольном импульсном сигнале его получить, возможно, включением и выключением источника напряжения, а амплитуда равна напряжению источника питания электрического тока. Такая электрическая цепь характеризуется, в частности, двумя параметрами: "0" - при котором нет питания электрическим током, и "1" - при котором имеется питание, равное напряжению питания источника электрического тока. Ток может подаваться от источника постоянного напряжения без требования на его стабилизацию. При этом ток можно подавать сначала со стороны измерительного файла, а затем со стороны базового электрода, то есть в противоположном направлении. В итоге не появляется постоянной составляющей электрического тока, приводящей к поляризации электролитов, росту снимаемого электрическими приборами комплексного сопротивления и невозможности точного измерения комплексного сопротивления.
В реальной конструкции прибора, реализующего данный способ, отрезок электрической цепи между выходом генератора импульсов и измерительным файлом подключается к одному входу аналого-цифрового преобразователя (далее - АЦП) процессорной системы, а отрезок электрической цепи между другим выходом генератора импульсов и базовым электродом подключается к другому входу АЦП. При этом для повышения точности эти входы АЦП должны быть дифференциальными. В этом случае на входы АЦП подается также опорное напряжение и в АЦП измерение происходит относительно опорного напряжения, то есть точность измерения перестает зависеть от величины напряжения источника питания. Подают электрические импульсы сначала в одном направлении, а затем в противоположном с определенной частотой. Затем вычисляют разницу между напряжениями в этих точках подключения и определяют разностное сопротивление. Это разностное сопротивление пропорционально комплексному сопротивлению на данной частоте измерения. После этого подают в электрическую цепь попеременно в разных направлениях сигналы другой длительности или, иначе, другой частоты. После этого производят аналогично описанным выше измерения при помощи АЦП и вновь определяют разностное напряжение, пропорциональное комплексному сопротивлению. На основе полученных двух значении разностных напряжении определяют точное значение комплексного сопротивления и по нему на основе экспериментального графика вычисляют расстояние от конца измерительного файла до апикального сужения канала.
С выхода АЦП полученное значение подается посредством радиосигналов на входы блока отображения информации и исчезает необходимость в проводах для соединения блока индикации и измерительного блока. Сам измерительный блок на основе цифровой вычислительной техники может быть маленьким, например равен размеру ручных часов.
Опишем общую блок-схему.
Она включает микропроцессорную систему, к которой подключены измерительная цепь, блок питания и передатчик (радиоканал), который только передает сигнал. Микропроцессорная система имеет измерительную часть, которая содержит подключенный к блоку питания переключатель, представляющий собой программу, реализующую функцию переключателя, генерирующая импульсные сигналы, подаваемые попеременно, то на один, то на другой конец вышеописанной измерительной цепи. Кроме того, измерительная часть содержит подключенную к измерительной цепи измеритель апикального сужения канала. Помимо этого, имеется отдельно стоящий блок отображения информации (например, с экраном на стене) с приемником, принимающим сигналы от передатчика. Таким образом, согласно изобретению, микропроцессорная система генерируют цифровую последовательность импульсов, в частности, прямоугольных, например, меандр, то есть последовательность импульсов, при которой длительность импульсов равна их скважности, то есть паузе между двумя смежными импульсами. При этом сначала генерируют импульсы на цифровые выходы процессора сначала с одной частотой (или длительностью), с которых они после ограничения тока направляются в измерительную цепь, то на один конец этой измерительной цепи, то на другой. Полученные значения амплитуды сигналов направляются в вычислительную часть системы. Затем аналогично генерируют импульсы другой частоты на цифровые выходы процессора и полученные значения сигналов также передают в вычислительную часть системы. После этого микропроцессор вычисляет расстояние от измерительного файла до апикального сужения канала. При этом измеритель апикального сужения канала при определении расстояния использует, например, переведенные на язык цифровой вычислительной техники две экспериментальные зависимости комплексного сопротивления от расстояния от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба. Как было отмечено выше, имея эти две зависимости импеданса от частоты сигнала можно точно вычислить расстояние от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба (см. выше).
