CC BY
91
УДК: 616.31-073.48
ЗАСТОСУВАННЯ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ПРИСТРО1В У СТОМАТОЛОГ1ЧН1Й ПРАКТИЦ1 В.М. Соколовська
ВДНЗ Укра'ни „Укра'нська медична стоматологiчна академ1я"
Ультразвук - це механiчнi коливання високо! частоти, якi можуть розповсюджуватись у будь-якому матерiальному середовищi: твердому, рщкому та газоподiбному. Людське вухо сприймае хвилi до 16000 коливань/секунду, хвилi вищо! частоти знаходяться за межею чутностi та становлять собою ультразвук. Зазвичай ультразвуковим дiапазоном вважають iнтервал частот вiд 20000 до кшькох млрд. герц.
Хоча ультразвук ученим був вiдомий давно, практичне використання його в наущ, техтщ, медицинi та промисловостi почалося порiвняно недавно [1].
Мета роботи - проанашзувати застосування ультразвукових пристро!в у стоматолопчнш практицi.
У кiнцi першо! св^ово! вiйни була винайдена одна з перших практичних ультразвукових систем, яку застосовували для виявлення тдводних човнiв. Пучок ультразвукового випромшювання можна прицiльно спрямувати i за вiдображеним ехосигналом визначити вщстань до потрiбного об'екта. У наш час система пдролокацп стала невщ'емним засобом мореплавання. Вiдповiднi нашгацшт системи атомних пiдводних човнiв дозволяють 1'м здiйснювати переходи навiть шд полярними льодовиками [2].
Зондування ультразвуковими iмпульсами застосовуеться i для дослщження властивостей рiзноманiтних матерiалiв i виробiв iз них. Проникаючи у твердi тiла, такi iмпульси вiдображаються вщ рiзних чужорiдних утворiв у товшд дослiдного середовища, вказуючи на !х
розташування. Такими неруйшвними методами контролю перевiряють як1сть масивних сталевих приладiв, алюмтевих блок1в, залiзничних рейок, зварювальних швiв машин. Цей метод дiстав назву дефектоскопп
[3].
Принцип дil наступного методу заснований на ефекп Доплера: iмпульси ультразвуку чергуються за потоком i проти нього. Виниклi рiзнi фази iмпульсiв у двох гшках вимiрювальноl системи рееструе електронне обладнання. Цей ультразвуковий вимiрювач може бути застосований як для системи охолодження атомного реактора, так i для дослщження кровообiгу в аортi [4].
Вищевказаш методi належать до категорп малопотужних, у яких фiзичнi характеристики середовища не змiнюються. Однак е методи, в яких на середовище спрямовують ультразвук високо! iнтенсивностi. При цьому в рщиш розвиваеться потужний кавггацшний процес, що викликае ютотш змiни фiзичних i хiмiчних властивостей даного середовища. Завдяки цьому методу дослщжують i стимулюють гiдролiз, окислення, перебудову молекул, полiмеризацiю, деполiмеризацiю, прискорення хiмiчних реакцiй [5,6,7].
Те, що ультразвук активно дiе на бюлопчш об'екти (наприклад, знешкоджуе бактерп), вщомо понад 70 рок1в. Ультразвуковi стерилiзатори хiрургiчних iнструментiв широко використовуються в лжарнях та клiнiках. Застосування при виробництвi лiкарських препаратiв ультразвуку стало можливими завдяки здатност його прискорювати екстракцш бiологiчно активних речовин у десятки тисяч разiв.
Електронна апаратура зi сканувальним ультразвуковим променем служить цшям виявлення пухлин i встановлення дiагнозу, використовуеться в нейрохiрурril для шактивацп окремих дiлянок головного мозку потужним сфокусованим високочастотним пучком.
У стоматолопчнш практищ впродовж багатьох роюв ультразвук використовуеться для видалення зубного каменя, введення лжарських препаратiв, цементування мiкропротезiв. Для фжсацп вкладок спещально розроблений Cem-iнструмент. Його встановлюють на вкладку i кiлька секунд активують енергiю ультразвуку. В'язк1сть фiксувального композитного матерiалу зменшуеться, забезпечуючи необхiдну текучють для фжсацп. Пiсля виключення ультразвуку композит знову повертаеться в свш попереднш мiцний стан. Розбухлий матерiал не витiкае, небезпека поломки вкладки знижуеться до мшмуму [8].
