способ прижизненного измерения твердости тканей зуба

Формула изобретения

Способ прижизненного измерения твердости тканей зуба, заключающийся во вдавливании с заданной силой индентора и одновременном измерении глубины его внедрения, с последующим переводом измеренных значений глубины в единицы твердости по градуировочным данным, отличающийся тем, что индентор выполнен конусным с углом при вершине 70-100°, а сила вдавливания находится в диапазоне 3-10 Н.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к стоматологии, и может использоваться для определения устойчивости твердых тканей зуба к истиранию.

Одним из показателей механической прочности и устойчивости к истиранию зуба является механическая твердость эмали.

Известны способы и устройства для измерения твердости материалов в технике /1, 2/, называемые методами Роквелла, Бринелля и Виккерса. Сущность методов заключается в том, что в испытываемый материал с заданным усилием вдавливается индентор в виде алмазной призмы, конуса или стального шарика, затем по глубине или размеру отпечатка с помощью пересчетных таблиц или формул определяется твердость в единицах, характерных для данного метода.

Известные в технике способы и устройства измерения твердости материалов непригодны для прижизненного измерения твердости зубных тканей. Они слишком громоздки и травматичны, поскольку нагрузка на индентор варьируется от 50 до 30000 ньютон, и размер отпечатка (лунки) достигает нескольких миллиметров.

Известен способ определения микротвердости материалов в технике /1, 2/, заключающийся во вдавливании с заданной силой алмазной пирамидки стандартной формы в материал и измерении размеров отпечатка с помощью микроскопа. Недостатком способа является громоздкость и невозможность фиксации зуба в поле микроскопа, т.е. способ не может быть применен для прижизненного измерения твердости тканей зуба.

Известен способ для прижизненного определения твердости тканей зуба /3/. Метод заключается в измерении по нониусной шкале глубины внедрения вращающегося фиссурного бора № 3 за контролируемое время в ткани зуба при силе давления 0,5 кгс. Затем по эмпирическим формулам, разным для эмали и дентина, измеренная глубина пересчитывается в единицы твердости в кгс/мм ². В качестве данных для пересчета используются результаты сравнительных измерений твердости тканей удаленных зубов на твердомере ПМТ-3.

Недостатком известного способа является высокая чувствительность глубины погружения бора к структуре разрушаемых устройством тканей, а не только к их твердости, т.е. способности сопротивляться пластической деформации.

Поэтому невозможно прямое перенесение глубины пропиленной бором ткани на шкалу единиц твердости, которая определяется по деформации, а не по деструкции. Это же следует из указанной авторами разницы в формулах пересчета для разных тканей. Кроме того, точность измерения сильно зависит от частоты вращения бора, стабилизация вращения которого не предусмотрена конструкцией стоматологического оборудования.

Целью предлагаемого способа является повышение точности измерения твердости тканей зуба. Способ заключается во вдавливании с заданной силой индентора в диапазоне от 3 до 10 Н в виде конуса из твердого материала с углом при вершине в пределах 70-100 градусов в ткани зуба и одновременном измерении глубины погружения. Затем по градуировочному графику измеренная глубина переводится в единицы твердости в МПа или кгс /мм ². В качестве данных для градуировочного графика используются результаты сравнительных измерений твердости известным стандартным способом и глубины погружения конуса по заявляемому способу для металлов различной твердости и образцов тканей удаленных зубов. Глубина погружения, являясь мерой сопротивления пластической деформации, однозначно связана с твердостью по Виккерсу. За счет этого повышается точность способа.

Пределы угла при вершине конуса ограничиваются со стороны малых углов (острые углы) повышением чувствительности к структуре ткани зуба и, как следствие, отклонением от однозначной связи с микротвердостью по Виккерсу; со стороны больших уголов (тупые углы) снижением чувствительности способа в области больших твердостей. Экспериментально определенные пределы угла при вершине конуса составляют значение 70-100 градусов.

При повышении давящей силы диапазон измеряемого перемещения индентора по глубине расширяется, т.е. повышается чувствительность, однако при силе свыше 30 ньютон эмаль растрескивается. При силе 10 ньютон и менее растрескивания эмали не наблюдается. Снижение давящей силы понижает чувствительность способа в области больших твердостей. Экспериментально установленный оптимальный предел давящего усилия составляет величину 3-10 Н, при этом эмаль не повреждается. Диапазон измерений включает значения твердости для здоровой эмали, а пациент не испытывает дискомфорта и болевых ощущений при измерении. Таким образом, указанная новая совокупность признаков позволяет достичь цели - повышения точности.

Для подтверждения соответствия заявляемого способа критерию "промышленная применимость" приводим конкретный пример.

Пример поясняется Фиг.1, где цифрами обозначено: 1 - индикатор перемещений часового типа; 2 - рабочая часть штока измерительного щупа; 3 - задняя часть штока; 4 - конусный индентор; 5 - пружина; 6 - регулировочный винт; 7 и 8 корпус.

Для использования предлагаемого метода в качестве меры твердости измеряется глубина погружения конуса из твердосплавного материала под нагрузкой 5 Н. Конус 4 имеет угол при вершине 90°. Глубина вдавливания измеряется в нашем примере с помощью микрометра-индикатора часового типа 1, к рабочей части штока которого 2 прикреплен конус-индентор 4. Пружина 5 задает усилие надавливания на заднюю часть штока 3 индикатора, регулируемую винтом 6, расположенным в торце корпуса 7. Вручную прибор нижней (на чертеже) частью с усилием, соответствующим выбранной нагрузке, приводится в контакт с выбранным участком поверхности зуба. При этом конус утапливается внутрь корпуса и частично в поверхность зуба. Измерение прекращается при достижении контакта (упора) корпуса (8) с поверхностью зуба. Индикатор показывает глубину внедрения конуса в ткани зуба.

Методом сравнительных испытаний на наборе материалов (металлы и сплавы, ткани зуба) соответствующей твердости можно перевести результаты наших измерений в числа твердости (микротвердости), измеренные другими методами, например Виккерса. Это необходимо для сравнения результатов по твердости тканей зуба, получаемых разными авторами. На фиг.2 представлен график перевода измеренного значения глубины погружения конуса в единицы твердости. График получен по результатам измерений на материалах разной твердости (в порядке ее увеличения): чистый свинец, образец дентина, чистый алюминий, образец эмали с патологической стираемостью, алюминиевый сплав, сталь - 45, образец интактной эмали зуба. По оси абсцисс отложены измеренные на приборе ПМТ-3 значения твердости в МПа, по оси ординат - измеренные значения глубины погружения конуса в микрометрах по шкале использованного в примере применения способа прибора-твердомера.

Источники информации

1. Лахтин Ю.М. Основы металловедения. - М.: Металлургия, 1988, 320 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. T.1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: ил.

3. Суржанский С.К. Прижизненное определение твердости тканей зубов и ее роль в патогенезе и ортопедическом лечении патологической стираемости. - Автореф. канд. дисс. Мед. Н., Киев, 1988 г., 23 с.