Кроме того, применительно к способу, мы считаем необходимым выделить следующие развития и/или уточнения совокупности его общих существенных признаков, относящиеся к частным случаям выполнения или использования:
Желательно, чтобы подаваемые электрические импульсы представляли бы собой прямоугольные импульсы. Это обусловлено тем, что прямоугольные импульсы характеризуются простотой формирования и контроля за их длительностью и амплитудой.
Предпочтительно, чтобы подаваемые прямоугольные импульсы представляли бы собой меандр, как наиболее простая последовательность.
Целесообразно, чтобы измеряли бы амплитуду из области середины прямоугольного импульса, что повышает точность измерения, так как в этом случае не будет влияния на измерение амплитуды искажения переднего и заднего фронтов импульса из-за реактивной (емкостной) составляющей измерительной цепи.
Для повышения точности желательно, чтобы каждая пачка была бы образована из нескольких пар импульсов.
Предпочтительно, чтобы в каждой пачке каждый второй импульс из каждой пары импульсов подавался бы по окончании первого импульса. Дело в том, что при "нахлесте" импульсов каждой пары токи вычитаются для частей каждого импульса, который "нахлестнулся" с аналогичной частью смежного импульса. Таким образом, произойдет самопроизвольное сокращение длительности сигналов пачки, что нежелательно.
Количество пачек с равной частотой может быть различно. Однако, в общем случае, желательно, подавать, по меньшей мере, пару пачек импульсов.
Если подавать только две пачки, то целесообразно, чтобы импульсы одной пачки подавались бы низкой частоты, например с частотой 400 Гц, а импульсы другой пачки - высокой частоты, например, с частотой 8 кГц.
Базовый электрод может соприкасаться с различными частями тела человека. Однако для удобства желательно, чтобы базовый электрод соприкасался бы со слизистой оболочкой полости рта.
Для удобства пользования предпочтительно, чтобы информация о расстоянии между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба передавалось бы посредством беспроводной связи на устройство индикации.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображено устройство, реализующее заявленный способ, общий вид, причем зуб показан увеличенного размера для удобства чтения чертежа;
На фиг.2 изображена последовательность импульсов одной пачки, подаваемых в измерительную цепь (по оси ординат отложено напряжение);
На фиг.3 изображена последовательность импульсов другой пачки, подаваемых в измерительную цепь (по оси ординат отложено напряжение).
На фиг.4 показан прямоугольный импульс (по оси ординат отложено напряжение);
Заявленный способ поясняется на примере устройства, реализующего предложенный способ.
Устройство включает измерительный файл 1, вводимый в канал 2 зуба 3 (фиг.1). В нижней части канал 2 имеется апикальное сужение 4. Зуб окружен с наружной стороны тканями 5 периодонта. Кроме того, устройство включает базовый электрод 6, который может быть выполнен, например, в виде крючка, надеваемого на губу. При помощи проводов измерительный файл 1 и базовый электрод 6 подключены к измерительном прибору 7. Измерительный прибор 7 предназначен для определения расстояния между концом 8 измерительного файла 1 и точкой 9 начала апикального сужения 4 канала 2 зуба 3. Он содержит микропроцессорную систему 10, к которой подключены измерительная цепь 11, содержащая измерительный файл 1, корень зуба 3, ткани 5 периодонта, тело пациента, базовый электрод 6, а также соединительные провода. Кроме того, к микропроцессорной системе 10 подключен блок питания 12 и передатчик (радиоканал) 13, который только передает сигнал. Сама микропроцессорная система 10 имеет измерительную часть 14, которая содержит подключенный к блоку питания 12 переключатель 15, представляющий собой программу, реализующую функцию переключателя, генерирующая импульсные сигналы, подаваемые попеременно, то на один, то на другой конец измерительной цепи 11. Кроме того, измерительная часть 14 содержит подключенную к измерительной цепи 11 измеритель расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба. Имеется также отдельно стоящий блок 16 отображения информации, например, с экраном 17 значительных размеров, в частности, размещенный на стене стоматологического кабинета с приемником 18, принимающим сигналы от передатчика 13.