Проблемi покращення ефективностi ортопедичного лiкування зшмними пластинковими протезами, !х бiосумiсностi з тканинами протезного ложа присвятили дослщження багато авторiв [9,10]. Але необхщно зауважити, що залишилися не виршеними питання визначення структури базисiв протезiв; недостатньо дослiдженi питання залежностi мщност протезiв та процесу адаптацп до них вщ товщини базисiв. Актуальною залишаеться i проблема зменшення залишкового мономера та водопоглинання полiмерних матерiалiв.
Для впливу на процес полiмеризацil акрилових пластмас застосовуються рiзнi методи, але використання ультразвуку на раншх стадiях полiмеризацil залишилося поза увагою дослщниюв. Ретельний аналiз лiтературних джерел та певш експериментальнi дослiдження дали нам можливють запропонувати технологiю ультразвуково1 обробки полiмерних матерiалiв для покращення 1хшх властивостей.
З метою шдвищення ефективностi ортопедичного лiкування обгрунтована можливють застосування ультразвуку для полiпшення полiмеризацil базисних матерiалiв, створено та впроваджено в кшшку ультразвуковий магнiтострикцiйний апарат «УМА-01», який зареестрований у Державному ком^еп Укра1ни з питань техшчного регулювання та споживчо1 полiтики. Апарат призначений для
приготування базисного матерiалу для стоматолопчних протезiв на початковiй стадп полiмеризацil акрилово! пластмаси [11].
Для ультразвукового пристрою «УМА-01» вибрана частота 23,5кГц, тому що при цш частотi вщбуваеться найменше затухання ультразвуково!' хвилi при проходженш через пластмасове тiсто i значно пiдвишуеться ККД при найменших енергетичних затратах. Також ця частота вибрана з урахуванням особливостей власне магштострикцшного перетворювача, в якого на певнш частотi найвишi амплiтуднi коливання [12].
Вплив ультразвукового поля на полiмеризацiю акрилових пластмас грунтуеться на виникненш змiнних напружень стиску та розтягу тд час проходження ультразвуково! хвилi. Цi сили перевищують т1, що втримують молекули, i тодi мiж частинами мономера i полiмеру утворюються мiкроскопiчнi порожнини, як1 швидко закриваються (кавiтацiя), внаслiдок чого видшяеться значна кiлькiсть енергп, яка викликае iонiзацiю та дисоцiацiю навколишнiх молекул. Це значно прискорюе хiмiчну реакщю i дае змогу мономеру та полiмеру швидко i повноцiннiше вступити в зв'язок. За рахунок кавтацп також ущшьнюеться структура полiмерного матерiалу. Це все пiдтверджуеться даними лабораторних та кшшчних дослiджень [13,14]. Так, фiзико-механiчнi властивостi зразк1в базисних полiмерних матерiалiв, виготовлених за рiзною технолопею полiмеризацil, вказують на те, що мщшсть на розтяг та згин вщ 1,5 до 2 разiв, а 1'хня еластичнiсть - на 25% вищд в зразк1в, як полiмеризували за допомогою ультразвуку. Рiвень залишкового мономера та ступiнь водопоглинання в зразках, виготовлених iз застосуванням у технiчному процесi полiмеризацil ультразвуку, на 50% нижч^ нiж у зразках, виготовлених за загальноприйнятою методикою. Ультразвукова обробка полiмерного матерiалу збшьшуе його шiльнiсть на 18 %, що значно покращуе фiзико-механiчнi властивосп базисiв знiмних протезiв i
дозволяе виготовляти ïx тоншими. При цьому об'ем базишв повних знiмниx протезiв зменшуеться на 50%, тим самим збшьшуючи об'ем вiльного простору порожнини рота, що позитивно впливае на процес мовленневоï та загальноï адаптацп до протезiв [15].
Запропоновано спошб визначення якостi базисiв знiмниx протезiв за допомогою ультразвукового дефектоскопа «УД2-12» (ГОСТ 2304984). Вiн призначений для контролю виробiв iз пластмаси, металу, органiчного скла та iншиx матерiалiв на наявнiсть у них дефекпв, для замiру глибини i координат ïx залягання, вимiрювання вiдношення ампштуд сигналiв, вiдображениx вiд дефектiв. Цей прилад може бути застосований для виявлення пор, трщин, рiзного роду включень, а також визначення розмiрiв i глибини залягання дефектiв у товшд зубних протезiв [16].
