PL219558B1 - Urządzenie i sposób do diagnostyki próchnicy wtórnej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób do wykrywania próchnicy wtórnej mające zastosowanie w stomatologii.

W zgłoszeniu międzynarodowym WO 92/04630 opisano metodę badania komórek biologicznych za pomocą pobudzenia ich sinusoidalnym prądem zmiennym i badania odpowiedzi nieliniowej tych komórek. Wspomniane komórki znajdują się w badanym środowisku analitycznym, np. tworząc zawiesinę, lub stanowią tkankę. Opisany wynalazek służy do badania właściwości roztworu lub tkanki jako całości. W przypadku badań in vivo podstawowym problemem jest występowanie złożonych układów tkanek o znacznie różniących się parametrach biofizycznych i biochemicznych. W badaniach in vivo badaniu podlegać będą w większości przypadków nie tkanki lub grupy identycznych komórek, a całe narządy. Opisany wynalazek nie mógłby być więc użyty do diagnostyki próchnicy wtórnej ze względu na fakt, iż ząb jest narządem składającym się z wielu tkanek o znacząco odmiennych właściwościach, w tym tkanek twardych o specyficznych właściwościach fizykochemicznych, zdecydowanie różnych od właściwości roztworów komórek lub tkanek miękkich, do badania których przewidziana została metoda opisana w cytowanym wynalazku. W przypadku badania zęba nie jest możliwe nieniszczące mechaniczne odseparowanie jednej wybranej tkanki, tak aby umożliwić badanie według cytowanego wynalazku. Jak wynika z anatomii, ząb zawiera składniki mineralne, elektrolity oraz komórki biologiczne, również te umiejscowione w tkankach miękkich. Zarówno więc metoda badania bioimpedancyjnego (w tym badania odpowiedzi harmonicznej) zęba ludzkiego (in vitro lub in vivo, lecz w całości jako narządu, a nie jako pojedynczej tkanki), jak i analiza wyników różnią się zasadniczo. Również własności elektryczne (przewodnictwo i przenikalność dielektryczna) zęba lub ogólnie tkanki twardej są zasadniczo różne niż tkanek miękkich. W tkance zęba występują inne źródła nieliniowości niż w cytowanym patencie. W chwili obecnej diagnostyka próchnicy wtórnej odbywa się głównie za pomocą „dobrego oka” oraz zdjęcia RTG skrzydłowo-zgryzowego. We wspomnianej metodzie badany ząb powinien być oczyszczony z osadu oraz osuszony. Omawiana metoda wymaga szkodliwego napromieniowania pacjenta i dodatkowo jest czasochłonna, nienadająca się do bezpośredniego użycia. Istnieją również nowoczesne metody optyczne np. za pomocą urządzenia Diagnodent, które mają bardzo ograniczony zakres. Wypełnienia amalgamatowe nie są przezroczyste i co więcej badanie charakteryzuje się niską czułością i specyficznością. Inną metodą mającą szerokie zastosowanie w diagnostyce jakości szkliwa są pomiary bioimpedancyjne. Powszechnie stosowane są one do badania wypełnienia kanałów, a ostatnio również m.in. do badania jakości szkliwa. Pomiary bioimpedancyjne szkliwa, polegające na analizie przepływu prądów o różnych częstotliwościach, pozwalają precyzyjnie określić jego parametry dielektryczne i przewodnictwa, zmieniające się istotnie w przypadku wystąpienia procesów chorobowych. Metoda ta jest szczególnie dokładna w przypadku znajomości budowy strukturalnej zęba. Co więcej, badanie jest nieinwazyjne, trwa bardzo krótko, a koszt wytworzenia aparatury pomiarowej jest stosunkowo niski. Ze względu na te zalety istnieją na rynku urządzenia do bioimpedancyjnego badania szkliwa (patrz np. strona internetowa www.cariescan.com). Wspomniana metoda charakteryzuje się bardzo dobrą czułością (w znaczeniu fizycznym, a nie medycznym), ale bardzo niską rozdzielczością, to znaczy, że wpływ na odpowiedź może mieć bardzo wiele czynników i zjawisk biofizycznych, takich jak np. aktywności wody, czystość powierzchni, w tym mikrobiologiczna. Nie nadaje się ona do zastosowania do badań próchnicy wtórnej. W związku z powyższym nadal istnieje potrzeba istnienia sposobu oraz urządzania do diagnostyki próchnicy wtórnej charakteryzującego się szybkością, brakiem promieniowania oraz wysoką rozdzielczością pozwalającą na wykrycie obecności środowisk wodnych związanych z mikroflorą bakteryjną czy zmianami w zdrowym szkliwie związanymi z rozwojem próchnicy wtórnej, przy czym metoda ta powinna uwzględniać specyficzne właściwości elektryczne (przewodnictwo i przenikalność dielektryczna) zęba oraz jego wypełnienia (nieprzezroczystość amalgamatu). Celem prezentowanego wynalazku jest badanie wszystkich zjawisk nieliniowych, które występują w zębie ludzkim, i skorelowanie takiej odpowiedzi harmonicznej z występowaniem próchnicy wtórnej polegającej na zmianach składu i struktury szkliwa i/lub zębiny w wyniku procesów próchnicowych. Nieoczekiwanie wspomniany problem rozwiązał prezentowany wynalazek.