В данном месте описания заявитель считает необходимым отметить следующее. Измерительный прибор 7 обязательно должен выполнять функции измерения сигналов и их передачу. Функция вычисления расстояния между концом 8 измерительного файла 1 и точкой 9 начала апикального сужения 4 канала 2 зуба 3 может быть реализована как в измерительном приборе 7, так и в отдельно стоящем блоке 16 отображения информации, например, с экраном 17. Кроме того, измерительный прибор 7 и блок 16 отображения информации, например, с экраном 17, могут быть объединены в один прибор без использования передатчика 13.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Включают переключатель 15, который генерирует импульсные сигналы, подаваемые попеременно, то на один, то на другой конец измерительной цепи 11.
Покажем это подробно.
Например, сначала подают импульс низкой частоты в 400 Гц на клемму 19. Этот импульс проходит по измерительной цепи 11 и в конце поступает к клемме 20. В результате получаем первый импульс 21, изображенный крайне левым на верхнем графике на фиг.2.
Примечание: верхний график на фиг.2 показывает импульсы во времени, направленные в измерительной цепи 11 от клеммы 19 к клемме 20.
Полученное при этом значение амплитуды напряжения посредством провода 22 передается в аналого-цифровой преобразователь 23 процессорной системы 10, в котором, прежде всего, измеряется абсолютное аналоговое значение амплитуды напряжения этого импульса в пачке с присвоением ему соответствующего цифрового значения (процесс обработки импульсов в аналого-цифровом преобразователе 23 подробно пояснен выше в разделе описания "Сущность изобретения", а также будет дополнительно пояснен ниже).
После этого подают импульс точно такой же низкой частоты в 400 Гц и такой же амплитуды напряжения на клемму 20. Этот импульс проходят по измерительной цепи 11 в противоположном направлении и в конце поступает к клемме 19. В результате получаем второй импульс 24 в пачке с частотой в 400 Гц, изображенный крайне левым на нижнем графике на фиг.2. Примечание: нижний график на фиг.2 показывает импульсы во времени, направленные в измерительной цепи 11 от клеммы 20 к клемме 19.
Как видно на фиг.2, этот второй импульс 24 был подан только после окончания первого импульса 21. Полученные при этом значение амплитуды напряжения тока посредством провода 25 передаются в аналого-цифровой преобразователь 23 процессорной системы 10.
Вместе первый импульс 21 и последующий вслед за ним второй импульс 24 представляют собой пару импульсов, образующих одну пачку импульсов, которая состоит из двух вышеприведенных импульсов.
Для проведения измерения в соответствии с заявленным способом минимально достаточно наличие в пачке этих двух импульсов. Однако для повышения точности количество таких пар импульсов в данной пачке может быть увеличено. В частности, как показано на фиг.2, после окончания второго импульса первой пары импульсов может быть аналогично генерирована еще одна пара аналогичных импульсов той же частоты и амплитуды, причем сначала импульс будет направлен от клеммы 19 к клемме 20, а после его окончания следующий импульс будет направлен в обратном направлении от клеммы 20 к клемме 19.
После окончания подачи импульсов первой пачки, изображенных на фиг.2, подаются импульсы другой пачки, которая характеризуется тем, что импульсы в этой пачке по сравнению с импульсами первой пачки имеют другую частоту, например, более высокую, в частности 8 кГц.
Покажем это подробно.
Например, сначала подают импульс высокой частоты в 8 кГц на клемму 19. Этот импульс проходит по измерительной цепи 11 и в конце поступает к клемме 20. В результате получаем первый импульс 26, изображенный крайне левым на верхнем графике на фиг.3.
