Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДИАГНОСТИКИ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБА

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в диагностических целях.

Известно устройство «СтИЛ» [Иванова Г.Г., Леонтьев В.К., Питаева А.Н., Жорова Т.Н. Разработка и научное обоснование новых способов диагностики, прогнозирования и повышения резистентности эмали зубов к кариесу. - Клиническая стоматология. - 1988. - С. 32-37] для электрометрической диагностики твердых тканей зубов, содержащее активный и пассивный электроды, стрелочный микроамперметр и источник питания. Источник питания может работать в режиме источника напряжения и источника тока. Он представляет собой стабилизатор тока (протекающего через зуб), собранный на транзисторе, включенном по схеме с общей базой. Рабочая точка транзистора выбрана таким образом, чтобы получить высокое выходное сопротивление каскада порядка сотен килоом (режим стабилизации тока), что обеспечивает неизменность тока через зуб в интервале его сопротивлений от 0 до 10 кОм и ослабление чувствительности по току устройства при сопротивлениях, соответствующих значительным поражениям тканей зубов. В данном случае использование источника тока позволяет ограничить максимальный ток между электродами в случае значительных поражений тканей зуба и уменьшить болевые ощущения у пациентов. В области малых значений тока через зуб и больших значений его сопротивления (соответствующих начальному кариесу) транзистор насыщается, при этом стабилизируется падение напряжения на сопротивлении зуба (транзистор переходит в режим стабилизации напряжения) и обеспечивается высокая чувствительность по току. Об электропроводности зуба судят косвенно и только по току через зуб, и хотя напряжение на зубе, измеряемое между активным и пассивным электродами, изменяется, оно не регистрируется. Недостатками устройства являются недостаточные точность, надежность, а также низкие функциональные возможности электродиагностики.

Известно устройство [Аппарат электродиагностический «ПульпЭст». Руководство по эксплуатации. - Производитель ЗАО «Геософт Дент». - Москва, 2-й Троицкий пер., 6А, строение 13] для электродонтодиагностики зуба (т.е. для определения клинического состояния его пульпы), содержащее активный (щуп) и пассивный (загубник в виде крючка) электроды, регулируемый стабилизатор тока, микропроцессор с жидкокристаллическим дисплеем. Прибор позволяет не только определять состояние пульпы (пульпит), но и проводить диагностику твердых тканей зубов (интактный зуб, кариес, глубокий кариес). Регулируемый стабилизатор тока позволяет плавно увеличивать ток через исследуемый зуб (от 0 до 80 мкА). Применение микропроцессора дает возможность автоматически изменять скорость нарастания тока. Недостатком устройства являются его работа, основанная на использовании болевой реакции пациента, отсутствие функций сбора данных (для их долговременного хранения), а также автоматической интерпретации результата по окончании измерения.

Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является устройство [Аппарат электродиагностический «ДентЭст». Руководство по эксплуатации. - Производитель ЗАО «Геософт Дент». - Москва, 2-й Троицкий пер., 6А, строение 13] для электрометрической диагностики твердых тканей зубов, содержащее активный (щуп-шприц) и пассивный (стоматологическое зеркало) электроды, цифровой микроамперметр, источник питания, микропроцессор с жидкокристаллическим дисплеем. Цифровой электродиагностический аппарат «ДентЭст» работает только в режиме источника напряжения, без возможности ограничения тока через зуб, что может вызывать при его значениях больших, чем 100 мкА, болезненные ощущения у пациента [Общие сведения о поражении электрическим током [Электронный ресурс] URL: http://www/energostandart.kz/pages/html?id=10]. Применение микропроцессора позволяет осуществлять регистрацию измерительной информации, ввести графическую шкалу показаний, а также относительную диагностику (т.е. отношение измеряемого электрометрического параметра к норме, выраженное в процентах). Об электропроводности зуба судят косвенно и только по току через зуб, и хотя напряжение на зубе, измеряемое между активным и пассивным электродами, изменяется - оно не регистрируется. Недостатками устройства являются его недостаточные точность, надежность, а также низкие функциональные возможности электродиагностики. Это - отсутствие функций: автоматической интерпретации результата по окончании измерения, автоматического переключения шкал, а также сбора данных электродиагностики (для их долговременного хранения).