Pierwszym przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania próchnicy wtórnej zębów charakteryzujące się tym, że zawiera w obudowie blok generujący prąd pomiarowy, korzystnie ze wzmacniaczami o dużej liniowości, w postaci sygnału sinusoidalnie zmiennego, korzystnie o częstotliwości 100 kHz, blok przedwzmacniaczy, korzystnie o dużej czułości i liniowości z detektorami fazoczułymi

PL 219 558 B1 mierzącymi składowe, korzystnie o częstotliwości 100 kHz oraz jej wielokrotności, korzystnie zasadniczo całkowite, mikroprocesorowy układ sterujący, korzystnie z miniaturową klawiaturą i wyświetlaczem, oraz co najmniej jedną elektrodę nieruchomą do mocowania na błonie śluzowej jamy ustnej i co najmniej jedną elektrodę ruchomą nazębną. Równie korzystnie urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkowy interfejs do współpracy z zewnętrznym urządzeniem, korzystnie z komputerem lub innym urządzeniem peryferyjnym.

Drugim przedmiotem wynalazku jest sposób badania próchnicy wtórnej zębów za pomocą co najmniej jednej elektrody ruchomej, przykładanej do powierzchni badanego zęba, w szczególności do wypełnienia amalgamatowego, oraz co najmniej jednej elektrody nieruchomej, umieszczonej na błonie śluzowej jamy ustnej w pobliżu badanego zęba, znamienny tym, że obejmuje:

a) doprowadzenie sygnału elektrycznego pobudzenia w postaci przebiegu sinusoidalnie zmiennego, korzystnie o częstotliwości 100 kHz,

b) pomiar amplitudy i fazy składowych odpowiedzi elektrycznej układu, korzystnie o częstotliwości 100 kHz i jej całkowitych wielokrotnościach, korzystnie aż do 1 MHz,

c) analizę widma odpowiedzi do identyfikacji charakterystycznych dla zmian próchniczych.

Równie korzystnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że cechy charakterystyczne zmian próchniczych widma skorelowane są z obecnością bakterii wywołujących próchnicę i na tej podstawie wnioskuje się o ich obecności.