Примечание: верхний график на фиг.3 показывает импульсы во времени, направленные в измерительной цепи 11 от клеммы 19 к клемме 20.
Полученный при этом параметр амплитуды напряжения посредством провода 22 передается в аналого-цифровой преобразователь 23 процессорной системы 10, в котором, прежде всего, измеряется абсолютное аналоговое значение амплитуды этого импульса в этой пачке с присвоением ему соответствующего цифрового значения (процесс обработки импульсов в аналого-цифровом преобразователе 23 подробно пояснен выше в разделе описания "Сущность изобретения", а также будет дополнительно пояснен ниже).
После этого подают импульс точно такой же высокой частоты в 8 кГц и такой же амплитуды на клемму 20. Этот импульс проходят по измерительной цепи 11 в противоположном направлении и в конце поступает к клемме 19. В результате получаем второй импульс 27 в пачке с частотой в 8 кГц, изображенный крайне левым на нижнем графике на фиг.3. Примечание: нижний график на фиг.3 показывает импульсы во времени, направленные в измерительной цепи 11 от клеммы 20 к клемме 19.
Как видно на фиг.3, этот второй импульс 27 был подан только после окончания первого импульса 26. Полученное при этом значение амплитуды напряжения посредством провода 25 передается в аналого-цифровой преобразователь 23 процессорной системы 10.
Вместе первый импульс 26 и следующий за ним второй импульс 27 представляют собой пару импульсов, образующих другую пачку импульсов, характеризующаяся более высокой частотой импульсов, которая состоит из двух вышеприведенных импульсов.
Для проведения измерения в соответствии с заявленным способом минимально достаточно наличие во второй пачке с другой частотой этих двух импульсов. Однако для повышения точности количество таких пар импульсов в данной пачке может быть увеличено. В частности, как показано на фиг.3, после окончания второго импульса первой пары импульсов данной пачки может быть аналогично генерирована еще одна пара аналогичных импульсов той же частоты и амплитуды, причем сначала импульс будет направлен от клеммы 19 к клемме 20, а после его окончания следующий импульс будет направлен в обратном направлении от клеммы 20 к клемме 19.
Как было отмечено выше, полученные в результате генерирования двух пачек импульсов значения параметров амплитуды напряжения передавались в аналого-цифровой преобразователь 23 процессорной системы 10, в которой на основании двух экспериментальных характеристик зависимости величины комплексного сопротивления (или амплитуд) от расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением при различных частотах, переведенных в цифровую форму, определяется комплексное сопротивление для каждой частоты и по нему в автоматическом режиме вычисляется расстояние между концом измерительного файла в данный момент и апикальным сужением. Результат вычисления передается через передатчик 13 на приемник 18 блока 16 отображения информации для индикации.
Заявитель обращает внимание экспертизы также на следующее.
Как отмечено выше, импульсы на клеммы 19 и 20 подают пачками. Микропроцессорная система 10 определяет для каждой пачки среднее арифметическое значение амплитуды напряжений импульсов, прошедших через измерительную цепь 11. При этом количество импульсов в каждой пачке может быть различно. Чем больше импульсов в пачке, тем более точное измерение, так как в микропроцессорной системе 10 после оцифровывания поступивших через провода 22 и 25 аналоговых сигналов значений амплитуд этой пачки осуществляется цифровое суммирование полученных цифр, характеризующих величины амплитуд напряжений импульсов с последующий делением на число импульсов в этой пачке и вычислением среднего арифметического значения амплитуды импульсов для каждой пачки и, очевидно, что влияние сбоя одного из импульсов при увеличение количества импульсов в пачке меньше будет влиять на точность результата.
С другой стороны, количество импульсов в каждой пачке ограничивается требованием проведения измерений в определенное время, а именно необходимо все измерение сделать за несколько десятков долей секунды.