Задачей изобретения является повышение точности, надежности и расширение функциональных возможностей электродиагностики твердых тканей зубов. Поставленная задача решается тем, что введен первый переключатель, первый вывод которого через преобразователь ток-напряжение, первый усилитель, первый АЦП подключен к первому входу микропроцессора, второй вход которого соединен с выходом второго АЦП, вход которого подключен к выходу второго усилителя, первый и второй входы которого соответственно подсоединены к первому и второму выводам первого переключателя, второй вывод которого подключен к третьему выводу второго переключателя, первый вывод которого соединен с выходом источника тока, вход которого подключен к выходу источника питания и к входу источника напряжения, выход которого соединен с вторым выводом второго переключателя, а управляющие входы первого и второго переключателей соответственно подключены к третьему и четвертому входам микропроцессора, соединенного шиной обмена данных с ПЭВМ, при этом активный электрод подключен к третьему выводу первого переключателя, четвертый вывод которого соединен с пассивным электродом, экранирующие оплетки экранированных проводов активного и пассивного электродов подключены соответственно к выходам первого и второго эмиттерных повторителей напряжения, входы которых соответственно соединены с активным и пассивным электродами, а активный электрод выполнен в виде микрошприца с раствором электролита, на конце иглы которого формируется выпуклый мениск при обмакивании иглы в раствор электролита.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для электродиагностики твердых тканей зуба. Устройство содержит активный 1 и пассивный 2 электроды для подключения к исследуемому участку зуба, источник питания 3, источник тока 4, источник напряжения 5, второй 6 и первый 7 переключатели, преобразователь ток-напряжение 8, первый 9 и второй 10 усилители, первый 11 и второй 12 аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор с дисплеем 13, ПЭВМ 14, первый 15 и второй 16 эмиттерные повторители напряжения, экранирующие оплетки экранированных проводов 17, 18 активного 1 и пассивного 2 электродов, соответственно.