Do detekcji i monitoringu próchnicy wtórnej za pomocą pomiarów bioharmonicznych według wynalazku wykorzystuje się fakt, że próchnica jest chorobą o podłożu mikrobiologicznym. Dotychczas stosowane pomiary impedancyjne nie były wystarczająco selektywne w porównaniu z wykorzystywanymi pomiarami bioharmonicznych według wynalazku. W trakcie detekcji próchnicy metodą bioharmonicznych odpowiedź układu zawiera również informacje na temat struktury tkanek biologicznych, procesów wymiany ładunku czy transportu. Wszystkie te zjawiska, obok procesów mikrobiologicznych, są wykorzystane do diagnostyki próchnicy wtórnej o wysokiej czułości i specyficzności.

Przykładowe realizacje wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 ilustruje urządzenie do badania próchnicy, fig. 2 urządzenie do badania próchnicy z interfejsem 3 do współpracy z urządzeniem peryferyjnym a fig. 3 i 4 ilustrują przykładowe wyniki symulacji przepływu prądu w zębie zdrowym (fig. 3) i w zębie z próchnicą wtórną pod wypełnieniem amalgamatowym (fig. 4), przy czym fig. 3a i 4a ilustrują strukturę, fig. 3b i 4b kierunki przepływu prądu, a fig. 3c i 4c rozkład gęstości prądu.

P r z y k ł a d 1

Do powierzchni zęba z wypełnieniem amalgamatowym przyłożono elektrodę ruchomą oraz umieszczono elektrodę nieruchomą na błonie śluzowej jamy ustnej w pobliżu badanego zęba. Następnie doprowadzono sygnał elektryczny pobudzenia w postaci przebiegu sinusoidalnie zmiennego o częstotliwości 100 kHz. Następnie dokonano pomiaru amplitudy i fazy składowych odpowiedzi elektrycznej układu o częstotliwości 100 kHz i jej pięciu całkowitych wielokrotnościach aż do 1 MHz. Następnie dokonano analizy widma odpowiedzi do identyfikacji cech charakterystycznych dla zmian próchniczych. Identyczną procedurę powtórzono dla zęba zdrowego. Wykonano symulacje przepływu prądu przemiennego w modelu odpowiedzi liniowej przez ząb zdrowy oraz ząb z próchnicą wtórną pod wypełnieniem amalgamatowym. Symulację wykonaną metodą elementów skończonych przy założeniu przepływu prądu zmiennego (o częstotliwości 10 kHz) i z użyciem dwuwymiarowego modelu połówki zęba w dziąśle z jedną elektrodą umieszczoną na błonie śluzowej i drugą dotykającą do zęba na powierzchni czołowej. W zębie zasymulowane zostało istnienie plomby amalgamatowej i ognisko wtórnej próchnicy przylegające do plomby. Zastosowane modele oraz wyniki przedstawione są na fig. 3 i 4. Fig. 3a i fig. 4a przedstawiają rozkład tkanek o różnych właściwościach elektrycznych na przekroju zęba, zaznaczonych różnymi odcieniami, w szczególności szkliwa, zębiny i miazgi; zaznaczono również przyłożoną do zęba elektrodę. Na fig. 4a dodatkowo występuje wypełnienie amalgamatowe z sąsiadującym obszarem próchnicy wtórnej. Na fig. 3b i fig. 4b za pomocą zakreśleń zaznaczony jest kierunek przepływu prądu wynikający z przeprowadzonej symulacji. Fig. 3c i fig. 4c przedstawiają mapę gęstości prądu obliczoną w symulacji. Obszary białe oznaczają najmniejsze, a czarne - największe gęstości prądu. Z rezultatów symulacji wynika, iż w zębie zdrowym największe gęstości prądu występują w miazdze, a w zębinie - w obszarze pomiędzy punktem przyłożenia elektrody a najbliższym mu punktem miazgi. W zębie z wypełnieniem, z uwagi na dobrą przewodność elektryczną amalgamatu i zmniejszenie grubości gorzej przewodzącej warstwy zębiny, natężenie płynącego prądu wzrasta. Powoduje to jeszcze większe skoncentrowanie przepływu prądu w obszarze, w którym wy4

PL 219 558 B1 stępować może próchnica wtórna, przez co odpowiedź harmoniczna charakterystyczna dla tkanki próchniczej jest łatwiejsza do zmierzenia.