В общем случае, минимально каждая пачка должна содержать один импульс, поданный на входную клемму 19, и один импульс, поданный на входную клемму 20 той же длительности (или частоты) и той же амплитуды напряжения. Как неоднократно говорилось выше, в каждой пачке количество импульсов, подаваемых через клемму 19 в измерительную цепь 11, должно быть равно количеству импульсов, подаваемых через клемму 20 в измерительную цепь 11, ибо только при этом условии не возникнет постоянная составляющая электрического тока, то есть не потечет постоянный ток, ведущий к росту комплексного сопротивления (импеданса) и не позволяющий определить точно комплексное сопротивление.
Важно отметить, что если длительности и амплитуды импульсов в каждой пачке совпадают, то длительности или частоты импульсов разных пачек должны обязательно различаться между собой.
Форма импульсов может быть различна. Однако наиболее целесообразны прямоугольные импульсы, которые характеризуются простотой формирования и контроля за их длительностью и амплитудой (фиг.4). Один из таких импульсов изображен на фиг.4, где он обозначен позицией 28. В случае использования прямоугольных импульсов измеряют амплитуду 29 напряжения из области середины прямоугольного импульса.
Важно также отметить, что эту амплитуду 29 прямоугольного импульса измеряют после его подачи и окончания переходных электрических процессов в измерительной цепи 11 и до начала переходных процессов, сопровождающих отключение прямоугольного импульса. Таким образом, измеряют все прямоугольные импульсы в каждой пачке по модулю, то есть по абсолютной величине, а в аналого-цифровом преобразователе превращают амплитуду из аналогового сигнала в цифровой сигнал с цифровой характеристикой амплитуды напряжения. Затем, как отмечалось неоднократно выше, суммируются цифровые значения амплитуд всех импульсов в данной пачке и полученная сумма делится на количество импульсов в пачке. В результате определяется среднее значение амплитуды в пачке при какой-то данной частоте или длительности импульсов, например, 400 Гц. Затем аналогичным приемом определяется среднее значение амплитуды сигнала при другой частоте, например, при более высокой частоте, в частности, в 8 килогерц. Затем процессорная система 10 вычисляет расстояние между концом измерительного файла и апикальным сужением канала зуба, то есть точкой 9. Делать это она может различно. Например, микропроцессорная система для определении расстояния использует, например, переведенные на язык цифровой вычислительной техники две экспериментальные зависимости комплексного сопротивления от расстояния от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба. Как было отмечено выше, имея эти две зависимости, можно точно вычислить расстояние от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба. Аналогичный результат можно подучить, если процессорная система будет сопоставлять отношения амплитуд напряжений импульсов в разных по частоте импульсах пачках. В любом случае выбор способа обработки не влияет на сущность изобретения и является общеизвестным в радиотехнике и поэтому не рассматривается в рамках настоящей заявки.
Одним из целесообразных модификаций изобретения является генерирование пачками цифровую последовательность прямоугольных импульсов, представляющую собой меандр, то есть в каждой пачке последовательности импульсов характеризуются тем, что длительность импульсов равна их скважности, то есть паузе между двумя смежными импульсами.
Токоограничивающие резисторы 31 и 32 необходимы для ограничения болевого порога от действия тока. Каждый из них уменьшает электрический ток и, следовательно, болевой порог. Таким образом, резисторы 31 и 32 служат для ограничения и формирования тока на нагрузке. Их значение значительно больше сопротивления нагрузки. В качестве токоограничивающего резистора можно использовать высокоомный резистор, например, равный 200 кОм, то есть его сопротивление на порядок выше сопротивления в измерительной цепи между измерительным файлом и опорным электродом (то есть сопротивления ткани зуба и тканей периодонта).
Ниже заявитель считает необходимым повторно остановиться на отдельных особенностях устройства, реализующего заявленный способ.