Проведений нами аналiз застосування ультразвукових пристроïв у стоматологiчнiй практицi показав, що запропонований спошб виготовлення протезiв в ультразвуковому полi може застосовуватися в умовах звичайно!' зуботеxнiчноï лабораторiï для полiмеризацiï всix видiв пластмас, оскшьки значно покращуе ïxнi фiзико-меxанiчнi властивость Для визначення наявностi та величини дефекпв у базисах, глибини ïx залягання слщ проводити дефектоскопiю протезiв. Цей метод можна застосовувати також для ощнки якостi iншиx стоматолопчних конструкцiй, у тому числi виготовлених iз металу.
Лiтература
1. Хмелев В.Н. Источники ультразвукового воздействия. Особенности построения и конструкции: монография / В.Н. Хмелев, С.Н. Цыганок, С.В. Левин; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2013. - 196 с.
2. Автоматизированный ультразвуковой контроль объектов повышенной опасности: юбилейный сборник трудов ООО НПЦ "ЭХО+".- М., СПб.: Свен, 2010.- 64 с. 35,1 МБ (PDF).
3. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов /[ Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., и др.]; под ред. д.т.н., проф. А.Х. Вопилкина.- М.: ООО НПЦ "Эхо+", 2008.- 298 с. 37,7 МБ (PDF).
4. Развитие ультразвуковых технологий, разработка и исследование многофункциональных и специализированных ультразвуковых аппаратов / [Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Сливин А.Н.] // Ползуновский альманах. - 2000.- №3. - Изд-во Алтайского гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2000. - С. 193-200.
5. Kenneth S., Suslick. «Sonochemistry» Kirk-Othmer Encyclodpedia of Chemical Technology, Fouth Edition, vol. 26; John Willey&Sons, Inc.: New York, 2004. - Р. 516-541.
6. Сульман М.Г. Влияние ультразвука на каталитические процессы / Сульман М.Г. // Успехи химии. - 2000. - Т. 69 (2). - С. 178-191.
7. Barsukov R. V. Development and Research the Device of Transmission Electrical Power at Gyrating Piezoelectric Transducers electrodes / R. V. Barsukov, S.N. Tchyganok, E. V. Chipurin // Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2002: Workshops Proceedings. - Novosibirsk: NSTU, 2002. - p. 35-36.
8. Taugerbeck R. Ультразвук в стоматологической практике / R.Taugerbeck // Квинтэссенция. - М., 1996. - №3.- С. 23-24.
9. Изучение процесса полимеризации акриловой пластмассы «Этакрил» методом инфракрасной спектроскопии / [Насибулин Г.Г., Амирханов М.Г., Ягунд Э.М., Перухин Ю.В.] // Стоматология. - 1995. - №6. - С. 49-51.
10. Повышение биологической совместимости зубных протезов из полиметилметакрилата с помощью гидроксиапатита / Воложин А.И., Омаров И.А., Воронов А.П. [и др.] // Стоматология. - 1997. - №5. - С. 40-43.
11. Патент на корисну модель №10807 ИЛ, А61К6/00, А61С9/00. Спошб виготовлення базисного матерiалу за допомогою ультразвуковое' дй/ В.М. Соколовська, М.Я. Нiдзельський. - №и 2005 06397; заявл. 29.06. 05; опубл. 15.11.05, Бюл. №11.
12. Балдев Радж. Применение ультразвука / Балдев Радж, Раджендран В., Паламичани П. - М.: Техносфера, 2006. - 576 с., 25,0 МБ (ЩУи).
13. Соколовська В.М. Нова технолопя покращення мщшсних параметрiв полiмерних матерiалiв за допомогою ультразвуку /В. Соколовська, М. Шдзельський // Украшський стоматологiчний альманах. - 2006. - Т.1, №1. - С. 72-76.
14. Соколовська В.М. Ультразвук як метод полiмеризацй акрилових полiмерiв при виготовленш знiмних пластинкових протезiв / В.Соколовська // Проблеми екологй та медицини. - 2012. - Т. 17, №1-2.
- С. 41.
15. Соколовська В.М. Ефектившсть ортопедичного лжування зшмними пластинковими протезами, виготовленими за технолопею обробки базисного полiмеру ультразвуком та методи ощнки 1'х якостi / В.Соколовська // Проблеми екологй та медицини. - 2008. - Т. 12, №5-6.