Устройство для электродиагностики твердых тканей зуба работает следующим образом. Пассивный электрод 2 (стоматологическое зеркало) помещают в преддверии полости рта, обеспечивая при этом его хороший контакт с мягкими тканями полости рта. В микрошприц (активный электрод 1) набирают раствор электролита (10% раствор хлорида кальция) и обмакивают активную поверхность электрода (кончик иглы микрошприца, обрезанный под углом 90°) в раствор таким образом, чтобы на торце иглы образовался выпуклый мениск из электролита. Активный электрод 1 устанавливают на тщательно просушенный исследуемый участок зуба (при этом электрод должен находиться в неподвижном состоянии во время измерения). При установлении контактного элемента (кончика иглы с раствором) активного электрода 1 с касанием исследуемой поверхности зуба происходит смачивание последней раствором электролита из мениска, при этом обеспечивается устойчивый надежный электрический контакт между контактным элементом и исследуемой поверхностью зуба. Следует отметить, что применение смачивания каплей раствора одинакового объема из выпуклого мениска позволяет обеспечить повторяемость измерений и необходимый контакт при пломбировании (особенно, верхних и боковых кариозных полостей). Далее измерения осуществляются автоматически (либо в режиме источника тока, либо в режиме источника напряжения) по командам микропроцессора 13. Сначала выбирается режим источника тока с помощью переключателя 6. Источник питания 3 (батарейка, аккумулятор) обеспечивает работу источника тока 4 и источника напряжения 5 (где - выходное сопротивление источника тока 4; - выходное сопротивление источника напряжения 5; R₃ - сопротивление зуба между активным 1 и пассивным 2 электродами). По сигналу микропроцессора 13 источник тока 4 выдает стабилизированный ток I_cт через зуб I_з = 1; 10; 100 мкА = const (чтобы не вызывать болезненных ощущений у пациента при I_з>100 мкА [Общие сведения о поражении электрическим током [Электронный ресурс] URL: http://www.energostandart.kz/pages.html?id=10]). Измеренное падение напряжения на зубе U_з1 между активным 1 и пассивным 2 электродами через переключатель 7, дифференциальный усилитель 10, аналого-цифровой преобразователь 12 подается для регистрации в микропроцессор 13. Напряжения на экранирующих оплетках экранированных проводов 17, 18 создаются соответственно эмиттерными повторителями 15, 16 (равными соответственно напряжениям на активном 1 и пассивном 2 электродах). Измеренное значение тока через зуб I_з1 через переключатель 7, преобразователь ток-напряжение 8, усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 11 также подается для регистрации в микропроцессор 13. Микропроцессор 13 вычисляет сопротивление зуба по формуле R_з1=U_з1/I_з1. Если значение сопротивления R_з1 меньше граничного сопротивления устройства R_гр (которое определяется по формуле R_гр=U_ИН/I_cт), то переключатель 6 сохраняет свое положение (что соответствует определению источника тока ). Если R_з1≥R_гр, микропроцессор 13 с помощью переключателя 6 подключает к активному 1 и пассивному 2 электродам источник напряжения 5. Далее (аналогично режиму источника тока) измеряется падение напряжения на зубе U_з1 между активным 1 и пассивным 2 электродами, а также ток через зуб I_з1 в последовательности, описанной выше. Затем, чтобы избавиться от влияния на результат измерений поляризации биотканей зуба [Электропроводность живых тканей [Электронный ресурс] URL: http://www.studfiles.ru/preview/1823137/] и возникающей при этом ЭДС ~ 60 мВ [Тимофеев А.А. Гальванические проявления в полости рта // Стоматолог-практик. - 2014. - №2. - С. 64-67] микропроцессор 13 подает управляющий сигнал на переключатель 7 для изменения полярности активного 1 и пассивного 2 электродов. Выполняется измерение падения напряжения на зубе U_з2 между активным 1 и пассивным 2 электродами, а также тока через зуб I_з2. Микропроцессор 13 вычисляет уточненное значение электропроводности зуба по формуле и уточненное значение тока через зуб I_зт=U_з⋅ρ_зт. Далее микропроцессор 13 сравнивает уточненные результаты измерений с шкалой электрометрической диагностики кариеса [Леонтьев В.К., Иванова Г.Г., Жорова Т.Н. Электрометрическая диагностика начального, фиссурного, рецидивного кариеса и других поражений твердых тканей зубов с законченной минерализацией эмали. Методические рекомендации министерства здравоохранения РСФСР. - Омск: ОМИ. - 1988] и в зависимости от степени поражения твердых тканей зуба высвечивает на дисплее экспресс-диагноз: интактная эмаль (0-0,2 мкА); предкариозное состояние (0,3-3,8 мкА); начальный кариес (3,9-7,9 мкА); поверхностный кариес (8,0-27,7 мкА); средний кариес (27,8-50,0 мкА); глубокий кариес (>50 мкА). Вся измерительная информация поступает в микропроцессор 13 для ее хранения и передачи в ПЭВМ 14 для дальнейшей обработки.

По сравнению с прототипом предложенное устройство обладает следующими преимуществами.

1. Повышается точность электродиагностики твердых тканей зуба. В прототипе об электропроводности зуба судят косвенно по току I_з через зуб, при этом напряжение U_з на зубе не регистрируется, хотя U_з≠const. В предложенном устройстве измеряются ток I_з через зуб и напряжение U_з на зубе (как для режима источника тока, так и для режима источника напряжения). Затем вычисляются уточненное значение электропроводности ρ_зm зуба и уточненное значение тока I_зт через зуб, в результате чего повышается точность электродиагностики твердых тканей зуба.

2. В прототипе при измерении тока через зуб не учитывается емкостная составляющая биотканей [Аппаратные подходы к практике измерения импеданса биотканей in vivo в условиях различной помеховой обстановки ЛПУ // Д.В. Белик, К.Д. Белик. - Сибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники [Электронный ресурс] URL: http://www.sibniicmt.ru/UserFiles/File/O%20sist%20izmere%20imp%20biotok.doc], возникающая между активным 1 и пассивным 2 электродами из-за наличия мембраны клеток, которая является диэлектриком. Необходимо отметить, что электропроводность живых тканей (биотканей) связана с присутствием в них ионов, которые являются носителями зарядов, при этом при действии постоянного тока на биоткани происходит процесс поляризации и возникает ЭДС, направленная противоположно внешнему полю [Электропроводность живых тканей [Электронный ресурс] URL: http://www.studfiles.ru/preview/1823137/]. Это создает дополнительную погрешность при измерении электропроводности твердых тканей зуба. В предложенном устройстве микропроцессор 13 изменяет полярность электродов с помощью переключателя 7. При этом микропроцессор считывает значение тока I_з через электроды 1, 2 и напряжения U_з на электродах до и после смены полярности. Это позволяет исключить емкостную составляющую и ЭДС ~ 60 мВ [Тимофеев А.А. Гальванические проявления в полости рта // Стоматолог-практик - 2014 - №2 - С. 64-67] при вычислении уточненной электропроводности зуба, вследствие чего повышается точность измерения.