В заявленном изобретении вместо синусоидальных сигналов используются импульсные электрические сигналы, подаваемые пачками (или сериями) в определенной последовательности и с различной длительностью импульсных электрических сигналов в разных пачках (см. выше). В частности, в качестве импульсных сигналов можно подавать прямоугольные импульсы, переключая их с помощью мультиплексора (электронного коммутатора) (выше, в описании устройства он назван переключателем 15), подавая сигнал то со стороны измерительного файла 1, то со стороны базового электрода 6. Как известно, импульсный, в частности, прямоугольный сигнал в цифровой технике по сравнению с синусоидальным сигналом намного проще генерировать и поддерживать параметры (частоту и амплитуда). В частности, при прямоугольном импульсном сигнале его создать возможно включением и выключением источника напряжения (блока питания 12), а амплитуда в этом случае будет равна напряжению источника питания. Такая электрическая цепь характеризуется, в частности, двумя параметрами: "0" - при котором нет питания электрическим током, и "1" - при котором имеется питание, равное напряжению питания источника электрического тока. При этом его необходимо подавать сначала со стороны измерительного файла, а затем со стороны базового электрода, то есть в противоположном направлении. В итоге не появляется постоянной составляющей электрического тока, приводящей к поляризации электролитов, росту снимаемого электрическими приборами комплексного сопротивления и невозможности точного измерения комплексного сопротивления.
В реальной конструкции прибора, реализующего данный способ, отрезок измерительной цепи между клеммой 19 переключателя 15 (или иначе называемого генератором импульсов) и измерительным файлом 1 подключается при помощи провода 22 к одному входу анапого-цифрового преобразователя 23 (далее - АЦП) процессорной системы 10, а отрезок измерительной цепи между клеммой 20 другого выхода переключателя 15 (генератора импульсов) и базовым электродом 6 подключается при помощи провода 25 к другому входу аналого-цифрового преобразователя 23. При этом для повышения точности эти входы аналого-цифрового преобразователя 23 могут быть дифференциальными. В этом случае на входы аналого-цифрового преобразователя 23 подается также опорное напряжение питания через дифференциальный вход 30 и в аналого-цифровом преобразователе 23 измерение происходит относительно опорного напряжения, то есть точность измерения перестает зависеть от величины напряжения источника питания. Как неоднократно говорилось выше, подают электрические импульсы через измерительную цепь 11 пачками, причем в каждой пачке сначала их подают в одном направлении, а затем в противоположном с определенной частотой. Когда даем напряжение на клемму 19, равное условно "1", а на клемму 20 напряжение, равное условному "0", то ток идет от клеммы 19 к клемме 20 через измерительную цепь 11. При этом важно определить электрическое сопротивление в измерительной цепи 11, поскольку оно зависит от расстояния конца 8 измерительного файла 1 до апикального сужения 4. Поэтому в аналого-цифровом преобразователе 23 измеряется напряжение нагрузки между проводами 22 и 25. В аналого-цифровом преобразователе 23 имеется опорное напряжение, относительно которого дается цифровой код, пропорциональный амплитуде входного сигнала.
Если произойдет сбой одного сигнала в какой-то пачке, то амплитуда такого сигнала будет искажена. Но если в пачке подаются 4 импульса, то значения их амплитуд после оцифровывания в аналого-цифровом преобразователе 23 просуммируются и поделятся на 4. Таким путем будет найдено среднее арифметическое значение амплитуды в цифровом виде. Если один из этих сигналов не прошел вследствие сбоя, то все равно точность будет сравнительно высокой. Понятно, что точность растет с ростом количества импульсов в каждой пачке.
Затем вычисляют разницу между напряжениями в этих точках подключения и определяют разностное сопротивление. Это разностное сопротивление пропорционально комплексному сопротивлению на данной частоте измерения. После этого подают в измерительную цепь попеременно в разных направлениях пачку сигналов другой длительности или, иначе, другой частоты. Затем производят аналогично описанным выше измерения при помощи аналого-цифрового преобразователя 23 и вновь определяют разностное напряжение, пропорциональное комплексному сопротивлению. На основе полученных двух значений разностных напряжений определяют точное значение комплексного сопротивления и по нему на основе экспериментального графика вычисляют расстояние от конца измерительного файла до апикального сужения канала.