- С. 42-45.
16. Патент на корисну модель №36981 ИЛ, МПК (2006), А61В10/00, А61С13/007. Спошб ощнки якост зубних протезiв iз полiмерних матерiалiв / В.М. Соколовська, М.Я. Шдзельський. - №и 2008 07892; заявл. 10.06.08; опубл. 10.11.08, Бюл. №21.
Стаття надшшла 10.06.2014 р.
Резюме
Проанашзоваш л^ературш джерела про застосування ультразвукових пристро'в у стоматологiчнiй практищ. Описаний ультразвуковий магнiтострикцiйний апарат «УМА-01», призначений для приготування базисного матерiалу для стоматологiчних протезiв на початковш стадii полiмеризацii акрилово!' пластмаси.
Ключовi слова: ультразвук, базис протеза, полiмернi матерiали, полiмеризацiя, дефектоскопiя.
Резюме
Проанализированы литературные источники о применении ультразвуковых устройств в стоматологической практике. Приведено описание ультразвукового магнитострикционного аппарата «УМА-01». Аппарат предназначен для приготовления базисного материала для стоматологических протезов на начальной стадии полимеризации акриловой пластмассы.
Ключевые слова: ультразвук, базис протеза, полимерные материалы, полимеризация, дефектоскопия.
UDC: 616.31-073.48 V.M. Sokolovska
APPLICATION OF ULTRA-SOUND FACILITIES IN THE DENTAL
PRACTICE
Higher State Educational Establishment of Ukraine "Ukrainian Medical
Stomatological Academy"
Summary
A special place in modern dentistry belongs to efficiency problems in the orthopedic treatment of removable prosthesis, biocompatibility with the tissues of the prosthetic bed. There are still numerous issues as to the lack of durability of prostheses, reducing the residual monomer bases for determining
the quality of dentures and their structure. Careful analysis of the literature and some experimental studies of ultrasound have enabled us to offer the technology of ultrasonic processing of polymeric materials. We proposed magnetostrictive ultrasonic unit "UMA-01" own design, which is registered in the State Committee of Ukraine for Technical Regulation and Consumer Policy. The device is designed to prepare the base material for dental prostheses in the initial stage of polymerization of acrylic plastic.
For ultrasonic device "UMA-01", we selected frequency 23.5 kHz because this frequency occurs at least attenuation of ultrasonic waves in passing through the plastic dough and significantly increases efficiency at the lowest energy cost. In addition, the frequency was chosen based on the features of the magnetostrictive transducer, at a certain frequency of the highest amplitude oscillations.
Influence of ultrasonic field on polymerization of acrylic plastic was based on the occurrence of variable compression and tensile stresses during the passage of ultrasonic waves. These forces are greater than those that hold the molecules and then between the parts of the monomer and the polymer formed microscopic cavities that are rapidly closing (cavitation), resulting in a significant amount of energy is released, which causes the dissociation and ionization of the surrounding molecules. This feature significantly speeds up the chemical reaction and enables the monomer and polymer rapidly and fully engage in valuable relationship. Due to cavitation, structure of the polymeric material also compacted. This is confirmed by laboratory and clinical studies. Thus, the physical and mechanical properties of samples of basic polymers, manufactured by different techniques polymerization, indicate that the tensile strength and bending from 1.5 to 2 times, as well as their elasticity, is 25% higher in samples that polymerized by ultrasound. The level of residual monomer and the degree of water absorption in the samples that are manufactured with the technical process of polymerization of ultrasound is 50% lower than the specimens made
by conventional methods. Ultrasonic processing of polymeric material increases its density by 18%, which significantly improves the physical and mechanical properties of bases dentures and allows you to make them thinner. Thus, the amount of base complete dentures is reduced by 50%, thereby increasing the amount of free space of the oral cavity, which positively affects the process of speech and general adaptation to the prosthesis.
In addition, we proposed a way to determine the quality of bases dentures using ultrasonic flaw detector UD2-12 (GOST 2304984) for the first time. It is designed to control plastic products, metal, organic glass and other materials for the presence of defects and for measuring the depth and coordinate their occurrence, measurement of the amplitudes of the signals reflected from defects. We suggested this device to detect the presence of pores and cracks of various kinds of particles and determine the size and depth of the defects in the bulk of dentures.
Key words: ultrasound, denture bases, polymers, polymerization, flaw detection.