P r z y k ł a d 2

Urządzenie do badania próchnicy wtórnej zębów zawiera obudowę, w której umieszczony jest blok generujący prąd pomiarowy 6 posiadający wzmacniacze o dużej liniowości, w postaci sygnału sinusoidalnie zmiennego o częstotliwości 100 kHz. Do bloku generującego prąd pomiarowy 6 połączono z jednej strony elektrodę nieruchomą 2, a z drugiej elektrodę ruchomą nazębną 1. Do wspomnianych elektrod równolegle połączono blok przedwzmacniaczy 4 o dużej czułości i liniowości z detektorami fazoczułymi mierzącymi składowe o częstotliwości 100 kHz oraz jej pięć wielokrotności. Mikroprocesorowy układ sterujący 5 z miniaturową klawiaturą i wyświetlaczem połączono z jednej strony do bloku przedwzmacniaczy 4 a z drugiej do bloku generującego prąd pomiarowy 6. Blok generujący prąd pomiarowy 6 wytwarza prąd pomiarowy przepływający przez elektrodę ruchomą nazębną 1 i elektrodę nieruchomą 2. Następnie sygnał jest odczytywany i wzmacniany w bloku przedwzmacniaczy 4, przy czym pracą bloku generującego prąd pomiarowy 6 steruje dołączony mikroprocesorowy układ sterujący 5 połączony z blokiem przedwzmacniaczy 4. Schemat urządzenia przedstawiono na fig. 1.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie jak w przykładzie 2, dodatkowo zawierające interfejs 3 do połączenia z urządzeniem peryferyjnym połączone z mikroprocesorowym układem sterującym 5. Do interfejsu połączono komputer. Schemat urządzenia przedstawiono na fig. 2.

Claims (4)

1. Urządzenie do badania próchnicy wtórnej zębów, znamienne tym, że zawiera w obudowie blok generujący prąd pomiarowy (6), korzystnie ze wzmacniaczami o dużej liniowości, w postaci sygnału sinusoidalnie zmiennego, korzystnie o częstotliwości 100 kHz, blok przedwzmacniaczy (4), korzystnie o dużej czułości i liniowości z detektorami fazoczułymi mierzącymi składowe, korzystnie o częstotliwości 100 kHz oraz jej wielokrotności, korzystnie zasadniczo całkowite, mikroprocesorowy układ sterujący (5), korzystnie z miniaturową klawiaturą i wyświetlaczem, oraz co najmniej jedną elektrodę nieruchomą (2) do mocowania na błonie śluzowej jamy ustnej i co najmniej jedną elektrodę ruchomą nazębną (1).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera dodatkowy interfejs (3) do współpracy z zewnętrznym urządzeniem, korzystnie z komputerem.

3. Sposób badania próchnicy wtórnej zębów za pomocą elektrody ruchomej, przykładanej do powierzchni badanego zęba, w szczególności do wypełnienia amalgamatowego, oraz elektrody nieruchomej, umieszczonej na błonie śluzowej jamy ustnej w pobliżu badanego zęba, znamienny tym, że obejmuje:

a) doprowadzenie sygnału elektrycznego pobudzenia w postaci przebiegu sinusoidalnie zmiennego, korzystnie o częstotliwości 100 kHz,

b) pomiar amplitudy i fazy składowych odpowiedzi elektrycznej układu, korzystnie o częstotliwości 100 kHz i jej całkowitych wielokrotnościach aż do 1 MHz, a następnie

c) analizę widma odpowiedzi do identyfikacji cech charakterystycznych dla zmian próchniczych.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że cechy charakterystyczne zmian próchniczych widma skorelowane są z obecnością bakterii wywołujących próchnicę i na tej podstawie wnioskuje się o ich obecności.