С выхода аналого-цифрового преобразователя 23 полученное значение подается посредством радиосигналов на входы блока 16 отображения информации. При использовании радиосигналов исчезает необходимость в проводах для соединения блока индикации и измерительного блока. Сам измерительный блок на основе цифровой вычислительной техники может быть маленьким, например, равен размеру ручных часов.
Преимущество микропроцессорной системы заключается в том, что она легка в управлении и настройке. В частности, она "знает" когда был генерирован сигнал пачки, в какой момент времени будет его середина и можно замерить амплитуду сигнала, она сама определяет величины амплитуд, их суммирует, вычисляет среднее арифметическое амплитуд в каждой пачке, а по отношению средних амплитуд разных сигналов определяет расстояние от конца 8 измерительного файла 1 до апикального сужения по эмпирическим экспериментальным зависимостям, причем определяет таблично или в результате вычисления функции.
Опишем еще раз общую блок-схему.
Она включает микропроцессорную систему 10, к которой подключены измерительная цепь 11, блок питания 12 и передатчик (радиоканал) 13, который только передает сигнал. Микропроцессорная система 10 имеет измерительную часть 14, которая содержит подключенный к блоку питания переключатель 15, представляющий собой программу, реализующую функцию переключателя, генерирующая импульсные сигналы, подаваемые попеременно, то на один, то на другой конец вышеописанной измерительной цепи. Кроме того, измерительная часть 15 содержит подключенную к измерительной цепи 11 измеритель апикального сужения канала (не показан). Кроме того, имеется отдельно стоящий блок отображения информации 16, например, с экраном 17, который оснащен приемником 18, принимающим сигналы от передатчика 13. Таким образом, согласно изобретению, микропроцессорная система генерируют цифровую последовательность импульсов, в частности, прямоугольных, например меандр, то есть последовательность импульсов, при которой длительность импульсов равна их скажности, то есть паузе между двумя смежными импульсами. При этом сначала генерируют импульсы на цифровые выходы процессора сначала с одной частотой (или длительностью), с которых они направляются в измерительную цепь, то на один конец этой измерительной цепи, то на другой. Полученные значения амплитуды сигналов направляются в измеритель апикального сужения канала. Затем аналогично генерируют импульсы другой частоты на цифровые выходы процессора и полученные значения сигналов также передают в измеритель апикального сужения канала. После этого измеритель апикального сужения канала вычисляет расстояние от измерительного файла до апикального сужения канала. При этом измеритель апикального сужения канала при определении расстояния использует, например, переведенные на язык цифровой вычислительной техники две экспериментальные зависимости комплексного сопротивления от расстояния от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба. При этом кривая, полученная при более низкой частоте, например, при 400 Гц, будет проходить несколько выше кривой, полученной при более высокой частоте, например, 8 кГц. Как было отмечено выше, имея эти две зависимости можно точно вычислить расстояние от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба.
Кроме того, применительно к способу, мы считаем необходимым обратить внимание на следующее.
Для повышения точности, желательно, чтобы каждая пачка была бы образована из нескольких пар импульсов.
Предпочтительно, чтобы в каждой пачке каждый второй импульс из каждой пары импульсов подавался бы по окончании первого импульса. Поясним это подробнее. Дело в том, что, если в пачке импульсов каждый второй импульс каждой пары импульсов будет подаваться в момент, когда существует предыдущий импульс этой пары импульсов, направленный в противоположном направлении, то есть произойдет их частичный "нахлесте", то токи будут в периоде нахлеста вычитаться для частей каждого импульса, который "нахлестнулся" с аналогичной частью смежного импульса. Таким образом, произойдет самопроизвольное сокращение длительности сигналов пачки, что нежелательно.
Количество пачек с разной частотой может быть различно. Однако для уменьшения времени измерения, в общем случае, желательно, подавать, пару пачек импульсов.