Схемное устройство медицинских приборов на переменном токе для измерений импеданса биотканей значительно сложнее, чем на постоянном, однако они обладают тем неоценимым преимуществом, что позволяют в значительной степени избавиться от влияния поляризации [Аппаратные подходы к практике измерения импеданса биотканей in vivo в условиях различной помеховой обстановки ЛПУ // Д.В. Белик, К.Д. Белик. - Сибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники [Электронный ресурс] URL: http://www.sibniicmt.ru/UserFiles/File/O%20sist%20izmere%20imp%20biotok.doc]. В предложенном устройстве переключение полярности электродов 1 и 2 «имитирует» работу устройства на переменном токе и позволяет избавиться от влияния поляризации (при этом схемотехнически устройство является более простым по сравнению с устройствами на переменном токе), вследствие чего повышается точность электродиагностики твердых тканей зуба.

3. Предложенное устройство, использующее микропроцессор 13 и переключатель 7, позволяет также ввести дополнительный информационный параметр, характеризующий степень жизнеспособности живых тканей зуба по абсолютной разности электропроводностей до и после смены полярности. Чем выше этот параметр, тем выше уровень обмена веществ тканей зуба.

4. Предложенное устройство для электродиагностики твердых тканей зуба является интеллектуальным, так как в нем микропроцессор 13 сравнивает уточненные результаты измерений с шкалой электрометрической диагностики кариеса и в зависимости от степени поражения твердых тканей зуба высвечивает на дисплее экспресс-диагноз (интерпретация результата): интактная эмаль (0-0,2 мкА); предкариозное состояние (0,3-3,8 мкА); начальный кариес (3,9-7,9 мкА); поверхностный кариес (8,0-27,7 мкА); средний кариес (27,8-50,0 мкА); глубокий кариес (>50 мкА). Для сравнения используется формула I_зт=U_з⋅ρ_зт, где I_зт - эквивалентный ток, по которому выполняется сравнение; ρ_зт - электропроводимость зуба, вычисленная микропроцессором 13 после измерения тока и напряжения; U_з - напряжение на зубе. Необходимо отметить, что согласно шкалы интерпретации результатов [Леонтьев В.К., Иванова Г.Г., Жорова Т.Н. Электрометрическая диагностика начального, фиссурного, рецидивного кариеса и других поражений твердых тканей зубов с законченной минерализацией эмали. Методические рекомендации министерства здравоохранения РСФСР. - Омск: ОМИ. - 1988] при диагностике зуба (особенно, интактной эмали (0-0,2 мкА) и предкариозного состояния (0,3-3,8 мкА)) погрешность измерений 0,1 мкА на границах диапазонов шкал соответствует вероятности поставить неправильный диагноз при однократном измерении. В предложенном устройстве посредством усреднения результатов многократных измерений повышается точность электродиагностики твердых тканей зуба, при этом выбор шкалы измерений осуществляется автоматически с помощью микропроцессора 13, в который поступает вся измерительная информация для ее хранения и передачи в ПЭВМ 14 для дальнейшей обработки. В предложенном устройстве подводящие провода к активному 1 и пассивному 2 электродам экранированы. За счет низкоомных выходов повторителей напряжения 15 и 16 разность потенциалов между электродами и экранирующими оплетками экранированных проводов 17, 18 равна нулю, вследствие чего, уменьшается емкость проводов, повышается помехозащищенность и надежность измерений.

5. У предложенного устройства активный электрод выполнен в виде микрошприца с раствором электролита хлорида кальция, на конце иглы которого образуется выпуклый мениск при обмакивании иглы в раствор электролита (10% раствора хлорида кальция). Это обеспечивает одинаковую контактную смачиваемую площадь зуба и, как следствие, повторяемость результатов измерений.

Таким образом, отличительные особенности заявляемого устройства позволяют повысить точность, надежность, а также расширение функциональных возможностей электродиагностики твердых тканей зуба.