Если подавать только две пачки, то целесообразно, чтобы импульсы одной пачки подавали бы с частотой 400 Гц, а импульсы другой пачки - с частотой 8 кГц.
Базовый электрод может соприкасаться с различными частями тела человека. Однако для удобства желательно, чтобы базовый электрод соприкасался бы со слизистой оболочкой полости рта.
Для удобства пользования предпочтительно, чтобы информация о расстоянии между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба передавалось бы посредством беспроводной связи на устройство индикации.
Изобретение имеет следующие преимущества:.
1. Использование импульсных сигналов и, в частности, прямоугольных импульсов, приводит к простоте реализации изобретения, так как не надо формировать сигнал сложной формы, например, синусоидальный сигнал.
2. Так как измеряют амплитуду напряжения в середине импульса, то отсутствует влияние искажения фронтов, как переднего, так и заднего, от переходных процессов при включении и выключении подачи напряжения;
3. Все устройство реализуется на одном микропроцессоре, дешевом и выпускаемом серийно.
4. Имеется высокая повторяемость результатов между различными приборами.
5. Отсутствуют элементы настройки сигналов, как это имеет место при подаче синусоидальных сигналов.
6. Прибор, реализующий изобретение, имеет миниатюрные размеры. Он имеет размеры, аналогичные размерам наручных часов и даже меньше. Поэтому он легко удерживается на халате врача или рубашке пациента.
Изобретение позволяет резко упростить конструкцию устройства для определения расстояния между концом измерительного файла и апикальным сужением канала корня зуба, сделать ее миниатюрной, например, с размер наручных часов, что очень удобно, так как позволяет надевать на пациента, не создавая неудобств (в прототипе устройство весит около 0,5 кг, что очень не удобно и не позволяет одевать его на костюм пациента или врача), так как все устройство можно сделать на базе одного микропроцессора, причем в современных микропроцессорах есть аналого-цифровые преобразователи 23 с дифференциальными входами 30. При этом полученные данные высвечиваются по программе микропроцессора на экране дисплея, в том числе расстояние от места расположения конца измерительного файла до апикального сужения канала зуба.
Источники информации
1. Журнал "Эндодонтия today", том 2, номер 1-2, 2002 год, статья А.И.Кауфман и др. Точность измерения длины корневого канала новым апекс-локатором Bingo-1200: исследование in vitro (прототип).
1. Способ определения расстояния между концом апикального электрода и апикальным сужением канала корня зуба, при котором на основании измеренных амплитуд напряжения между клеммами измерительной цепи, образованной апикальным электродом, сопротивлением тканей зуба и базовым электродом, подключенным к выходам генератора, определяют комплексное сопротивление измерительной цепи на каждой частоте и получают экспериментальную зависимость комплексного сопротивления от расстояния конца апикального электрода до апикального сужения канала и по этой зависимости определяют указанное расстояние, отличающийся тем, что в качестве генератора используют генератор импульсов, а подачу импульсов на клеммы измерительной цепи осуществляют через мультиплексор попеременно на каждую со смещением во времени, при этом импульсы генерируют пачками, амплитуда и длительность которых в одной пачке одинакова, а длительность импульсов в каждой другой пачке отлична от предыдущей.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемые электрические импульсы представляют собой прямоугольные импульсы.
3. Способ по п.3, отличающийся тем, что подаваемые прямоугольные импульсы представляют собой меандр.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что измеряют амплитуду в середине прямоугольного импульса.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая пачка импульсов образована из нескольких пар импульсов.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждой пачке каждый второй импульс из каждой пары импульсов подают по окончании первого импульса.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсы одной пачки подают низкой частоты, а импульсы другой пачки - высокой частоты.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что импульсы одной пачки подают с частотой 400 Гц, а импульсы другой пачки - с частотой 8 кГц.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что базовый электрод соприкасают со слизистой оболочкой полости рта.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что результат вычисленного расстояния передают посредством беспроводной связи на устройство индикации.
